oOo TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TPHCM KHOA XÂY DỰNG BÀI TIỂU LUẬN MÔN CƠ HỌC ĐẤT Giáo viên hướng dẫn Ths Tô Văn Lận Sinh viên Trần Hải Lợi Lớp học phần 050013005 Mã số sinh viên 19520100164 TP Hồ Chí Min.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TPHCM KHOA XÂY DỰNG oOo BÀI TIỂU LUẬN MÔN: CƠ HỌC ĐẤT Giáo viên hướng dẫn : Ths Tô Văn Lận Sinh viên : Trần Hải Lợi Lớp học phần: 050013005 Mã số sinh viên : 19520100164 TP Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 11 năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHŨ NGHĨA VIỆT NAM Trường Đại học Kiến Trúc TP.HCM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Bài tập lớn môn: CƠ HỌC ĐẤT Họ tên : Trần Hải Lợi Mã số sinh viên: 19520100164 Mã lớp học phần: 050013005 Điểm tập lớn Họ tên chữ kí giảng viên Ghi số Ghi chữ Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 11 năm 2021 Sinh viên nộp Ký tên Câu 1: a) Cách phân loại xác định trạng thái đất rời: Cách phân loại đất rời: Theo TCVN 9362:2012, để phân loại đất người ta dựa vào hai tiêu thành phần hạt tiêu đánh giá trạng thái đất Đối với đất rời ta dùng thành phần cấp phối hạt để phân loại: Loại đất Kích thước hạt (mm) Trọng lượng hạt chiếm (%) Đất hạt to Đá tảng > 200 > 50 Đá cuội > 10 > 50 Đá sỏi >2 > 50 Cát Sỏi sạn >2 > 25 Cát to > 0,50 > 50 Cát trung > 0,25 > 50 Cát nhỏ > 0,10 > 75 Cát bụi > 0,10 < 75 Cách xác định trạng thái đất rời: Ta dùng trạng thái độ chặt độ ẩm để đánh giá trạng thái đất b) Các thông số để xác định trạng thái đất rời: Đánh giá độ chặt: 1.1 Theo kết thí nghiệm phòng: - Dựa vào độ chặt tương đối: D= emax − e emax − emin Trong đó: emax: hệ số rỗng trạng thái rời nhất, lấy từ thí nghiệm emin : hệ số rỗng trạng thái chặt nhất, lấy từ thí nghiệm e : hệ số rỗng trạng thái tự nhiên Tiêu chuẩn phân loại độ chặt đất cát dựa theo D Trạng thái Độ chặt D 0,67 < D 1,00 0,33 < D 0,67 0,00 < D 0,33 Cát chặt Cát chặt vừa Cát xốp - Dựa vào hệ số rỗng e: dùng để đánh giá độ chặt đất cát: Tiêu chuẩn phân loại độ chặt đất cát dựa theo hệ số rỗng e Loại đất Cát sỏi, cát thô,cát vừa Cát nhỏ Cát bụi Chặt e < 0,55 e < 0,60 e < 0,60 Độ chặt Chặt vừa 0,55 e 0,70 0,60 e 0,75 0,60 e 0,80 Xốp e > 0,70 e > 0,75 e > 0,80 1.2 Theo kết thí nghiệm trường: - Xuyên động: Dùng mũi xuyên có đường kính 51 mm, cắm vào đất 30cm tác dụng búa có trọng lượng 63,5 kg rơi tự độ cao 76 cm Độ chặt theo thí nghiệm xuyên động Độ chặt tương đối D Trạng thái đất D < 0,2 xốp 0,2 < D ≤ 1/3 xốp 1/3 < D ≤ 2/3 chặt vừa 2/3 < D ≤ chặt D>1 chặt Số lần búa rơi 1÷4 5÷9 10 ÷ 29 30 ÷ 50 > 50 - Xuyên tĩnh: Dùng mũi xuyên có đường kính 36 mm, góc đầu xun 600 ấn xuống đất xác định sức kháng mũi xuyên Độ sâu (m) 10 Sức kháng mũi xuyên theo độ chặt đất cát (x100 kPa) Cát khô Cát vừa Cát nhỏ Chặt Chặt vừa Chặt Chặt vừa Chặt Chặt vừa 150 100 60 150 ÷ 100 100 ÷ 60 60 ÷ 30 220 150 90 220 ÷ 150 150 ÷ 90 90 ÷ 40 Đánh giá độ ẩm: Được đánh giá theo độ bão hòa G G 0,5 : đất ẩm 0,5 < G 0,8 : đất ẩm G > 0,8 : đất no nước Câu 2: Phương pháp giải tích xác định áp lực đất lên tường chắn đất dính: a) Theo lý thuyết Coulomb: Áp lực chủ động: Sơ đồ tính tốn áp lực lên tường chắn theo thuyết Coulomb Ta có ABC khối trượt, BC mặt trượt giả định Các lực tác dụng lên khối trượt gồm có: • W: trọng lượng khối trượt ABC • R : phản lực mặt trượt BC làm với pháp tuyến mặt góc φ • E : lực đẩy đất làm với pháp tuyến lưng tường góc δ; • φ : góc ma sát đất đắp sau lưng tường; • δ : góc ma sát lưng tường đất đắp Phản lực R E nằm pháp tuyến Từ điều kiện để khối trượt ABC cân đa giác lực phải khép kín( hình b) ta rút được: 𝐸=𝑊 sin(𝜀 − 𝜑) sin(ψ + 𝜀 − 𝜑) Trong đó: ψ = 900 - α – δ E - lực đẩy đất W = dtABC.γtAB Biến đổi hình học lượng giác ta có: Trong đó: 𝜀 góc nghiêng mặt trượt giả định để xét cân khối trượt Đạo hàm E ta Emax áp lực chủ động tác dụng lên tường chắn cần tìm Đặt Cơng thức trở thành: Trong đó: Kcd :hệ số áp lực đất chủ động theo lý luận Coulomb; H :chiều cao tường chắn; γ :trọng lượng riêng đất đắp; φ :góc ma sát đất đắp; δ :góc ma sát đất đắp lưng tường Góc ma sát đất lưng tường Tình trạng tường chắn Góc ma sát δ Lưng tường trơn nhẵn, nước khơng tốt ÷ φ/3 Lưng tường nhẵn, nước tốt φ/3 ÷ φ/2 Lưng tường nhám, nước tốt φ/2 ÷ 2φ/3 Kcd xác định theo công thức: Áp lực bị động: Sơ đồ tính áp lực bị động lên tường chắn Từ đa giác lực ta có: 𝐸=𝑊 sin(𝜀 + 𝜑) sin( ψi + 𝜀 + 𝜑) Dùng phương pháp cực trị nhận được: Trong đó: : trọng lượng riêng đất đắp H : chiều cao tường chắn Kbd : hệ số áp lực bị động theo lý luận Coulomb ❖ Trường hợp lưng tường thẳng đứng (α = 0), mặt tường trơn nhẵn (δ = 0), mặt đất nằm ngang (β = 0): Khi đó: Cường độ áp lực đất bị động điểm theo chiều cao tường xác định theo biểu thức: b) Theo lý thuyết Rankine: Áp lực chủ động: Tính tốn áp lực chủ động theo.W Rankin Xét tường chắn với lưng tường thẳng đứng, mặt tường trơn nhẵn, mặt đất nằm ngang Theo điều kiện cân giới hạn Morh – Coulomb ta rút được: Trong đó: Kcd hệ số áp lực đất chủ động theo lý luận Rankine Biểu đồ phân bố áp lực đất cịn phần tam giác abc (hình c) a có : Từ rút ra: Trong đó: zo - độ sâu giới hạn (độ sâu nứt nẻ) Trị số tổng áp lực đất chủ động tính diện tích biểu đồ hình (c): Thay zo biểu thức ta có: Ecd tác dụng điểm cách chân tường khoảng (H - zo)/3 Áp lực bị động: Tính tốn áp lực bị động theo W Rankin Khi khối đất đạt trạng thái cân giới hạn bị động thành phần ứng suất M là: Theo điều kiện cân giới hạn Mohr - Coulomb, ta có: Trong đó: Kcd hệ số áp lực đất bị động theo lý luận Rankine Biểu đồ phân bố cường độ áp lực nêu hình (c), biểu đồ có dạng hình thang Tổng giá trị áp lực đất bị động tình diện tích biểu đồ hình thang Điểm đặt trọng tâm hình thang Câu 2: a) Tính độ lún góc móng: Móng hình chữ nhật kích thước l×b= 2,4×1,6 (m2 ) ; Độ sâu chơn móng hm =1,9m , đất gồm lớp có chiều dày lớn Dung tự nhiên γ w= 1,85T/m3 ; dung trọng đẩy γ dn= 0.89T/m3 ; cao trình mực nước ngầm – 3,4m Áp lực trung bình tác dụng lên đất đáy móng p = 205kN / m2 Kết thí nghiệm nén cố kết: Số hiệu lớp đất Hệ số rỗng e theo áp lực nén p (kN/m2) 50 kN/m2 100 kN/m2 150 kN/m2 200 kN/m2 0,672 0,654 0,638 0,623 Bài giải Ta quy đổi thông số hệ đơn vị kN,m: γ w = 1,85 T/m3 =18,5 kN/m3 γ dn= 0.89 T/m3 =8,9 kN/m3 Trình tự bước thực lời giải: Chia lớp đất thành nhiều phân tố: 1 4 Các lớp phân tố có chiều dày hi = ×b = ×1.6 = 0.4(m) Trong trường hợp toán trên, mực nước ngầm nằm độ sâu 3,4m từ MĐTN đến độ sâu 3,4m ứng suất trọng lượng thân đất tính theo dung tự nhiên γw ; lớp đất nằm mực nước ngầm tính theo dung trọng đẩy γdn Tính vẽ biểu đồ ứng suất trọng lượng thân σdz = Σγw hi Trên MNN: σdz = γ w 3,4 = 18,5 3,4 = 62,9 kN/m2 Tại đáy móng: σ dz= γ w 1,9 = 18,5 1,9 = 31,15 kN/m2 Tính vẽ biểu đồ ứng suất tải trọng σoz =kgp o Áp lực gây lún đáy móng: pO = p -γw 1,9 = 205- 31,15= 169,85 kN/m2 Ứng suất gây lún góc móng độ sâu z để từ đáy móng: Bằng cách sử dụng hệ số kg σoz = k g po Kết cho bảng sau: Lớp đất Trên MNN DướiMNN Tên điểm 10 11 12 13 14 Độ sâu z (m) 0.3 0.7 1.1 1.5 1.9 2.3 2.7 3.1 3.5 3.9 4.3 4.7 5.1 5.5 l/b z/b kg 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 0.000 0.188 0.438 0.688 0.938 1.188 1.438 1.688 1.938 2.188 2.438 2.688 2.938 3.188 3.438 0.25 0.249 0.241 0.223 0.199 0.174 0.151 0.129 0.111 0.096 0.083 0.072 0.063 0.056 0.049 σzp=kg.po, σzd, (kN/m ) (kN/m2) 42.463 35.15 42.311 40.7 40.906 48.1 37.905 55.5 33.914 62.9 29.617 66.46 25.571 70.02 21.979 73.58 18.878 77.14 16.246 80.7 14.084 84.26 12.273 87.82 10.745 91.38 9.447 94.94 8.382 98.5 σzp/σzd 1.208 1.040 0.850 0.683 0.539 0.446 0.365 0.299 0.245 0.201 0.167 0.140 0.118 0.100 0.085 Xác định chiều sâu vùng chịu nén H: Từ bảng tính tốn phân bố ứng suất trên, nhận thấy độ sâu 5,5m kể từ đáy móng có: σzp = 8,382 (kN/m2 ) < σzd×0,1= 98,5×0,1 = 9,85 (kN/m2 ) Như vùng chịu nén xem kéo dài đến độ sâu 5,5m ( 7,4m kể từ mặt đất tự nhiên ) 5 Xử lý đường cong nén lún (e-p) để tìm e1i e2i trường hợp thí nghiệm nén ép, độ lún lớp đất tính theo hệ số rỗng: Tính tốn độ lún cuối góc móng n Độ lún cuối xác định theo công thức: S= Si = i=1 n e-e 1i i=1 2i hi 1+e1i Trong đó: e1i, e2i hệ số rỗng lớp phân tố i cấp tải trọng p1i, p2i p1i - Ứng suất trung bình lớp đất phân tố thứ i trọng lượng thân p2i – Ứng suất trung bình lớp đất phân tố thứ i trọng lượng thân tải trọng p1i = σ btz,i+σ bt z,i-1 ; p2i = p1i +pi ; pi = σ Pz,i+σ P z,i-1 + Xác định e1i e2i từ đường cong nén: với p1i ta có e1i p2i có e2i Kết thể qua bảng sau: Lớp phân tố hi (m) P1i (kN/m2) P2i (kN/m2) Pi (kN/m2) e1i e2i Si (m) 10 11 12 13 14 0.3 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 37.925 44.4 51.8 59.2 64.68 68.24 71.8 75.36 78.92 82.48 86.04 89.6 93.16 96.72 80.312 86.008 91.205 95.109 96.445 95.834 95.575 95.789 96.482 97.645 99.219 101.109 103.256 105.634 42.387 41.608 39.405 35.909 31.765 27.594 23.775 20.429 17.562 15.165 13.179 11.509 10.096 8.914 0.677 0.674 0.671 0.668 0.666 0.665 0.664 0.663 0.661 0.660 0.659 0.658 0.656 0.655 0.661 0.659 0.657 0.656 0.655 0.655 0.656 0.655 0.655 0.655 0.654 0.654 0.653 0.652 0.003 0.004 0.003 0.003 0.003 0.002 0.002 0.002 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 Si =0.028 - Độ lún góc móng : S = 0.028m = 2.8cm - Độ lún tâm móng : S = 0.063m = 6.3cm b) So sánh độ lún tâm móng (Đã tính tập lớn) độ lún góc móng? Độ lún góc móng nhau? Khi có cặp giống độ lún góc móng khác nhau? So sánh độ lún tâm móng góc móng: Với tải trọng tác dụng độ lún tâm móng S = 6,3 (cm) Nhưng góc móng độ lún S = 2,8 (cm), bé khoảng lần Nguyên nhân độ lún đất phụ thuộc vào ứng suất phụ thêm địa chất khu vực Địa chất khu vực không thay đổi mà ứng suất phụ thêm thay đổi từ tâm móng ngồi góc móng (ko tâm móng > kg góc móng) nên từ độ lún góc móng bé tâm móng Khi độ lún góc móng nhau: Để độ lún góc móng lớp đất đáy móng phải thỏa điều kiện: • Một địa chất chúng • Hai ứng suất phụ thêm góc Để đạt móng phải chịu nén tâm (ví dụ: tải phân bố đều, ) Khi độ lún góc móng nhau: Để độ lún góc móng ứng suất phụ thêm góc móng khác với ứng suất phụ thêm góc móng cịn lại Trường hợp móng chịu tải trọng nén lệnh tâm phương (ví dụ: Tải phân bố hình tam giác, tải phân bố hình thang, ) Khi độ lún góc móng khác nhau: Để độ lún góc móng hồn tồn khác ứng suất phụ thêm góc móng phải khác Trường hợp móng chịu tải trọng lệnh tâm phương (ví dụ: tải tập trung đặt góc móng, ) Câu 4: Tính tốn kiểm tra điều kiện áp lực đáy móng: Cho móng có kích thước b = 1,6 m, l = 2,0 m, chiều sâu chơn móng h = 1,5m Nền lớp đồng cát pha dày, tra bảng có độ sệt IL = 0,4, góc ma sát φII = 200, lực dính đơn vị cII = 20 kN/m2, trọng lượng đơn vị thể tích tự nhiên γw= 18,2 kN/m3, bão hòa mực nước ngầm, dung trọng bão hịa γbh = 20 kN/m3 Cơng trình có sơ đồ kết cấu mềm Móng chịu tải trọng tiêu chuẩn tập trung đặt cao trình mặt đất tự nhiên No = 600 kN Lấy dung trọng trung bình móng đất móng γtb = 20 kN/m3,dung trọng nước γn = 10 kN/m3 Bài giải a) Mực nước ngầm cách mặt đất 0,6m: • Áp lực đáy móng ptb: ptb = N0 600 +20.1,5=217,5 (kN/m2) + tb hm = b.l 1, 6.2 • Sức chịu tải tính tốn Rtc: - Nền đất lớp, đồng chất cát pha dày có IL = 0,4 m1 =1,2 - Cơng trình có sơ đồ kết cấu mềm m2 = - Các số liệu tra từ bảng theo quy phạm ktc = 1,1 - Với = tra bảng tìm được: 20 A 0,51 B 3,06 D 5,66 - Mực nước ngầm cách mặt đất 0,6 m (nằm khoảng từ mặt đất đến đáy móng) đn = bh - n = 20 – 10 = 10 (kN/m3 ) II = đn = 10 (kN/m3 ) II , = w .hMNN + dn (hm − hMNN ) 18, 2.0, + 10.(1,5 − 0, 6) = =13,28 (kN/m3) hm 1,5 - Cường độ tính tốn đất: R= 1, 2.1 (0,51.1,6.10 1,1 + 3,06.1,5.13,28 + 5,66.20) = 198,889 (kN/m2) • Kiểm tra điều kiện ptb ≤ R: Ta có: ptb = 217,5 (kN/m2 ) > R = 198,889 (kN/m2) móng khơng thỏa điều kiện ổn định b) Mực nước ngầm cách mặt đất 3,0m: • Sức chịu tải tính tốn Rtc: - Mực nước ngầm cách mặt đất 3,0m (nằm khoảng từ mặt đất đến đáy móng): đn = bh - n = 20 – 10 = 10 (kN/m3) II = w = 18,2 (kN/m3 ) II’ = w = 18,2 (kN/m3) - Cường độ tính tốn đất: R= 1, 2.1 =(0,51.1,6.18,2 + 3,06.1,5.18,2 + 5,66.20) = 230,825 (kN/m2) 1,1 • Kiểm tra điều kiện ptb ≤ R: Ta có: ptb = 217,5 (kN/m2 ) < R = 230,825 (kN/m2) móng thỏa điều kiện ổn định c) Mực nước ngầm cách mặt đất 5,0m: • Sức chịu tải tính tốn Rtc: - Mực nước ngầm cách mặt đất 3,0m (nằm ngồi khoảng từ mặt đất đến đáy móng): đn = bh - n = 20 – 10 = 10 (kN/m3) II = w = 18,2 (kN/m3 ) II’ = w = 18,2 (kN/m3) - Cường độ tính tốn đất: R= 1, 2.1 =(0,51.1,6.18,2 + 3,06.1,5.18,2 + 5,66.20) = 230,825 (kN/m2) 1,1 • Kiểm tra điều kiện ptb ≤ R: Ta có: ptb = 217,5 (kN/m2 ) < R = 230,825 (kN/m2) móng thỏa điều kiện ổn định ... CHŨ NGHĨA VIỆT NAM Trường Đại học Kiến Trúc TP.HCM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Bài tập lớn môn: CƠ HỌC ĐẤT Họ tên : Trần Hải Lợi Mã số sinh viên: 19520100164 Mã lớp học phần: 050013005 Điểm tập lớn... Kcd :hệ số áp lực đất chủ động theo lý luận Coulomb; H :chiều cao tường chắn; γ :trọng lượng riêng đất đắp; φ :góc ma sát đất đắp; δ :góc ma sát đất đắp lưng tường Góc ma sát đất lưng tường Tình... đánh giá theo độ bão hòa G G 0,5 : đất ẩm 0,5 < G 0,8 : đất ẩm G > 0,8 : đất no nước Câu 2: Phương pháp giải tích xác định áp lực đất lên tường chắn đất dính: a) Theo lý thuyết Coulomb: Áp