Bài giảng Cơ học đất

TRƯ NG Đ I H C XÂY D NG YÊU CẦU VÀ CÁCH LÀM VIỆC TRONG LỚP GHI CHÉP CÁC Ý CHÍNH KHƠNG NĨI CHUY N VÀ LÀM VI C RIÊNG ĐIỂM QUÁ TRÌNH (30%) ĐIỂM DANH: 30% KIỂM TRA: 30% BÀI TẬP LỚN: 20% THÍ NGHIỆM: 20% Khơng thí nghiệm + báo cáo TN: điểm q trình = Gi ng viên: Nguy n Tuân ĐIỂM KẾT THÚC (70%) B mơn: Cơ h c đ t – N n 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 LI U THAM KH O MÔN H C Phan H ng Quân, “Cơ học ñất”, nhà xu t b n Giáo d c 2012 Vũ Công Ng , Nguy n Văn Thơng, “Bài tập Cơ học đất”, R Whitlow “Cơ học ñất” Nhà xu t b n Giáo d c, Hà N i 1999 Nguy n Đình Ti n, “Bài giảng Cơ học đất”, ĐHXD Hà n i CHƯƠNG MỞ ĐẦU Đối tượng nghiên cứu: đất thiên nhiên tạo thành kết phong hóa đá vỏ đất Trong lĩnh v c xây d ng thư ng dùng đ t làm n n b ph n “k t c u” ti p nh n t i tr ng bên truy n xu ng Vì v y v i k sư xây d ng, đ t nơi ti n hành xây d ng công 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?: môn 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 đ nh quy lu t b n c a trình h c x y đ t đ!c trưng tính tốn tương "ng c a đ t Đưa mơ hình n n nghiên c"u tr%ng thái "ng su t - bi n d%ng c a đ t Nghiên c"u s làm vi#c c a cơng trình (đ lún, s"c ch u t i, $n đ nh…) & gi i pháp cơng trình 11 12 CHƯƠNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG MỞ ĐẦU Phương pháp nghiên cứu Lịch sử phát triển - Xây d ng lý thuy t d a nh ng gi thi t nh t đ nh → m&i lý Coulomb (1736-1806) 1773 thuy t có nh ng ph%m vi "ng d ng nh t đ nh 1925: Terzaghi → vi t cu n h c đ t s' v t lý c a đ t → - V n d ng toán h c ph i l y u ki#n đ a ch t làm s' coi đ t → môn đ c l p - Thí nghi#m quan tr(c th c ti n VNam: phịng thí nghi#m đ,u tiên → 1956 - Coi tr ng th c nghi#m: Do đ t thay đ$i → nên ph i ch n bi#n pháp th) nghi#m thích h*p → ch n ch+ tiêu Thí nghi#m g m: + Thí nghi#m hi#n trư ng + Thí nghi#m phịng + Theo dõi bi n d%ng ( quan tr(c lún)… 13 14 CHƯƠNG 1: M' đ,u Gi i thi#u chung Chương B n ch t v t lý c a đ t Chương Tính ch t h c c a đ t Chương Kh o sát đ a ch t công trình Chương -ng su t đ t Chương D Chương S"c ch u t i c a n n đ t Chương Áp l c đ t lên tư ng ch(n báo đ lún c a n n đ t 15 16 §1 Nguồn gốc hình thành đất §1 Nguồn gốc hình thành đất a Phong hóa vật lý: Đ t có ngu n g c tr c ti p/gián ti p t/ đá g c: Đá macma, đá tr,m tích, đá bi n ch t Đá gốc Phong hóa Đất tàn tích Th i gian Chuy n d i ðN: Do tác nhân v t lý gây ra: s thay ñ i ñ t ng t v nhi t ñ , áp su t, va ch m Đất trầm tích → làm đá g c b n t, v v n L ng ñ ng Đ!c đi0m: 1.1 Phong hóa - Là q trình phá hoại làm thay đổi thành phần đá gốc tác d ng v t lý, hóa h c, sinh h c… - Phân lo%i: + Phong hóa v t lý - Góc c nh, g gh , kích thư c l n - Có thành ph n khống gi ng đá g c - Khơng có tính dính dính,tính th m l n → s n ph m đư c g i đ t r i - ñ i di n cát + Phong hóa hóa h c + Phong hóa sinh h c 17 18 §1 Nguồn gốc hình thành đất §1 Nguồn gốc hình thành đất c Phong hóa sinh học: b Phong hóa hóa học: ðN: Do tác nhân hóa h c gây ra: s tác d ng gi a khoáng ðN: lo i ñ ng th c v t s ng m!t ñ t phá ho i l p ch t: nư c, mu n, axit hòa tan nư c – tương tác v i ñ t, ñá → ñ t h u cơ, ñ t than bùn… thành phân ñá g c → làm ñá g c b v v n 1.2 Quá trình trầm tích đặc điểm Q trình tr m tích bao g m s di chuy n tích t s n ph m phong hóa Đ!c đi0m: - B m!t m n, kích thư c nh" d0,1mm) dùng rây đ0 phân nhóm h%t 10,0mm Hàm lượng nhóm hạt p(d1, d2]: Q(d1, d2]: tr ng lư*ng nhóm h%t * MỘT SỐ KHÁI NIỆM QΣ Σ: t$ng tr ng lư*ng c a m7u đ t V i h%t nh4 (d≤0,1mm) dùng t6 tr ng k đ0 phân nhóm 5,0 2,0 B1: Phơi khơ m*u đ t, tán r i đ t b+ng chày Hàm lư*ng c a nhóm h%t đ t (tính theo %) t6 s gi a tr ng lư*ng c a c3 h%t tr ng lư*ng đ t khơ B2: Cân m*u xác đ nh t ng tr ng lư ng ban ñ u QΣ Hàm lư*ng c3 h%t d (mm) hàm lư*ng h%t có kích thư c ≥ d(mm) 1,0 B3: Cho m*u đ t qua b rây thí nghi m, sau l c ho!c rung cho h t có kích thư c nh" rơi xu ng dư i 0,5 B4: Cân lư ng ñ t t,ng rây % ngăn đáy đư c Qi → tr ng lư ng nhóm h t Q(d1, d2] 0,1 Hàm lư*ng tích lũy p (%) c a m t c3 h%t d(mm) hàm lư*ng c a h%t có kích thư c ≤ d(mm) 0,25 Ngăn đáy 27 Cấp phối hạt : loại đất t p h*p hàm lư*ng t t c c3 h%t ch"a m t lo%i đ t 28 THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH HẠT BẰNG RÂY Dụng cụ thí nghiệm: THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH HẠT BẰNG RÂY Kích thước hạt (mm) 2-0,5 0,5-0,25 0,25-0,1 0,1-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 4, Cc = [1, 3] Đ t có c3 h%t đ ng đ u (c p ph i kém) : Cu ≤ 31 32 -ti p- TN PHÂN TÍCH HẠT BẰNG TỶ TRỌNG KẾ Dụng cụ thí nghiệm b Hình dạng hạt T tr ng k Hình d%ng h%t đ t r t đa d%ng nh hư'ng t i tính ch t c a đ t Có dạng chính: dạng khối chiều dạng (dạng phiến) chiều • L y đ t TN cho vào bình ch a nư c •Khu y đ u dung d ch, theo dõi s chìm l ng c$a h t đ t bình Áp d ng: - Nguyên lý t tr ng k# Dung d ch đ t + nư c TN - ð nh lu t Stock dạng (dạng kim) chiều * Hạt kích thước lớn: hình d%ng h%t đ t nh hư'ng nhi u đ n tính ch t c a đ t * Hạt kích thước nhỏ: hình d%ng h%t nh hư'ng đ n tính ch t XD c a đ t 34 33 -ti p- -ti pc2 Khoáng thứ sinh: thành ph,n khoáng thay đ$i so v i đá g c (do phong hóa hóa h c gây ra) c Thành phần khoáng Thành phần khoáng đất đa dạng ph thu c vào: Thư ng g!p: khơng hịa tan nư c: Kaolinit, Ilit, Montmorilonit; hịa tan nư c: Canxit, mica tr ng, th ch cao, … thành phần đá gốc; tác dụng phong hóa; Đ!c đi0m : kích thư c r t nh", góc c nh, có c u trúc d ng lư i l p (d ng phi#n), b m!t mang ñi n tích âm (cịn g i khống v t sét) lịch sử tồn c1 Khoáng nguyên sinh: thành ph,n khống khơng thay đ$i ho!c thay đ$i so v i đá g c (do phong hóa v t lý gây ra) c3 Hợp chất hữu cơ: Thư ng g!p: fenpat, mica, th ch anh Đ!c đi0m H%t có kích thư c l n, thành ph,n khống nh hư'ng đ n tính ch t - lý c a đ t; : kích thư c l n, góc c nh, r i r c H%t có kích thư c nh4 thành ph,n khống đóng vai trị quy t đ nh tính ch t - lý c a đ t 35 36 -ti p- -ti pa Nước liên kết: 2.2 Thành phần nước ñất Nước hút bám: Vai trò nước đất quan trọng ??? Bám r t ch!t h%t đ t, không tách đư*c → xem m t ph,n h%t r(n → khơng nh hư'ng t i tính ch t ¼h t đ t Nước đất tồn dạng: Nước khoáng vật Nư c hút bám Nước đất Nước liên kết Nư c L.K m%nh Nước liên kết mạnh: sét Màng nư c LK y u Màng nư c Là l p nư c bám tương đ i LK m nh ch!t ' b m!t h%t nh hư'ng nhi u đ n tính dính c a đ t Nư c L.K y u Nước tự + - Nư c mao d7n Nư c tr ng l c 38 37 -ti p- -ti pChiều cao mao dẫn: Nước liên kết yếu: Là l p nư c liên k t c a h%t đ t → l c hút y u nh hư'ng t i tính ch t c a đ t tính d8o, tính dính… Vùng t/ MNN đ n chi u cao hc: đới bão hịa nước mao dẫn Đ dâng c a nư c mao d7n ph thu c vào s thay đ$i m c nư c ng,m b Nước tự do: Là lo%i nư c n2m ph%m vi tác d ng c a l c đi#n phân t) c a h%t đ t, di chuy0n đ t tr ng lư*ng b n thân ho!c l c hút dính (l c mao d7n) Áp lực mao dẫn: α T H%t đ t hc d MNN Là áp l c ph thêm nư c mao d7n gây cho h%t đ t đ i bão hòa mao d7n → tăng thêm lư*ng c a đ t Nước mao dẫn: T%i b m!t đ i bão hòa: T n t%i nh ng l& r&ng h9p s"c căng b m!t gi a v t ch t có tr%ng thái v t lý khác (h%t đ t - nư c) Áp l c mao d7n m t y u t t%o nên tính dính c a đ t 39 10 40 5.1 L i gi i c a Prandtl (1920): 5.1 L i gi i c a Prandtl (1920): Các giả thiết: Giả sử tải trọng tác dụng độ sâu hm tải trọng giới hạn pgh: 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 l b/2 q= γ.hm d α1 a a α2 III r l b/2 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 L i gi i c a Prandtl (1920): 5.2 L i gi i c a 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) b ϕ, c: đ!c trưng ch ng c(t c a đ t; q: ph t i bên ph%m vi đ!t t i tr ng gi i h%n, q = γ’.hm hm q= γ.hm δ Pg h Tr ng lư ng riêng: γ L c dính :c Góc ma sát : φ hay z Nq, Nc: h# s s"c ch u t i → tra bảng 97 5.2 L i gi i c a Xokolovxki: 5.3 L i gi i c a Terzaghi (1943): * Sức chịu tải giới hạn nền: b l b/2 q= γ’.hm Trong đó: d q: t i tr ng tương đương c a đ t đáy móng (ph t i, q = γ’.hm) α1 a r δ: góc nghiêng c a t i tr ng; a ϕ III l b/2 h d’ I c II b’ b γ: tr ng lư*ng riêng c a đ t dư i đáy móng; Pg z Nγ , Nq , Nc: h# s s"c ch u t i = f(ϕ ϕ, δ) → tra bảng trang 20; ϕ, c: góc ma sát l c dính đơn v c a đ t dư i đáy móng; Khi nén đ t → hình thành lõi đ t dư i đáy móng S hình thành lõi đ t ph thu c vào: Đ nhám c a đáy móng, đ sâu chơn móng, đ ch!t c a đ t tính ch t t i tr ng… 5.3 L i gi i c a Terzaghi (1943): 5.3 L i gi i c a Terzaghi (1943): * Bài tốn khơng gian: K t qu nghiên c"u cho th y : Sự tồn lõi ñất làm tăng SCT Terzaghi thay góc giới hạn chủ động α2 góc ϕ Giả thiết: đ t ph%m vi CBGH c th0, u ki#n CBGH x y biên Trong đó: q: t i tr ng tương đương c a đ t đáy móng (ph t i, q = γ’.hm) γ’: tr ng lư*ng riêng trung bình c a đ t t/ đáy móng tr' lên; γ: tr ng lư*ng riêng c a đ t dư i đáy móng; Nγ , Nq , Nc: h# s s"c ch u t i = f(ϕ ϕ) ( Tra b ng Terzaghi) ϕ, c: góc ma sát l c dính đơn v c a đ t dư i đáy móng; α: Hệ số phụ thuộc hình dạng móng: * Sức chịu tải giới hạn theo Terzaghi: 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 M!t trư*t gi đ nh ph@ng, tr tròn hay h&n h*p ph@ngtròn (phù h*p m t cách tương đ i v i hi#n trư ng) Fs = b Kh i trư*t v t r(n ' TTCBGH (có nghĩa ch+ có đi0m m!t trư*t gi thi t cân b2ng gi i h%n ) Σ HỆ SỐ AN TOÀN VỀ TRƯỢT Σ sức chịu cắt giới hạn Fs = Σ Fs = Đ i v i m!t trư*t hay tâm trư*t gi đ nh Lực gây trượt, lật ứng suất cắt Đ i v i m!t ph@ng đáy móng hay m!t trư*t gi đ nh 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 Đ i v i tâm trư*t gi đ nh 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 ] Fs(min) > [ Fs ] Đ i v i m!t trư*t gi đ nh II ĐÁNH GIÁ >N ĐYNH CHA NPN VÀ MÁI Đ;T Phương pháp giả thiết mặt trượt phẳng a TRONG NỀN ĐẤT CÁT Ổn định mái đất Giả thiết: Mái đất ph,n n n đ t có m!t gi i h%n m!t nghiêng H: chi u cao mái đ t Vai β: góc mái Mặt trượt phẳng FE (trượt từ F→ →E) Khối trượt ABCD rắn ∞, trạng thái CBGH M!t đ+nh mái Mái đ t Xét cân khối trượt ABCD H Chân mái β P1 W E Hệ số an toàn phân tố đất: β z F P1 M!t trư*t 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 không bị trượt - M!t trư*t ph@ng BA N h - Kh i trư*t BAC ≡ r(n, CBGH T G Xét cân khối trượt: - L c gi B C Giả thiết: c (1) α : N.tgϕ ϕ + c.BA A - L c trư*t : 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 Giả thiết: 2.1 Phương pháp Fellenius O O - M!t trư*t tr tròn - Kh i trư*t r(n, CBGH b Wi h Hệ số an toàn Fs b b Xét cân khối trượt: - Phân m nh kh i trư*t C B Xi a a D Pi+1 A Pi Ti α d Ni c E2 Fellenius gi thi#t l c gi a m nh b+ng ngư c chi u nên tri t tiêu l*n nhau, có nghĩa Ei+1 = Ei Xi+1 = Xi O’ M t s tác gi Bishop, Fellenius, Terzaghi…đã đưa bi0u th"c xác đ nh h# s 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 S) d ng hai phương trình cân b2ng tĩnh: Theo phương đứng phương dọc mảnh trượt O C B b b v i a a D A α d Trong đó: E2 v i X1 W α c Bishop’s gi thi#t l c ti#p tuy#n gi m nh b+ng ngư c chi u, 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 Đ i v i n n đ t thông thư ng ϕ ≠ 0; c ≠ 0, ta ph i tìm d,n Theo kinh nghi#m, đ0 cho nhanh chóng ta có th0 tìm tâm trư*t nguy hi0m sau: Ci ϕi : l c dính đơn v góc n i ma sát c a đ t Li c E1 X2 : chi u dài đáy d i th" i ; bi : chi u r ng d i th" i , Wi : tr ng lư*ng b n thân d i đ t th" I; Đư ng cong h# s an toàn On O1 O αB B αA A H β H αi : góc gi a ti p n v i đáy d i th" i v i phương ngang ; Ni : l c pháp n đáy c a d i có chi u dài Li ; 101 C M!t trư*t 4.5H C VÍ DỤ 1a Cách xác định mặt trượt cung trịn Cho mái dốc h.v, thơng số đất sau: Trư c tiên tìm tâm c a cung trư*t nguy hi0m nh t v i gi thi t đ t ch+ có l c dính k t (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 m!t trư*t Chi u dài m!t trư*t: VÍ DỤ 1b VÍ DỤ 1a Fs = 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 Lời giải: 1.5 20.0m 160 V y h# s $n đ nh trư*t mái d c: Fs = 2.7 > 11.3m Tr ng lư*ng kh i trư*t W đơn v b r ng: M!t trư*t Hệ số mái dốc : m 85.0 Với hệ số an toàn Fs > Kiểm tra ổn định mái dốc Theo ví d 1a ta tính đư*c: (OK) Tr ng lư*ng kh i trư*t: Chi u dài m!t trư*t: 102 11.3m 3.2m VÍ DỤ 1b CHƯƠNG 7: Áp l c nư c l& r&ng phân b d c theo chi u dài L đư*c xác đ nh d a vào đ sâu m c nư c zw bên m!t trư*t: Fs = Σ Σ Lực giữ Lực gây trượt, lật H# s $n đ nh trư*t mái d c: Fs = 1.76 < (NOT GOOD) -ti p- TƯỜNG CHẮN a Tường cứng: Đ c"ng l n, bi n d%ng c a tư ng trình s) d ng khơng đáng k0 Kích thư c tư ng l n → g i tư ng tr ng l c (v t li#u tư ng: đá, BTCT, BT…) I Khái niệm chung Khái niệm tường chắn Tư ng ch(n k t c u BTCT, g%ch đá, bê tông hay thép cho kh i đ t đ(p, vách đ t đư*c $n đ nh, không b trư*t Tư ng ch(n đ t k t c u ch u tác đ ng c a đ t, đ!c bi#t áp l c đ t theo phương ngang, nên có th0 tư ng b di chuy0n kh i đ t b phá ho%i trư*t Phân loại tường chắn 2.1 Phân loại theo độ cứng: b Tường mềm: Đ c"ng tư ng không đáng k0 K t c u tư ng m nh thư ng có sư n Kh i đ t $n đ nh nh tr ng lư*ng b n thân tư ng, đ t đè lên móng tư ng c Tường cừ: Thu c lo%i m m, bi n d%ng c a tư ng l n, gi kh i đ t $n đ nh nh ph,n c/ c(m sâu đ t Tư ng cư thư ng dùng cơng tác thi cơng h móng 2.2 Ngồi tường chắn cịn phân loại theo: Hình dạng, kết cầu phân định 103 -ti p- -ti p- Tường cừ loại Các tr%ng thái gi i h%n phá ho%i n n c a tư ng tr ng l c Tường chắn mềm II Các loại áp lực lên tường chắn Các s c k t c u thư ng g!p đ i v i tư ng ch(n Áp lực đất lên tường chắn phụ thuộc vào độ bền kháng cắt đất, điều kiện biến dạng hông, áp lực nước lỗ rỗng, loại tường chắn độ cứng tường… LIÊN QUAN TỚI TRẠNG THÁI BIẾN DẠNG: Trạng thái tĩnh: Kh i đ t sau lưng tư ng ' tr%ng thái cân b2ng đàn h i, khơng có bi n d%ng hông Tương "ng áp l c lên tư ng áp lực tĩnh Trạng thái chủ động: Kh i đ t đ%t t i tr%ng thái CBGH (d8o), kèm theo giãn hông (tư ng d ch chuy0n xa kh i đ t) Áp l c lên tư ng tương "ng áp lực chủ ñộng Trạng thái bị động: Kh i đ t đ%t t i tr%ng thái CBGH (d8o), kèm theo ép hông ( tư ng d ch chuy0n v phía kh i đ t) Áp l c lên tư ng tương "ng áp lực bị ñộng 104 II Các loại áp lực lên tường chắn III ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CỨNG 3.1 Áp lực ñất trạng thái tự nhiên (tĩnh) Áp lực đất đặc biệt phụ thuộc vào độ cứng tường Khi độ cứng tường lớn áp lực đất lên tường phân bố tăng tuyến tính theo độ sâu (dạng tam giác) Pt: Cường ñộ áp lực ñất tĩnh lên tường ñộ sâu h (T/m2, kN/m2) Et: Giá trị áp lực đất tĩnh lên tường có chiều cao H (T/m, kN/m) B σz H Pt = σx = K0.γ.h σx A Tường cứng z H/3 Tường mềm K0 γ.H -ti p3.1 Áp lực ñất trạng thái tự nhiên (tĩnh) 3.2 Sự hình thành áp lực đất chủ ñộng GL σ z’ = γ z σz σx X Giai đoạn đầu, chưa có chuyển vị ngang H# s K0 = σx/σ σz = constant, g i h# s áp l c đ t ' tr%ng thái t nhiên Vấn đề quan trọng trạng thái K0, khơng có biến dạng ngang xuất Trong u ki#n c k t bình thư ng c a đ t dính đ t r i: σz’ z σx’ A σx’ = K0 σz’ = K0 γz Khi tường chắn dịch chuyển xa khối đất đắp σz’ coi không thay đ$i σx’ gi m d,n t i x y phá ho%i Theo lý thuy t đàn h i: V i đ t r i, u ki#n thoát nư c K0 = – sin ϕ 105 Áp l c ch$ ñ ng B 3.3 Sự hình thành áp lực đất bị ñộng δ σz’ = K0 σx’ = K0 γz σx’ Pb ∆b D Áp lực chủ động Pc 450 + ϕ/2 Khi tường chắn dịch chuyển phía khối đất B Áp l c b đ ng W Giai đoạn đầu, chưa có chuyển vị ngang σz’ C ∆c A σz’ coi không thay đ$i C B σx’ tăng d,n t i x y phá ho%i V i đ t r i, u ki#n thoát nư c Pc W Pb Áp l c b ñ ng Áp l c tĩnh, Pt D δ Đ t đ1y tư ng Áp l c ch đ ng Tư ng đ1y đ t Áp lực bị động 450 - ϕ/2 A IV LÝ THUYẾT ÁP LỰC ĐẤT CỦA Rankine IV LÝ THUYẾT ÁP LỰC ĐẤT CỦA Rankine Gi thi t m!t tư ng nhZn, đ t sau lưng tư ng n2m ngang Áp d ng cho tư ng ch(n th@ng đ"ng v i B4 qua ma sát gi a đ t tư ng Hay: I tr%ng thái tĩnh: Tr%ng thái ch đ ng: OA’ – áp l c hông ch đ ng - ký hi#u pc H đư ng trư*t nh ng đư ng th@ng h*p v i góc (900 - ϕ) τ M!t trư*t t%o v i phương ngang ± (450 + ϕ/2) Tr ng thái ch$ ñ ng Tr ng thái tĩnh Lý lu n hoàn toàn tương t v i tr%ng thái b đ ng 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: g Nền đồng khơng có mực nước ngầm, g Đất sau lưng tường khơng có tải trọng IV.1.1 Áp lực đất chủ ñộng cho ñất rời Cường ñộ áp lực ñất chủ động điểm có độ 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 động 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 đất chủ động cho đất dính IV.1.3 Áp lực ñất bị ñộng cho ñất rời Cường ñộ áp lực đất chủ động điểm có độ sâu h bằng: (T/m2, Cường ñộ áp lực ñất bị ñộng điểm có độ sâu h bằng: 2 kN/m2) (T/m , kN/m ) Giá trị áp lực ñất chủ động tác dụng lên tồn tường có chiều cao H: Giá trị áp lực ñất bị ñộng 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 ñất bị động cho đất dính IV.2 Trường hợp 2: g Trường hợp nhiều lớp, có mực nước ngầm Cách xác ñịnh Áp lực ñất (tĩnh, chủ ñộng, bị ñộng): + Xác ñịnh ứng suất hữu hiệu σz’ mặt phân lớp điểm cần tìm cường độ áp lực ñất + Hệ số áp lực ñất (K0 , Kc , Kb) lấy theo lớp chứa điểm cần tìm cường ñộ áp lực ñất IV.3 Trường hợp 3: g Đất sau lưng tường có tải trọng phân bố q Cường ñộ áp lực ñất bị ñộng ñiểm có độ sâu h bằng: (T/m2, kN/m2) Giá trị áp lực đất bị động 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 H htñ : Chiều cao lớp đất tương đương quy đổi từ tải trọng phân bố q γ1 , ϕ1 h1 h2 γ2 , ϕ2 , c2 γñn : Dung trọng đẩy đất mực nước ngầm h3 γñn3 , ϕ3, c3 B Áp lực đất tĩnh Áp lực nước 108 Chú ý:g Áp lực đất tĩnh không phụ thuộc lực dính c g 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 TH2: Nền ñồng nhất, ñất sau lưng tường đất dính Mặt đất có tải trọng phân bố ñều q TH1: Nền ñồng nhất, ñất sau lưng tường đất dính A q A H Ec H B Vì đ t khơng ch u kéo nên ph,n bi0u đ (-) khơng có s: có s phân b l%i, g,n ta gi nguyên l%i ph,n (+) v y t$ng áp l c đ t: B TH1 l c Ec đ!t t%i: IV.4.2 Vẽ biểu đồ cường độ áp lực đất chủ động IV.4.2 Vẽ biểu đồ cường độ áp lực đất chủ động TH3: Nền có nhiều lớp TH4: Có mực nước ngầm: A A H h1 γ1 , ϕ1 h2 γ2 , ϕ2 h3 γ3 , ϕ3, c3 h1 γ1 , ϕ1 h2 γñn , ϕ2 H B Áp lực đất Trong đó: B Biểu ñồ cường ñộ áp lực ñất chủ ñộng 109 Áp lực nước TH2 V LÝ THUYẾT ÁP LỰC ĐẤT CỦA Coulomb Trường hợp tải trọng cục tác dụng lên bề mặt: A x = mH Giả thiết: B L c/đơn v dài Đ t sau lưng tư ng ' tr%ng thái CBGH; L c/đơn v m2 Lăng th0 trư*t m t kh i r(n z = nH ph H M!t trư*t nguy hi0m hình thành đ t m!t ph@ng 5.1 Xác ñịnh áp lực ñất chủ ñộng cho ñất rời ph H * Kh o sát tư ng ch(n hình v:: W kh i lư*ng kh i ABC, W = γ x di#n tích ABC Z Z Cách giải: G,n áp d ng tốn Butxinet tính "ng su t σx đ i v i đi0m lưng tư ng r i c ng v i k t qu toán áp l c đ t khơng có t i tr ng B Diện tích nêm ACB = ½ x AC x BD E Ec = -E’c Ta lại có: β O’ Ec Pn O α θ Suy ra: C’ ϕ Wn R R (1) W θ- ϕ= ω Từ đa giác lực khép kín ta viết: A Các l c tác d ng lên tư ng ch(n ; α- δ = ϖ 1800 - (ϖ - ω) D δ ; E’c W H E’c Ec’ ph n l c m!t AB, Ec’ h*p v i pháp n c a AC góc δ ( Ec’ = - Ec t$ng áp l c đ t ch đ ng lên tư ng) 5.1 Xác ñịnh áp lực ñất chủ ñộng cho ñất rời 5.1 Xác ñịnh áp lực ñất chủ ñộng cho ñất rời C R ph n l c m!t trư*t AC h*p v i pháp n c a AC góc ϕ Đa giác l c 110 5.1 Xác ñịnh áp lực ñất chủ ñộng cho ñất rời 5.1 Xác ñịnh áp lực ñất chủ ñộng cho đất rời Trong đó: (2) Từ (1) (2) suy ra: Trường hợp ñặc biệt: Lưng tư ng th@ng đ"ng α = 90, m!t đ t sau tư ng n2m ngang β = 0, tư ng nhZn δ = (b4 qua ma sát gi a đ t tư ng) 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 5.2 Xác ñịnh áp lực ñất bị ñộng cho ñất rời C B 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 tư ng th@ng đ"ng α = 90, m!t đ t sau tư ng n2m ngang β = 0, tư ng nhZn δ = (b4 qua ma sát gi a đ t tư ng) thì: A Xác đ nh áp l c đ t b đ ng Đa giác l c Kp = tg2(45°° + ϕ/2) 111 Trùng với kết Raikine ... 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... tr c ti p t i tính ch t cơ- lý c a đ t h Khả hòa tan phân giải đất Ảnh hưởng áp lực thủy tĩnh đất cơng trình Ph i thi t k cho:h>hc Ảnh hưởng lực thấm tới tính ổn định đất Th c t : - v i cát: hc=... tính chất học tính chất đất tác dụng thân, tải trọng ngồi, nước ngầm … Tính chất học đất bao gồm: a Tính thấm b Tính biến dạng c Tính chống cắt d Tính đầm chặt Ngồi tính chất kể trên, đất cịn có: