Bài giảng Cơ học đất gồm có 7 chương, cung cấp cho người học những kiến thức như: bản chất vật lý của đất; tính chất cơ học của đất; khảo sát địa chất công trình; ứng suất trong đất; dự báo độ lún của nền đất; sức chịu tải của nền đất;..Mời các bạn cùng tham khảo!
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG YÊU CẦU VÀ CÁCH LÀM VIỆC TRONG LỚP GHI CHÉP CÁC Ý CHÍNH KHƠNG NĨI CHUYỆN VÀ LÀM VIỆC RIÊNG ĐIỂM Q TRÌNH (30%) ĐIỂM DANH: 30% KIỂM TRA: 30% BÀI TẬP LỚN: 20% THÍ NGHIỆM: 20% Khơng thí nghiệm + báo cáo TN: điểm trình = Giảng viên: Nguyễn Tuân ĐIỂM KẾT THÚC (70%) Bộ môn: Cơ học ñất – Nền móng TRẮC NGHIỆM 30 CÂU, 60 PHÚT, ĐƯỢC SỬ DỤNG TÀI LIỆU ĐỀ BTL + HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM GEO.NUCE.EDU.VN CHƯƠNG MỞ ĐẦU TÀI LIỆU THAM KHẢO MÔN HỌC Phan Hồng Quân, “Cơ học ñất”, nhà xuất Giáo dục 2012 Vũ Công Ngữ, Nguyễn Văn Thơng, “Bài tập Cơ học đất”, R Whitlow “Cơ học ñất” Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội 1999 Nguyễn Đình Tiến, “Bài giảng Cơ học ñất”, ĐHXD Hà nội CHƯƠNG MỞ ĐẦU Đối tượng nghiên cứu: đất thiên nhiên tạo thành kết phong hóa đá vỏ đất Trong lĩnh vực xây dựng thường dùng đất làm phận “kết cấu” tiếp nhận tải trọng bên truyền xuống Vì với kỹ sư xây dựng, đất nơi tiến hành xây dựng cơng trình Làm cho cơng trình; Làm vật liệu XD cho CT (đê đập, đất đắp đường…); Làm mơi trường XD CT (đào đường hầm, cống ngầm, kênh, mương…) Đã có nhiều cố xây dựng thiếu hiểu biết đánh giá không đất LÚN VÀ LÚN LỆCH Malaysia Thượng Hải, 2009 10 CHƯƠNG MỞ ĐẦU CƠ HỌC ĐẤT LÀ GÌ?: mơn khoa học liên quan đến tương tác tải trọng đất, nước đất, quan hệ ứng suất, biến dạng, cường độ… Giải vấn đề liên quan tới việc sử dụng đất vào mục đích cơng trình Xác định quy luật trình học xảy đất đặc trưng tính tốn tương ứng đất Đưa mơ hình nghiên cứu trạng thái ứng suất - biến dạng đất Nghiên cứu làm việc cơng trình (độ lún, sức chịu tải, ổn định…) & giải pháp cơng trình 11 12 CHƯƠNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG MỞ ĐẦU Phương pháp nghiên cứu Lịch sử phát triển - Xây dựng lý thuyết dựa giả thiết định → lý Coulomb (1736-1806) 1773 thuyết có phạm vi ứng dụng định 1925: Terzaghi → viết học đất sở vật lý đất → - Vận dụng toán học phải lấy điều kiện địa chất làm sở coi đất → mơn độc lập - Thí nghiệm quan trắc thực tiễn VNam: phịng thí nghiệm → 1956 - Coi trọng thực nghiệm: Do đất thay đổi → nên phải chọn biện pháp thử nghiệm thích hợp → chọn tiêu Thí nghiệm gồm: + Thí nghiệm trường + Thí nghiệm phịng + Theo dõi biến dạng ( quan trắc lún)… 13 14 CHƯƠNG 1: Mở đầu Giới thiệu chung Chương Bản chất vật lý đất Chương Tính chất học đất Chương Khảo sát địa chất công trình Chương Ứng suất đất Chương Dự báo độ lún đất Chương Sức chịu tải đất Chương Áp lực đất lên tường chắn 15 16 §1 Nguồn gốc hình thành đất §1 Nguồn gốc hình thành đất a Phong hóa vật lý: Đất có nguồn gốc trực tiếp/gián tiếp từ đá gốc: Đá macma, đá trầm tích, đá biến chất Phong hóa Đá gốc Đất tàn tích Thời gian ðN: Do tác nhân vật lý gây ra: thay ñổi ñột ngột nhiệt ñộ, áp suất, va chạm Chuyển dời Đất trầm tích → làm đá gốc bị nứt, vỡ vụn Lắng đọng Đặc điểm: 1.1 Phong hóa - Là q trình phá hoại làm thay đổi thành phần đá gốc tác dụng vật lý, hóa học, sinh học… - Phân loại: + Phong hóa vật lý - Góc cạnh, gồ ghề, kích thước lớn - Có thành phần khống giống đá gốc - Khơng có tính dính dính,tính thấm lớn → sản phẩm gọi ñất rời - ñại diện cát + Phong hóa hóa học + Phong hóa sinh học 17 18 §1 Nguồn gốc hình thành đất §1 Nguồn gốc hình thành đất b Phong hóa hóa học: c Phong hóa sinh học: ðN: Do tác nhân hóa học gây ra: tác dụng khống ðN: loại động thực vật sống mặt ñất phá hoại lớp chất: nước, muốn, axit hòa tan nước – tương tác với ñất, ñá thành phân ñá gốc → ñất hữu cơ, ñất than bùn… → làm ñá gốc bị vỡ vụn 1.2 Q trình trầm tích đặc điểm Q trình trầm tích bao gồm di chuyển tích tụ sản phẩm phong hóa Đặc điểm: - Bề mặt mịn, kích thước nhỏ d0,1mm) dùng rây để phân nhóm hạt 10,0mm Hàm lượng nhóm hạt p(d1, d2]: Q(d1, d2]: trọng lượng nhóm hạt QΣ Σ: tổng trọng lượng mẫu đất * MỘT SỐ KHÁI NIỆM Với hạt nhỏ (d≤0,1mm) dùng tỷ trọng kế để phân nhóm 5,0 2,0 B1: Phơi khơ mẫu đất, tán rời đất chày Hàm lượng nhóm hạt đất (tính theo %) tỷ số trọng lượng cỡ hạt trọng lượng đất khơ B2: Cân mẫu xác ñịnh tổng trọng lượng ban ñầu QΣ Hàm lượng cỡ hạt d (mm) hàm lượng hạt có kích thước ≥ d(mm) 1,0 B3: Cho mẫu ñất qua rây thí nghiệm, sau lắc rung cho hạt có kích thước nhỏ rơi xuống 0,5 B4: Cân lượng ñất rây ngăn ñáy Qi → trọng lượng nhóm hạt Q(d1, d2] 0,1 Hàm lượng tích lũy p (%) cỡ hạt d(mm) hàm lượng hạt có kích thước ≤ d(mm) 0,25 Ngăn đáy 27 Cấp phối hạt : loại đất tập hợp hàm lượng tất cỡ hạt chứa loại đất 28 THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH HẠT BẰNG RÂY Dụng cụ thí nghiệm: THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH HẠT BẰNG RÂY Kích thước hạt (mm) 2-0,5 0,5-0,25 0,25-0,1 0,1-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 4, Cc = [1, 3] Đất có cỡ hạt đồng (cấp phối kém) : Cu ≤ 31 32 -tiếp- TN PHÂN TÍCH HẠT BẰNG TỶ TRỌNG KẾ Dụng cụ thí nghiệm b Hình dạng hạt Tỷ trọng kế Hình dạng hạt đất đa dạng ảnh hưởng tới tính chất đất Có dạng chính: dạng khối chiều dạng (dạng phiến) chiều • Lấy đất TN cho vào bình chứa nước •Khuấy dung dịch, theo dõi chìm lắng hạt đất bình Áp dụng: - Nguyên lý tỷ trọng kế Dung dịch đất + nước TN - ðịnh luật Stock dạng (dạng kim) chiều * Hạt kích thước lớn: hình dạng hạt đất ảnh hưởng nhiều đến tính chất đất * Hạt kích thước nhỏ: hình dạng hạt ảnh hưởng đến tính chất XD đất 34 33 -tiếp- -tiếpc2 Khoáng thứ sinh: thành phần khoáng thay đổi so với đá gốc (do phong hóa hóa học gây ra) c Thành phần khoáng Thành phần khoáng đất đa dạng phụ thuộc vào: Thường gặp: khơng hịa tan nước: Kaolinit, Ilit, Montmorilonit; hòa tan nước: Canxit, mica trắng, thạch cao, … thành phần đá gốc; tác dụng phong hóa; Đặc điểm : kích thước nhỏ, góc cạnh, có cấu trúc dạng lưới lớp (dạng phiến), bề mặt mang điện tích âm (cịn gọi khống vật sét) lịch sử tồn c1 Khoáng nguyên sinh: thành phần khống khơng thay đổi thay đổi so với đá gốc (do phong hóa vật lý gây ra) c3 Hợp chất hữu cơ: Thường gặp: fenpat, mica, thạch anh Đặc điểm Hạt có kích thước lớn, thành phần khống ảnh hưởng đến tính chất - lý đất; : kích thước lớn, góc cạnh, rời rạc Hạt có kích thước nhỏ thành phần khống đóng vai trị định tính chất - lý đất 35 36 -tiếp- -tiếpa Nước liên kết: 2.2 Thành phần nước đất Nước hút bám: Vai trị nước đất quan trọng ??? Bám chặt ngồi hạt đất, khơng tách → xem phần hạt rắn → không ảnh hưởng tới tính chất ¼ hạt đất Nước đất tồn dạng: Nước khoáng vật Nước hút bám Nước đất Nước liên kết sét Nước L.K mạnh Nước liên kết mạnh: Màng nước LK yếu Màng nước Là lớp nước bám tương đối LK mạnh chặt bề mặt hạt Ảnh Níc liªn kÕt hưởng nhiều đến tính dính đất Nước L.K yếu Nước tự + - Nước mao dẫn Nước trọng lực Níc tù 37 38 -tiếp- -tiếpChiều cao mao dẫn: Nước liên kết yếu: Là lớp nước liên kết hạt đất → lực hút yếu Ảnh hưởng tới tính chất đất tính dẻo, tính dính… Vùng từ MNN đến chiều cao hc: đới bão hòa nước mao dẫn Độ dâng nước mao dẫn phụ thuộc vào thay đổi mực nước ngầm b Nước tự do: Là loại nước nằm phạm vi tác dụng lực điện phân tử hạt đất, di chuyển đất trọng lượng thân lực hút dính (lực mao dẫn) Áp lực mao dẫn: α T Hạt đất hc d MNN Là áp lực phụ thêm nước mao dẫn gây cho hạt đất đới bão hòa mao dẫn → tăng thêm lượng đất Nước mao dẫn: Tại bề mặt đới bão hòa: Tồn lỗ rỗng hẹp sức căng bề mặt vật chất có trạng thái vật lý khác (hạt đất - nước) Áp lực mao dẫn yếu tố tạo nên tính dính đất 39 10 40 5.1 Lời giải Prandtl (1920): 5.1 Lời giải Prandtl (1920): Giả sử tải trọng tác dụng độ sâu hm tải trọng giới hạn pgh: Các giả thiết: Trọng lượng riêng đáy móng γ = 0; Tất điểm thuộc khối acbda thỏa mãn điều kiện CBGH Mặt trượt acbd mặt trượt cuối cùng; b b/2 l q= γ.hm d α1 b/2 a a α2 III r l II Pg Khối lăng thể trượt acbd chia làm vùng: h Vùng ac chủ động (khu vực I); Vùng bd bị động (khu vực III); d’ I Vùng chuyển tiếp (khu vực II); c b’ b Lời giải Prandtl cho trường hợp γ = z 5.1 Lời giải Prandtl (1920): 5.2 Lời giải Xokolovxki: * Sức chịu tải giới hạn nền: Với giả thiết móng đặt nơng → thay q = γ’.hm Biến đổi giải hệ phương trình vi phân CBGH → xác định vùng trượt họ mặt trượt (lưới đường trượt) ϕ, c: đặc trưng chống cắt đất; q: phụ tải bên phạm vi đặt tải trọng giới hạn, q = γ’.hm b hm q= γ.hm δ Pg h Trọng lượng riêng: γ Lực dính :c Góc ma sát : φ hay z Nq, Nc: hệ số sức chịu tải → tra bảng 97 5.2 Lời giải Xokolovxki: 5.3 Lời giải Terzaghi (1943): * Sức chịu tải giới hạn nền: b b/2 l q= γ’.hm Trong đó: d q: tải trọng tương đương đất đáy móng (phụ tải, q = γ’.hm) α1 a r l a ϕ III δ: góc nghiêng tải trọng; b/2 h d’ I c II b’ b γ: trọng lượng riêng đất đáy móng; Pg z Nγ , Nq , Nc: hệ số sức chịu tải = f(ϕ ϕ, δ) → tra bảng trang 20; ϕ, c: góc ma sát lực dính đơn vị đất đáy móng; Khi nén đất → hình thành lõi đất đáy móng Sự hình thành lõi đất phụ thuộc vào: Độ nhám đáy móng, độ sâu chơn móng, độ chặt đất tính chất tải trọng… 5.3 Lời giải Terzaghi (1943): 5.3 Lời giải Terzaghi (1943): * Bài tốn khơng gian: Kết nghiên cứu cho thấy : Sự tồn lõi ñất làm tăng SCT Terzaghi thay góc giới hạn chủ động α2 góc ϕ Giả thiết: đất phạm vi CBGH cố thể, điều kiện CBGH xảy biên Trong đó: q: tải trọng tương đương đất đáy móng (phụ tải, q = γ’.hm) γ’: trọng lượng riêng trung bình đất từ đáy móng trở lên; γ: trọng lượng riêng đất đáy móng; Nγ , Nq , Nc: hệ số sức chịu tải = f(ϕ ϕ) ( Tra bảng Terzaghi) * Sức chịu tải giới hạn theo Terzaghi: ϕ, c: góc ma sát lực dính đơn vị đất đáy móng; α: Hệ số phụ thuộc hình dạng móng: TH tốn phẳng (Khơng xét ảnh hưởng hình dạng móng): Móng chữ nhật: Móng băng: 98 α1 = α2 = α3 = 1,0 Lý luận cân khối trượt rắn Lý luận cân khối trượt rắn Giả thiết phương pháp: ĐỐI VỚI HỆ SỐ AN TOÀN ỔN ĐỊNH TRƯỢT NGANG a Mặt trượt giả định phẳng, trụ tròn hay hỗn hợp phẳngtròn (phù hợp cách tương trường) Fs = b Khối trượt vật rắn TTCBGH (có nghĩa có điểm mặt trượt giả thiết cân giới hạn ) Σ HỆ SỐ AN TOÀN VỀ TRƯỢT Σ sức chịu cắt giới hạn Fs = Σ Fs = Đối với mặt trượt hay tâm trượt giả định Lực gây trượt, lật Đối với mặt phẳng đáy móng hay mặt trượt giả định HỆ SỐ AN TOÀN VỀ ỔN ĐỊNH LẬT Xét cân khối trượt rắn, trạng thái cân giới hạn với hệ số ổn định định nghĩa sau: Σ Lực giữ K= ΣQ chống trượt ΣQ trượt ΣM giữ ΣM lật Đối với tâm trượt giả định Các hệ số ổn định K hệ số an toàn Fs phải lớn giá trị cho phép theo tiêu chuẩn, quy phạm ban hành: K(min) > [ K ] Đối với mặt trượt giả định Fs(min) > [ Fs ] ứng suất cắt II ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH CỦA NỀN VÀ MÁI ĐẤT Phương pháp giả thiết mặt trượt phẳng a TRONG NỀN ĐẤT CÁT Ổn định mái đất Giả thiết: Mái đất phần đất có mặt giới hạn mặt nghiêng H: chiều cao mái đất Vai β: góc mái Mặt trượt phẳng FE (trượt từ F→ →E) Khối trượt ABCD rắn ∞, trạng thái CBGH Mặt đỉnh mái Mái đất Xét cân khối trượt ABCD H Chân mái β P1 W E Hệ số an toàn phân tố đất: β z F P1 Mặt trượt 99 C D A R τ σn β B Phương pháp giả thiết mặt trượt phẳng Phương pháp giả thiết mặt trượt phẳng b TRONG NỀN ĐẤT SÉT Trong đó: Xác định độ sâu h để mái đất khơng bị trượt C Giả thiết: - Mặt trượt phẳng BA N h - Khối trượt BAC ≡ rắn, CBGH T G Xét cân khối trượt: - Lực giữ B c (1) α : N.tgϕ ϕ + c.BA A - Lực trượt : T Khảo sát hàm số (1): Đạt cực đại α = 450 + ϕ/2 Hệ số ổn định: Sét túy (ϕ ϕ=0) Phương pháp giả thiết mặt trượt cung tròn 2.1 Phương pháp Fellenius O O Giả thiết: - Mặt trượt trụ tròn - Khối trượt rắn, CBGH b Wi h Hệ số an toàn Fs b b Xét cân khối trượt: - Phân mảnh khối trượt C B Xi a a D Pi+1 A Pi Ti α d Ni c E2 Fellenius giả thiết lực mảnh ngược chiều nên triệt tiêu lẫn nhau, có nghĩa Ei+1 = Ei Xi+1 = Xi O’ Một số tác giả Bishop, Fellenius, Terzaghi…đã đưa biểu thức xác định hệ số an toàn Fs sau: 100 E1 X2 X1 W c d FR W α α 2.1 Phương pháp Fellenius 2.2 Phương pháp Bishop’s O Sử dụng hai phương trình cân tĩnh: Theo phương đứng phương dọc mảnh trượt C B b b với a a D A α d Trong đó: E2 với X1 W α c Bishop’s giả thiết lực tiếp tuyến giữ mảnh ngược chiều, có nghĩa Xi+1 = Xi Ei+1 ≠ Ei 2.1 Phương pháp Bishop’s d FR W α Cách xác định mặt trượt cung tròn Đối với đất thông thường ϕ ≠ 0; c ≠ 0, ta phải tìm dần Theo kinh nghiệm, nhanh chóng ta tìm tâm trượt nguy hiểm sau: Ci ϕi : lực dính đơn vị góc nội ma sát đất Li c E1 X2 : chiều dài đáy dải thứ i ; bi : chiều rộng dải thứ i , Wi : trọng lượng thân dải đất thứ I; Đường cong hệ số an toàn On O1 O αB B αA A H β H αi : góc tiếp tuyến với đáy dải thứ i với phương ngang ; Ni : lực pháp tuyến đáy dải có chiều dài Li ; 101 C Mặt trượt 4.5H C VÍ DỤ 1a Cách xác định mặt trượt cung trịn Cho mái dốc h.v, thơng số đất sau: Trước tiên tìm tâm cung trượt nguy hiểm với giả thiết đất có lực dính kết (ϕ ϕ = 0, c≠ ≠0): γw = 20.1 kN/m3, c = 22kPa ϕ = 300 O Xác định thơng qua góc αA , αB dựa vào bảng sau: αB B C αA A H β αA (độ) 28 25 25 25 25 25 αB (độ) 34 35 35 36 37 37 1.5 Lời giải: 20.0m Σ Σ 160 mặt trượt Chiều dài mặt trượt: VÍ DỤ 1b VÍ DỤ 1a Fs = 11.3m Trọng lượng khối trượt W đơn vị bề rộng: Mặt trượt Hệ số mái dốc : m 85.0 Với hệ số an toàn Fs > Kiểm tra ổn định mái dốc Cho mái dốc h.v, thông số đất sau: Lực giữ γw = 20.1 kN/m3, c = 15kPa ϕ = 200 Lực gây trượt, lật 85.0 Với hệ số an toàn Fs > Kiểm tra ổn định mái dốc 1.5 Lời giải: 20.0m 160 Vậy hệ số ổn định trượt mái dốc: Fs = 2.7 > Theo ví dụ 1a ta tính được: (OK) Trọng lượng khối trượt: Chiều dài mặt trượt: 102 11.3m 3.2m CHƯƠNG 7: VÍ DỤ 1b Áp lực nước lỗ rỗng phân bố dọc theo chiều dài L xác định dựa vào độ sâu mực nước zw bên mặt trượt: Fs = Σ Σ Lực giữ Lực gây trượt, lật Hệ số ổn định trượt mái dốc: Fs = 1.76 < (NOT GOOD) -tiếp- TƯỜNG CHẮN a Tường cứng: Độ cứng lớn, biến dạng tường q trình sử dụng khơng đáng kể Kích thước tường lớn → cịn gọi tường trọng lực (vật liệu tường: đá, BTCT, BT…) I Khái niệm chung Khái niệm tường chắn Tường chắn kết cấu BTCT, gạch đá, bê tông hay thép cho khối đất đắp, vách đất ổn định, không bị trượt Tường chắn đất kết cấu chịu tác động đất, đặc biệt áp lực đất theo phương ngang, nên tường bị di chuyển khối đất bị phá hoại trượt Phân loại tường chắn 2.1 Phân loại theo độ cứng: b Tường mềm: Độ cứng tường không đáng kể Kết cấu tường mảnh thường có sườn Khối đất ổn định nhờ trọng lượng thân tường, đất đè lên móng tường c Tường cừ: Thuộc loại mềm, biến dạng tường lớn, giữ khối đất ổn định nhờ phần cừ cắm sâu đất Tường cư thường dùng công tác thi cơng hố móng 2.2 Ngồi tường chắn cịn phân loại theo: Hình dạng, kết cầu phân định 103 -tiếp- -tiếp- Tường cừ loại Các trạng thái giới hạn phá hoại tường trọng lực Tường chắn mềm II Các loại áp lực lên tường chắn Các cố kết cấu thường gặp tường chắn Áp lực đất lên tường chắn phụ thuộc vào độ bền kháng cắt đất, điều kiện biến dạng hông, áp lực nước lỗ rỗng, loại tường chắn độ cứng tường… LIÊN QUAN TỚI TRẠNG THÁI BIẾN DẠNG: Trạng thái tĩnh: Khối đất sau lưng tường trạng thái cân đàn hồi, biến dạng hơng Tương ứng áp lực lên tường áp lực tĩnh Trạng thái chủ động: Khối đất đạt tới trạng thái CBGH (dẻo), kèm theo giãn hông (tường dịch chuyển xa khối đất) Áp lực lên tường tương ứng áp lực chủ ñộng Trạng thái bị động: Khối đất đạt tới trạng thái CBGH (dẻo), kèm theo ép hơng ( tường dịch chuyển phía khối đất) Áp lực lên tường tương ứng áp lực bị ñộng 104 II Các loại áp lực lên tường chắn III ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CỨNG 3.1 Áp lực ñất trạng thái tự nhiên (tĩnh) Áp lực đất đặc biệt phụ thuộc vào độ cứng tường Khi độ cứng tường lớn áp lực đất lên tường phân bố tăng tuyến tính theo độ sâu (dạng tam giác) Pt: Cường ñộ áp lực ñất tĩnh lên tường ñộ sâu h (T/m2, kN/m2) Et: Giá trị áp lực đất tĩnh lên tường có chiều cao H (T/m, kN/m) B σz H Pt = σx = K0.γ.h σx A Tường cứng z H/3 Tường mềm K0 γ.H -tiếp3.1 Áp lực ñất trạng thái tự nhiên (tĩnh) 3.2 Sự hình thành áp lực đất chủ ñộng GL σ z’ = γ z σz σx X Giai đoạn đầu, chưa có chuyển vị ngang Hệ số K0 = σx/σ σz = constant, gọi hệ số áp lực đất trạng thái tự nhiên Vấn đề quan trọng trạng thái K0, khơng có biến dạng ngang xuất Trong điều kiện cố kết bình thường đất dính đất rời: σz’ z σx’ A σx’ = K0 σz’ = K0 γz Khi tường chắn dịch chuyển xa khối đất đắp σz’ coi không thay đổi σx’ giảm dần tới xảy phá hoại Theo lý thuyết đàn hồi: Với đất rời, điều kiện thoát nước K0 = – sin ϕ 105 Áp lực chủ ñộng B C 3.3 Sự hình thành áp lực đất bị động W Giai đoạn đầu, chưa có chuyển vị ngang δ σz’ = K0 σx’ = K0 γz σz’ σx’ Pb ∆b D Áp lực chủ động Pc 450 + ϕ/2 Khi tường chắn dịch chuyển phía khối đất B Áp lực bị động ∆c A σz’ coi không thay đổi C B σx’ tăng dần tới xảy phá hoại Với đất rời, điều kiện thoát nước Pc W Pb Áp lực bị ñộng Áp lực tĩnh, Pt D δ Đất đẩy tường Áp lực chủ động Tường đẩy đất Áp lực bị động 450 - ϕ/2 A IV LÝ THUYẾT ÁP LỰC ĐẤT CỦA Rankine IV LÝ THUYẾT ÁP LỰC ĐẤT CỦA Rankine Giả thiết mặt tường nhẵn, đất sau lưng tường nằm ngang với Áp dụng cho tường chắn thẳng đứng Bỏ qua ma sát đất tường Hay: Ở trạng thái tĩnh: Trạng thái chủ động: OA’ – áp lực hông chủ động - ký hiệu pc Họ đường trượt đường thẳng hợp với góc (900 - ϕ) τ Mặt trượt tạo với phương ngang ± (450 + ϕ/2) Trạng thái chủ động Trạng thái tĩnh Lý luận hồn tồn tương tự với trạng thái bị động σ O A’ σ3 B A σ1 = σbt, z 106 σz Kc.σ σz IV LÝ THUYẾT ÁP LỰC ĐẤT CỦA Rankine IV.1 Trường hợp 1: - Nền đồng khơng có mực nước ngầm, - Đất sau lưng tường khơng có tải trọng IV.1.1 Áp lực ñất chủ ñộng cho ñất rời Cường độ áp lực đất chủ động điểm có ñộ sâu h bằng: IV.1.1 Áp lực ñất chủ ñộng cho ñất rời B B’ C (T/m2, kN/m2) B W Giá trị áp lực ñất chủ ñộng tác dụng lên tường có chiều cao H: z Ec dz H R Ec p W (T/m, kN/m) Ec z Trong đó: Hệ số áp lực đất chủ động Kc H/3 R A 450 + ϕ/2 A pc IV.1.2 Áp lực ñất chủ ñộng cho ñất dính IV.1.3 Áp lực ñất bị ñộng cho ñất rời Cường ñộ áp lực ñất chủ ñộng điểm có độ sâu h bằng: (T/m2, Cường độ áp lực đất bị động điểm có độ sâu h bằng: 2 kN/m2) (T/m , kN/m ) Giá trị áp lực đất chủ động tác dụng lên tồn tường có chiều cao H: Giá trị áp lực đất bị động tác dụng lên tường có chiều cao H: (T/m, kN/m) Trong đó: Hệ số áp lực đất chủ động Kc Trong đó: Hệ số áp lực đất bị động Kb 107 IV LÝ THUYẾT ÁP LỰC ĐẤT CỦA Rankine IV.1.4 Áp lực đất bị động cho đất dính IV.2 Trường hợp 2: - Trường hợp nhiều lớp, có mực nước ngầm Cách xác định Áp lực đất (tĩnh, chủ ñộng, bị ñộng): - Xác ñịnh ứng suất hữu hiệu σz’ mặt phân lớp ñiểm cần tìm cường độ áp lực đất - Hệ số áp lực ñất (K0 , Kc , Kb) lấy theo lớp chứa điểm cần tìm cường độ áp lực đất IV.3 Trường hợp 3: - Đất sau lưng tường có tải trọng phân bố q Cường ñộ áp lực ñất bị ñộng ñiểm có ñộ sâu h bằng: (T/m2, kN/m2) Giá trị áp lực ñất bị ñộng tác dụng lên tồn tường có chiều cao H: Trong đó: Hệ số áp lực đất chủ động Kb Cách xác ñịnh Áp lực ñất (tĩnh, chủ ñộng, bị ñộng): - Quy ñổi tải trọng q thành lớp ñất tương ñương với ñặc trưng –lý ñất lớp sau lưng tường có chiều dày: IV.4 Vẽ biểu đồ cường độ áp lực đất Trong đó: K01 ,K02 ,K03 : Hệ số áp lực đất ngang lớp 1, 2, Và tính: IV.4.1 Vẽ biểu đồ cường độ áp lực đất TĨNH TH nhiều lớp, có MNN, có tải trọng q sau lưng tường q A γ1 , ϕ1 h1 htñ : Chiều cao lớp đất tương đương quy đổi từ tải trọng phân bố q γ2 , ϕ2 , c2 h2 H γñn : Dung trọng đẩy đất mực nước ngầm h3 γñn3 , ϕ3, c3 B Áp lực đất tĩnh Áp lực nước 108 Chú ý:- Áp lực đất tĩnh khơng phụ thuộc lực dính c - Giá trị áp lực tĩnh Et tổng diện tích cường độ áp lực tĩnh điểm đặt trọng tâm hình IV.4.2 Vẽ biểu đồ cường độ áp lực đất chủ động IV.4.2 Vẽ biểu đồ cường độ áp lực đất chủ động TH1: Nền ñồng nhất, đất sau lưng tường đất dính TH2: Nền ñồng nhất, ñất sau lưng tường ñất dính Mặt ñất có tải trọng phân bố ñều q A q A H Ec H B Vì đất khơng chịu kéo nên phần biểu đồ (-) khơng có có phân bố lại, gần ta giữ nguyên lại phần (+) tổng áp lực đất: B TH1 lực Ec đặt tại: IV.4.2 Vẽ biểu đồ cường độ áp lực đất chủ động IV.4.2 Vẽ biểu đồ cường độ áp lực đất chủ động TH3: Nền có nhiều lớp TH4: Có mực nước ngầm: A A γ1 , ϕ1 h1 h1 γ1 , ϕ1 h2 γñn , ϕ2 H h2 γ2 , ϕ2 h3 γ3 , ϕ3, c3 H B Áp lực đất Trong đó: B Biểu ñồ cường ñộ áp lực ñất chủ ñộng 109 Áp lực nước TH2 V LÝ THUYẾT ÁP LỰC ĐẤT CỦA Coulomb Trường hợp tải trọng cục tác dụng lên bề mặt: A x = mH Giả thiết: B Lực/đơn vị dài Đất sau lưng tường trạng thái CBGH; Lực/đơn vị m2 Lăng thể trượt khối rắn z = nH ph H Mặt trượt nguy hiểm hình thành đất mặt phẳng 5.1 Xác ñịnh áp lực ñất chủ ñộng cho ñất rời ph H * Khảo sát tường chắn hình vẽ: W khối lượng khối ABC, W = γ x diện tích ABC Z Z Cách giải: Gần áp dụng toán Butxinet tính ứng suất σx điểm lưng tường cộng với kết toán áp lực đất khơng có tải trọng 5.1 Xác định áp lực ñất chủ ñộng cho ñất rời C B Ec’ phản lực mặt AB, Ec’ hợp với pháp tuyến AC góc δ ( Ec’ = - Ec tổng áp lực đất chủ động lên tường) 5.1 Xác ñịnh áp lực đất chủ động cho đất rời Diện tích nêm ACB = ½ x AC x BD E Ec = -E’c Ta lại có: β O’ Ec Pn O α θ Suy ra: C’ ϕ Wn R R (1) W θ- ϕ= ω Từ đa giác lực khép kín ta viết: A Các lực tác dụng lên tường chắn ; α- δ = ϖ 1800 - (ϖ - ω) D δ ; E’c W H E’c R phản lực mặt trượt AC hợp với pháp tuyến AC góc ϕ Đa giác lực 110 5.1 Xác ñịnh áp lực ñất chủ ñộng cho ñất rời 5.1 Xác ñịnh áp lực ñất chủ ñộng cho ñất rời Trong đó: (2) Từ (1) (2) suy ra: Trường hợp ñặc biệt: Lưng tường thẳng đứng α = 90, mặt đất sau tường nằm ngang β = 0, tường nhẵn δ = (bỏ qua ma sát đất tường) thì: Khảo sát hàm f(θ θ) ta tìm giá trị lớn Ea Ka = tg2(45°° - ϕ/2) Trùng với kết Raikine 5.2 Xác ñịnh áp lực ñất bị ñộng cho ñất rời C B 5.2 Xác ñịnh áp lực ñất bị ñộng cho ñất rời E Áp lực đất bị động: β W H (1800 - ϖ - ω) R Pp ϕ δ α Ep α+δ = ϖ R W Trường hợp ñặc biệt: θ Lưng tường thẳng đứng α = 90, mặt đất sau tường nằm ngang β = 0, tường nhẵn δ = (bỏ qua ma sát đất tường) thì: A Xác định áp lực đất bị động Đa giác lực Kp = tg2(45°° + ϕ/2) 111 Trùng với kết Raikine ... LOẠI ĐẤT Tên đất Hệ số thấm k (cm/s) Cuội sỏi (khơng có hạt nhỏ) 10 - 100 Cát to, cát vừa, cát nhỏ 1 0-3 - 10 Cát bụi, cát pha 1 0-5 - 1 0-3 Sét pha 1 0-7 Sét < - Gradient thủy lực ban đầu - Điều... Terzaghi → viết học đất sở vật lý đất → - Vận dụng toán học phải lấy điều kiện địa chất làm sở coi đất → mơn độc lập - Thí nghiệm quan trắc thực tiễn VNam: phịng thí nghiệm → 1956 - Coi trọng thực... Chương Bản chất vật lý đất Chương Tính chất học đất Chương Khảo sát địa chất cơng trình Chương Ứng suất đất Chương Dự báo độ lún đất Chương Sức chịu tải đất Chương Áp lực đất lên tường chắn 15