›
›

Nghiên cứu phương pháp xác định mô đun đàn hồi của vật liệu hỗn hợp Asphalt chèn trong đá hộc cho kết cấu bảo vệ mái đê biển

Download
KHOA HỌC  
CÔNG NGHỆ  
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA  
VẬT LIỆU HỖN HỢP ASPHALT CHÈN TRONG ĐÁ HỘC CHO  
KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN  
Nguyễn Mạnh Trường  
Viện Bơm và Thiết bị Thủy lợi  
Tóm tắt: Bài báo trình bày nghiên cứu mô hình thí nghiệm mô đun đàn hồi của vật liệu hỗn hợp  
asphalt chèn trong đá hộc cho kết cấu bảo vệ mái đê biển trong phòng thí nghiệm, để thay thế cho  
việc thí nghiệm mô đun đàn hồi ngoài hiện trường, sẽ mất rất nhiều thời gian và kinh phí, với một  
giá trị quy đổi tương đương, để phục vụ cho công tác tính toán kết cấu bảo vệ mái đê biển bằng  
vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc.  
Từ khóa: Đê biển, Vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc.  
Summary: The article presents a model of the elastic modulus of the fully grouted stone asphalt  
for the protective structure of the sea dike embankment in the laboratory, to replace the external  
elastic modulus which will take a lot of time and money, with an equivalent value, to serve for the  
calculation of the protection structure of the sea dike embankment with the fully grouted stone  
asphalt.  
1. ĐẶT VẤN ĐỀ*  
Thừa hưởng những nghiên cứu, ứng dụng  
trong xây dựng hệ thống đê biển ở các nước  
Vấn đề nghiên cứu đê biển trên thế giới đã có  
phát triển để nghiên cứu ứng dụng các dạng kết  
từ lâu, đặc biệt là các nước phát triển, như Hà  
cấu bảo vệ mái đê biển ở Việt Nam là cần thiết,  
Lan, Mỹ, Đức, Nhật,… Các thành tựu nghiên  
trong đó có dạng kết cấu bảo vệ bằng vật liệu  
cứu về khoa học công nghệ đê biển đã được  
hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc đã được sử  
tổng kết, đánh giá đưa vào các tài liệu sổ tay,  
dụng hiệu quả nhiều nước trên thế giới.  
quy trình, quy phạm. Tuy nhiên do những biến  
động lớn về môi trường, tần suất và cường độ  
ngày càng gia tăng của thiên tai, nhất là sự biến  
đổi khí hậu toàn cầu làm cho vấn đề an toàn bờ  
biển và công trình ven biển, nảy sinh nhiều vấn  
đề mới, phức tạp; vì vậy những nghiên cứu về  
lĩnh vực này vẫn tiếp tục được trọng thị trên  
toàn thế giới.  
Việc thiết kế lớp gia cố mái đê biển bằng vật  
liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc tuân thủ  
theo TCVN 9901:2014 - Công trình thủy lợi  
yêu cầu thiết kế đê biển. Tuy nhiên với dạng kết  
cấu mái đê biển bằng vật liệu hỗn hợp asphalt  
chèn trong đá hộc thì chưa có hướng dẫn tính  
toán riêng cho loại kết cấu này.  
Để xây dựng hệ thống đê và các công trình bảo  
vệ bờ biển, ngoài vật liệu đất để đắp thân đê  
thì việc sử dụng dạng kết cấu bảo vệ mái đê là  
vô cùng quan trọng. Nó quyết định đến khả  
năng bảo vệ, độ bền, gia thành xây dựng… cho  
toàn bộ công trình đê biển. Việc sử dụng các  
dạng kết cấu bảo vệ mái đê ngày càng đa dạng.  
Theo [10] việc xác định chiều dầy lớp gia cố  
bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu hỗn hợp  
asphalt chèn trong đá hộc được tính theo công  
thức giải tích sau:  
Ngày nhận bài: 23/10/2018  
Ngày duyệt đăng: 05/12/2018  
Ngày thông qua phản biện: 26/11/2018  
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 52 - 2019  
1
27  
2.1. Cốt liệu  
1
p
s
(1-1)  
5
h 0,75.  
.
.( )4 .( )  
16 (12 ) b  
c
Cốt liệu bao gồm cốt liệu hạt thô, cốt liệu hạt  
mịn với chức năng tạo bộ khung chịu lực cho  
hỗn hợp.  
Trong công thức trên Mô đun độ cứng và hệ số  
Poisson là hai chỉ tiêu cơ lý của vật liệu hỗn hợp  
asphalt chèn trong đá hộc cần được xác định.  
Với hệ số Poisson có thể lấy tương tự như kết  
Một cấp phối cốt liệu có các thành phần hạt hợp  
lý các hạt nhỏ lấp đầy các lỗ rỗng của các hạt  
lớn, khi đó chất liên kết sử dụng ít đi chỉ đủ để  
bao bọc và liên kết các hạt cốt liệu với nhau tạo  
ra một hỗn hợp đặc chắc cao, độ rỗng nhỏ thì  
mô đun đàn hồi sẽ cao.  
cấu áo đường   
=0,3 [2]. Tác giả tập trung vào  
nghiên cứu xác định mô đun độ cứng của vật  
liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc  
Cũng theo [10] có hai loại độ cứng: Độ cứng  
đàn hồi thể hiện khi vật liệu làm việc trong điều  
kiện nhiệt độ thấp, thời gian tác dụng của tải  
trọng ngắn; độ cứng dẻo nhớt thể hiện khi vật  
liệu làm việc ở nhiệt độ cao, tải trọng tác dụng  
lâu. Loại thứ nhất được dùng để tính toán biến  
dạng giới hạn của kết cấu khi thiết kế bằng  
phương pháp giải tích. Loại thứ hai dùng để  
đánh giá khả năng chống biến dạng của vật liệu.  
Trong trường hợp nghiên cứu thì Mô đun độ  
cứng cần được xác định là loại thứ nhất vì vậy  
mô đun độ cứng (S) trong trường hợp này chính  
là mô đun đàn hồi (E).  
2.2. Chất liên kết  
Mô đun đàn hồi của vật liệu biến đổi rất nhiều  
tùy thuộc vào hàm lượng bột khoáng, vào tỉ số  
nhựa bitum và bột khoáng. Khi lượng nhựa  
nhiều, bột khoáng ít, các hạt bột khoáng bọc  
màng nhựa dày, không tiếp xúc trực tiếp với  
nhau, mô đun đàn hồi giảm. Khi bột khoáng  
tăng lên tỉ lệ bitum/bột khoáng giảm, đến lúc  
lượng nhựa vừa đủ để bọc các hạt bột khoáng  
bằng một màng nhựa mỏng và các hạt tiếp xúc  
với nhau có định hướng, mô đun đàn hồi tăng.  
Nếu tiếp tục tăng bột khoáng lên nữa, bitum sẽ  
không đủ để tạo màng bọc khắp các hạt, khi đó  
cấu trúc vi mô sẽ tăng lỗ rỗng, các hạt không  
liên kết được với nhau, mô đun đàn hồi sẽ lại  
giảm.  
Để tiến hành thí nghiệm mô đun đàn hồi của  
vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc phải  
thi công thử nghiệm loại kết cấu vật liệu này,  
sau đó sử dụng máy móc thí nghiệm để xác  
định các chỉ tiêu cần thiết. Đây là một vấn đề  
cần phải xem xét nghiên cứu vì nó sẽ rất tốn  
kém và mất thời gian, trong khi đó kết quả này  
được xác định để làm cơ sở cho việc thiết kế  
chiều dầy lớp bảo vệ. Vì vậy vấn đề đặt ra ở  
đây là tìm ra được phương pháp xác định mô  
đun đàn hồi của vật liệu hỗn hợp asphalt chèn  
trong đá hộc thay vì phải tiến hành thí nghiệm  
ở hiện trường thì chỉ cần thí nghiệm trong  
phòng với các dụng cụ thí nghiệm và máy móc  
thiết bị tiêu chuẩn. Để làm được vấn đề này cần  
tiến hành nghiên cứu mô hình thí nghiệm hiện  
trường bằng thí nghiệm trong phòng với một  
giá trị quy đổi tương đương.  
2.3. Nhiệt độ  
Bitum là loại vật liệu thể hiện đặc tính chịu  
nhiệt, chúng trở nên mềm hơn ở nhiệt độ cao và  
cứng hơn ở nhiệt độ thấp vi vậy mo đun độ cứng  
của vật liệu hỗn hợp asphalt sẽ bị giảm đi ở  
nhiệt độ cao và lớn hơn ở nhiệt độ thấp.  
Ở nhiệt độ cao vật liệu hỗn hợp asphalt chèn  
trong đá hộc trên mái nghiêng còn mất ổn định  
do bitum nóng chảy, chất kết dính phía trên bề  
mặt sẽ chảy xuống phía dưới làm cho thành  
phần vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc  
thay đổi dẫn đến mô đun đàn hồi cũng thay đổi  
theo.  
Nhiệt độ thay đổi quá lớn khiến bitum bị oxy  
hóa sau nhiều lần biến đổi từ trạng thái dẻo sang  
2. NGHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN  
MÔ ĐUN ĐÀN HỒI  
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 52 - 2019  
2
KHOA HỌC  
CÔNG NGHỆ  
cứng rồi lại sang dẻo làm giảm chất lượng đun đàn hồi tại hiện trường như đã trình bầy ở  
bitum dẫn đến mô đun đàn hồi của hỗn hợp trên. Căn cứ vào điều kiện thực tế hiện trường  
cũng bị giảm theo.  
vị trí thí nghiệm có những đặc điểm sau:  
- Kết cấu mái đê biển có cấu tạo các lớp từ trên  
xuống dưới như sau: 30cm vật liệu hỗn hợp  
asphalt chèn trong đá hộc; lớp vải địa kỹ thuật  
dạng dệt (chịu được nhiệt độ đến 2000C) ; lớp  
đá dăm dầy 15cm ; lớp vải địa kỹ thuật không  
dệt ; nền đê đất đầm chặt K=0,95.  
2.4. Tải trọng tác dụng  
Mô đun đàn hồi của vật liệu hỗn hợp asphalt  
chèn trong đá hộc chịu ảnh hưởng bởi các đặc  
tính của tải trọng như: trị số độ lớn tải, chế độ  
tải, hình dạng sóng tải, thời gian nghỉ (rest  
period) và tần số tải trọng tác dụng.  
- Vị trí đo thí nghiệm nằm trên mái đê phía biển  
có độ dốc mái m = 4.  
Trên cơ sở phân tích các yếu tố ảnh hưởng ở  
trên cộng với tài liệu [6] có thể nhận thấy nếu  
tỷ lệ sử dụng đá trong hỗn hợp vật liệu asphalt  
chèn trong đá hộc (khối lượng và độ rỗng)  
không thay đổi thì kích thước đá sẽ không ảnh  
hưởng nhiều đến mô đun đàn hồi. Chính vì vậy  
mà tác giả sẽ mô phỏng kết cấu vật liệu hỗn hợp  
asphalt chèn trong đá hộc ngoài hiện trường ở  
trong phòng thí nghiệm bằng việc thay thế tỷ lệ  
sử dụng đá hộc bằng đá dăm 2x4cm với các tỷ  
lệ thành phần cấp phối (cát, bột đá, bitum)  
không đổi.  
- Toàn bộ mái đê phía biển có hệ thống tường  
chắn sóng bằng BTCT với chiều cao phía biển  
là 0,5m phía đồng là 0,2m. Như vậy toàn bộ  
thiết bị máy móc phục vụ thí nghiệm trên mái  
đê phía biển phải di chuyển qua bức tường này.  
Vì vậy việc lựa chọn xe tải phục vụ thí nghiệm  
là không khả thi, chỉ có thể thay thế xe tải bằng  
máy đào có trọng lượng đủ lớn thay thế xe tải  
và hệ thống chất tải.  
Với những đặc điểm thực tế tại hiện trường  
chúng tôi lựa chọn sử dụng phương pháp tính  
ngược từ độ võng đo được trên bề mặt mái đê  
bằng tấm ép cứng.  
3. MÔ ĐUN ĐÀN HỒI NGOÀI HIỆN  
TRƯỜNG  
3.1. Các phương pháp thí nghiệm mô đun  
đàn hồi ngoài hiện trường  
3.3. Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi của  
vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc  
gia cố mái đê biển ở hiện trường  
Phương pháp phổ biến áp dụng trong thực tế là  
phương pháp tính ngược từ độ võng đo được  
trên bề mặt . Với phương pháp này, người ta có  
thể sử dụng độ võng đo được với tải trọng tác  
dụng là tĩnh (đo bằng cần đo độ võng  
Benkenman hoặc bằng tấm ép tĩnh), hay tải  
trọng động (như thiết bị FWD - Falling Weight  
Deflectometer).  
Sau khi lớp gia cố mái đê biển bằng vật liệu hỗn  
hợp asphalt chèn trong đá hộc được thi công thử  
nghiệm tại một đoạn của tuyến đê biển Cồn Tròn  
- Hải Hậu - Nam Định. Qua một thời gian sử  
dụng chúng tôi tiến hành kiểm tra đo mô đun đàn  
hồi của vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá  
hộc trực tiếp trên mái đê.  
3.2. Lựa chọn phương pháp thí nghiệm  
Tổng hợp các kết quả đo mô đun đàn hồi hiện  
trường tại 12 điểm thí nghiệm là HT-01, HT-02,  
Xác định giá trị mô đun đàn hồi tại hiện trường  
của vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc HT-03, HT-04, HT-05, HT-06, HT-07, HT-08,  
trong kết cấu mái đê biển (Đã được thi công ứng HT-09, HT-10, HT-11, HT-12 trên bề mặt kết  
cấu mái đê biển tương ứng với các điểm nhiệt  
độ thí nghiệm 15oC, 20oC, 25oC, 30oC, 35oC  
như sau:  
dụng thực tế tại đê biển Cồn Tròn - Hải Hậu -  
Nam Định).  
Từ các phương pháp thí nghiệm xác định mô  
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 52 - 2019  
3
KHOA HỌC  
CÔNG NGHỆ  
Bảng 3.1. Tổng hợp kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi hiện trường  
Mô đun đàn hồi hiện trường (Mpa)  
Điểm đo  
TT  
T=15oC  
205,7  
192,5  
206,3  
179,2  
198,6  
221,5  
203,7  
189,1  
193,5  
211,2  
220,8  
209,1  
202,6  
T=20oC  
166,6  
173,4  
150,9  
180,7  
173,1  
155,8  
170,3  
168,4  
171,8  
192,5  
155,9  
167,2  
168,9  
T=25oC  
154,6  
134,7  
125,5  
163,6  
140,0  
142,3  
126,5  
138,9  
159,2  
162,7  
140,8  
128,8  
143,1  
T=30oC  
127,3  
119,6  
121,8  
110,7  
109,5  
130,7  
123,5  
111,3  
133,9  
106,5  
139,1  
124,9  
121,6  
T=35oC  
83,7  
90,6  
99,5  
87,7  
104,3  
82,1  
93,3  
88,6  
100,5  
78,4  
1
2
3
4
5
6
7
8
9
HT - 01  
HT - 02  
HT - 03  
HT - 04  
HT - 05  
HT - 06  
HT - 07  
HT - 08  
HT - 09  
HT - 10  
HT - 11  
HT - 12  
10  
11  
12  
103,2  
82,8  
91,2  
GTTB Eth  
Với các giá trị mô đun đàn hồi tại hiện trường thí nghiệm nén dọc trục mẫu hình trụ, thí  
trung bình của 12 điểm thí nghiệm tương ứng nghiệm nén ba trục tải trọng động, thí nghiệm  
với các điểm nhiệt độ thí nghiệm ta vẽ được sử dụng tải trọng xung, lặp có thể theo các mô  
biểu đồ tương quan giữa nhiệt độ (T) và mô đun hình: nén dọc trục mẫu hình trụ, kéo trực tiếp  
đàn hồi tại hiện trường (Eht) dưới đây  
mẫu hình trụ, kéo gián tiếp (ép chẻ) mẫu hình  
trụ, kéo uốn mẫu dầm, uốn mẫu ngàm.  
4.2. Lựa chọn phương pháp thí nghiệm  
Việc xác định môn đun đàn hồi của vật liệu hỗn  
hợp asphalt chèn trong đá hộc trong phòng thí  
nghiệm gần đúng với điều kiện làm việc thực tế  
nhất của loại vật liệu này sử dụng cho kết cấu  
mái đê biển. Tác giả sử dụng mô hình thí  
nghiệm nén dọc trục mẫu hình trụ tròn trong  
điều kiện cho nở hông bởi vì  
Hình 3.2. Biểu đồ tương quan giữ nhiệt độ  
và mô đun đàn hồi tại hiện trường  
- Đây là mô hình thí nghiệm xác định môn đun  
đàn hồi trong phòng thí nghiệm đã được đưa  
vào tiêu chuẩn (Phụ lục C - 22TCN 211-06);  
4. MÔ ĐUN ĐÀN HỒI TRONG PHÒNG  
THÍ NGHIỆM  
- Mô hình thí nghiệm được dùng phổ biến hầu  
hết trong các phòng thí nghiệm;  
4.1. Các phương pháp thí nghiệm trong phòng  
- Thiết bị thí nghiệm có thể tiến hành duy trì nhiệt  
độ thí nghiệm chính xác trong toàn bộ thời gian đo;  
Có nhiều phương pháp thí nghiệm trong phòng  
để xác định mô đun đàn hồi của vật liệu hỗn  
hợp asphalt. Mỗi phương pháp theo một mô  
hình thí nghiệm với mức độ mô phỏng điều kiện  
chịu tải trọng của vật liệu khác nhau.  
- Mẫu thí nghiệm trong điều kiện cho nở hông  
gần với điều kiện làm việc thực tế;  
- Mẫu thí nghiệm được chế tạo từ loại vữa  
asphalt rót vào hỗn hợp đá không sử dụng đầm  
do vậy giá trị mô đun đàn hồi sẽ nhỏ.  
Thí nghiệm sử dụng tải trọng tĩnh với mô hình  
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 52 - 2019  
4
KHOA HỌC  
CÔNG NGHỆ  
4.3. Chế tạo mẫu thí nghiệm  
bằng tỷ lệ đá hộc thi công tại hiện trường) rồi  
tiến hành rót vật liệu hỗn hợp asphalt (gồm cát,  
bột đá, nhựa đường) với tỷ lệ lấy bằng tỷ lệ sử  
dụng tại hiện trường vào khuôn đúc đã có đá  
dăm, để vật liệu hỗn hợp asphalt xâm nhập lấp  
đầy vào khe rỗng của đá dăn trong khuôn một  
cách tự nhiên (không dùng đầm) sau đó dùng  
búa gỗ nhẹ vào thành khuôn đúc và dùng bay  
tạo phẳng bề mặt mẫu đúc.  
Mục đích của việc chế tạo mẫu hình trụ trong  
phòng thí nghiệm để xác định mô đun đàn hồi  
của vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc,  
mô phỏng giống với thực tế thi công loại hỗn  
hợp vật liệu này ở hiện trường của kết cấu bảo  
vệ mái đê.  
Hỗn hợp vật liệu này gồm lớp đá hộc lát mái và  
rót vật liệu hỗn hợp asphalt lấp đầy lỗ rỗng của  
đá. Để mô phỏng được hỗn hợp này chúng tôi  
đã thay thế đá hộc bằng đá dăm 2x4 cm đổ tự  
nhiên vào khuôn đúc (tỷ lệ đá dăm thay thế lấy  
Tất cả các công đoạn chuẩn bị khuôn đúc, cốt  
liệu, sấy cốt liệu, trộn… được tiến hành như chê  
tạo mẫu trụ theo phương pháp marshall  
Hình 4.1. Một số hình ảnh trong quá trình đúc mẫu thí nghiệm trong phòng  
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 52 - 2019  
5
KHOA HỌC  
CÔNG NGHỆ  
4.4. Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi trong phòng  
+ Một số hình ảnh quá trình thí nghiệm mô đun đàn hồi trong phòng  
Hình 4.2. Tủ xấy mẫu và thiết bị thí nghiệm mô đun đàn hồi  
Hình 4.3. Quá trình lắp mẫu và điều chỉnh thiết bị thí nghiệm  
+ Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi trong phòng  
Bảng 4.2. Tổng hợp giá trị thí nghiệm mô đun đàn hồi trong phòng  
Mô đun đàn hồi trong phòng Etp (MPa)  
TT  
Tổ mẫu T=15ºC Tổ mẫu T=20ºC Tổ mẫu T=25ºC Tổ mẫu T=30ºC Tổ mẫu T=35ºC  
1
2
3
4
5
6
M15-01 178,3 M20-01 161,9 M25-01 152,3 M30-01 110,5 M35-01 85,3  
M15-02 197,4 M20-02 173,8 M25-02 143,4 M30-02 109,6 M35-02 72,6  
M15-03 182,4 M20-03 150,6 M25-03 128,8 M30-03 121,4 M35-03 87,2  
M15-04 192,8 M20-04 165,7 M25-04 150,5 M30-04 97,8 M35-04 90,7  
M15-05 209,6 M20-05 143,3 M25-05 121,6 M30-05 105,2 M35-05 95,6  
M15-06 175,7 M20-06 158,6 M25-06 146,4 M30-06 113,3 M35-06 82,6  
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 52 - 2019  
6
KHOA HỌC  
CÔNG NGHỆ  
Mô đun đàn hồi trong phòng Etp (MPa)  
TT  
Tổ mẫu T=15ºC Tổ mẫu T=20ºC Tổ mẫu T=25ºC Tổ mẫu T=30ºC Tổ mẫu T=35ºC  
M15-07 202,2 M20-07 170,3 M25-07 120,7 M30-07 109,7 M35-07 78,2  
M15-08 185,6 M20-08 151,5 M25-08 156,3 M30-08 126,7 M35-08 86,8  
M15-09 205,5 M20-09 148,9 M25-09 132,6 M30-09 98,5 M35-09 83,2  
7
8
9
10 M15-10 176,8 M20-10 182,0 M25-10 147,8 M30-10 115,3 M35-10 75,2  
11 M15-11 165,7 M20-11 155,7 M25-11 136,3 M30-11 127,5 M35-11 88,7  
12 M15-12 199,2 M20-12 162,3 M25-12 137,6 M30-12 103,6 M35-12 78,1  
Ētp  
189,3  
Ētp  
160,4  
Ētp  
139,5  
Ētp  
111,6  
Ētp  
83,7  
Ghi chú: Số liệu thí nghiệm tổng hợp ở bảng trên đã được loại trừ những mẫu có giá trị không  
phù hợp  
Với các giá trị mô đun đàn hồi thí nghiệm Nhưng vì chi phí để sử dụng các phần mềm này  
trong phòng, trung bình của 12 tổ mẫu thí tương đối đắt tiền (có khi lên đến hàng trăm  
nghiệm tương ứng với một điểm nhiệt độ thí ngàn đô-la mỗi năm), một số trường đại học ở  
nghiệm ta vẽ được biểu đồ tương quan giữa các nước đang phát triển (và ngay cả ở một số  
nhiệt độ (T) và mô đun đàn hồi trong phòng nước đã phát triển) không có khả năng tài chính  
(Etp)  
để sử dụng chúng một cách lâu dài. Do đó, các  
nhà nghiên cứu thống kê trên thế giới đã hợp tác  
với nhau để phát triển một phần mềm mới, với  
chủ trương mã nguồn mở, sao cho tất cả các  
thành viên trong ngành thống kê học và toán  
học trên thế giới có thể sử dụng một cách thống  
nhất và hoàn toàn miễn phí.  
Năm 1996, trong một bài báo quan trọng về  
tính toán thống kê, hai nhà thống kê  
học Ross Ihaka và Robert Gentleman [lúc đó]  
thuộc Trường đại học Auckland, New  
Zealand phát hoạ một ngôn ngữ mới cho phân  
tích thống kê mà họ đặt tên là R. Sáng kiến  
này được rất nhiều nhà thống kê học trên thế  
giới tán thành và tham gia vào việc phát triển  
R.  
Hình 4.5. Biểu đồ tương quan giữa nhiệt độ thí  
nghiệm và mô đun đàn hồi trong phòng  
5. XÂY DỰNG TƯƠNG QUAN GIỮA MÔ  
ĐUN ĐÀN HỒI HIỆN TRƯỜNG VÀ MÔ  
ĐUN ĐÀN HỒI TRONG PHÒNG  
5.1. Giới thiệu phần mềm R  
Phân tích số liệu và biểu đồ thường được tiến  
hành bằng các phần mềm thông  
dụng như SAS, SPSS, Stata, Statistica, và S-  
Plus. Đây là những phần mềm được các  
công ty phần mềm phát triển và giới thiệu trên  
thị trường, và đã được các trường đại học, các  
trung tâm nghiên cứu và công ty trên toàn thế  
giới sử dụng cho giảng dạy và nghiên cứu.  
Cho đến nay, qua hơn 20 năm phát triển, càng  
ngày càng có nhiều nhà thống kê học, toán học,  
nghiên cứu trong mọi lĩnh vực đã chuyển sang  
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 52 - 2019  
7
KHOA HỌC  
CÔNG NGHỆ  
sử dụng R để phân tích dữ liệu khoa học. Trên Từ giá trị của hai chuỗi số liêu thí nghiệm mô  
toàn cầu, đã có một mạng lưới hơn một triệu ðun ðàn hồi hiện truờng (Eht) và mô ðun ðàn hồi  
người sử dụng R, và con số này đang tăng rất trong phòng (Etp). Sử dụng R vẽ biểu ðồ tán xạ  
nhanh. Có thể nói trong vòng 10 năm nữa, vai liên hệ giữa Eht~Etp  
trò của các phần mềm thống kê thương mại sẽ  
không còn lớn như trong thời gian qua nữa.  
Vậy R là gì? Nói một cách ngắn gọn, R là một  
phần mềm sử dụng cho phân tích  
thống kê và vẽ biểu đồ. Thật ra, về bản chất, R  
là ngôn ngữ máy tính đa năng, có thể sử dụng  
cho nhiều mục tiêu khác nhau, từ tính toán đơn  
giản, toán học giải trí (recreational  
mathematics), tính toán ma trận (matrix), đến  
các phân tích thống kê phức tạp. Vì là một ngôn  
ngữ, cho nên người ta có thể sử dụng R để phát  
triển thành các phần mềm chuyên môn cho một  
vấn đề tính toán cá biệt.  
Hình 5.1. Biểu đồ liên hệ giữa Eht và Etp  
R là một phần mềm hoàn toàn miễn phí. Tuy  
miễn phí, nhung chức nãng của R không thua  
kém các phần mềm thuong mại. Tất cả những  
- Xác định hệ số tương quan Pearson: Kết  
quả chạy phần mềm R cho ra kết quả  
phuong pháp, mô hình mà các phần mềm  
thuong mại có thể làm ðuợc thì R cũng có thể  
làm ðuợc. R có lợi thế là khả nãng phân tích  
biểu ðồ tuyệt vời. Không một phần mềm nào  
có thể sánh với R về phần biểu ðồ! Một lợi  
thế khác là R gắn liền với giới học thuật, hầu  
hết những mô hình thống kê mới nhất ðều  
ðuợc hỗ trợ bởi R. Trong các bài báo của tạp  
chí hàng ðầu về các phần mềm thống kê -  
Journal of Statistical Software - hầu hết là về  
R
> cor(Eht,Etp)  
[1] 0.9942187  
Với giá trị hệ số tương quan r = 0.9942187 (  
1) có nghĩa là hai biến số có mối liên hệ rất chặt  
chè, gần như tuyệt đối.  
Chúng ta có thể kiểm định giả thiết hệ số tương  
quan bằng 0 (tức hai biến x và y  
không có liên hệ). Phương pháp kiểm định này  
thường dựa vào phép biến đổi Fisher mà  
R đã có sẵn một hàm cor.test để tiến hành việc  
tính toán, kết quả tính toán ra như sau:  
5.2. Cơ sở lý thuyết thiết lập tương quan giữa  
mô đun đàn hồi trong phòng và mô đun đàn  
hồi hiện trường bằng R  
> cor.test(Eht,Etp)  
Pearson's product-moment correlation  
data: Eht and Etp  
Ðể phân tích hai chuỗi số liệu thí nghiệm mô  
ðun ðàn hồi trong phòng và mô ðun ðàn hồi hiện  
truờng có sự tuong quan hay không. Sử dụng lý  
thuyết phân tích hồi quy tuyến tính, kiểm ðịnh  
hệ số tuong quan và xây dựng mô hình hồi quy  
tuyến tính của hai chuỗi số liệu thí nghiệm.  
Bằng việc sử dụng phần mềm R:  
t = 70.517, df = 58, p-value < 2.2e-16  
alternative hypothesis: true correlation is not  
equal to 0  
95 percent confidence interval: 0.9903024  
0.9965561  
5.3. Kết quả chạy phần mềm R  
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 52 - 2019  
8
KHOA HỌC  
(Intercept) Etp  
CÔNG NGHỆ  
3.764 1.035  
sample estimates: cor 0.9942187  
Từ kết quả trên ngoài hệ số tương quan r =  
0.9942187, còn cho ta biết khoảng tin cây 95%  
có hệ số biến đổi từ 0.9903024 đến 0.9965561,  
chỉ số p < 2.2e-16 rất nhỏ.  
Kết quả cho thấy = 3.764 và = 1.035. Nói  
cách khác chúng ta có thể ước tính giá trị mô  
đun hiện trường thông qua giá trị mô đun trong  
phòng bằng phương trình tuyến tính:  
- Mô hình của hồi qui tuyến tính đơn giản:  
=
xi  
(5-1)  
i
> lm(Eht~Etp)  
Call:  
- Giả định của phân tích hồi qui tuyến tính.  
Để kiểm tra các giả định trên, chúng ta có thể  
vẽ một loạt 4 đồ thị như sau:  
lm(formula = Eht ~ Etp)  
Coefficients:  
> op < -par (mfrow=c(2,2)) > plot(reg)  
Hình 5.2. Phân tích phần dư để kiểm tra các giả định trong phân tích hồi qui tuyến tính.  
(a) Đồ thị bên trái dòng 1 vẽ phần dư ei và giá thể chấp nhận được.  
trị tiên đoán . Đồ thị này cho thấy các giá trị  
i
(b) Đồ thị bên phải dòng 1 vẽ giá trị phần  
phần dư tập chung quanh đường y = 0, cho nên  
giả định (c), hay εi có giá trị trung bình 0, là có  
dư và giá trị kì vọng dựa vào phân phối  
chuẩn.  
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 52 - 2019  
9
KHOA HỌC  
CÔNG NGHỆ  
Chúng ta thấy các số phần dư tập trung rất Sau khi mô hình tiên đoán đã được kiểm tra và  
gần các giá trị trên đường chuẩn, và do đó, tính hợp lí đã được thiết lập, chúng ta có thể vẽ  
giả định (b), tức εi phân phối theo luật phân đường biểu diễn của mối liên hệ giữa mô đun  
phối chuẩn, cũng có thể đáp ứng.  
đàn hồi hiện trường và mô đun đàn hồi trong  
phòng bằng lệnh abline như sau (xin nhắc lại  
object của phân tích là reg):  
(c) Đồ thị bên trái dòng 2 vẽ căn số phần dư  
chuẩn (standardized residual) và giá trị của .  
i
> plot(Eht ~ Etp, pch=16)  
> abline(reg)  
Đồ thị này cho thấy không có gì khác nhau giữa  
các số phần dư chuẩn cho các giá trị  
của , và do đó, giả định (d), tức εi có phương  
sai σ2 cố định cho tất cả xi, cũng có thể  
i
6. KẾT LUẬN  
Kết quả nghiên cứu đã xây dựng phương pháp  
xác định mô đun đàn hồi của vật liệu hỗn hợp  
asphalt chèn trong đá hộc trong phòng thí  
nghiệm để phục vụ thiết kế chiều dầy lớp gia  
cố  
đáp ứng.  
Nói chung qua phân tích phần dư, chúng ta có  
thể kết luận rằng mô hình hồi qui tuyến tính mô  
tả mối liên hệ giữa mô đun đàn hồi hiện trường  
và mô đun đàn hồi trong phòng một cách khá  
đầy đủ và hợp lí.  
Tác giả đã phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến mô  
đun đàn hồi của vật liệu hỗn hợp asphalt chèn  
trong đá hộc để làm cơ sở khoa học cho việc mô  
phỏng thí nghiệm tương tự trong phòng thí  
nghiệm, sử dụng công cụ toán là phần mềm R để  
đánh giá tương quan và kết quả khẳng định giá trị  
mô đun đàn hồi hiện trường và mô đun đàn hồi  
trong phòng của vật liệu hỗn hợp asphalt chèn  
trong đá hộc có tương quan với nhau thông qua  
quan hệ Eht = 1,035 Etp + 3,764  
- Mô hình tiên đoán  
Trong đó Eth - Mô đun đàn hồi thí nghiệm hiện  
trường  
Etp - Mô đun đàn hồi thí nghiệm trong phòng  
Với kết quả nghiên cứu này đã xây đựng được  
phương pháp thí nghiệm xác định mô đun đàn  
hồi của hỗn hợp vật liệu asphalt chèn trong đá  
hộc gia cố mái đê biển trong phòng thí nghiệm,  
làm cơ sở cho việc kiểm định và thiết kế xác định  
chiều dầy lớp gia cố mái đê biển bằng vật liệu  
hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc.  
Hình 5.3. Đường biểu diễn mối liên hệ giữa  
mô đun đàn hồi hiện trường và mô đun đàn  
hồi trong phòng  
TÀI LIỆU THAM KHẢO  
[1] TS. Nguyễn Thanh Bằng và nnk, Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp nhà nước “Nghiên cứu  
ứng dụng vật liệu hỗn hợp để gia cố đê biển chịu được nước tràn qua do sóng, triều cường,  
bão và nước biển dâng”, năm 2016;  
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 52 - 2019  
10  
CHUYỂN GIAO  
CÔNG NGHỆ  
[2] TCVN 8861: 2011 Áo đường mềm - Xác
[3] Nguyễn Văn Tuấn, Phân tích số liệu và biểu đồ bằng R, Garvan Institute of Medical Research  
Sydney, Australia;  
[4] Vũ Đức Chính và nnk, Sổ tay thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa theo phương pháp Marshall, Hà  
Nội, 2009;  
[5] Phạm Duy Hữu và nnk, Bê tông asphalt và hỗn hợp asphalt, Hà nội, 2009;  
[6] Cẩm nang bê tông bitum shell, Nhà xuất bản giao thông vận tải, Hà Nội, 1990;  
[7] Nguyễn Thanh Bằng, Nguyễn Mạnh Trường, Vũ Xuân Thủy: Một số kết quả tính toán kết  
cấu lớp gia cố mái đê biển sử dụng vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc tại đê biển  
Cồn Tròn-Hải Thịnh, Hải Hậu, Nam Định, Tạp chí Khoa học và công nghệ thủy lợi số 26,  
tháng 4-2015;  
[8] Nguyễn Thanh Bằng, Nguyễn Mạnh Trường: Ứng dụng vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong  
đá hộc thi công sửa chữa mái đê biển Cồn Tròn- Hải Thịnh- Hải Hậu- Nam Định, Tuyển tập  
khoa học công nghệ năm 2016;  
[9] Nguyễn Mạnh Trường, Đinh Anh Tuấn: Khả năng ứng dụng kết cấu mái đê biển Việt Nam  
bằng vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc, tạp chí Tài nguyên nước số 01, tháng 01-  
2017  
[10] THE USE OF ASPHALT IN HYDRAULIC ENGINEERING;  
[11] The Rock Manual (The use of rock in hydraulic engineering) - London, 2007;  
[12] Dimensioning aspects of coastal protechtion structures dikes and revetments.  
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 52 - 2019  
11  
pdf 11 trang yennguyen 21/04/2022 4920
Download
Bạn đang xem tài liệu "Nghiên cứu phương pháp xác định mô đun đàn hồi của vật liệu hỗn hợp Asphalt chèn trong đá hộc cho kết cấu bảo vệ mái đê biển", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfnghien_cuu_phuong_phap_xac_dinh_mo_dun_dan_hoi_cua_vat_lieu.pdf