Nội dung cuốn sách chủ yếu nhằm mục đích giải thích rõ ràng, đầy đủ và sâu sắc các nguyên tắc cơ bản của cơ học đất. Sự hiểu biết về những nguyên tắc này được xem là nền tảng thiết yếu mà trong kinh nghiệm thực tiễn tương lai có thể được thiết lập trong địa kỹ thuật xây dựng. Trong cuốn sách “Cơ học đất ứng dụng trong xây dựng” giới thiệu cả hai phương pháp tính toán truyền thống và trạng thái giới hạn, đồng thời nó còn đề cập tới một số khái niệm về địa kỹ thuật xây dựng. Tài liệu tham khảo được xem như công cụ trợ giúp cho việc nghiên cứu tiên tiến hơn của bất kỳ chủ đề cụ thể nào. Tác giả hy vọng rằng, cuốn sách sẽ vừa phục vụ, vừa như một nguồn tài liệu tham khảo hữu ích cho kỹ sư thực hành chuyên ngành xây dựng. Sách bao gồm 10 chương với các nội dung sau: Chương 1: Thành phần và tính chất cơ bản của đất. Chương 2: Tính chất thấm nước trong đất, cát chảy và xói ngầm. Chương 3: Tính nén lún và độ bền của đất. Chương 4: Ổn định của các sườn dốc đất. Chương 5: Ứng suất và chuyển vị trong khối đất. Chương 6: Lý thuyết cố kết. Chương 7: Lún của móng nông. Chương 8: Áp lực ngang của đất và ổn định của tường chắn đất. Chương 9: Khả năng chịu tải của nền đất. Chương 10: Ứng dụng các phương pháp thí nghiệm hiện trường trong xây dựng. Cuốn sách này sẽ có ích cho các kỹ sư và chuyên gia thiết kế công trình xây dựng dân dụng công nghiệp, giao thông công trình ngầm, thủy lợi và kỹ sư địa kỹ thuật có liên quan với cơ học đất và địa kỹ thuật xây dựng.
TRUONG DAI HOC XAY DUNG PGS TS NGUYEN NGQC BICH CO HOC DAT UNG DUNG TRONG XAY DUNG NHA XUAT BAN XAY DUNG HÀ NỘI - 2013 LOI NOI DAU Cuốn sách chủ yếu nhằm mục đích giải thích rõ ràng, đẩy đủ sâu sắc nguyên tắc học đất phục vụ nhu cầu sinh viên đại học kỹ thuật xây dụng Sự hiểu biết nguyên tắc xem nên tảng thiết yếu mà kinh nghiệm thực tiền tương lai thiết lập địa kỹ thuật xây dựng Sự lựa chọn tài liệu liên quan tày thuộc cá nhân, nội dung sách bao gồm yêu cầu hằu hết khóa học bậc đại học phân số khóa học Thạc sĩ ngành kỹ thuật xây dựng Người la cho người đọc khơng có kiến thức học đắt, có hiểu biết tốt học bản, sau đọc sách này, bao gầm nhiều ví dụ có lời giải tập cho học sinh củng cồ hiểu biết nguyên tắc họa cho ứng dụng họ tình thực tế Trong sách giới thiệu hai phương pháp tính tốn truyễn thống trạng thái giới hạn, đồng thời cịn đề cập tới số khái niệm địa kỹ thuật xây dụng Tài liệu tham khảo xem công cụ trợ giúp vào việc nghiên cứu tiên tiễn chủ đề cụ thé néo Hy vọng rằng, sáchsẽ vừa phục vụ vừa nguồn tài liệu tham khảo hữu ích cho kỹ ste thực hành chuyên ngành xây dựng Sách bao gầm 10 chương với nội dụng sau: Chương 1: Thành phân tính chất đất Chương 2: Tính chất thắm nước đất, cát chảy xói ngâm Chương 3: Tinh nén lún độ bên đấi Chương 4: Ôn định sườn dốc đất Chương 5: Ứng suất chuyển vị khối đất Chương 6: Lý thuyết có kết Chương 7: Lắn móng nơng Chương ð: Ấp lực ngang đất ổn định tường chắn đất Chương 9: Khả chịu tải nên đất Chương 10: Ứng dụng phương pháp thí nghiệm trường xây dựng Cuốn sách có ích cho kỹ sư chuyên gia thiết kế công trình xây dựng đân dụng-cơng nghiệp, giao thơng-cơng trình ngắm, thủy lợi kỹ sư địa kỹ thuật có liên quan với học đất địa kỹ thuật xây dựng Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn Nhà xuất Xây Dựng cho đồng góp quý báu nỗ lực đẳng kể việc chuẩn bị trước để xuất sách Tác giả Chuong THANH PHAN VA TINH CHAT CO BAN CUA DAT 1.1 M6 DAU Đắt tập hợp hạt khống vật, với khơng khí / nước chứa khoảng không gian lỗ rỗng chúng tạo thành hệ ba pha Một phần lớn bể mặt trái đất bao phủ đất, chúng sử dụng rộng rãi làm công trình vật liệu xây dựng Cơ học đất ngành kỹ thuật liên quan đến tính chất xây dựng đất đặc trưng ứng suất biển dạng 1.2 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MƠN CƠ HỌC ĐẤT Thời tiền sử, ngư + sử dụng đất cho mục đích xây dựng Đắt sử dụng khơng làm cơng trình mà cịn làm vật liệu xây dựng cho cơng trình đắt đắp Các kiến thức thu tự nhiên dựa thử nghiệm thành công thất bại, kinh nghiệm đúc kết nhiều năm Ví dụ, Vườn treo Babylon chống đỡ hệ thống tường chắn đất khổng lồ, công việc xây dựng cơng, trình địi hỏi phải có số kiến thức, kinh nghiệm thực tế, lực dat Những tòa nhà công cộng to lớn, hiểu biết áp bến cảng, kênh dẫn nước, cầu, đường giao thông cơng trình vệ sinh La Mã khẳng định hiểu biết người đặc trưng xây dựng loại đất Điều hiển nhiên thể tác phẩm Vitruvius, kỹ sư La Mãở thể kỷ trước, B.C.Mansar Viswakarma, An Độ, viết sách 'khoa học xây dựng' thời kỳ Trung cổ Các tháp nghiêng Đisa, Ý, xây vào khoảng 1174 1350 kỷ 20, ví dụ rõ cho thiếu kiến thức đầy đủ đặc trưng nén lún đất vào thời kỳ Coulomb, kỹ sư Pháp, xuất lý thuyết nêm áp lực đất năm 1776, đóng góp lớn để nghiên cứu khoa học đặc trưng đất Ông người giới thiệu khái niệm sức kháng cắt đất bao gồm hai thành phần, lực đính ma sát Poncelet, Culmann Rebhann người đàn ông khác mở rộng cơng trình Coulomb Darcy Stokes tiếng định luật họ cho đồng nước chảy qua đất lún chìm hạt rắn môi trường lỏng tương ứng Những định luật cịn hợp lệ đóng vai trị quan trọng học đất Rankine đưa lý thuyết áp lực đất năm 1857; ông không xem xét tới lực dính kết, ơng biết tồn Mohr, nam 1871, biểu diễn trạng thái ứng suất dạng đồ thị, gọi vòng tròn 'Mohr's ứng suất Đồ thị sử dụng rộng rãi lý thuyết độ bền đất Boussinesq, vào năm 1885, đưa lý thuyết phân bố ứng suất môi trường đàn hồi tải trọng tập trung bề mặt Atterberg, nhà khoa học Thụy Điền đất, vào năm 1911, ông đưa khái niệm 'giới hạn độ sệ cho đất Điều tạo khả hiểu biết thêm tính chất vật lý Phương pháp phân mảnh để phân tích Ơn định sườn đốc Thụy Điển Fellenius phát triển vào năm 1926 Ông chủ tịch Ủy ban Địa Kỹ Thuật Thuy Điền Prandtl đưa lý thuyết cân dẻo vào năm 1920 trở thành sở cho phát triển lý thuyết khác khả mang tải Terzaghi đưa lý thuyết cố kết vào năm 1923 trở thành tảng quan trọng cho phát triể môn học đất Vào năm 1925, ông công | bố luận án học đắt, thuật ngữ gắn liền với đời ông (theo tiếng Đức, Erd bau mechanik) Do đó, ơng coi cha đẻ học đất đại Về sau nay, RR Proctor A Casagrande loạt nhà nghiên cứu khác phát triển mơn học đất hồn tồn dựa sở lý thuyết ông luật Chương nhằm nêu bật thành phần tính chất đất mà người đọc quan tâm Nó chia thành bồn phần chính: 1) Các tương quan thể tích - trọng lượng cho hệ đất ba pha; 2) Thành phẫn cấp phối hạt hệ thông phân loaj đất; 3) Trạng thái đắt dinh, 4) Độ đầm chặt đắt 1.3 CÁC TƯƠNG QUAN THỂ TÍCH - TRỌNG LƯỢNG 1.3.1 Các định nghĩa Cơ Hình 1.1a biểu điễn khối đất có tổng thể tích V tổng trọng lượng W triển mối tương quan thẻ tích - trọng lượng, ta xét khối đất có ba pha, hat dat rắn, khơng khí nước, phân tách hình 1.Ib Lưu ý rằng: mặt khác, W=W,+W,„ (ty V=V,+V„+V, V,=V,+ V, (1.2) (13) đó: W; - trọng lượng hạt đất; ‘Wy - trọng lượng nước; `, - thể tích hạt đất; Vy, - thể tích nước; Va - thé tích khí Trọng lượng Thẻ tích — Trọnglượng Các hạt đất W is Khi Thé tich yf Cáchạt | |W đất 5) 4) Hinh 1.1.Các tương quan thể tích - trọng lượng đắt hệ ba pha Giả thiết trọng lượng khí khơng Các tương quan thể tích sử dụng chủ yếu địa kỹ thuật xây dựng hệ số rỗng, độ rỗng, mức độ bão hòa nước Hệ số rỗng, e, xác định tỷ số thể tích lỗ rỗng với thể tích hạt đất: (1.4) Độ rỗng, n, xác định tỷ số thẻ tích lỗ rỗng với thể tích tồn mẫu đất: x = n=F 15 (1.5) mat khae, V=V,+V, vay: V,+V, ot V,IV,+V,1V, l+e (1.6) Mức độ bão hòa nước, S,, tỷ số thể tích nước với thể tích lỗ rỗng thơng thường biểu diễn phần trăm: 3/04)=1x100% q7) Độ âm, w, xác định tỷ số trọng lượng nước trọng lượng hạt đất, thông thường biểu diễn phần trăm: W, w{ %) =—* W, xx 100% 1.8) (1.8) Trọng lượng đơn vị đất, +, tỷ số tổng trọng lượng tổng thẻ tích mẫu đắt: =—Ww 125 19) 9) Tham số trọng lượng đơn vị đất đơi cịn hiểu trọng lượng đơn vị đất ẩm có xét tới trọng lượng nước vả trọng lượng hạt rắn Nếu toàn lỗ rỗng đất lấp đầy nước (tức là, V„ = 0), loại đất bão hịa hồn tồn; phương trình (1.9) sử dụng trọng lượng đơn vị bão hòa Trọng lượng đơn vị đất khô, 7„, tỷ số trọng lượng hạt rắn tổng thể tích mẫu W, 1? 6.7, l+e (1.10) Trọng lượng đơn vị hạt dat, z„, tỷ số trọng lượng hạt rắn tích chúng: Gr 10) Trọng lượng đơn vị đất j nước đẩy nỗi hay trọng lượng đơn vị hữu hiệu, z', lấy trọng lượng đơn vị đất bão hòa, 7„,, trừ trọng lượng đơn vị nước „7, : 7'=?u 7u (1.12) (1.13), hay z'=Ứ,=z„I=n) (14) Trọng lượng riêng (tỷ trọng) hat rn, G, xác định công thức sau: (115) 10 Khối lượng đơn vị Thuật ngữ khối lượng đơn vị để tương quan khối lượng (M) với trọng lượng (W) vật liệu Tuy nhiên, số tham chiếu, đặc biệt người cao tuổi, hay dùng thuật ngữ trọng lượng đơn vị mô tả Khối lượng don vi ký hiệu chữ ø Khi đó, ta có: W=Mg (1.16) hay M=Wig (1.17) dé: g - gia téc lực trọng trường noi thi nghiệm (g = 9,81m/s”) Thuật ngữ trọng lượng đơn vị định nghĩa chuyển đổi sang khối lượng đơn vị sau: (1.18) (1.19) Pa eres eV : 1.20) (1.20) (1.21) P'= Pon — Pw Ví dụ có lời giải 1.1: Một mẫu đất có tơng thể tích 2,5x107 m? tổng khối lượng 4,85 kg Độ ẩm đất 28% Giả thiết tỷ trọng hạt đất 2,72 Hãy xác định khối lượng đơn vị, trọng lượng đơn vị, khối lượng đắt khô; trọng lượng rỗng; mức độ bão hịa nước đất? đơn vị khơ, hệ Bài gỉ Một sơ đỗ pha đất biểu diễn hình 1.2, với trị số biết in đậm nét: M=M, +M,,= 4850 kg Từ định nghĩa độ ẩm đất, có: M, +0,28M, = 4,850 kg Thé tich, m* 0,00005, 0.00250 m” Khối lượng, Kg Khi 00 0.00106 0,00139 1061 Het Vi 4,850 kg [sm Hinh 1.2 So dé cde pha cia vi du 1.1 1,28M, = 4,850 kg 'Từ hình vẽ 1.2, xác định được: V,=M,/ p, đó: =3,789kg / (2,72 1000kg /m*) = 0,00139 m* «| Py = 1,06 1g (1000Kg /m`) = 0,00106 m? V, =V ~V, ~V,„ =0/0025~0,00139~0,00106 = 0,00005 m* ~ Tổng khối lượng đơn vị là: p= M IV =4,850kg /0,0025m° =1940kg /m° - Tổng trọng lượng đơn vị là: = p.g = (1940kg /m*)(9,81m/s*) =19031N /m? =19,031KN /m? - Khối lượng đơn vị đất khô là: Øạ =M, UV =3.189kg /0,0025mˆ =1.516kg /m` ~ Trọng lượng đơn vị đất khô là: Yq = Py& = (1-516kg / m? )(9,81m/s*) = 14,872KN / me - Hệ số rỗng là: - Độ lỗ rỗng : e=V,/V, =0,00111/0,00139 = 0,799 = 0,80 n=V,/V =0,00111/0,0025 ~ 0,44 - Mức độ bão hòa nước là: $, =F,/Yy =0,00106/0,00111 0,955 =95,5%, 1.3.2 Độ chặt tương đối Độ chặt tương đối thuật ngữ thường dùng để mô tả mức độ chặt tương đối đất, D, , xác định sau: (1.22) đó: e„„„ - hệ số rỗng lớn nhất; - hệ số rỗng nhỏ nhất; e - hệ số rỗng dat & trang thai tự nhiên Phương trình (1.22) biểu diễn dạng thuật ngữ trọng lượng don vị đất khô: hay G, Yams =e (1.23) G, Ed (1.24 sty) (1.25) ey Y ato) tương tự, ta có: G, Y agony va G, ence] Va (1.26) 48: 74a) Tain 7„ trị số trọng lượng đơn vị đất khô lớn nhất, nhỏ nhất, tự nhiên Sau thay phương trình (1.24),(1.25), (1.26) vào phương trình (1.22) nhận được: _Yavouy Ya — P4 (1.27) Ya ae —Ÿa@m) Độ chặt tương đối thường biểu diễn phần trăm sử dụng đẻ biểu diễn tương quan góc ma sát khả hóa lỏng đất, v.v Tương quan D, e biểu đồ thị hình Figủe 1.3 10 'Độ chặt tương đối, D, 'Thực tế quan hệ tuyến tính ngẫu nhiên Hệ số rỗng,e Hình 1.3 Đồ thị biểu diễn quan hệ D, e Từ hình 1.3 nhận thấy: (128) (1.29) Với trị số trung gian bắt kỳ, eo, (1.30) (Em, — Em ) = = Cmax = &0) cig0 Sau thay ctg@ tir phuong trình (1.29) vào phương trình (1.31), ta có: (1.31) (1.32) Rõ ràng, cọ, ; và, IỂu eọ = in; D, Đối với loại cát lẫn sỏi sạn chặt, D, lớn đơn vị Điều cho thấy, kết cấu tự nhiên đất khơng thể tái n lại phịng thí nghiệm Các trị số tiêu độ chặt tương đôi đại điện khoảng trị số trọng lượng đơn vị tiêu biểu giới thiệu bảng 1.1 Bảng 1.1 Các trị độ chặt tương đối đại diện trọng lượng đơn vị tiêu (theo Mc Carthy, 1977) via Mô tả4 điềuwhe kiện Tơi xốp Chat trung bình Chặt Rat chat Độ chặt tương đối, D,, (%) 85 Khoảng trọng lượng đơn vị tiêu biểu, +, (KN/m’) 20 11 4) b) Hình 10.7 Sơ đồ thiết bị cắt cánh 10.3.3 Trình tự thí nghiệm Trình tự thí nghiệm cắt cánh phác thảo ASTM D.2573 Tùy thuộc vào loại thiết bị cắt cánh dùng mà có thẻ đo lực ma sát phát sinh dọc theo cần dụng cụ Thiết bị đo moment xoắn ghỉ lại lực ma sát Lực ma sát cần yêu cầu phải giảm tới mức tối thiểu lý để sử dụng tính tốn độ Những phương pháp tiêu biểu để tính tốn lực ma sát cần bao gồm: 7) Các cân phải đủ bền chịu ứng suất cắt giới hạn; hay 2) Thiết bị đo lực ma sát cần phải có khớp trượt Nếu thí nghiệm cất cánh thực đáy hồ khoan, độ sâu tính từ đáy hồ khoan đến đỉnh cánh phải bồn lần đường kính hồ khoan để giảm tới mức tối thiểu khả xáo trộn đắt Thí nghiệm VST phải bắt đầu vòng phút sau lắp đặt xong thiết bị, cánh quay với tốc độ 6° phút Thông thường, khoảng thời gian phút xảy tượng phá hoại đất, với khoảng thời gian tương đối nhanh đảm bảo điều kiện không thoát nước đất nền, mà thời gian xây phá hoại đất sét yếu phải mắt 10 đến 15 phút Nên tiến hành đo memnet xoắn khoảng thời gian 30 giây đến phút nhằm mục đích đánh giá độ nhạy đất cách tốt Đồng thời, hệ thống VST dùng để ghi moment xoắn tác dụng theo thời gian hay góc quay Hệ thống thường dùng, cấu truyền động bánh để quay cánh cắt loại bỏ số sai sót tiềm ẩn người thí nghiệm viên, đồng thời linh hoạt tiến hành thí nghiệm loại đất yếu 264 10.3.4 Những tham số cần đo Ba tham số thu từ thí nghiệm VST là: 7) độ bền cắt khơng nước thơng nước đất bị phá hoại (S„„„), 3) độ nhạy (S,usj (S4); 2) độ Độ bền cắt khơng nước đất ngun dạng, độ bền cắt khơng nước đất xáo trộn, độ nhạy khác tùy thuộc vào lực gây cắt trị số biến dạng, mức độ xáo trộn đất Thí nghiệm cắt cánh trường phương pháp xác định độ bền cắt khơng nước đất đính Thơng thường, cánh cắt phổ biến bao gồm bồn tắm thép mỏng kích thước hàn nối với cần quay thép (xem hình 10.7 a) hành thí nghiệm, cánh cắt ấn vào đất tác dụng moment xoắn lên đỉnh cần quay Moment xoắn tăng theo cấp cắt trụ trịn đất có chiều cao H đường kính D (xem hình 10.7 b) Moment xoắn lớn T tác dụng đủ đẻ cắt đất tổng moment kháng đỉnh, Mr, đầy Mụ trụ tròn đất, cộng với moment kháng xung quanh trụ tròn đất Ms Vậy, (1027) T=Mr+ Ms + Ms (10.28) M,= ans, mm mà, (029) Giả thiết rằng, phân bố độ bền cắt khơng nước hai đầu cánh r-{c abi aD? D +2(—x=x— D2 Ceara ifs hay, ay, wn (tham khảo Carsol, 1948) Khi đó, ta có: + “xe 102H/22D)/6 Nếu có đáy cánh tham gia vào việc cắt đất sét, đó: Si T an (D°H/2+D”/12) 10.30) (1030) =Ms+ Mạ Vậy, (10.31) 10.4 THÍ NGHIỆM NEN TINH BANG BAN NEN (PSLT) 10.4.1 Phuong pháp số gia độ lún Thí nghiệm nén tĩnh bàn nén (The Plate Statis Load Tests - PSLT) thực độ sâu đáy móng hồ khoan nơng (đường kính 750 mm) Nhu hình 10.8 a, thiết bị bao gồm kích thủy lực loại nhẹ gắn với bàn nén trịn (hay vng) Có thể sử dụng bàn nén thép cứng có độ dày 20 mm hay bàn nén bê tơng cốt thép có diện tích từ 600 cm” đến 10.000 cm” 265 Dem t Dầm thép Thanh ndi— Gide Ông LOK FA en thủy lục chuyển tiểp|¡ [Đồng Đụ hỏ đo|_ „ Thép góc IR ct `x,_ ¡| biến dạng | „“ i i i Hồ ean thí nghiện: C¡ ¬ k—0,—I a) Mat cắt i4 gỗ LE Bàn nên Dâm› „¡2 tệp thínghiệ tiệm odDem) bp b) Binh Hinh 10.8 So dé thi nghiém nén tinh bang bàn nén Số cấp gia tải nén không nhỏ cho thí nghiệm (xem hình 10.9), va số gia độ lún cấp tải trọng, AS, không lớn 0,1 mm khoảng thời gian quy định Tiêu Chuẩn Xây Dựng hành Mô đun tổng biến dạng, Eọ, đất bàn nén xác định sau: E,-(-v) od dé: v - s6 Poisson; (10.32) œ - hệ số hình học bàn nén, bàn nén tron, w = 0,79, bàn nén vuông, œ = 0,80; d- đường kính né: AP- số gia tải trọng; AS - số gia độ lún 266 Tải trọng nén, P (10° KN/m?) 213 cử A6 m) 0U sh Đường cong đờ tải Đường cong gia tải Hinh 10.9 Biêu đồ thay đối độ lún theo tải trọng nén Các trị số đánh giá đoạn thẳng 4Z điểm A điểm đầu điểm B điểm cuối đoạn thẳng “Tham khảo hình 10.9, AS,,, >2 AS,, điểm A có tọa độ A (P\; S¡), điểm B sé c6 tọa độ B (Pj.1 ; Si1) (ở đây: Pị =.yh = tổng ứng suất tầng phủ đáy móng) Ví dụ có lời giải 10.1: Các kết thí nghiệm nén bàn nén tĩnh theo phương đứng cho bảng 10.8 Giả thiết, diện tích bàn nén cứng hình vng 100 emx 100 cm đặt trực tiếp cát Hãy thực hiện: 1) Vẽ đường cong quan hệ biến dạng t trọng nén? 2) Xác định mô đun tổng biến dạng ứng suất phá hoại? 3) Tính tốn khả chịu tải móng hình vng có tiết diện 2,5mx2,5m, độ sâubằng1,Sm so với mặt đất? 4) Thiết kế móng nông ứng với tải 1000 kN, mực nước đất nằm độ sâu lớn ba lần chiều rộng đáy móng? Giả thiết rằng, hệ số Poisson đất nền, y = 0,35, y = 20 kN/mỶ Bảng 10.8 Các kết Tai nén, P(kN/m))— 25 50 75 100 125 150 175 ghiệm nén tĩnh bàn nén Tổng độ lún nén, S (mm) 0,81 2,03 3,89 6,30 9,39 17498 26,83 Thời gian lún Ôn định, + (phút) 90 90 120 120 120 180 180 267 Bài gic 1) Vẽ đường cong quan hệ biến dang tải trọng nén (xem hình 10.10) 2) Xác định mô dun tổng biến dạng ứng suất phá hoại: 4) Mơ đun tổng biển dạng, Eo, đó: v=0,35; 25 50 75 100 125 180 17% P,KN 10 AS.18 AS,2 AS, 3S 30 S,mm Hinh 10.10 Biêu đồ tương quan độ lún tải trọng nén 8Š cm = AS, = 8,59 cm = 2AS, = (3,09 cm) = 6,18 cm AP = Py— P= 100 kNim’?— 25 kN/m? = 75 kN/m? 4S = S,— , = 6,30 mm ~ 0,8] mm = 3,49 mm = 0,549 cm Mô đun tổng biến dạng xác định sau: E, =[1-(0,35)"](0,80) (100 em) 75 kN/ 0,549 cm b) Ung suat pha hoai, Pu, 9.590 kPa = 9,59 MPa Trong trường hợp này, ứng suất phá hoại (hay ứng suất tới hạn), Pụ, là: Puy = 100 kN/m? 268 3) Tính tốn khả chịu tải móng vng, 2,5mx2,5m, đặt sâu 1.5m so với mặt đất Trị số Pạ, cho cơng thức Pyaarby N, đó: y= 20 kN/mỶ, bạ = kích thước bàn nén thí nghiệm = 100 cm = 1,0 m Vậy, 100 kN/m= 0,5 (20 kN/m’) (1 m) Ny —N,= 100/10 = 10 Tham khảo bảng 9.2, nhận trị số góc ma sát trong, @ , nhur sau: + = 24,39° g=24 —?~?!_q0~944) 10,88-9,44 ‘Theo Terzaghi, khả chịu tải móng vng có chiều rộng B = 2,5 m độ sâu đặt móng Dr= 1,5 m là: Phwo = 0,4 y BNy + yDy(N~ 1) Với ọ =24,81, từ bảng 9.2, ta có hệ số khả chịu tải là: Khi đó, = 10; Ny =10 Pauuyo = 0,4 (20) (2.5) (10) + (20) (1,5) (10 = 1) = 470 kN/m” Giả thiết rằng, hệ số an tồn 2,0, khả chịu tải an tồn tính sau: Pont = inane) / = 470 / = 235 kN/m? 4) Thiết kế móng nơng ứng với tai bang 1000 kN: Tir phần (3), rằng, móng vng có cạnh 2,5 m mang tải trọng là: 2,5x2,5x 235 = 1.468,75 kN > 1000 KN That vay, móng vng có cạnh 2,5 m đặt độ sâu 1,5 m mặt đất hoàn toàn mang tải trọng theo yêu câu 10.4.2 Phương pháp hai đường tiếp tuyến cách xác định khả chịu tãi từ thí nghiệm nén tĩnh bàn nén Terzaghi va Peck (1948) da đưa lời giải thực nghiệm ảnh hưởng kích thước móng đến khả chịu tải đất phương trình đây: Đấi với cát: _[b@,+03)] —$ 8, [aero 10.33 ues ) 10.34 Phương trình (10.33) viết dạng tương đối đơn giản sau; S=S, (cs) Ý ae đó: S - độ lún móng đề xuất (mm); S; - độ lún bàn nén thí nghiệm (mm); J_ đơn vị 269 b - kích thước móng đề xuất (m),và bp - kích thước bàn nén thí nghiệm (m) Đối với sét: Tương quan đơn giản sét trị số mô đun, Es, số hợp lý: Sb set abe (10.35) 10.35) đó: S; - độ lún bàn nén thí nghiệm hình vng có cạnh 300 mm, S - độ lún móng có chiều rộng b Phương pháp để xác định khả mang tải móng có chiều rộng b nên xác định rõ ràng sau Trị số độ lún cho phép, chẳng hạn 25 mm, nên thay vào phương trình (10.33) đến (10.35) phù hợp; độ lún bàn nén, S,, tính tốn Từ đường cong quan hệ độ lún tải trọng nén, dựng hai đường tiếp tuyến với điểm đầu điểm cuối đường cong nén S-P, điểm giao hai đường tiếp tuyến áp lực tương ứng với độ lún bàn nén tính Sạ, trị số khả chịu tải tới hạn u, qui, cho móng Ví dụ có lời giải 10.2: Các ết thí nghiệm nén tĩnh thăng đứng bàn nén bảng 10.9 Giả thiết rằng, diện tích bàn nén cứng hình vuông 750 mmx750 mm đặt trực tiếp cát (giả thiết rằng, cát có hệ Poisson, v= 0,35, y = 20 kN/m)) Hãy thực hiện: 1) Vẽ biểu đồ quan hệ độ lún với tải trọng nén xác định ứng suất phá hoại ? 2) Giả thiết hệ số an toàn kháng phá hoại cắt độ lún cho phép tối đa 40 mm, xác định khả chịu tải cho phép móng nơng vng, 2mx2m, đặt độ sâu I,5m it? 3) Hãy thiết kế móng để mang tải trọng 2.000 kN, mực nước dat nằm sâu so với đáy móng? Bảng 10.9 Các kết thí nghiệm nén tĩnh bàn nén n 270 Tải trọng, nén, P(KN/m) 50 100 200 300 400 500 600 Tổng độ lún nén, S (mm) 1s 20 40 15 125 20,0 40,0 Thời gian lún ổn định, _ +(phúU) 90 90 120 120 120 180 180 1) Vẽ biểu đồ độ lún-tải trọng nén xác định ứng suất phá hoại: a) Biểu đồ đường cong lún - áp lực tác dụng hình 10.11 b) Ứng suất phá hoại, Pụ, Điểm phá hoại điểm giao hai đường tiếp tuyến với điểm đầu điềm cuối đường cong lún với tải trọng nén (xem hình 10.11) Trong trường hợp này, ứng suất phá hoại 500 kN/m”: Py = 500 kN/m? Tải trọng nén, P (KN/m)), 100 200 300 400 500 600 700 §00 900 1000 Tow ° |- | —$ Điểm phá hoại 30 Hình 10.11 Biểu đồ quan hệ độ lún tải trọng nén 2) Xác định khả chịu tải cho phép móng vuông, 2m x m, đặt độ sâu 1,5 m đất: Trị số Pạ, cho bởi: đó: bạ - kích thước bàn nén thí nghiệm = 0,75 m; + - trọng lượng đơn vị đất =20 kN/mÌ; `Ny - hệ số khả chịu tải khơng thứ ngun tính sau: 500= (30/079), N, =500/7,5 = 66,67 Tir bảng 9.2, với Ny = 66,67, ta c6: Ny = 58,10 va @ = 37,09 'Với móng vng có cạnh m chơn sâu D;= 1,5 m, ta có: 271 Page) = 0,4.y b Ny + zDy(N, — 1) Payuwe = 0,4 (20) (2) (66,67) + (20) (1,5) (58,10 — 1) ~ 2.800 kN/m? a Giả thiết, hệ số an toàn 2,5, thi khả chịu tải an toàn tính tốn sau: Pan = Prine) / 2,5 = 2.800 /2,5 = 1.120 kNm”- đủ điều kiện ồn định trượt Từ phương trình đánh giá độ lún cát, ta có: S, W _[,(6+030) | | 5(b, +03) 8,(6+030) ]Ì 5(b, +03) S,= CĨ a = c4o| 25) ~21 mm (2)(0,75 + 0,3) 21 'Từ hình 10.11, áp lực ứng với độ lún 27 mm = 550 KN/mẺ Khả chịu tải cho phép đất 400 kN/mẺ nhỏ trị số 550 kN/mẺ 3) Thiết kế móng để mang tải trọng, P = 2.000 kN: Từ phần (2), rằng, móng hình vng có cạnh m mang tải trọng là: 2x2x350 ~ 2.200 kN > 2.000kN Thật vậy, móng vng có cạnh m đặt sâu 1,5 m hoàn toàn đủ yêu cầu để mang tải cho cơng trình Các tập chương 10: Bài tập 10.1 Hãy giải ví dụ 10.1, móng cứng vng có cạnh 2,5mx2,5m, chơn sâu m đất, tham số khác giữ nguyên Bài tập 10.2 Hãy giải ví dụ 10.2, móng cứng trịn có đường kính, D = 3m, dat sâu m đất, tham số khác giữ nguyên 10.3 Một thí nghiệm nén tĩnh bàn nén cứng vng có cạnh 300 mm, ới bề mặt đất đất túy sét Mực nước đất nằmở độ sâu 4m so với bề mặt đất Hiện tượng phá hoại xây tải trọng, 45 KN Hoi khả chịu tải an tồn móng bãng rộng 1,5 m va chén sau 1,5 m đất tương tự? Giả thiết, mực nước đắt có y= 18 kN/mỶ, hệ số an tồn 2,5 ập 10.4 Hai thí nghiệm nén tải trọng tĩnh bàn nén cứng vuông thực trường, bàn nén thí nghiệm thứ có cạnh 0,5 m nén thí nghiệm thứ hai có cạnh 1,0 m Để có độ lún 25 mm, tải trọng cần tác dụng hai bàn nén, cách tương ứng, 60 kN 180 kN Hãy xác định khả chịu tai cho phép cát tải trọng mà móng cứng hình vng có kích thước m x m mang với điều kiện độ lún không vượt 25 mm 272 CAC HE SO CHUYEN DOI DON VI ANH QUOC SANG DON VI QUOC TE (SI) Các hệ đơn vị Quéc Té chinh duge sie dung (SI): ~„.Äết (m) Chiêu dài Khối lượng Kilogram (kg) „ Giây (S) Thời gian Lực Ấp lực Newton (N) hay Kilonewton (kN) Pascal (Pa = N/m?) dội hay kilopascal (kPa = kN /m?) Đưới hệ số chuyển đổi cho đơn vị trình bày sách Đơn vị đo lường li: | Luc/chiéu dai don vi Áp lực, Ứng suất M6 dun dan héi Chiéu dai Điện tích Thể tích ee Hệ số nhân _ | Hỗ trợ tính nhằm nhanh | Ib Ib kip Pl kif sf kg N_ kN Ním — kN/im | Pa | psi ksi inch kPa | 6,894 76 MPa | 6,894 76 mm | 25,4 ksf foot - In? Foot Yard? In? Foot’ Yard | | | | kPa m mm — mm) — | mộ mộ mm" _| LÊ me? 0,453 592 _| Ih (K/luong) = 0.5 kg_| 444822 Ib (Luc) =45N | 4.448 hip (Lute) = 4,5 kN 14.5939 plf= 14,5 Nim L kif= 14,5 kN/m 14,593 47,8803 psf = 48 Pa 47, 8803 0,3048 Lksf = 48 kPa I psi = 6,9 kPa Tksi = 6,9 MPa Lin = 25mm |3048 645,16 009290304 083612736 16386,064 00283168 0.764555 In = 16,400 nam ` J ft.’ = 0,03 m* Yard’ = 0,76 m* Ghi chi: 1kG/.em? =100 kPa = 0,1 MPa = 0,1 MN/n? I nanometer = 1x10 mm = 1x10? m micrometer = 1x10" mm =1x107 m 273 TÀI LIỆU THAM KHẢO s 10 i AASHTO (1999), "Standard Specifications for Highway Bridge,” 16 th Edition, Transportation Officials, Washington, D.C Aboshi, H., E Ichimoto; M Enoki, and K Harada, “The composer- A method to improve characteristics of soft clays by inclusion of Large Diameter Sand Columns,” Paris,1979, pp 221-216 ASTM (1994, "Annual Book of ASTM Standards, Section 4, Construction," American Society for Testing and Materials, Philadelphia, Pennsylvania, 978 p Baker, S (2000), " Deformation Behaviour of Lime/Cement Stabilised Clay," Doctoral Thesis Chalmers Univ of Technology Gothenburg Balaam, N.P., P.T Brown, and H.G Poulos, "Settlement Analysis of Soft Clays Reinforced with Granular Piles," Bangkok, Thailand, 1997, pp.81-92 Balaam, N.P., H.G Poulos, "Method of Analysis of Single Stone Columns," SympoSium on Soil Reinforcing and Stabilizing Techniques, Proceedings, Sydney, Australia, 1978, pp 497- 512 Barksdale, R.D., and R.C Bachus, "Site Improvement Using Stone Columns," Phase I ( Droft Report) , FHWA Contract No.DTFH 61-80-C, School of Civil Engineering, Georgia Institute of Technology, August, 1981 Barksdale, R.D., " Site Improvement Using Sand Compaction Piles,” Georgia Institute of Technology, Atlanta, July, 1981 Barron, R.A., "Consolidation of Fine Grained Soils by Drain Wells," Transactions, ASCE, Vol.124, 1959, pp 709-739 Bergado, D.T., et Al., " Improvement Technique of Soft Ground Subsiding and Lowland Enviroment,” A.AA Balkema Rotterdam/ Brookfield/ 1994 Bich, N.N., V.D Phung, and L.T Thanh Binh, " Engineering Soils, Engineering Geology and Ground Improvement Techniques in Construction,” Engineering Edition, Hanoi, 2005; (Vietnamese language) 12 Bich, N.N., "Geotechnical Engineering Theory and Problem,” Engineering Edition, Hanoi, 2005; (Vietnamese language) 13, Bich, N.N., "Improvement methods of soft soil in engineering,” Engineering Edition, Hanoi, 2010; (Vietnamese language) 14 Bishop, A.W., and L Bjerrum, " The Relevance of the Triaxial Test to the Solution of Stability Problems," Proc Res Conf Shear Strength Cohesive Soils, ASCE, pp 437-501, 1960 274 British Standard (2005) Execution of Special Geotechnical Works ~ Deep Mixing The European Standard EN 14679 : 2005 has the Status of a British Standard, 16 Brajam, Das, "Advanced Soil Mechanics,” International Edition 1983 17 Broms, B.B., and P Boman " Stabilisation of Soil with Lime Columns," Ground Engineering, Vol 12, No 4, May 1979, pp 23- 32 18 Casagrande, A., and N Carrillo, "Shear Failure of Anisotropic Materials” in Contribution to Soil Mechanics 1941- 1953, Boston Society of Civil Engineers, Boston, 1994 19 Casagrande, L., and § Poulos, "On the Effectiveness of Sand Drains" Canadian Geotechnical Journal, Vol 6, 1968, pp 287- 326 20 Craig R.F.," Craig's Soil Mechanics" Seventh edition, 2004 at “Design and Construction of Stone Columns," Vol I and Vol II, FHWA RD 83/026, Federal Highway Administration, Final Report, December, 1983 ae Douglas, B.J., and R.S Olsen (1981), " Soil Classification using Electric Cone Penetrometer," Symposium on Cone Penetration Testing and Experience, ASCE National Convention, St Louis, Missouri, pp 209- 227 + Edward W B., and P B Rolf," Soft Clay Engineering," Amsterdam — Oxford — New Yord- 1981 24 EuroSoilStab (2000), "Deep Mixing Method- Principle, Design and Construction Method to Stabilise Soft Organic Soil" Design Guide Soft Soil Stabilisation CT.970351 Project No BE-96-3177 European Commission Industrial & Materials Technologies Programme (BriteEuram III) Brussels nee Geotechnical Engineering Circular No 3, " Design Guide: Geotechnical Earthquake Engineering for Highways," Vol I ~ Design Principle, FHWA -SA-97-076, Federal Highway Administration, may 1997 26 Geotechnical Engineering Circular No 3, " Design Guide: Geotechnical Earthquake Engineering for Highways," Vol Il — Design Examples, FHWA -SA-97-077, Federal High- way - Administration, may 1997, 27 "Gesynthetic design and Construction Guidelines - Participant Notebook," FHWA, HI-95-038, Federal Highway Administration, April 1998 28 Ishihara (1993), " Liquefaction and Flow Failure During Earthquakes," Geotechnique, Vol 43,No 3, pp 351-415 29 Ladd, C.C., and R Foot, " New Design Procedure for Stability of Soft Clays," J Geotech Eng Div., ASCE, Vol.100, No, GT7,pp 763-786, 1994 30 "Mechanically Stabilised Earth Walls and Reinforced Soil Slopes - Design & Construction Guidelines," FHWA — NHI-00-043, National Highway Institute Office of Bridge Technology, March, 2001 15 275 31 Meyerhoft, G.G., and M.A Chaplin, " The Compression and Bearing Capacity of Cohesive Soils,” British Journal of Applied physics, Vol 4, January, 1953, pp 20-26 32 Meyerhoft, G.G.," Some Recent Reseach on the Bearing capacity of Foundation," Can Geotech J., Vol 1, No.1,pp 16-26, 1963 & J.C Small (1989)," Prediction of Embankment Perfor33 Poulos, H.G., C.Y Lee mance on Malaysian Marine Clays," Proc Int Symp On trial Embankments on Malaysian Marine Clays, Kuala Lumpur 2, 4/ 1-4/10 34, Robert W.Day,"Geotechnical earthquake engineering handbook."Copyright 2002 by the McGraw- Hill Companies, Inc 35 Seed, H.B., and J.R Booker, " Stabilisation of Potentially Liquefiable Sand Deposits using Gravel Drain Systems," Report No EERC 76-10, University of California, Berkeley, April, 1976 36 Sced, H.B., and K.L Lee, " Liquefaction of Saturated sands During Cyclic Loading," J Soil Mech Found Eng Div., ASCE, Vol 87, No SM6 pp.29-47, 1961 37 Seed, H.B., and J.M Ducan (1986), " FE analysis: Compaction - induced Stresses and Deformations,"J of Geotech Eng Div., ASCE 122,1: 23-43 38 Seed, H.B., and P De Alba, (1986) "Use of SPT and CPT Tests for Evaluating the Liquefaction Resistance of Sands," In: Use of In-situ Tests in Geotechnical Engineering, ASCE Geotechnical Special Publication No 6, pp 281-302 39 Skempton, A.W., (1986)," Standard Penetration Test Procedures and the Effects in Sands of Overburden Pressure, Relative Density, Particle Size, Ageing and Overconsolidation," Geotechnique, Vol 36, No.3,pp 425-447 40 Taylor, D.W., (1948), " Fundamentals of Soil Mechanics,” Neew York: Wiley and Sons, New Yord: Wiley 41 Terzaghi, K., and R.B, Peck et Al., " Soil Mechanics in Engineering Practicle," nd Edition, John Wiley and Sons, New York, 1996 The first edition was Published in 1948 42 Venkatramaiah C., (2006), " Geotechnical Engineering", Third Edition, New Age International Publishers.” 276 MỤC LỤC Trang Lời nói đầu Chương Thành phần tính chất đất 1.1 Mở đầu 1.3 Các tương quan thể tích - lượng, 1.4 Thành phân cấp phối hạt đất 1.5 Trạng thái đất dính 1.6 Độ đầm chặt đất Chương Tính chất thấm nước đất, cát chảy xói ngắm 2.1 Tính chất thấm nước đất 2.2 Cát chảy xói ngầm 12 16 19 1.2 Sự phát triển môn học đất thành phần tính chất đất Chương Tính nén lún độ bền đất 3.1 Tĩnh nén lún đất 3.2 Độ bến đất Chương ổn định sườn dốc đất 4.1 Mở đầu 4.2 Các phương pháp phân tích ổn định sườn dốc đất Chương Ứng suất chuyển vị khối đất 5.1 Mở đầu 5.2 Tai trọng dạng đường thẳng đứng mặt đất 5.3 Tải trọng dạng đường thẳng đứng bẻ mặt lớp đất có chiều dày hữu hạn 5.4 Tải trọng dạng đường thẳng đứng khối đất bán không gian vô hạn 5.5 Tải trọng thẳng đứng phân bố bể mặt móng băng dài vô hạn 5.6 Tai trọng dạng băng phân bố khối đất bán không gian - vô hạn 5.7 Tải trọng ngang phân bố bể mặt móng băng dài vơ hạn 5.8 Tải trọng thẳng đứng hình tam giác bể mặt móng băng dài vô hạn 5.9 Ứng suất thẳng đứng bán không gian - vô hạn tải trọng khối đất đáp 5.10 Ứng suất tải trọng tập trung thẳng đứng gây bề mặt đất 5 24 39 51 54 68 69 88 88 92 93 95 98 99 ‘101 103 106 277 5.1 Ứng suất di ¡ diện tròn mềm chịu nén (tải trọng thẳng đứng phân 5.12 Ứng suất thẳng đứng diện hình chữ nhật chịu tải trọng bể mặt 5.13 Sự phân bố ứng tất tiếp xúc móng Chương Lý thuyết cố 6.1 Mở đầu 6.2 Lý thuyết cố kết chiêu Terzaghi 6.3 Mức độ cố kết tải trọng nén theo thời gian 6.4 Thí nghiệm cố kết chiều tiêu chuẩn cách diễn giải số liệu 6.5 Đánh giá hệ số cố kết từ số liệu thí nghiệm nén trục 6.6 Cố kết thứ cấp 6.7 Tính tốn lún cố kết chiều 6.8 Có kết giếng cát nước thẳng đứng, Chương Lún móng nơng, 7.1 Mở đầu 7.2 Độ lún đàn hồi 7.3 Lún cố kết ban đầu 7.4 Nén trước để cải tạo đất nên 7.5 Độ lún cố kết thứ cấp 7.6 Vùng hoạt động 109 111 120 12 124 138 141 146 150 152 155 170 170 191 199 204 204 Chương Áp lực ngang đất ổn định tường chắn đất 8.1 Mở đầu 8.2 Các loại kết cấu tường chắn đất 8.3 Các lực tác dụng lên tường chắn đất 3.4 Các phương pháp tính tốn tường chắn đất Chương Khả chịu tải đất 9.1 Khái niệm mở đầu định nghĩa 9.2 Các phương pháp giải tích xác định khả chịu tải 9.3 Ảnh hưởng nước đất đến khả chịu tải 209 209 210 215 232 233, 9.4 Khả chịu tải an tồn 246 248 10.1 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) 252 Chương 10 Ứng dụng phương pháp thí nghiệm trường xây dựng 10.2 Thí nghiệm xun tnh hình (CPT) 10.3 Thí nghiệm cát cánh (VST), 10.4 Thí nghiệm nén tĩnh bàn nén (PSLT) ố chuyển đổi đơn vị Anh Quốc sang đơn vị quốc tế (SI) ệu tham khảo 278 258 263 265 273 274