Chương 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1. Tính chất cơ lý của đất 1. Các tính chất vật lý của đất 1. Thành phần của đất a) Hạt đất: Hạt đất là thành phần chủ yếu của đất.
Khi lực tác dụng bên ngoài lên mặt đất thì các hạt đất cũng chịu lực, lực được truyền rộng ra xa và xuống sâu. Tập hợp các hạt đất là khung cốt của đất. b) Nước trong đất: Nước là thành phần thứ hai của đất gọi là pha lỏng, thường có các dạng. Nước trong khoáng vật của hạt đất.
Nước kết hợp với mặt ngoài của hạt đất. Nước tự do. Các chỉ tiêu tính chất của đất a) Trọng lượng thể tích của đất - Tỉ trọng thể tích tự nhiên.1) V γ -Tỉ trọng thể tích của đát tự nhiên thường vào khoảng 12-20 kN/m 3 Q -Trọng lượng đất tự nhiên (kN), V -Thể tích đất tự nhiên (m3) - Trọng lượng thể tích no nước. Đó là trạng thái mà các lỗ rỗng đều được lấp đầy bởi nước.
Đất chỉ còn hai thành phần là hạt và nước. Qsr Q + Q'ω γ sr = = kN / m 3 (1.2) V V Trong đó Qsr là trọng lượng đất no nước, Q’ω là trọng lượng nước lấp đầy lỗ trống, - Trọng lượng thể tích đẩy nổi: 6 Trọng lượng thể tích đẩy nổi là trọng lượng của một đơn vị thể tích đất ở dưới nước. Qs − γ ω Vs γ dn = (kN / m 3 ) (1.3) V γω −Trọng lượng đơn vị của nước , Qs –Trọng lượng của hạt đất, Vs –Thể tích của hạt đất. - Trọng lượng thể tích khô Trọng lượng thể tích khô γd là trọng lượng của hạt đất trong một đơn vị thể tích đất.4) V Có thể thấy rằng đối với cùng một loại đất: γsr > γ > γd > γdn - Trọng lượng riêng hạt.
Trọng lượng riêng hạt γs là trọng lượng của một đơn vị thể tích hạt (không có lỗ rỗng).5) γs= , kN / m 3 Vs b) Độ rỗng và hệ số độ rỗng của đất Độ rỗng n là tỷ số thể tích phần rỗng Vr so với thể tích toàn bộ mẫu đất V.6) V Hệ số rỗng e là tỷ số thể tích phần rỗng Vr so với thể tích phần hạt của mẫu đất Vs.7) Vs Giữa hai chỉ tiêu này có liên hệ sau: e n n= ; e= (1 + e) (1 − n) Đất có độ rỗng càng lớn thì cường độ chịu lực càng nhỏ và biến dạng càng lớn. Vì vậy khi nghiên cứu chỉ tiêu độ rỗng ta cũng có thể sơ bộ biết tính chất đất 7 e<0,50 Độ rỗng nhỏ e=0,50 - 0,70 Độ rỗng thường gặp e>0,70 Độ rỗng lớn, đất yếu c) Độ ẩm và độ bão hòa nước của đất. - Độ ẩm của đất w còn gọi là hàm lượng nước, đó là tỷ số giữa trọng lượng nước Qw ở trong mẫu đất với trọng lượng phần hạt của mẫu Qs.8) w= 100% QS Để xác định độ ẩm của đất người ta làm thí nghiệm trong phòng - Độ bão hòa nước: Độ bão hòa Sr là tỷ số thể tích nước trong đất với thể tích lỗ rỗng của đất: Vw Sr = (1.9) Vr Khi Sr=0 -Đất khô Khi 0<Sr<1 -Đất ở trạng thái 3 pha Khi Sr=1 -Đất bão hòa nước 1. Các tính chất cơ học của đất 1.
Khả năng chống nén của đất Để nghiên cứu khả năng chống nén của đất thường người ta sử dụng thiết bị chuẩn để ép đầu đo vào trong đất (hình 1. N σ σmax σ0 h I II II N s σ = 0 h* h S S a) b) Hình 1. a) Thiết bị đo độ chặt của đất , b) Đặc tính nén của đất 8 Quan hệ giữa ứng suất pháp tuyến σ và biến dạng h trong quá trình nén được thể hiện trên hình 1. Giá trị cực đại σmax và độ sâu tương ứng là h* phụ thuộc vào loại đất và trạng thái vật lý của đất.
Do vậy σmax thường được sử dụng để đánh giá khả năng chống nén hay khả năng mang tải của đất (Xưtôvich, 1983; Đỗ Bằng và Nguyễn Công Mẫn, 1987). Khi chỉ nghiên cứu vùng quan hệ tuyến tính có thể sử dụng công thức đơn giản nhất: σ = kh, (1.10) Trong đó k - hệ số biến dạng thể tích, N/m3 , phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất; h- chiều sâu lún của đầu đo. Khí xét mối quan hệ đầy đủ giữa ứng suất và biến dạng, nhiều tác giả đã đưa ra các quan hệ sau: Nguyễn Điền (1998) đã đề xuất hàm số mũ: k σ = 0 + kϕ h n (1.11) b Trong đó: k0 là hệ số bám, N/m1+n ; b − đường kính đầu đo, m; kϕ − hệ số ma sát trong của đất, N/m2+n; n − chỉ số mũ; h- độ biến dạng của đất, m. Theo Kasưghin (1969) đường cong nén đất được mô tả theo hàm tang hipebolic sẽ phù hợp với thực tế hơn, cụ thể ông đã đề xuất công thức.12) σ0 Trong đó: σ0 là ứng suất giới hạn của đất khi nén đất bằng đầu đo, Pa; k − hế số biến dạng thể tích, N/m3; h- độ biến dạng của đất.
Khả năng chống cắt của đất Các yếu tố cơ bản để tạo ra lực chống cắt của đất là các thành phần lực liên kết phân tử và lực liên kết do sức căng bề mặt và lực nội ma sát trong đất (Nguyễn Bảng, 1995). Quá trình cắt đất được mô tả như hình 1.2 trong đó mối quan hệ giữa biến dạng δ và ứng suất tiếp τ có dạng như đồ thị trên hình 1. 9 Đối với đất chặt, ứng suất tiếp đạt cực đại τmax tại δ0, sau đó giảm dần đến một giá trị tới hạn nào đó τ δ 1 rồi xẩy ra trượt hoàn toàn (đường đồ thị số 1). a) Sơ đồ thí nghiệm cắt đất trong hộp kín khi chưa tác động lực kéo, b) Khi tác động lực kéo, c) Đặc tính cắt đất , 1− đối với đất chặt; 2− đối với đất xốp τmax=τn τmax=τδ τ τδ 1 τδ 2 τc =τ0 + σfδ τ0 0 ∆0 ∆ 0 σ a) b) Hình 1.
a) Sự phụ thuộc ứng suất tiếp vào biến dạng 1− đất chặt; 2− đất dẻo, b) Sự phụ thuộc ứng suất tiếp giới hạn τδ vào ứng suất pháp σ Đối với đất xốp thì ứng suất tiếp τ tăng dần đến giá trị cực đại τmax2 rồi xẩy ra hiện tượng trượt hoàn toàn, nghĩa là giá trị tới hạn bằng giá trị cực đại τδ2 = τmax2. Phân loại đất Có nhiều cách phân loại đất tùy theo yêu cầu sử dụng. Theo yêu cầu của đề tài nghiên cứu về tương tác xích đất có thể phân loại đất như sau: - Đất rời : Nếu đất gồm những hạt đường kính lớn không có hạt nhỏ thì các hạt rời rạc, hạt nọ tựa lên hạt kia, giữa chúng chỉ có lực ma sát mặt ngoài với nhau, khi có tác dụng lực dầm nén thì chúng chêm chặt với nhau. Đó là các loại đất cát, cuội, sỏi ta gọi chung là đất rời.
- Đất dính: Nếu trong đất lẫn các hạt sét hoặc hạt keo đến một mức nào đó thì sẽ có lực dính kết các hạt thành một khối, các hoại đất như vậy ta gọi chung là đất dính. Hai loại đất này có sự khác biệt về ma sát trong và lực kết dính. Đất nông nghiệp Theo cách phân loại trên thì đất nông nghiệp hầu hết thuộc loại đất dính. Đất nông nghiệp ở Việt Nam có đất đồng bằng, đất trung du và đất miền núi.
Đất đồng bằng chủ yếu là lưu vực sông lớn như sông Hồng, Sông Cửu long và một số ở miền trung. Đất đồng bằng chủ yếu là đất phù sa, đất kết dính, đất đồng bằng phù hợp với cơ giới hóa vì bằng phẳng và rộng lớn. Đất trung du thường có độ dốc từ thấp tới trung bình, diện tích các thửa ruộng thường hẹp, đất thường là đất cát pha, đất sét pha, máy canh tác trên đất trung du vì thế chỉ phù hợp với máy nhỏ công suất thấp. Đất miền núi có độ dốc cao đất nông nghiệp thường là các ruộng bậc thang, hoặc hình thành ở các thung lũng, đất chủ yếu là sét pha và cát pha, đất miền núi ở vùng Tây nguyên có khu vực tạo thành cao nguyên chủ yếu để trông cây công nghiệp phù hợp với cơ giới hóa nông nghiệp.
Tổng quan về xích máy kéo nông nghiệp Máy kéo xích sử dụng trong nông nghiệp để thực hiện các công việc như làm đất, gieo trồng, thu hoạch, san phẳng đồng ruộng và một số công việc đặc thù khác. Máy kéo xích sử dụng trong nông nghiệp có nhiều loại tùy theo cách phân loại có các cách gọi khác nhau. Phân theo kích cỡ và công suất có loại lớn, loại trung, và loại nhỏ. 11 Phân theo hệ thống di động có xe xích cứng và xe xích mềm sau đây là phần giới thiệu đặc điểm cấu tạo của loại xích cứng và xích mềm.
Xích cứng Loại dải xích-nhiều bánh đè theo Wong J. (1985) có bước xích dài là một ví dụ của loại dải xích cứng hoàn toàn. Đây là loại hệ thống xích có tỷ lệ đường kính bánh đè trên bước xích thấp bằng 1,2 và tỷ lệ khoảng cách bánh đè trên bước xích thường là 1,5. Khi nghiên cứu tương tác giữa xích cứng với nền đất để đơn giản hóa các tác giả đã giả định dải xích cứng tiếp xúc với nền đất được coi như một móng cứng vì vậy áp suất tiếp xúc phân bố dưới hệ thống dải xích cứng là đều và kết quả là xe xích cứng chủ yếu được thiết kế với mục đích sử dụng khi cần khắc phục các lực kéo lớn mở móc, khi san ủi hoặc sử dụng trên đất độ ẩm cao.
Xích mềm Đối với máy kéo tốc độ cao phổ biến có hệ thống xích mềm. Hệ thống treo các bánh đè xích có nhiều cách bố trí khác nhau. Phân bố áp suất tiếp xúc dưới hệ thống xích theo sự phân bố gợn sóng với sự tập trung ứng suất tồn tại ngay dưới các bánh đè xích, kết quả là xe xích mềm có thể dùng tốt hơn trên các địa hình không bằng phẳng. Xích cao su khớp nối bản lề Nguồn: Anonymous (2013) Xe xích mềm cao su hoặc xích nối khớp bản lề với bước xích ngắn được dùng phổ biến.
Loại xích bước ngắn này thường có tỉ lệ của đường kính bánh đè 12 xích trên bước xích trong khoảng từ 4 đến 6, tỉ lệ của khoảng cách bánh đè xích trên bước xích từ 4 đến 7 và tỉ lệ của đường kính chia bánh sao trên bước xích thường dưới 4. Xích đai cao su và xích nối bước ngắn được gọi là xích mềm. Và chúng có thể được coi như một đai mềm trong tương tác xích-đất.