BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM CẮT ĐẤT TRỰC TIẾP ỨNG DỤNG
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG
NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM CẮT ĐẤT TRỰC TIẾP ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
TỰ HÓA TRONG ĐO ĐẠC, XỬ LÝ SỐ LIỆU VÀ
TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
SKC 0 0 6 0 3 8
MÃ SỐ: T2017-06TĐ
Trang 2B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PH Ố HỒ CHÍ MINH
BÁO CÁO T ỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM
Tp H ồ Chí Minh, tháng 11 năm 2017
NGHIÊN C ỨU CẢI TIẾN THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
T Ự HÓA TRONG ĐO ĐẠC, XỬ LÝ SỐ LIỆU VÀ
TÍNH TOÁN K ẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Mã s ố: T2017-06TĐ
Trang 3TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
T Ự HÓA TRONG ĐO ĐẠC, XỬ LÝ SỐ LIỆU VÀ
TÍNH TOÁN K ẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Mã s ố: T2017-06TĐ
Ch ủ nhiệm đề tài: Ts Nguyễn Minh Đức
Tp H ồ Chí Minh, tháng 11 năm 2017
Trang 4Thành viên tham gia và đơn vị phối hợp
Chủ nhiệm: Ts Nguyễn Minh Đức (thành viên chính)
Đơn vị phối hợp: phòng thí nghiệm Cơ học Đất, Nền móng, khoa Xây dựng, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật, Tp Hồ Chí Minh
Trang 5M ỤC LỤC
CHƯƠNG 1 TÌNH HÌNH NGHIÊN C ỨU CỦA ĐỀ TÀI 1
1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 1
1.2 Tình hình nghiên cứu nước ngoài 2
1.3 Tính cấp thiết của đề tài 3
1.4 Mục tiêu đề tài 8
1.5 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 9
1.5.1 Đối tượng nghiên cứu 9
1.5.2 Phạm vi nghiên cứu 9
1.6 Phương pháp nghiên cứu 9
CHƯƠNG 2 NGHIÊN C ỨU ỨNG DỤNG LVDT TRONG XÁC ĐỊNH CHUY ỂN VỊ HỘP CẮT VÀ BIẾN DẠNG VÒNG ĐO LỰC 13
2.1 Các thông số của LVDT & hệ thống chuyển đổi tín hiệu kỹ thuật số 13
2.1.1 Ứng dụng LVDT đo chuyển vị hộp cắt 14
2.1.2 Ứng dụng LVDT đo biến dạng vòng đo lực 15
2.1.3 Hệ thống LVDT lắp đặt trên thiết bị thí nghiệm cắt đất trực tiếp 17
2.2 Phần mềm đọc và phân tích dữ liệu kỹ thuật số 17
2.3 Kiểm nghiệm độ chính xác của các LVDT 18
2.3.1 Xác định sai số từ kết quả LVDT Miran 18
2.3.2 Xác định sai số đo lực từ vòng đo lực sử dụng LVDT Accuracy 21
CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH SỨC KHÁNG C ẮT CỦA ĐẤT SÉT THEO ĐỘ BÃO HÒA 23
3.1 Giới thiệu tổng quan, mục tiêu và nội dung thí nghiệm 23
3.1.1 Giới thiệu tổng quan 23
Trang 63.1.2 Mục tiêu thí nghiệm 24
3.1.3 Nội dung thí nghiệm 24
3.2 Vật liệu thí nghiệm 25
3.3 Phương pháp thí nghiệm 26
3.4 Tương quan sức kháng cắt theo biến dạng cắt 26
3.5 Ảnh hưởng của độ ẩm và độ bão hòa đến sức kháng cắt của đất đỏ Bazan 29
CHƯƠNG 4 K ẾT LUẬN 31
4.1 Kết luận nghiên cứu 31
4.2 Kiến nghị của đề tài 32
TÀI LI ỆU THAM KHẢO 33
Trang 8DANH SÁCH HÌNH MINH H ỌA
Hình 1.1 Mô hình và ứng dụng phân tích ổn định mặt trượt từ kết quả thí nghiệm
cắt đất trực tiếp (a) cường độ chịu cắt của đất từ thí nghiệm cắt đất trực tiếp; (b) mặt trượt phá hoại móng công trình; (c) mặt trượt phá hoại tường tầng hầm; (d) mặt trượt phá hoại do đẩy trồi nền tầng hầm; (e) mặt trượt phá hoại mái taluy, mái dốc; (f) mặt trượt phá hoại đê, kè bờ sông 5Hình 1.2 Mô hình thiết bị thí nghiệm cắt đất trực tiếp theo ASTM D3080 6Hình 1.3 Hệ thống gia tải, hệ thống điều khiển đo dữ liệu trong thiết bị thí nghiệm
cắt đất trực tiếp đề xuất bởi ELE Internaltional 8Hình 1.4 Sơ đồ LVDT đo chuyển vị theo (Pierson, 1994) 10Hình 1.5 Mô hình PROVING RINGS LOAD CELL dựa theo mô tả Interface
Advance Force Measurement, 2009 (a) vòng ứng biến hiển thị đồng hồ theo ASTM E74; (b) mô hình vòng ứng biến kết hợp LVDT; (c) quan hệ lực và biến dạng vòng ứng biến 11Hình 1.6: Hệ thống DAQ điều khiển, đo, xử lý số liệu từ 4 kênh tín cho thiết bị thí nghiệm cắt đất trực tiếp 12Hình 2.1: LVDT và bộ chuyển đổi tín hiệu cổng USB 14Hình 2.2: Lắp đặt LVDT Miran song với đồng hồ so vào bộ gá trên máy thí nghiệm
cắt đất trực tiếp 15Hình 2.3: Lắp đặt LVDT Accuracy song song với đồng hồ so xác định biến dạng vòng đo lực loại 2kN của ELE Internationals 16Hình 2.4: LVDT Accuracy và LVDT Miran lắp đặt trên thiết bị thí nghiệm cắt đất
trực tiếp (a) thiết bị lắp hoàn chỉnh (2) thiết bị đang tiến hành thí nghiệm 17Hình 2.5: Kết quả so sánh giá trị đo trên LVDT Miran và đồng hồ so trong dải đo từ 0mm đến 25mm 20Hình 2.6: Kết quả so sánh giá trị đo trên LVDT Accuracy và đồng hồ so trong dải
đo từ 0mm đến 20mm 22
Trang 9Hình 3.1: Kết quả thí nghiệm xác định thành phần hạt của đất 25Hình 3.2: Biểu đồ tương quan giữa ứng suất cắt và biến dạng ngang của đất đỏ Bazan ứng với độ ẩm w = 23.4% 27Hình 3.3: Biểu đồ tương quan giữa ứng suất cắt và biến dạng ngang của đất đỏ Bazan ứng với độ ẩm w = 25.0% 27Hình 3.4: Biểu đồ tương quan giữa ứng suất cắt và biến dạng ngang của đất đỏ Bazan ứng với độ ẩm w = 30.0% 28Hình 3.5: Biểu đồ tương quan giữa ứng suất cắt và biến dạng ngang của đất đỏ Bazan ứng với độ ẩm w = 35.0% 28Hình 3.6: Đường bao phá hoại của đất đỏ Bazan tại các độ ẩm khác nhau 29Hình 3.7: Tương quan sức kháng cắt của đất theo cấp áp lực và độ bão hòa 30
Trang 10BM 08TĐ Thông tin kết quả nghiên cứu
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐƠN VỊ: KHOA XÂY DỰNG
C ỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Tp HCM, Ngày tháng năm
THÔNG TIN K ẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1 Thông tin chung:
- Tên đề tài: Nghiên cứu cải tiến thiết bị thí nghiệm cắt đất trực tiếp ứng dụng công nghỆ tỰ hóa trong đo đạc, xử lý số liệu và tính toán kết quả thí nghiệm
- Mã số: T2017-06TĐ
- Chủ nhiệm: Ts Nguyễn Minh Đức
- Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
- Thời gian thực hiện: 12 tháng
và phân tích dữ liệu thí nghiệm cắt đất trực tiếp theo thời gian thực
Quá trình ghi kết quả thí nghiệm không phụ thuộc vào khả năng đọc và ghi số liệu
của người làm thí nghiệm Đặc biệt trong một số thí nghiệm, thời gian thí nghiệm kéo dài (24h, hoặc 1 tuần), quá trình đo bị gián đoạn do phụ thuộc vào người làm thí nghiệm
Trang 114 K ết quả nghiên cứu:
Nghiên cứu đã phát triển hệ thống đo và ghi dữ liệu chuyển vị và lực cho thiết bị thí nghiệm cắt đất trực tiếp Thiết bị thí nghiệm được kiểm nghiệm khi so sánh kết quả
với đồng hồ so cơ học Thiết bị thí nghiệm được sử dụng trong nghiên cứu ứng xử
cắt của đất đỏ bazan trong điều kiện độ ẩm và độ bão hòa khác nhau
5 S ản phẩm:
- LVDT kỹ thuật số đo chuyển vị
- Phần mềm ghi và xử lý số liệu thí nghiệm
- Ấn phẩm tạp chí trong nước sử dụng thiết bị thí nghiệm
6 Hi ệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp
d ụng:
Thiết bị thí nghiệm đã được ứng dụng vào thiết bị thí nghiệm cắt đất trực tiếp tại phòng thí nghiệm cơ học đất, khoa Xây dựng, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật,
Tp Hồ Chí Minh phục vụ công tác nghiên cứu và giảng dạy học viên cao học Thiết
bị thí nghiệm có thể áp dụng đại trà và chuyển giao cho các thiết bị thí nghiệm cắt đất trực tiếp tương đương tại các phòng thí nghiệm khác
Trang 12BM 09TĐ Thông tin kết quả nghiên cứu bằng tiếng Anh
INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1 General information:
Project title: The Application of Linear Variable Differential Transformers (LVDT) for Automatically Measuring Load and Displacement in Direct Shear Test Apparatus
Code number: T2017-06TĐ
Coordinator: Nguyen Minh Duc, PhD
Implementing institution: Ho Chi Minh City University of Technology and Education
Duration: 12 months, from January 2017 to December 2017
2 Objective(s):
Propose and develop hardware based on LVDT to measure load and displacement for direct shear test apparatus The window based software is developed to record and analyze test results automatically
3 Creativeness and innovativeness:
The proposed digital measurement system based on LVDTs is able to measure the load and displacement precisely in real time Avoiding the interruption during testing, the measurement data is recorded automatically and continuously which is especially suitable for long duration tests
4 Research results:
The precision and reliability of the proposed digital measurement system is validated and comparable to the analog system (using dial indicators) The proposed system is mobilized to analyze the shear strength of basal soil under different degree
of saturation
5 Products:
- Load and displacement digital measurement system - software & hardware
- One local publication about the application of the research
6 Effects, transfer alternatives of research results and applicability:
The proposed digital measurement system is applied on the direct shear test apparatus in geotechnical laboratory of Faculty of Civil Engineering in HCM City University of Technology and Education The research results are able to transfer and apply on the direct shear test apparatus and other similar testing devices
Trang 13CHƯƠNG 1 TÌNH HÌNH NGHIÊN C ỨU CỦA ĐỀ TÀI
1.1 Tình hình nghiên c ứu trong nước
Hiện nay, tại Việt Nam, đã có nhiều nghiên cứu áp dụng thí nghiệm cắt đất trực tiếp
nhằm xác định sức kháng cắt của đất trong những điều kiện khác nhau
Nguyễn Thị Ngọc Hương ,Trịnh Minh Thụ, 2013 đề xuất nghiên cứu áp dụng thí nghiệm cắt đất trực tiếp xác định sức kháng cắt của đất không bão hòa Nghiên cứu cũng đề xuất phương pháp duy trì độ bão bão hòa của đất trong thiết bị cắt đất trực
tiếp
Nghiên cứu về tương quan sức chống cắt không thoát nước của sét mềm theo độ sâu
và mức độ nén chặt, Lê Hoàng Việt, Bùi Trường Sơn, 2012 áp dụng thí nghiệm nén
3 trục và thí nghiệm cắt cánh hiện trường nhằm xác định sức kháng cắt không thoát nước của đất sét theo độ sâu Kết quả nghiên cứu chỉ ra phương pháp xác định sức kháng cắt không thoát nước của đất sét theo độ sâu:
3669 1
'8289
2
=
vo u
S
z
σ với R2 = 0.9438 hoặc tương quan theo hệ số rỗng:
) ' 0017 0 exp(
1503
.
2
081 8
' 386
.
1
vo
vo u
e
S
σγ
Đỗ Minh Toàn, Nguyễn Thị Nụ, 2013 nghiên cứu áp dụng thí nghiệm nén 3 trục
nhằm xác định sức kháng cắt của đất loại sét yếu phân bố ở các tỉnh ven biển đồng
bằng sông Cửu Long Kết quả cho thấy thí nghiệm nén 3 trục cho kết quả đáng tin
cậy hơn về tính chống cắt của sét yếu hơn so với thí nghiệm cắt đất trực tiếp và thí nghiệm cắt cánh hiện trường Đây là cơ sở để xác định một cách chính xác hệ số an toàn trong tính toán ổn định mái dốc của bờ sông các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long
Trang 141.2 Tình hình nghiên c ứu nước ngoài
Trên thế giới , nhiều công trình nghiên cứu c ải tiến và ứng dụng thí nghiệm cắt đất
trực tiếp để xác định sức kháng cắt của đất và các loại vật liệu khác nhau
Suhr et al 2016 nghiên cứu áp dụng thiết bị thí nghiệm cắt đất trực tiếp Jenike với
mẫu đất hình trụ tròn có đường kính 14.3mm, hộp cắt dưới có chiều cao 19mm và
hộp cắt trên chiều cao 24mm Nghiên cứu chỉ ra hệ số ma sát bề mặt không phải là
bất biến như theo giả định của định luật Coulomb, tùy thuộc vào một số yếu tố bao
gồm áp lực pháp tuyến, độ dịch chuyển tương đối, độ nhám bề mặt, điều kiện nhiệt
độ, độ ẩm bề mặt
Mohapatra et al 2016 nghiên cứu xác định ứng xử của cọc vật liệu rời gối trên vải địa kỹ thuật chịu tải trọng ngang Nghiên cứu áp dụng mô hình thí nghiệm sử dụng
hộp cắt có kích thước lớn 305mm x 305mm chiều cao 140mm trên thí nghiệm cho
vật liệu cát và gối trên cọc vật liệu rời và cột vải địa kỹ thuật Nghiên cứu chỉ ra thiết bị thí nghiệm cắt đất trực tiếp cải tiến cho phép xác định chính xác sức kháng
cắt của cọc vật liệu rời gối trên vải địa kỹ thuật Vải địa kỹ thuật đóng vai trò gia tăng sức chịu tải theo phương ngang cho cọc vật liệu rời từ khả năng chịu kéo của
vật liệu này
Li et al 2015 nghiên cứu cải tiến hệ thống thiết bị thí nghiệm cắt đất trực tiếp với
hộp cắt đất hình trụ có lỗ rỗng ở tâm hình trụ Thiết bị thí nghiệm cho phép đo đạc
biến dạng cắt và biến dạng thẳng đứng (sự trương nở và co ngót) của mẫu liên tục trong quá trình làm thí nghiệm
Yin et al 2015 nghiên cứu sử dụng thiết bị thí nghiệm cắt mẫu đá và bê tông nhựa asphalt có cường độ cao (không sử dụng hộp cắt đất như thông thường) Thiết bị thí nghiệm cho phép xác định ứng xử cắt của vật liệu giòn có cường độ cao trong điều
kiện nhiệt độ khác nhau của bê tông nhựa asphalt
Fu et al., 2015 nghiên cứu đề xuất mô hình cải tiến thiết bị thí nghiệm cắt đất trực
tiếp nhằm xác định ảnh hưởng của khe khoảng cách giữa 2 hộp cắt và kích thước
mẫu đến khả năng kháng cắt của đất cát hạt thô Hộp cắt có thể thay đổi đường kính 6.18, 10, 15, và 20 cm, với các độ cao khác nhau 5, 10, 15, và 20 cm Nghiên
Trang 15cứu chỉ ra khoảng cách khe giữa 2 hộp cắt, kích thước mẫu ảnh hưởng lớn đến sức kháng cắt của mẫu thí nghiệm đặc biệt khi lực pháp tuyến lớn Khoảng cách khe đề
xuất từ 0.86dmax ≤ T ≤ 1.28dmax với đất có hạt từ 2-5mm và từ 1.0dmax ≤ T ≤ 1.3dmax với đất có hạt từ 5-10mm Kích thước mẫu D ≥ 20dmax và H ≥ 10dmax
với cả 2 loại đất trên trong đó dmax là đường kính hạt lớn nhất của đất
Sayeed et al 2014 nghiên cứu áp dụng thiết bị cắt đất trực tiếp với hộp cắt đất có kích thước lớn với kích thước hộp trên 304mm x 304mm và hộp trên 304mm x 400mm với hộp cắt được bo tròn làm giảm sự tập trung ứng suất trong quá trình thí nghiệm Thiết bị thí nghiệm cải tiến cho phép xác định khả năng chống cắt giữa các
bề mặt đất -đất, đất và một số loại vải địa kỹ thuật
Cabalar et al., 2013 nghiên cứu áp dụng thí nghiệm nén 3 trục và thí nghiệm cắt đất
trực tiếp theo vòng lặp nhằm xác định khả năng kháng cắt của một số loại đất cát
Mẫu đối với thí nghiệm cắt đất trực tiếp có đường kính 63.5mm cao 25.4mm Hai
hộp cắt được giữ với khe khoảng cách là 0.25mm Kết quả thí nghiệm cắt đất theo vòng lặp cho thấy hình dạng hạt, thành phần khoáng vật, độ nhám bề mặt cũng như
ma sát bề mặt giữa các hạt ảnh hưởng lớn đến khả năng kháng cắt của cát
1.3 Tính c ấp thiết của đề tài
Hiện nay, cùng với sự đô thị hóa ở những thành phố lớn tại Việt Nam, xu thế xây
dựng công trình ngầm cho nhà cao tầng, hầm đường bộ, Metro ngầm càng được đẩy
mạnh (như tháp Bitexco Financial với 68 tầng nổi, 3 tầng hầm; hầm Thủ Thiêm vượt sông Sài Gòn; các dự án Metro đi ngầm tại Tp Hồ Chí Minh…) Cùng với đó, yêu cầu về bảo vệ hố đào và các công trình lân cận là đặc biệt quan trọng và thiết
yếu trong thiết kế và thi công công trình ngầm Sự khó khăn phức tạp đặc biệt lớn đối với những công trình thi công trong điều kiện xây chen trong đô thị dưới điều
kiện địa chất yếu như Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh Việc thiếu hiểu biết về điều kiện địa chất, thủy văn, và ứng xử của đất nền sẽ dẫn đến rất những sự cố nghiêm trọng trong thi công công trình ngầm (tham khảo b ảng 2 về các sự cố công
trình ngầm tại Tp Hồ Chí Minh trong năm 2007)
Trang 16Bảng 1.1 Thống kê sự cố công trình ngầm tại Tp HCM năm 2007
1 Sập nền chung cư 207 lô B, Bùi Viện, Q1, Tp Hồ Chí minh
cạnh hố móng công trình cao ốc văn phòng cho thuê số 102
3 Sập Viện và lún nứt Sở Ngoại Vụ, phường Bến Nghé, Q1 10/2007
4 Chung cư Cosaco Nguyễn Siêu, quận 1, phải sơ tán vì khu vực
vỉa hè bất ngờ sụp lún và nghiêng Cạnh chung cư là khách sạn
Sài Gòn Resident 12 tầng đang được xây dựng
11/ 2007
5 Sập nền trường Lương Định Của, phường An Phú, Q2 11/ 2007 Bên cạnh đó, những phá hoại những công trình đê, kè thuộc đồng bằng sông Cửu Long diễn ra ngày càng nghiêm trọng và phức tạp Hàng chục vụ sạt lở xảy ra trên
khắp đồng bằng sông Cửu Long trong những năm qua Mỗi năm sạt lở trung bình 500ha đất của vùng với tốc độ sạt lở dọc theo bờ biển lên đến 30-40 mét/năm Đồng
bằng sông Cửu Long có 265 điểm sạt lở bờ sông với tổng chiều dài 450 km
(Nguyen et al 2015)
Một trong những nguyên nhân chính dẫn đến những sự cố công trình ngầm và
những công trình đê kè đó là do sự thiếu hiểu biết và tiên lượng về ứng xử của đất trong điều kiện trạng thái ứng suất của đất và áp suất nước phức tạp xảy ra trong quá trình thi công công trình ngầm và sự lên xuống của mực nước do thủy triều đối
với bờ kè Những ứng xử của đất trong điều kiện này thường được xác định được
dựa vào cường độ chịu cắt của đất dọc theo các mặt trượt phá hoại của công trình theo mô hình phá hoại Morh-Coulomb (Das, 1997) (tham khảo hình 1.1a)
Trang 17Hình 1.1 Mô hình và ứng dụng phân tích ổn định mặt trượt từ kết quả thí nghiệm
cắt đất trực tiếp (a) cường độ chịu cắt của đất từ thí nghiệm cắt đất trực tiếp; (b) mặt trượt phá hoại móng công trình; (c) mặt trượt phá hoại tường tầng hầm; (d) mặt trượt phá hoại do đẩy trồi nền tầng hầm; (e) mặt trượt phá hoại mái taluy, mái dốc; (f) mặt trượt phá hoại đê, kè bờ sông
Thí nghiệm cắt đất trực tiếp là thí nghiệm lâu đời nhất cho phép xác định cường độ
chịu cắt của nhiều loại đất trong nhiều điều kiện trạng thái ứng suất, tải trọng khác nhau Với ưu điểm phương pháp tiến hành thí nghiệm đơn giản, chi phí thấp, đây là phương pháp thí nghiệm xác định cường độ chịu cắt của đất phục vụ công tác khảo
sát địa chất phổ biến nhất hiện nay Mô hình thí nghiệm tuân theo tiêu chuẩn ASTM
D3080 được thể hiện trên hình 1.2
Ban đầu, thiết bị thí nghiệm cắt đất trực tiếp sử dụng hệ thống đo dữ liệu (bao gồm
đo lực cắt và chuyển vị ngang) sử dụng đồng hồ đo chuyển vị và vòng đo lực đồng
hồ Công việc đo và ghi dữ liệu hoàn toàn thủ công trong đó người tiến hành thí nghiệm cần liên tục đo và ghi dữ liệu theo thời gian Bên cạnh việc gây khó khăn
Góc ma sáttrong
Trang 18cho công tác thí nghiệm), kết quả thí nghiệm không thật sự tin cậy do bị ngắt quãng, không liên tục (do giới hạn tốc độ đọc - ghi của người làm thí nghiệm), từ đó gây
khả năng bỏ qua một số ứng xử của đất
Hình 1.2 Mô hình thiết bị thí nghiệm cắt đất trực tiếp theo ASTM D3080
Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ thông tin và công nghệ tự động trong đo đạc xử lý số liệu là công cụ đắc lực để thúc đẩy năng lực nghiên cứu, giảng dạy và
sản xuất Trên thế giới, các LVDT đo chuyển vị và LOAD CELL đã được áp dụng
rất phổ biến trong những thiết bị thí nghiệm yêu cầu độ chính xác cao và ghi dữ liệu
kỹ thuật số Từ đó, yêu cầu áp dụng công nghệ kỹ thuật số trong cải tiến công tác đo đạc, xử lý số liệu thí nghiệm cắt đất trực tiếp là rất cấp thiết Những cải tiến này giúp nâng cao năng lực thí nghiệm, khảo sát cường độ của đất, năng lực nghiên cứu ứng xử của đất và phục vụ trực tiếp cho quá trình giảng dạy về công nghệ cao đối
với những sinh viên, kỹ sư xây dựng nhằm đáp ứng yêu cầu xây dựng ngày càng
phức tạp của công trình ngầm trong đô thị và đê kè
Để phát huy tận dụng nguồn lực trong nước đặc biệt đối với công cuộc phát triển ngành sử dụng công nghệ cao, việc phát triển thiết bị thí nghiệm cắt đất trực tiếp
N
= σ
Đồng hồ đo lực cắt, T
Mẫu đất Đồng hồ đo chuyển
vị thẳng đứng
Trang 19ứng dụng công nghệ kỹ thuật số phục vụ công tác thí nghiệm, giảng dạy, nghiên cứu ứng xử của đất là rất cấp thiết hiện nay đối ngành xây dựng
Từ những phân tích trên, việc nghiên cứu công nghệ và chế tạo thiết bị đo đạc, xử lý
dữ liệu ứng dụng công nghệ số áp dụng cho thí nghiệm cắt đất trực tiếp là một hướng đi khả thi và đầy tiềm năng trong lĩnh vực thiết bị thí nghiệm và các ngành công nghiệp chính xác và tự động hóa nói chung Nghiên cứu này sẽ góp phần đưa công nghệ cao vào thực tiễn giảng dạy tại các trường đại học cũng như trong công tác thí nghiệm tại các phòng thí nghiệm đại trà Từ đó tạo tiền đề nâng cao khả năng đánh giá xác định chính xác tính chất cơ học của đất phục vụ công tác thiết kế thi công công trình nền móng
Trang 20trực tiếp tự động được đề xuất bởi ELE Internaltionl như thể hiện trong hình 1.3
Ngoài ra, nghiên cứu cũng thử nghiệm thiết bị xác định sức kháng cắt một số loại đất theo các điều kiện độ ẩm và độ bão hòa khác nhau
Hình 1.3 Hệ thống gia tải, hệ thống điều khiển đo dữ liệu trong thiết bị thí nghiệm
cắt đất trực tiếp đề xuất bởi ELE Internaltional
8
7
Trang 211.5 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
1.5.1 Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu tập trung phương pháp c ải tiến thiết bị thí nghiệm cắt đất trực tiếp ứng
dụng LVDT kỹ thuật số cho phép đo đạc xử lý số liệu và tính toán kết quả trên phần
mềm máy tính
Ngoài ra, nghiên cứu cũng đưa ra phương pháp kiểm nghiệm độ chính xác của kết
quả thí nghiệm từ thiết bị thí nghiệm cắt đất trực tiếp cải tiến dựa theo kết quả khảo sát sức kháng cắt của đất trong các điều kiện độ ẩm và độ bão hòa khác nhau
1.5.2 Ph ạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu trong phạm vi c ải tiến máy cắt đất trực tiếp phổ thông sử dụng vòng ứng biến đo lực và đồng hồ đo chuyển vị Máy cắt đất có khả năng thí nghiệm xác định sức kháng căt cho cả đất cát và đất sét Nghiên cứu chỉ giới hạn áp dụng LVDT điện tử cải tiến phương pháp đo đạc đối với máy cắt đất trực tiếp thông thường
1.6 Phương pháp nghiên cứu
Trên thế giới, các LVDT rất đa dạng được sử dụng đo chuyển vị đã được áp dụng
rất phổ biến trong những thiết bị thí nghiệm yêu cầu độ chính xác cao và ghi dữ liệu
kỹ thuật số LVDT loại force-extended armature sử dụng cơ cấu lò xo, lực đẩy khí
hoặc động cơ điện để đẩy để liên tục đẩy phần ứng với khả năng mở rộng tối đa của
nó Loại LVDT này cho phép đo đạc các chuyển vị với tốc độ nhỏ và không yêu cầu
kết nối giữa phần ứng và mẫu đo (Pierson, 1994) Đây là những đặc tính quan trọng quyết định đến việc áp dụng loại LVDT trong đo đạc chuyển vị đứng và chuyển vị ngang trong thiết bị thí nghiệm cắt đất trực tiếp (hình 1.4)
Trang 22Hình 1.4 Sơ đồ LVDT đo chuyển vị theo (Pierson, 1994)
Khác với các loại LOAD CELL phổ biến được phát triển theo mô tả của Rice Lake Weighing Systems, 2007, để tận dụng vòng ứng biến trên thiết bị cắt đất trực tiếp truyền thống, LOAD CELL đo lực cắt trong thiết bị thí nghiệm cắt đất trực tiếp (chi
tiết 4 trong hình 1.3) được cải tiến bằng cách lắp đặt LVDT xác định biến dạng vòng ứng biến dưới tác dụng của lực cắt mẫu đất trong quá trình thí nghiệm Lực cắt khi đó được xác định thông qua quan hệ ứng suất biến dạng của vòng ứng biến và giá trị hiển thị của LVDT Mô hình PROVING RINGS LOAD CELL kết hợp LVDT và vòng ứng biến theo mô tả của Interface Advance Force Measurement,
2009 được thể hiện trên hình 5
Khoảngchuyển vị
tuyến tính đo đạc
Vỏ bảo vệ LVDT
Chênh lệch điện áp đầu ra (V sec1 – Vsec2)
Cuộn thứ cấp No 1 Cuộn sơcấp Cuộn thứcấp No 2
Trang 23Hình 1.5 Mô hình PROVING RINGS LOAD CELL dựa theo mô tả Interface
Advance Force Measurement, 2009 (a) vòng ứng biến hiển thị đồng hồ theo ASTM E74; (b) mô hình vòng ứng biến kết hợp LVDT; (c) quan hệ lực và biến dạng vòng ứng biến
Bên cạnh việc phát triển LVDT và LOAD CELL, hệ thống thu và xử lý dữ liệu kỹ thuật số (DATA ACQUISITION, DAQ) cũng được nghiên cứu và chế tạo dựa trên
tối thiểu 4 kênh tín hiệu bao gồm kênh tín hiệu hệ thống điều khiển gia tải ngang, kênh tín hiệu LVDT đo chuyển vị ngang, kênh tín hiệu LVDT đo chuyển vị đứng và kênh tín hiệu đo PROVING RINGS LOAD CELL Sơ đồ tổ chức hệ thống DAQ
được thể hiện trong hình 1.6 Phát triển phần mềm điều khiển hệ gia tải, ghi và tính
toán kết quả thí nghiệm sử dụng máy vi tính Mô hình thu và xử lý dữ liệu thí nghiệm này tương tự như mô tả hệ thống DAQ đề xuất bởi National Instruments
LVDTCore
Trang 24Hình 1.6: Hệ thống DAQ điều khiển, đo, xử lý số liệu từ 4 kênh tín cho thiết bị thí nghiệm cắt đất trực tiếp
Sau khi hệ thống thiết bị thí nghiệm cắt đất trực tiếp cải tiến đã lắp đặt xong sẽ đưa
đi kiểm nghiệm và hiệu chỉnh hệ thống Đầu tiên sẽ được tiến hành vận hành không
tải nhằm kiểm tra phần mềm, hệ thống điều khiển và thu nhận tín hiệu đo Sau khi được hiệu chỉnh sẽ tiến hành thí nghiệm trên mẫu đất thực ở nhiều dạng gia tải, áp
suất khác nhau Máy sẽ tiếp tục được hiệu chuẩn cho đến khi đạt độ chính xác và yêu cầu thiết kế Các thí nghiệm này sẽ được thực hiện tại phòng thí nghiệm khuôn
mẫu thuộc trường ĐH SPKT TP.HCM Nội dung kiểm nghiệm và độ tin cậy của kết
quả thí nghiệm được xác định như sau:
Đối với các LVDT đo biến dạng và chuyển vị: Kết quả thu được từ máy tính được
so sánh trực tiếp với các đồng hồ cơ học đo chuyển vị với độ chính xác đến 0.01mm Đánh giá độ chính xác của kết quả thí nghiệm được xây dựng trên cơ sở xác định tính kháng cắt của một số loại đất tiêu chuẩn trong các điều kiện khác nhau từ đó so sánh kết quả thí nghiệm của thiết bị với kết quả đã công bố của loại đất tiêu chuẩn (thường sử dụng cát Ottawa tiêu chuẩn của Nhật)
3 LOAD CELL đo lực cắt
4 Hệ thống điều khiển vận tốc gia tải ngang
