TCVN10323:2014

Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10323:2014 về Đá xây dựng - Phương pháp xác định độ bền cắt trong phòng thí nghiệm TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 10323:2014 ĐÁ XÂY DỰNG - PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ BỀN CẮT TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM Rock - L aboratory methods for determination o f shear resistance Lời nói đầu TCVN 10323:2014 do Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam biên soạn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn đo lường Chất lượng th ẩ m định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố. ĐÁ XÂY DỰNG - PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ BỀN CẮT TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM Rock - L aboratory methods for determination o f shear resistance 1. Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn này quy định các phương pháp xác định độ bền cắt của các loại đá trong phòng thí nghiệm, dùng cho xây dựng. 2. Tài liệu viện dẫn Các tài liệu viện dẫn sau đây là cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các t à i liệu viện dẫn ghi năm công bố th ì áp dụng bản được nêu. Đối với các t à i liệu viện dẫn không ghi năm công bố th ì áp dụng phi ê n bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có). TCVN 8733:2012, Đá xây dựng c ô ng trình thủy lợi - Phương pháp lấy mẫu, vận chuyển, lựa chọn và bảo quản mẫu đá cho các thí nghiệm trong phòng. TCVN 10321:2014, Đá x â y dựng - Phương pháp xác định độ ẩm, độ hút nước trong phòng thí nghiệm. TCVN 10322:2014, Đá xây dựng - Phương pháp xác định khối lượng thể t í ch trong phòng thí nghiệm. 3. Thuật ngữ và định nghĩa Trong t iê u chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau: 3.1 Độ b ề n cắt (hay còn gọ i là ứng suất c ắ t) của đá (Shear resistance of rock) K hả năng kháng lại sự dịch chuyển của một phần mẫu đá đối với phần còn lại , được xác định bằng tỷ số giữa lực phá v ỡ lớn nhất khi cắt ( P , kN) với diện tích mặt cắt của mẫu thử ( S = d x h , m 2 ), ký hiệu là t , tính bằng Mega P ascal (MPa). CHÚ THÍCH: Quan hệ giữa độ bền cắt ( t ) và ứng suất pháp tuyến (σ) được đơn giản hóa dưới dạng đường thẳng bởi công thức C ul ông t = σ tg φ + C Các trị số φ và C là các tham s ố đặc trưng cho độ bền cắt của đá; C t í nh b ằ ng MPa, φ bằng độ. 3.2 M ẫ u th ử đúng quy cách (Standard specimen) Mẫu thử có dạng hình học chính tắc theo quy định. 3.3 Mẫu thử bán quy cách (Se m i - standard specimen) Mẫu thử có hai mặt song song nhau và 4 mặt còn lại không song song nhau. 3.4 Trạng thái khô gió (Aeration state) Trạng thái mẫu thử đư ợ c đặt ở điều kiện độ ẩm, nhiệt độ của phòng thí nghiệm trong thời gian đủ dài , thông thường không í t hơn 5 ngày. 3.5 Trạng thái b ã o hòa (Saturated state) Trạng thái mẫu thử được ngâm trong nước đến khối lượng không đổi. 3.6 Trạng thái ẩm tự nh iên (Natural moisture state) Trạng thái mẫu thử được đặt ở độ ẩ m tự nhiên. 4. Quy định chung 4.1 . Mẫu đá dùng cho thí nghiệm phải đảm bảo ch ấ t lượng và đủ s ố lượng theo TCVN 8733: 2012. 4.2 . Yêu cầu đối với mẫu thử 4.2.1 . Các mẫu đá l ấ y từ hiện trường, được khoan, cưa (cắt), mài phẳng, để tạo ra ít nhất 6 vi ê n đ á hình trụ (càng nhiều hơn càng tốt), có đường kính ( D ) bằng chiều cao ( h ) và tối thiểu bằng 42 mm, hoặc khối vuông có các cạnh trong khoảng từ 42 m m đến 50 mm. 4.2.2 . Đối với mẫu thử hình trụ, đường kính cần lớn hơn 11 l ầ n đường kính hạt khoáng vật lớn nh ấ t và không nhỏ hơn 42 mm. - Đường kính và chiều cao, phải được gia c ô ng chính xác với sai s ố kh ô ng quá 0,5 %. - Hai mặt đáy phải song song nhau và thẳng g ó c với đường sinh, độ nghiêng cho phép kh ô ng lớn hơn 0,05 mm; phải được mài nhẵn và phẳng, độ phẳng cho phép nhỏ hơ n 0,02 mm. - Độ ôvan (kh ô ng tròn) của ti ế t diện mẫu thử không vượt quá 0,05 mm. 4.2.3 . Đối với mẫu thử hình khối lập phương, các mặt phải được mài nhẵn, độ nhám cho phép không l ớn hơn 0,05 mm; các mặt đối diện phải song song với nhau, các mặt liền kề phải vuông góc với nhau. 4.2.4 . Các viên mẫu thử, sau khi đã gia công hoàn ch ỉ nh, phải được đánh s ố hiệu đúng với số hiệu mẫu. 4.2.5 . Các mẫu thí nghiệm ở trạng thái khô gió hoặc b ã o h òa cần được chuẩn bị theo quy định trong 6.3.4 và 6.3.5. 4.2.6 . S ố lượng viên mẫu thử gia công hoàn chỉnh của một mẫu thí nghiệm ở cùng một điều kiện thí nghiệm phụ thuộc vào mức độ đồng nhất của mẫu đá và không í t hơn 3 viên. 4.3 . Thiết b ị thí nghiệm 4.3.1 . Máy nén thủy lực có mức gia tải tối đa từ 600 kN đến 2 000 kN, c ó khả năng truyền tải trọng với tốc độ từ 0,5 MPa đến 1,0 MPa tr ê n giây, và đo lực ch í nh xác đến 1%. Máy nén sử dụng trong thí nghiệm phải được ki ể m định đúng định kỳ theo quy định. 4.3.2 . Máy nén phải có khớp cầu tự lực ở t ấ m nén trên và bộ phận định t â m ở t ấ m nén dưới, các t ấ m nén có độ cứng không nhỏ hơn 50 HRC, độ nhẵn bề mặt cho phép là 0,025mm. 5. Nguyên tắc chung Cơ sở của phương pháp là dựa vào nguyên lý phân tích lực trên một mặt phẳng nghiêng, nhờ sử dụng bộ khuôn đặc biệt để điều chỉnh mẫu thí nghiệm nằm nghiêng theo một góc định trước so với phương tác dụng lực nén; được thể hiện ở Hình 1. CHÚ DẪN: 1- B à n nén truyền lực 2- Khuôn tạo góc 3- Khuôn giữ mẫu 4- Hệ thống con lăn P- Tải trọng nén tác dụng Hình 1 - Sơ đồ thí nghiệm c ắ t theo góc nghi ê ng định trước Khi tải trọng nén P tác dụng lên mẫu dưới góc nghiêng α (như trên Hình 2) th ì ứng suất σ = P/S ( S - diện tích mặt cắt), MPa, sẽ phân th à nh ứng suất tiếp tuyến t và ứng suất pháp tuyến σ p . Khi ứng suất tiếp tuyến t vượt quá sức chống cắt của đá thì sẽ xảy ra hiện tượng cắt trượt. Với việc nén mẫu thử ở các g ó c nghiêng khác nhau sẽ thu được các giá trị ứng su ấ t pháp tuyến σ p và ứng suất tiếp tuyến (ứng suất cắt) t tương ứng. H ì nh 2 - Sơ đồ phân tích lực Mỗi mẫu thí nghiệm được tiến hành nén ở nhiều g ó c nghiêng khác nhau (thư ờ ng được thực hiện ở ba góc nghiêng 30° , 45°, 60°) và dựng được đường cong quan hệ giữa ứn g suất pháp tuyến ( σ p ) trung b ì nh và ứng suất tiếp tuyến ( t ) trung bình gọi là đường bao giới hạn (xem hình 3). Hình 3 - Đ ồ thị phân tích thí nghiệm cắt bi ế n góc Trong thực t ế đ ể xác định được các thông số lực đính k ế t đơn vị C và góc ma sát trong φ chỉ cần thí nghiệm cắt theo hai góc nghiêng 45° và 60° là đ ủ . 6. Phương pháp cắt theo góc nghiêng định trước (Phương pháp cắt biến góc) trên mẫu đúng quy cách 6.1 . Phạm vi áp dụng Phương pháp này áp dụng cho các mẫu đá có thể gia công được các mẫu thử có hình kh ố i chuẩn (khối trụ tr ò n hoặc khối lập phương). 6.2 . Thiết b ị , dụng cụ 6.2.1 . Thiết bị để gia công mẫu đá: máy khoan; máy cắt đĩa kim cương; máy mài với đĩa mài kim cương; (cát mài corinđon với các cỡ hạt khác nhau dùng cho máy mài với đĩa mài bằng thép). 6.2.2 . Máy nén thủy lực đáp ứng đúng yêu cầu nêu trong 4.3. 6.2.3 . Bộ khuôn gá phù hợp với hình dạng mẫu thí nghiệm bao gồm: - Khuôn tạo góc nghiêng (hình 4) bằng thép có cấu tạo sao cho giữ được khuôn chứa mẫu nằm nghiêng ở các g ó c 45° và 60° khi tiến hành thí nghiệm; - Khuôn giữ mẫu bằng thép g ồ m hai nửa khối trụ hoặc khối vuông có đáy (Hình 5 , a) với các kích thước khác nhau để có thể lựa chọn sao cho phù hợp với kích thước của mẫu thử; - B ộ (hệ thống) con lăn bằng thép (H ì nh 5,b); 6.2.4 . Các thiết bị, dụng cụ khác: - Thùng để ngâm mẫu; - Thước kẹp cơ khí, độ chính xác đến 0,1 mm; - Thước đo vuông góc; - Đồng hồ bấm giây; - Sổ ghi chép kết quả. (xem phụ lục A) Hình 4 - Bộ khuôn tạo góc nghiêng Hình 5 - Bộ khuôn g i ữ m ẫ u và hệ thống con l ă n 6 .3 . Chuẩn bị mẫu 6.3.1 . Kiểm tra từng viên mẫu thử, để đảm bảo chắc chắn khâu gia c ô ng mẫu đáp ứng đúng yêu cầu trong 4.2.2 và 4.2.3. Mô tả cho từng viên mẫu thử về tên đá, đặc điểm kiến trúc, c ấ u tạo, tính phân lớp, nứt nẻ..v.v... 6.3.2 . Đo và ghi lại chiều cao, đường kính (đối với mẫu khối trụ) hoặc các cạnh (đối với mẫu khối vuông) của từng viên mẫu thử với độ chính xác tới 0,01 mm. Cách đo tiến hành ngẫu nhiên với: - mẫu khối trụ: đo hai giá trị đường kính vuông góc nhau ở vị trí giữa th ỏ i, và ở hai v ị trí gần cuối đầu thỏi; lấy tr ị số trung bình của sáu lần đo trên . Đo chiều cao mẫu từ ba đến bốn giá trị để tính trị số t rung bình. - mẫu khối vuông: m ỗ i cặp cạnh đo từ ba đến b ố n giá tr ị để t í nh trị số trung bình. 6.3.3 . Vẽ mặt cắt dự kiến lên mặt bên và mặt đáy của từng viên mẫu thử và chia ra thành hai nh ó m để thí nghiệm cắt ở hai góc khác nhau. Yêu cầu các viên đá trong mỗi nhóm phải đại diện cho cả mẫu đá đồng đều v ề mức độ phong hóa, thành phần kiến trúc, c ấ u tạo... 6.3.4 . Nếu thí nghiệm ở trạng thái khô gió phải đảm bảo mẫu thử sau khi gia công xong được để trong phòng không í t hơn 5 ngày. 6.3.5 . N ế u thí nghiệm ở trạng thái bão hòa, mẫu thử được xếp thành một lớp vào khay chứa mẫu, đổ nước sạch vào ngập đ ế n 1/3 chiều cao mẫu, sau 24 h tiếp tục cho thêm nước để ngập 2/3 chiều cao mẫu, sau 24 h tiếp theo cho thêm nước để ngập toàn bộ mẫu, mực nước luôn được giữ cao hơn mặt mẫu không nh ỏ hơn 5 cm, thỉnh thoảng phải đào mẫu để đuổi bọt kh í thoát ra ngoài. Tiếp tục ng â m mẫu tới 24 h, l ấ y mẫu ra, dùng kh ă n ẩm lau kh ô nước rồi đem c â n xác định khối lượng mẫu lần 1. Tiếp tục cho ngâm mẫu trong nước, cứ sau 24 h tiến hành c â n mẫu thử một lần. Nếu giữa 2 lần cân liên tiếp nhau, khối lượng của mẫu t ă ng không quá 0 , 2% thì xem như mẫu đ ã đạt đến khối lượng không đổi. Đặt mẫu thử vào khay ngâm lại như cũ cho đến khi thí nghiệm. Ngay trước khi thí nghiệm, dùng khăn ẩm lau khô nước, ghi số hiệu mẫu vào bảng ghi chép kết quả thí nghiệm (bảng A1 - Phụ lục A). 6.4 . Cách ti ế n hành 6.4.1 . Dự t í nh tải trọng nén (ứng với thí nghiệm cắt) để chọn loại máy nén phù hợp, chọn số vòng đọc th í ch hợp. 6.4.2 . Lắp mẫu thử vào khuôn giữ m ẫ u và đặt chúng cùng với khuôn tạo góc lên bàn nén của máy nén thông qua hệ thống con lăn. Điều chỉnh cho mặt cắt dự kiến đã được vạch trên mặt b ê n nằm đúng giữa khe hở của hai nửa khuôn giữ mẫu; Phải đảm bảo mẫu được l ắp khít với khuôn giữ mẫu, hai mặt nghiêng của hai nửa khuôn tạ o góc song song nhau có khe hở ở giữa từ 3 mm đ ế n 4 mm và toàn bộ khuôn c ắ t có chứa mẫu được đặt đúng tâm của máy nén. 6.4.3 . Điều ch ỉn h cho bàn nén của máy nén trùng khít vào hệ thống bi lăn của khuôn c ắ t. M ở máy tăng t ả i với một lực nén khoảng 100 N để giữ chặt toàn bộ hệ thống khuôn cắt và mẫu thử. CHÚ Ý: Để tránh nhầm l ẫ n, khi sử dụng khuôn tạo g ó c cần phải chọn c ẩ n thận đ ể hai nửa khuôn c ó cùng một góc nghiêng. 6.4.4 . Sau đ ó , tăng tải trọng liên tục lên mẫu với tốc độ không đ ổ i khoảng từ 0,5 MPa đến 1,0 MPa trên mỗi giây cho đến khi mẫu bị phá hủy (khi xảy ra sự cắt trượt giữa hai phần mẫu). 6.4.5 . Ghi lại tả i trọng tối đa phá v ỡ mẫu với độ chính xác 1%; Mô tả mẫu sau khi thí nghiệm, vẽ lại hình dạng mặt cắt. 6.4.6 . Lặp lại các bước từ 6.4.1 đến 6.4.5 cho các viên mẫu tiếp theo, đảm bảo không ít hơn 3 mẫu thử cho một góc nghiêng; mỗi mẫu đ ã được tiến hành thí nghiệm ở hai góc nghiêng 45° và 60°. CHÚ THÍCH: 1- Mẫu đá có cấu tạo phân lớp, tùy theo yêu c ầ u có th ể tiến h à nh thí nghiệm cắt vuông góc với mặt lớp, song song với mặt lớp hoặc c ả hai; v iệ c n à y phải được chuẩn b ị từ khâu gia công mẫu. 2- Với mẫu được thí nghiệm ở tr ạ ng th ái bão h òa : sau khi ki ể m tra mẫu đ ã đạt yêu c ầ u bão hòa, thì được vớt ra và dùng kh ă n ẩ m lau khô nước trước khi thực hiện các bư ớ c từ 6.4.1 đến 6.4.6 6. 5. Biểu th ị kết quả 6.5.1 . Ứng suất tiếp tuyến t v à ứng su ấ t pháp tuyến σ p được t í nh theo công thức 1: ; , (1) trong đó: P là tải trọng lớn nhất t ạ i thời điểm mẫu b ị phá hủy (cắt trượt), tính bằng kilôNiut ơ n, kN; S là diện t í ch mặt cắt của mẫu, m 2 , (S = D x h ; trong đ ó : D - đường kính mẫu; h - chiều cao mẫu). α l à góc nghiêng thí nghiệm cắt (bằng 45 ° và 60 °). Lấy trị trung bình của các lần thí nghiệm cho mỗi góc c ắ t. Ứng với từng góc cắt khác nhau tính giá trị ứng suất tiếp t (trung bình) và ứng suất pháp σ p (trung bình) tương ứng. 6.5.2 . Lập đ ồ thị thí nghiệm cắt (đồ thị tương quan giữa ứng suất pháp tuyến σ p và ứng suất tiếp tuyến t (hình 6). H ì nh 6 - Đồ th ị thí nghiệm cắt theo góc nghiêng định tr ư ớc 6.5.3 . Dựa trên đồ thị thí nghiệm cắt (hình 6), tính góc ma sát trong ( φ ), độ, theo công thức 2: (2) trong đó: t 4 5 , t 60 , σ 4 5 , σ 60 l ầ n lượt là giá t rị trung bình của ứng suất tiếp tuyến và pháp tuyến ở các góc cắt 45° và 60° 6.5.4 . Từ công thức t = σ t g φ + C , tính lực dính k ế t đơn v ị ( C ), MPa, theo công thức 3: C = t 4 5 - σ 4 5 x tgφ (3) 6.5.5 . Tí nh hệ số biến thiên (V, % ) 6.5.5.1 . Độ bền c ắ t trung bình của đá cho mỗi góc cắt được xác định bởi c ô ng thức 4: (4) 6.5. 5 .2 . Số lượng mẫu thử n nhỏ nhất để có được trị số trung b ì nh tin cậy có tính đến tính chất không đồng nh ấ t của đá, phù hợp với tỷ số cho ph é p giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất trong loạt mẫu thử đ ược xác định theo công thức 5: (5) trong đ ó : V là hệ số biến thiên của độ bền cắt, (%). 6.5.5.3 . Tính hệ số biến thi ê n của độ bền cắt theo công thức 6: (6) trong đó: là độ lệch b ì nh phương trung bình được xác định theo công thức sau: 6.5.5.4 . Số lượng mẫu thử ít nhất cho mỗi góc c ắ t đ ể nhận được tr ị s ố trung bình tin cậy n ê n l ấ y như sau: Bảng 1 - Số mẫu thử cần cho một góc cắt tính theo độ tin cậy Hệ số biến thiên độ bền cắt V (%) 30 25 20 15 Số mẫu thử cần thiết cho một góc cắt ( n ) 9 6 4 3 CHÚ THÍCH: Sau khi t í nh toán h ệ số biến thi ê n V, n ế u kết quả không ph ù hợp với điều kiện trên thì phải tiến hành thí nghiệm bổ sung và tính toán lại kết quả 6.5.6 . Độ chính xác và sai s ố cho phép Kết quả tính toán hệ số biến thiên V, % nói lên độ chính xác của phép th ử . Độ tin cậy của ph é p thử đạt yêu cầu khi số lượng mẫu thử ít nhất cho một mẫu đá phù hợp với Bảng 1. Mỗi mẫu ph ải tiến hành th í nghiệm cắt ở hai g ó c nghiêng và ở mỗi góc ít nhất ba lần xác định song song. Trường hợp mẫu không đồng nhất cần phải tăng số lần xác đ ị nh song song l ê n 4, 5 hoặc nhiều hơn nữa phụ thuộc vào h ệ số biến thiên ( V ) , %. 6.6 . Báo cáo thử nghiệm Báo cáo kết quả của phép thử cần được bao gồm các th ô ng tin chủ y ế u sau: - Nguồn mẫu bao gồm: t ê n dự án và địa điểm ( số hiệu hố khoan , số hiệu mẫu, chiều sâu lấy mẫu, ngày l ấ y mẫu, người lấy mẫu, số lượng mẫu); - Tên đá: mô tả thành ph ầ n thạch học, kiến trúc, tên thành hệ, mức độ phong hóa; - Ngày thí nghi ệ m và loại máy thí nghiệm; - Đường kính v à chiều cao của mẫu thử; - Điều kiện độ ẩm của mẫu trước khi thí nghi ệ m; - Điều kiện nhiệt độ trong phòng khi thí nghiệm; - Hướng trục của lực tác dụng l ê n mẫu thí nghiệm (vuông góc, song song hay xiên g ó c với m ặt lớp); - T ố c độ n é n khi thí nghiệm; - Ứng suất pháp tuyến (trung bình) và ứng suất tiếp tuyến (trung bình) của từng góc cắt; - Góc ma sát trong và lực dính kết đơn vị của mẫu; - M ô tả hình dạng mặt cắt của mẫu sau khi thí nghiệm; - Các quan sát c ó liên quan, khác với những yêu cầu nêu trong phương pháp thí nghiệm. 7. Phương pháp cắt hai mặt 7.1 . Phạm v i áp dụng Phương pháp cắt hai mặt chỉ áp dụng để xác định ứng suất cắt t khi ứng suất pháp bằng không 7.2 . Thi ế t b ị , dụng cụ - Máy nén có mức gia tải t ố i đa từ 600 kN đến 2 000 k N ; - Thiết bị thí nghiệm cắt 2 mặt; - Máy cưa, máy mài đá; - Thước kẹp độ chính xác 0,1mm; - Thước đo vuông góc; - Đồng hồ b ấ m giây. 7.3. Chuẩn bị mẫu 7.3.1 . Lấ y mẫu đá từ hiện trường đem cưa, mài thành mẫu thí nghiệm h ì nh lăng trụ vuông kích thước 5 cm x 5 cm x 15 cm. 7.3.2 . Hai mặt chịu n é n của m ẫ u phải song song nhau, độ nghiêng cho phép ± 0,1 mm, hai mặt li ề n kề phải vuông góc với nhau; mặt chịu nén phía trên phải đư ợc mài nhẵn với độ phẳng cho phép ± 0,05 mm. 7.3.3 . Tùy theo yêu cầu của công tr ì nh mà gia công mẫu để cho phương của tải trọng song song hoặc thẳng góc với mặt lớp của đá. 7.4 . Cách ti ế n hành 7.4.1 . Mô t ả mẫu thí nghiệm, đánh dấ u hai mặt cắt d ự kiến, mặt chịu n é n. Đo, tính diện tích hai mặt cắt. 7.4.2 . Đặt mẫu thử vào thiết bị cắt theo đúng phương và mặt cắt dự t í nh, vặn chặt các ốc kẹp mẫu (xem Hình 8). 7.4.3 . Đặt to à n bộ thiết bị c ắ t và mẫu thí nghiệm vào trung tâm bàn nén của máy nén. 7.4.4 . Điều chỉnh cho hai mặt bàn n é n của máy nén trùng khít vào mặt tr ê n và mặt dưới của khuôn thí nghiệm. 7.4.5 . Mở máy, tăng tải trọng với t ố c độ đều từ 0,5 MPa/s đến 1,0 MPa/s cho đến khi mẫu bị c ắ t hoàn toàn. Ghi lại tải trọng cuối cùng. 7.4.6. Mô tả mẫu sau khi cắt: hình dạng mặt cắt , phương của mặt cắt so với phương dự k iến v.v... CHÚ DẪN: 1- T ấ m đ ệ m phân bố lực 2- Bu l ô ng kẹp mẫu 3- M ẫ u thí nghiệm 4- Khuôn c ắ t P- T ả i trọng nén Hình 7 - Sơ đồ thí nghiệm cắt bằng phương pháp cắt 2 mặt 7. 5. Biểu thị kết quả 7. 5 .1 . T í nh độ bền c ắ t theo công thức 7: ( 7 ) trong đó: t 0 là ứng suất tiếp trên mặt c ắ t khi ứng suất pháp σ = 0, tức là giá tr ị lực dính k ết đơn v ị C , t í nh bằng MegaPascal (MPa) P là tải trọng phá v ỡ , tính bằng kilôNiut ơ n (kN) S là diện tích mặt c ắ t bằng 2 l ầ n diện tích ti ế t diện ngang của mẫu thử, tính bằng mét vu ô ng (m 2 ); S = 2( a x h ) ; trong đó: a : chiều rộng, h : chiều cao, t í nh bằng mét (m) Mỗi mẫu c ầ n tiến hành từ 3 đến 5 mẫu thử, t í nh trị số trung bình theo công thức sau: 7.5.2 . T í nh hệ số biến thiên V , (%) theo công thức 8: Phương pháp thí nghiệm cắt hai mặt hệ số biến thiên V , % được tính như sau: - Hệ số biến thi ê n: (8) - Độ lệch b ì nh phương trung b ì nh: , trong đó: t 0 tb là độ bền cắt trung bình của mẫu đá, MPa; t 0 i là độ bền cắt của t ừng viên mẫu thử được thí nghiệm, MPa; n là số lượng các vi ê n mẫu thử được thí nghiệm; V là hệ số biến thiên của phép thử, %. Kết quả tính toán hệ số biến thiên V , %, nói lên độ chính xác của phép thử, và cũng từ đó xác đ ị nh số cục đá c ầ n thiết cho một mẫu thí nghi ệ m (xem ở Bảng 1). N ế u kết quả tính toán không phù hợp với bảng 1, thì phải thí nghiệm bổ sung và tính toán lại kết quả. 7.6 . Báo cáo thử nghiệm Báo cáo k ế t quả thí nghiệm ph ả i có đ ầ y đ ủ các thông tin như nêu tại 6.6. Phụ lục A (Tham khảo) Bảng ghi chép kết quả thí nghiệm cắt B ả ng A1 - Bảng ghi chép k ế t quả thí nghiệm cắt theo ph ư ơng pháp c ắ t biến góc Đơn vị gửi mẫu: Ngày lấy mẫu: Người l ấ y mẫu: Ngày bắt đầu thí nghiệm: Số hiệu mẫu Tên công trình Tên đá Trạng thái thí nghiệm Phương tải trọng so với mặt lớp Kích thước mẫu (m) Diện tích tiết diện (m 2 ) Góc cắt (độ) Tải trọng phá vỡ (kN) Ứng suất thẳng góc (Mpa) Góc ma sát trong (độ) Ứng suất tiếp tuyến (Mpa) Lực dính kết đơn vị C (Mpa) Chiều cao h Đường kính D Từng lần TN Trung bình Hệ số b/t V % 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 - Mô tả mặt cắt sau khi cắt:………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… Người thí nghiệm Ngày tháng năm Người ki ể m tra Bảng A2 - Bảng g h i chép kết quả thí nghiệm cắt theo ph ươ ng pháp cắt hai mặt Đơn vị gửi mẫu: Ngày lấy mẫu: Người l ấ y mẫu: Ngày bắt đầu thí nghiệm: Số hiệu mẫu Tên công trình Trạng thái thí nghiệm Tên đá Phương tải trọng so với mặt lớp Kích thước mẫu (m) Diện tích tiết diện F (m 2 ) Tải trọng phá vỡ P (kN) Độ bền cắt ( t 0 ), kN/m 2 Hệ số biến thiên V, % cao ( h ) rộng ( a ) dài ( l ) Từng lần thí nghiệm Trung bình 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Mô tả mặt c ắ t sau khi c ắ t ………………………………………………………………………………………………………… Người thí nghiệm Ngày tháng năm Người ki ể m tra Phụ lục B (Tham khảo) Phương pháp cắt theo góc nghiêng định trước trên mẫu bán quy cách B.1 Phạm vi áp dụng Phương pháp này cho phép ti ế n hành thí nghiệm cắt theo góc trên mẫu có hình dạng b ấ t kỳ không c ầ n gia c ô ng chính xác. CHÚ TH Í CH: Phương pháp này chỉ có tính chất gần đúng mà công tác gia công mẫu thí nghiệm cũng không đơn giản hơn so với gia công mẫu c ó quy cách v ì vậy ch ỉ áp dụng khi m ẫ u đá không thể gia công được các v i ên mẫu thử c ó hình khối chuẩn. B.2 Thiết b ị , dụng cụ - Thiết bị để gia c ô ng mẫu đá: máy cắt đĩa kim cương; búa địa chất. - Máy nén thủy lực đáp ứng được đúng quy định trong 4.4 của tiêu chuẩn này. - Khuôn tạo góc nghiêng (xem Hình 3) bằng th é p có c ấ u tạo sao cho giữ được khuôn chứa mẫu nằm nghiêng ở các góc 45° và 60° khi tiến hành thí nghiệm. - Khuôn đúc giữ mẫu b ằ ng thép gồm hai nửa khối vuông c ó đáy với kích thước b ê n trong 7 cm x 7 cm x 3,4 cm hoặc hai nửa vòng đệm khối tròn có đáy với đường kính và chiều cao trong bằng 7 cm x 3,4 cm; - Giấy b ì a các-tông, hoặc para f in, chất kết dính (thạch cao, xi m ă ng đông cứng nhanh). - Bộ con lăn b ằ ng thép (xem Hình 4). - Thùng để đựng m ẫ u. - Thước kẹp cơ khí có độ chính xác đến 0,1 mm. - Thước đo vuông góc. - Đ ồ ng hồ bấm giây. - Bảng ghi chép k ế t qu ả thí nghiệm (xem phụ lục A). B.3 Chuẩn bị mẫu B.3.1 Dùng máy cưa ( với các tảng đá tương đối lớn) cắt thành từng vi ê n nhỏ; lấy búa ghè, đập các tả ng đá hay nõn khoan thành những vi ê n có dạng khối, kích thước từ 5 cm đến 7 cm và phải đảm bảo ba kích thước vuông góc nhau của mẫu chênh nhau không quá 1,5 lần B.3.2 Ghi số hiệu mẫu và đánh d ấ u mặt cắt dự tính lên mẫu thử đã gia công xong. Tùy theo yêu cầu thí nghiệm có th ể chọn mặt cắt dự kiến vuông góc hoặc song song v ới mặt lớp (đối với đá c ó tính phân lớp). B.3.3 Mỗi mẫu đ á cần gia công từ 7 viên đ ến 10 viên có hình dạng và kích thước gần giống nhau. B.3.4 Đ ú c mẫu vào khuôn giữ mẫu: - Đầu ti ê n, đổ chất kết dính đ ã đ ư ợc chế thành vữa nh ã o vào nửa dưới khuôn và ấ n mẫu vào cho ngập đến gần ngang vạch mặt cắt dự t í nh; - Làm phẳng mặt vữa k ế t dính r ồ i phủ lên một t ấ m đệm bằng b ì a các-tông hoặc parafin dày từ 3 mm đến 4 mm, chờ cho chất kết dính đông cứng; - Tiếp theo, đặt nửa m ẫ u còn lại vào nửa khuôn mẫu trên (vòng đệm tr ê n), đ ổ đầy chất kết dính vào đến ngập khuôn mẫu; - Chờ sau 7 ngày, để cho chất kết dính đông cứng, mới tiến hành thí nghiệm. Trước khi thí nghiệm phải bỏ t ấ m đệm bằng b ì a các-tông hoặc parafin ra v à đặt toàn bộ hệ thống khuôn đúc mẫu đ ã có mẫu thử vào giữa khuôn tạo góc. CHÚ DẪN: 1- Bàn nén của máy 2- Hệ thống bi l ă n 3- V ò ng đệm tạo mẫu 4- Chất gắn kết 5- M ẫ u thí nghiệm 6- Khuôn thí nghiệm cắt P- Tải trọng nén Hình B1 - Sơ đồ thí nghiệm cắt biến góc trên mẫu bán quy cách B.4 Cách t iế n hành Các bước tiến hành của phép thử được thực hiện như nêu trong 6.4. B.5 Biểu th ị kết quả B.5.1 Kết quả của ph é p thử được t í nh toán theo các công thức (1); (2); (3) như trong phần thí nghiệm đối với mẫu có quy cách nhưng diện tích mặt cắt S được t í nh như sau: v ẽ mặt cắt của mẫu thử sau khi thí nghiệm lên giấy kẻ ly, rồi dùng thiết bị tính diện tích hoặc đ ế m ô vuông trên giấy k ẻ ly để t í nh diện tích mặt cắt mẫu. B.5.2 Hệ số biến thiên của ph é p thử được t í nh như đối với mẫu có quy cách như nêu tr ong 6.5.5. B.5.3 Báo cáo k ế t qu ả thử nghi ệ m phải có đ ầ y đủ các thông tin như nêu trong 6.6. CHÚ THÍCH: Ph ư ơng pháp này thu đ ược kết quả chỉ có tính chất gần đúng. Để t ă ng độ ch í nh xác của phép thử cần tăng số lần thí nghiệm ở mỗi góc cắt lên nhiều lần. Phụ lục C (Tham khảo) Các loại máy dùng cho thí nghiệm xác định độ bền cắt của đá Hình C1 - Máy nén thủy lực Hình C2 - Máy khoan đá trong ph ò ng H ì nh C3 - Máy cưa (cắt) đá Hình C4 - Máy thí nghiệm cắt đá trực tiếp - h iệ n đại H ì nh C5 - Máy cắt trực tiếp dưới áp lực đứng định trước (công suất nh ỏ ) TH Ư MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Viện nghiên cứu Khoa học Thủy lợi -1975, Quy trình thí nghiệm c á c tính ch ất vật cơ học của đ á . [2] V.D.Lômtadze, Phương pháp nghiên cứu tính chất cơ lý của đất đá trong phòng thí nghiệm. [3] ASTM : D 5607 - 02 Standard test met h od for per f orming laboratory direct shear strength test of rock speciment under constant normal force [4] ENV 1997- 2 :1999, A. 1 5.4, Direrect shear test MỤC LỤC Lời nói đ ầu TCVN 10323:2014 Đá xây dựng - Phương pháp xác định độ bền cắt trong phòng thí nghiệm 1 . Phạm vi áp dụng 2 . Tài liệu viện d ẫn 3 . Thuật ngữ v à định nghĩa 4 . Quy đ ị nh chung 5 . Nguyên tắc chung 6 . Phương pháp cắt theo góc nghiêng định trư ớ c trên mẫu đúng quy cách 7 . Phương pháp cắt hai mặt Phụ lục A ( tham khảo) Các b ả ng ghi chép kết quả thí nghiệm cắt Ph ụ lục B (tham khảo) Phương pháp cắt theo góc nghiêng đ ị nh trước trên mẫu bán quy cách Phụ lục C (tham khảo) Các loại máy dùng cho thí nghiệm xác định độ bền cắt của đá Thư mục tài liệu tham khảo