Bài giảng Cơ học đất

Trường Đại học Thủy Lợi GiỚI THIỆU MÔN HỌC Bộ môn Địa Kỹ Thuật   CƠ HỌC ĐẤT Soil Mechanics  Số tín chí: Tổng số tiết: 45t (Lý thuyết: 30t, Bài Tập: 9t, Thí nghiệm: 6t) Đánh giá:  Điểm q trình: 30 % • Điểm chun cần • Điểm giải tập • Điểm thí nghiệm • Điểm kiểm tra  Điểm thi kết thúc: 70% (thi viết 90 phút, có dọc phách) TÀI LiỆU HỌC TẬP Tài liệu thức Bài giảng Cơ học Đất – Bộ môn Địa kỹ thuật– 2011 Bảng tra Cơ Học Đất – BM Địa Cơ- Nền Móng  Tài liệu tham khảo  1 Nội dung  Giới thiệu địa kỹ thuật- HOLTZ KOVACS - Bản dịch 2009 Bộ môn Cơ học Đất – GS.TSKH Cao Văn Chí, PGS.TS Trịnh Văn Cương –Nhà xuất xây dựng, Hà nội, 2004 TCVN 5747:1993 Đất xây dựng – Phân loại Lý thuyết bao gồm chương: Tính chất vật lý đất Tính chất học đất Xác định ứng suất đất Sức chịu tải Móng nơng Áp lực đất lên tường chắn Xác định độ lún cơng trình  Bài tập Cơ học đất  Thí nghiệm Cơ học đất Nội Dung: Các thể hợp thành đất tác dụng tương hỗ chúng CHƯƠNG I TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT Kết cấu, liên kết kết cấu cấu tạo đất Các tiêu tính chất vật lý, trạng thái vật lý đất Phân loại đất T.1.1 Các pha hợp thành đất & td tương hỗ chúng I Pha rắn (hạt đất) Đất sản phẩm q trình phong hóa đá gốc, gồm thành phần vật chất: Gồm hạt đất có kích thước khác chiếm phần lớn thể tích khối đất tạo thành khung cốt đất Có yếu tố ảnh hưởng đến tính chất đất: 1.) Pha rắn (hạt đất) 2.) Pha lỏng (nước đất)  Thành phần khoáng vật hạt đất 3.) Pha khí (khí đất)  Kích thước hạt đất  Hình dạng hạt đất Ba thành phần hợp thành đất 1.1 Thành phần khoáng vật hạt đất (TPKV) 1.1 Thành phần khoáng vật hạt đất (TPKV) a) Kv nguyên sinh: TPKV nguyên sinh thường có kích thước > 0.005 mm, VD fenpat; thạch anh & mica Kích thước hạt đất có quan hệ mật thiết với TPKV  Hạt đất > hạt cát (2mm) có TPKV tương tự đá gốc b) Kv thứ sinh: thường có kích thước < 0.05mm, có loại:  Hạt cát (2- 0.05mm) kv nguyên sinh tạo thành  Kv khơng hịa tan nước: kaolinit; ilit…  Hạt bụi (0.05 – 0.005mm) chủ yếu kv nguyên sinh ổn định hóa học thạch anh, fenfat…tạo thành  Kv hòa tan nước VD: canxit; dolomit; mica trắng, c) Chất hóa hợp hữu sản phẩm đc tạo từ di tích thực vật & động vật giai đoạn phá hủy hoàn toàn (mùn hữu cơ)  Hạt sét (< 0.005mm) chủ yếu kv thứ sinh tạo thành 10 1.1.1 Xác định đường cong cấp phối hạt 1.2 Thành phần cấp phối hạt Do khơng thể xét kích thước riêng biệt hạt ⇒ chia nhóm hạt ⇒ “cấp phối hạt” đất TN phân tích hạt: +PP sàng (rây): dùng cho đất hạt thơ (d>0.1mm) +PP tỷ trọng kế(pp lắng): dùng cho đất hạt mịn  Nhóm hạt: Tập hợp hạt đất có kích thước nằm phạm vi định  Cấp phối hạt: Lượng chứa tương đối nhóm hạt đất (tính = % tổng lượng đất khơ)  Quan hệ đường kính hạt ~ lượng chứa tương đối ⇒ đường cong cấp phối hạt 11 12 a Phương pháp rây b Phương pháp tỷ trọng kế Dùng với hạt có đ.kính d >0.1mm, dùng “bộ rây tiêu chuẩn” Dùng với hạt có d < 0.1 mm, theo đ.luật Stokes: hạt có đ.kính ≠ có vận tốc lắng chìm khác nhau, Từ giá trị đo k.cách & thời gian chìm lắng  đ.kính tương ứng d nhóm hạt lượng chứa hạt < d tính % trọng lượng mẫu đất  18 L  d   ( h   n )t  XĐ t.phần hạt theo p.pháp tỷ trọng kế 13 14 1.1.1 Xác định đường cong cấp phối hạt b Phương pháp tỷ trọng kế Lấy 25 - 35g đất, cho vào bình, đổ đầy nước cất (1l), khuấy Thả bầu tỷ trọng vào đọc thời điểm: t = 5s, 15s, 30s, 1’,2’, 5’, 15’, 30’, 60’… 15 Fig 5: Bảng kết tính thành phần hạt theo phương pháp rây (ASTM) 16 1.1.1 Xác định đường cong cấp phối hạt Đánh giá chất lượng đường cong cấp phối hạt ? Đánh giá mức độ không hạt đất, XD dùng: + hệ số không hạt Cu + hệ số cấp phối Cc Cu = D60/D10 Cc  D302 D60 D10 D60: Đk cỡ hạt mà trọng lượng tất hạt ≤ đk chiếm 60% trọng lượng mẫu đất khô  D10 gọi đường kính hiệu quả,  D60 gọi đường kính chi phối Đường cong cấp phối hạt đất 17 Đánh giá chất lượng đường cong cấp phối hạt ? Cu = D60/D10 & Cc  18 Đánh giá chất lượng đường cong cấp phối hạt ? D302 D60 D10 Fig 7: Đất với cấp phối tốt, trung bình xấu 19 20 Đặc tính đường cong cấp phối: Đánh giá chất lượng đường cong cấp phối hạt ? Đất cấp phối tốt: biểu thị kích cỡ hạt khoảng rộng, đường cong thành phần hạt trơn nói chung lõm hướng lên Đất cấp phối kém: đất có q nhiều hay q số hạt kích cỡ định hầu hết hạt có kích cỡ  Phân bố đồng : cỡ hạt  Đất cấp phối không liên tục hay gián đoạn (trong hình vẽ, hàm lượng cỡ hạt 0.5 0.1mm ít) Đường cong phân bố cỡ hạt điển hình D60 D10 D D30 D3060 D60 D10 D30 D10 22 21 1.3 Hình dạng hạt đất Đánh giá chất lượng đường cong cấp phối hạt ? H.dạng hạt đất có ah định đến tính chất đất Nhóm hạt có k.thước nhỏ từ hạt sét trở xuống thường có dạng phiến mỏng hình kim mảnh, TH này, h.dạng hạt đất ảnh hưởng rõ rệt đến tính chất đất Nhóm hạt có k.thước hạt lớn (cát, cuội, sỏi), hạt thường có dạng hình khối cầu trơn nhẵn, hình góc cạnh Hình dạng có ảnh hưởng lớn tới tính chất đất, đặc biệt tính chống cắt Example Cho biết: đường cong cấp phối hở loại đất: D10 = 0.022 mm D30 = 0.052 mm D60 = 1.200 mm Theo đó: Cu = D60/D10 = (1.2/0.022) = 55 Cc = (D30)2/(D10)*(D60) = (0.052)2/ (0.022)*(1.2) = 0.1 Đất có cấp phối xấu 23 24 1.3 Hình dạng hạt II Pha lỏng (nước đất) - TĐ Đất tự nhiên tồn lượng nước định dạng khác Nước tác dụng mạnh với hạt khoáng vật, đặc biệt hạt nhỏ có k.thước hạt keo  hoạt tính bề mặt Theo quan điểm XD:, a- Nước khoáng vật hạt đất b- Nước kết hợp mặt hạt đất: chia loại ◦ Nước hút bám ◦ Nước màng mỏng:  Nước màng kết hợp mạnh  Nước màng kết hợp yếu c- Nước tự do: gồm loại Càng góc cạnh  ma sát lớn  tăng cường độ Càng góc cạnh  dễ di chuyển  dễ chặt ◦ Nước mao dẫn ◦ Nước trọng lực 26 25 2.1 Nước hạt khoáng vật 2.2 Nước kết hợp mặt hạt đất Nước mạng tinh thể khống vật (kv), tồn dạng phân tử - H2O dạng ion H+, OH- Trong XD, coi phận hạt kv & ko ảnh hưởng tới tc XD đất Các hạt kv đất mang điện tích âm, nước phân tử lưỡng cực ⇒ Lượng nước KH mặt yếu tố định: Tính ưa nước khống vật Độ lớn tỷ diện tích mặt ngồi hữu hiệu (là tổng diện tích bề mặt hạt đất/ 1g đất) Thành phần nước đất, ion nước 27 28 2.2 Nước kết hợp mặt hạt đất 2.3 Nước tự Căn cường độ lực hút điện phân tử bề mặt hạt kv, chia nước kết hợp mặt thành lớp: Loại nước nằm lực hút điện trường, chia làm loại: 1) Nước hút bám: lớp nước bám chặt vào mặt hạt sức hút điện phân tử mạnh gây Đất sét chứa nc hút bám trạng thái rắn a.) Nước mao dẫn: loại nước bị kéo lên ống dẫn nhỏ đất bên MNN sức căng mặt nc Trong XD, nước mao dẫn làm cho đất ẩm ướt làm giảm sức chịu tải & tính ổn định mái dốc 2) Nước kết hợp mạnh: lớp nước liền kề nc hút bám lực hút điện phân tử tương đối mạnh tạo nên Đất sét chứa nc KH mạnh trạng thái nửa rắn b.) Nước trọng lực: 3) Nước kết hợp yếu: lớp nước lực hút điện phân tử tương đối yếu tạo thành, đất sét chứa nc k.hợp yếu thường thể tính dẻo Tồn lỗ rỗng đất, chịu chi phối trọng lực & tuân theo định luật Darcy 29 Ảnh hưởng nước kết hợp mặt ngồi đến tính chất XD đất • Trong loại nước kể nước màng mỏng có ảnh hưởng tới tính chất XD đất nhiều Mức độ ảnh hưởng tùy thuộc vào thành phần KV, tỷ diện tích, hàm lượng sét • Do chịu lực hút điện phân tử, nước mảng mỏng có tính nhớt nước tự do, bề dày nước mảng mỏng tăng tính nhớt giảm, ngược lại Vì ảnh hưởng đến tính chất lý đất: tính b.dạng (nén, nở, trượt), tính thấm, 30 Chú ý! Nghiên cứu nước theo quan điểm XD liên quan đến vấn đề chính:  Khả hịa tan phân giải nước (trong Địa chất thủy văn)  Ảnh hưởng áp lực thủy tĩnh đất  Ảh lực thấm chuyển động nước đất tính ổn định đất tính chống trượt 31 32 T.1.2 Kết cấu- Liên kết kết cấu – Cấu tạo đất (TĐ) III Pha khí đất (TĐ) Thể khí đất phân thành loai: I + Thơng với khí quyển: khơng ảnh hưởng đáng kể đến tính chất đất, đầm chặt, khí ngồi Kết cấu đất Sự xếp có quy luật hạt đám hạt có độ lớn hình dạng khác q trình trầm tích, hình thành tác dụng lực điện phân tử hạt với Dựa vào nguyên nhân hình thành kết cấu (KC), chia loại: + Ko thơng với khí (bọc khítúi khí) thường gặp đất sét Sự tồn bọc khí đất làm ↓tính thấm, ↑tính đàn hồi ảnh hưởng tới trình ép co đất a) Kết cấu hạt đơn b) Kết cấu tổ ong c) Kết cấu 33 34 1.1 Kết cấu hạt đơn 1.2 Kết cấu tổ ong Hình thành chìm lắng hạt tương đối lớn môi trường nước, hạt xếp chồng lên hạt vị trí ổn định nhất, hạt nhỏ chui vào lỗ rỗng hạt lớn Hình thành chìm lắng hạt tương đối nhỏ nước Do trọng lượng hạt ko đủ thắng lực dính chúng với chỗ tiếp xúc nên chúng dừng lại chỗ tiếp xúc không ổn định Đặc điểm: rắn, chặt xít Đặc điểm: xốp, lỗ rỗng lớn 35 36 1.3 Kết cấu T.1.2 Kết cấu- Liên kết kết cấu – Cấu tạo đất (GT) • Hình thành từ hạt có đường kính nhỏ ’p ’vo+ v > ’p Vậy TH này, PT tính lún gồm phần: + Sự thay đổi b.dạng đường cong nén lại từ đk trường ban đầu + Sự thay đổi b.dạng đường cong nén nguyên sơ từ giá trị ’p tới giá trị cuối (ef, ’vf) (εvf, ’vf) sc  C r    ' ' '  vo   'p   vo  'p   vo   v   'p Ho Ho log  Cc log '  eo  eo  vo  'p  Rút gọn ta được: ' sc  C r p Ho Ho  '   log '  C c log vo ' v  eo  eo  vo p Hình 6.7,b 22 II Tính tốn độ lún cố kết có xét đến BD hơng II Tính tốn độ lún cố kết có xét đến BD hơng Thực tế, gặp đất chịu nén ko nở hông Khi mặt chịu tải trọng Ctr, điểm chịu t.phần ƯS tăng thêm pháp tuyến x, y, z có td gây biến dạng hướng: thẳng đứng & hông Theo ĐL Hooke, biến dạng tương đối theo phương phân tố đất có kích thước dx, dy, dz thành phần ứs tăng thêm pháp tuyến x, y, z gây là: 23 24 II Tính tốn độ lún cố kết có xét đến BD hơng II Tính tốn độ lún cố kết có xét đến BD hơng Biến dạng thể tích tương đối Lớp đất có chiều dày H, độ lún là: S = ezH, hay  = x + y + z , gọi tổng ứng suất tăng thêm Trong Ch.II, xét mẫu đất bị ép co thu hẹp lỗ rỗng chủ yếu (6.14) (6.14) C.thức tính độ lún ổn định lớp đất có chiều dày H đk b.dạng hướng (bài tốn ko gian) Để tính lún theo cơng thức (6.14), cần có giá trị e2 XĐ từ TN nén có nở hơng Tuy nhiên TN phức tạp, nên thường dùng KQ TN nén ko nở hông để xác định e2; Biến dạng theo phương đứng 25 26 II Tính tốn độ lún cố kết có xét đến BD hơng II Tính tốn độ lún cố kết có xét đến BD hơng Xét KQ TN nén ko nở hơng Trong TH b.dạng hướng (bài tốn b.dạng phẳng) ex  0, ez  ey = 0, độ lún ổn định S đất chiều dày H: (6.16) Vậy tính hệ số rỗng theo p1 = zđ Trong ’ = x + z 27 28 II Tính tốn độ lún cố kết có xét đến BD hơng II Tính tốn độ lún cố kết có xét đến BD hơng Bài tốn biến dạng phẳng Xác định hệ số rỗng từ TN nén không nở hông: p1 = zđ p2 = zđ + (1- 0)’ (6.15) Ta lại có e 1; e2 (6.17) Kết hợp (6.15) (6.17) z = (1- 0)’ 29 II Tính tốn độ lún cố kết có xét đến BD hơng 30 II Tính tốn độ lún cố kết có xét đến BD hơng TH đất có chiều dày lớn, đất thành lớp cần áp dụng p.pháp tổng cộng lún lớp để T” độ lún ổn định Độ lún lớp XĐ theo cơng thức sau Trình tự tính lún nhiều lớp: Trình tự tính tốn gồm bước sau XĐ tải trọng Ctr, tính & vẽ biểu đồ phân bố AS đáy móng TH biến dạng hướng Tính vẽ biểu đồ phân bố ƯS thân zđ dọc theo đường thẳng đứng qua điểm tính lún (vẽ từ đáy móng) Xác định áp suất gây lún ptl Do time đào hố móng để XD Ctr lâu, hố móng CTTL ln bị ngập nước nên đất bị phình nở đào hố móng Như AS đáy móng AS gây lún TH biến dạng hướng ptl = p 31 32 II Tính tốn độ lún cố kết có xét đến BD hơng II Tính tốn độ lún cố kết có xét đến BD hơng Chia lớp tính tốn 4- Tính vẽ biểu đồ ứs tăng thêm thẳng đứng z dọc theo đường thẳng đứng qua điểm tính lún  Cần chia chiều dày chịu nén Ha thành nhiều lớp mỏng, lớp có chiều dày hi Khi chia cần tuân thủ nguyên tắc sau:  Mặt phân lớp hi phải trùng với mặt ranh giới sau đây: mặt phân tầng lớp đất tự nhiên, mặt nước ngầm, mặt nước mao dẫn, mặt đáy móng mặt giới hạn chiều dày chịu nén Ha  Các lớp gần đáy móng có chiều dày hi bé lớp xa đáy móng để đảm bảo phạm vi lớp ứng suất z phân bố đường thẳng  Chiều dày lớp Xác định chiều dày chịu nén Ha Theo quy phạm thiết kế cơng trình thủy lợi chiều sâu chịu nén chiều sâu có Ha = 0,5Hađ Ha - chiều dày chịu nén đất 33 34 II Tính tốn độ lún cố kết có xét đến BD hơng Tính độ lún lớp thứ i (Si) Tính độ lún tổng cộng T3 Xác định độ lún cố kết theo thời gian I Lý thuyết cố kết thấm Terzaghi II Tính độ lún cố kết theo thời gian 35 36 I Lý thuyết cố kết thấm Terzaghi Q trình cố kết thấm đất q trình chuyển hố ứs trung hồ ứs hiệu Để nc trình lún theo thời gian, cần biết loại ứs (Hiện để giải tốn thường tìm ứs trung hoà Un) I Lý thuyết cố kết thấm Terzaghi Để tìm Un, dựa vào lý luận cố kết thấm đất 37 I Lý thuyết cố kết thấm Terzaghi 38 Những g.thiết lý thuyết cố kết thấm hướng Tải trọng tác dụng lần tức thời Khi lớp đất bão hoà nước chịu nén td tải trọng phân bố đều, nằm tầng thoát nước nằm tầng thoát nước tầng ko nước nước đất bị ép ngồi chủ yếu theo phương thẳng đứng Lớp đất bị ép co đk thoát nước gọi cố kết thấm hướng Đất đồng chất & bão hoà nước Trong trình cố kết, thân nước hạt đất coi ko ép co Lớp đất bị ép co thoát nước theo phương đứng Tốc độ lún đất phụ thuộc tốc độ thoát nước đất Tính thấm nước đất tuân theo ĐL Darcy Hs thấm & hs ép co đất chịu nén số trình cố kết thấm 39 40 10 I I Lý thuyết cố kết thấm Terzaghi Lý thuyết cố kết thấm Terzaghi 1.2 PT vi phân cố kết thấm hướng & nghiệm PT 1.2 PT vi phân cố kết thấm hướng & nghiệm PT Xét phân tố đất độ sâu z tích 11dz Vì đất BH nước, nước lỗ rỗng & hạt đất ko bị ép co ⇒ V.nước thoát khỏi phân tố đất khoảng thời gian dt = độ giảm Vv khoảng thời gian áp dụng ĐL Darcy quan hệ pha đất Với 41 I Lý thuyết cố kết thấm Terzaghi 42 I 1.2 PT vi phân cố kết thấm hướng & nghiệm PT Lý thuyết cố kết thấm Terzaghi 1.2 PT vi phân cố kết thấm hướng & nghiệm PT Cv - hệ số cố kết (cm²/năm) k - hệ số thấm (cm/năm) a - hệ số ép co (cm²/N) eo - hệ số rỗng tự nhiên w - trọng lượng riêng nước (0,01 N/cm³) NX Đất sét có tính dẻo thấp: Cv = 1*105 ÷ 6*104 cm2/năm Đất sét có tính dẻo vừa : Cv = 6*104 ÷ 3*104 cm2/năm Đất sét có tính dẻo cao : Cv = 3.104 ÷ 6*103 cm2/năm NX: Cv tỷ lệ thuận với hệ số thấm k tỷ lệ nghịch với hệ số ép co a ⇒ Cv đặc trưng cho mức độ cố kết đất Đất thấm, Cv bé 43 44 11 I Lý thuyết cố kết thấm Terzaghi I Lý thuyết cố kết thấm Terzaghi 1.2 PT vi phân cố kết thấm hướng & nghiệm PT 1.2 PT vi phân cố kết thấm hướng & nghiệm PT Đk ban đầu: Khi t = , z: u = p Khi t =  , z: u = Điều kiện biên: Tại z = H với t: q = Tại z =0 với t : u = Đây PT vi phân cố kết thấm hướng đất BH nước Kết hợp đk ban đầu & đk biên toán ⇒ nghiệm riêng AL nc lỗ rỗng u thời điểm t độ sâu z 45 I Lý thuyết cố kết thấm Terzaghi I 1.2 PT vi phân cố kết thấm hướng & nghiệm PT Lý thuyết cố kết thấm Terzaghi Example Một tầng đất sét BH nước dày 5m nằm tầng đá ko thấm Trên tầng sét lớp cát mỏng chịu tải trọng thẳng đứng phân bố liên tục p = 200 kN/m² Cho biết tiêu lý tầng sét sau: Hệ số thấm k = 1,4 cm/năm; hệ số rỗng ban đầu eo = 0,80; hệ số ép co a = 0,00183 cm²/N (6.25) m - Số nguyên dương lẻ 1,3,5 z - Độ sâu điểm xét N - Nhân tố thời gian H - Kc thoát nước lớn Yêu cầu:  TH có mặt nc H = chiều dày lớp đất Hãy tính vẽ biểu đồ phân bố AL nước lỗ rỗng u theo chiều sâu tầng sét thời điểm sau td tải trọng p tháng  TH có mặt nc H = 1/2 chiều dày lớp đất t - Thời gian cố kết 47 48 12 I I Lý thuyết cố kết thấm Terzaghi Lý thuyết cố kết thấm Terzaghi VD1 VD1 Áp lực nước lỗ rỗng U(z,t) độ sâu z Nhân tố thời gian: Hệ số cố kết Cv Trong đó: a = 0,00183 cm²/N = 1,83 cm²/kN n = 10 kN/m³ = 10-5 kN/cm³ k = 1,4 cm/năm eo = 0.8 (chỉ lấy số hạng đầu chuỗi, tức lấy m =1) Trong đó: P = 200 kN/m2; H = 5m; 49 I Lý thuyết cố kết thấm Terzaghi 50 I Lý thuyết cố kết thấm Terzaghi VD1 VD1 Nhân tố thời gian: Trên hình, diện tích abc biểu đồ phân bố AL nước lỗ rỗng uz,t diện tích aedc biểu đồ phân bố áp lực nén 𝜎’zt ⇒ áp lực nước lỗ rỗng u(z,t) Tính với z = 0,00H ; 0,25H ; 0,50H ; 0,75H ; H z uz,t( kN/m²) 0,00 0,00 0,25H 49,39 0,50H 91,18 0,75H 119,17 H 129,00 51 52 13 C8 LÚN CỦA NỀN ĐẤT II Tính độ lún theo thời gian Độ cố kết đất Tỷ số độ lún thời điểm t trình lún (St) độ lún thời điểm trình lún kết thúc (S), ký hiệu Qt II Tính độ lún theo thời gian (6.27) (6.28) Trong đó: (a) (b) Thay (a) (b) vào (6.27) 53 Độ cố kết đất 54 Độ cố kết đất Nhận xét Qt phụ thuộc tỷ số diện tích biểu đồ AL nước lỗ rỗng abc & biểu đồ ứs tổng aedb Rõ ràng Qt tăng theo t cố kết, từ Qt = thời điểm t = → Qt = thời điểm t =  (6.29) Đây CT thường dùng để XĐ độ cố kết đất Vậy Qt biểu thị mức độ hồn thành q trình chuyển hố AL nước lỗ rỗng thành ứs hiệu trình cố kết Là diện tích biểu đồ AL nước lỗ rỗng abc biểu đồ ứs hiệu aedc hình 6-12 thời điểm t Nếu biết biểu đồ AL nước lỗ rỗng & ứs hiệu quả, đk thoát nước tính chất đất dễ dàng ⇒ độ cố kết Qt nhờ tính St theo cơng thức (6.28) Diện tích biểu đồ ứs tổng aedb hình 6-12 thời điểm t =  (là thời điểm trình cố kết chấm dứt) 55 56 14 Độ cố kết đất TH Độ cố kết đất TH Nhận xét : Trong thực tế XD, sở phân tích tính chất đk thoát nước hướng đất nền, đặc điểm tải trọng CT tình hình phân bố ứs đất phân TH cố kết sau toán cố kết hướng 2.1 Trường hợp (TH-0) Đất đồng chất cố kết ổn định td trọng lượng thân, chiều dày đất tương đối mỏng, kích thước đáy móng CT tương đối lớn Ứs ép co tải trọng gây đất phân bố theo chiều sâu 57 Độ cố kết đất TH 58 Độ cố kết đất TH Nhận xét 2.1 Trường hợp (TH-0) Từ CT(6-26) ⇒ đk để lớp đất đạt độ cố kết nhân tố time N phải nhau: Thay (6.25) vào (6.29) lấy tích phân: N1 = N (6.30) Vì chuỗi (6.30) hội tụ nhanh (N lớn) nên cần lấy số hạng đầu đủ xác) (6.31) Với (6.26) 60 15 Độ cố kết đất TH Độ cố kết đất TH Hay Khi xét tới số mặt nước (hình 6.14c), đất nước hai mặt nên k/cách nước max H2/2, (6.32) trở thành: (6.32) CT (6-32) cho thấy tỷ số thời gian cố kết = bình phương tỷ số k/c thoát nước max Với đk thoát nước mặt, kc nc max H1, H2 chiều dày lớp đất Rõ ràng thời gian cố kết t2 lớp đất thoát nước mặt 1/4 thời gian cố kết t1 đất có chiều dày nước mặt 61 62 Độ cố kết đất TH Độ cố kết đất TH 2.2 Trường hợp (TH-1) 2.3 Trường hợp (TH-2) Đất loại trầm tích chưa ổn định td trọng lượng thân Biểu đồ phân bố ứs ép co theo chiều sâu có dạng tam giác, với cạnh đáy mặt ko thấm Đất hoàn thành trình cố kết td trọng lượng thân Chiều dày lớp đất tương đối lớn, k.thước đáy móng tương đối bé Phân bố ứs ép co tải trọng p gây có dạng tam giác giảm dần theo chiều sâu Độ cố kết đất đc tính theo: Độ cố kết đất (6.36) 63 64 16 Độ cố kết đất TH Độ cố kết đất TH NX 2.4 Trường hợp (TH-3) Cho phép dùng nguyên lý cộng td biểu đồ phân bố ứs ép co để XĐ độ lún q trình cố kết Đất cố kết chưa hồn toàn td trọng lượng thân Biểu đồ ưs ép co tải trọng gây phân bố phân bố hình thang với đáy lớn mặt ko thoát nước, đáy bé mặt thoát nước Theo nguyên lý cộng td, Theo nguyên lý đó, xem độ lún St2 thời điểm t TH-2 (hình 6.13c) tương đương với hiệu số độ lún TH-0 & TH-1 thời điểm đó, tức là: St2 = Sto - St1 St3 = Sto + St1 Qt2 = 2Qto - Qt1 Qt3.S3 = Qto.So + Qt1.S1 65 Độ cố kết đất TH 2.4 Trường hợp (TH-3) Qt3.S3 = Qto.So + Qt1.S1 67 66 Độ cố kết đất TH 2.5 Trường hợp (TH-4) Đất cố kết ổn định td trọng lượng thân Chiều dày lớp đất ko lớn Biểu đồ phân bố ứs ép co tải trọng ngồi gây có dạng hình thang với đáy lớn mặt nước, đáy bé mặt ko thoát nước Theo nguyên lý cộng td: Với St4 = Sto - St1 ’z _ ứs ép co mặt thoát nước ”z _ ứs ép co mặt khơng nước 68 17 Độ cố kết đất TH Độ cố kết đất TH NX KQ n.cứu cho thấy Qt hàm số nhân tố time N  Để tiện T” thường lập bảng trị số N Qt cho TH cố kết ( với  ≠) để tra cứu KQ T” cho Bảng 6.1 Trên TH cố kết đk thoát nước mặt Nếu gặp TH nước mặt đưa trường hợp (TH-0) để T” Nhưng lúc k/cách nước max lấy nửa chiều dày lớp đất, tức H/2 (Hình 6.15) 69 TH Khi có hai mặt thoát nước Độ cố kết đất TH Tính tốn độ lún theo thời gian NX Thực tế thường gặp hai dạng tốn sau tính tốn độ lún theo thời gian Trong TH đất có lớp I & II 6.16 tiến hành T” độ cố kết Qt độ lún St cho lớp riêng rẽ sau cộng KQ với Khi T” cần lưu ý lớp I TH thoát nước mặt mặt đáy lớp cần T” theo TH-3 Cịn lớp II TH nước mặt cần T” theo TH-0 Bài toán thứ nhất: Cho biết thời gian t, yêu cầu tính độ cố kết Qt độ lún St Bài toán thứ 2: Cho biết độ cố kết Qt độ lún St, yêu cầu xác định thời gian t cần thiết để đất đạt độ cố kết độ lún nói 72 18 Tính tốn độ lún theo thời gian Tính tốn độ lún theo thời gian Bài toán thứ nhất: Cho biết thời gian t, yêu cầu tính độ cố kết Qt độ lún St B1: Tính hệ số cố kết Cv; Bài tốn thứ hai: Cho biết độ cố kết Qt độ lún St, yêu cầu xác định thời gian t cần thiết để đất đạt độ cố kết độ lún nói B2: Tính nhân tố thời gian N B1: Tính độ cố kết Cv B3: Xác định trường hợp cố kết trị số α B2: Xác định trường hợp cố kết trị số α B4: Tính Qt theo cơng thức tương ứng tra bảng theo N α B3: Tra Bảng 6.1 XĐ nhân tố thời gian N nhờ Qt α B5: Tính thời gian t từ N tra đc B5: Tính độ lún St 73 74 Tính tốn độ lún theo thời gian Tính tốn độ lún theo thời gian VD6.6 Xác định độ lún St Nền đất sét BH nước dày 10m nằm tầng đá ko thấm nước Mặt chịu tải trọng phân bố cục p = 235,4 kN/m², ứs ép co tải trọng p gây có dạng phân bố hình Cho đặc trưng lý đất nền: Hệ số rỗng ban đầu e1 = 0,8 Hệ số ép co a = 0,0025 cm²/N Hệ số thấm k = 2,0 cm/năm Hãy xác định: St sau t = năm td tải trọng p Thời gian t cần thiết để Qt = 0,75 Nếu tầng tầng thoát nước, hỏi sau năm St = ? Đổi tầng thoát nước xuống dưới, tính St sau năm đặt tải? a Xác định độ lún ổn định S: Trong 76 19 Tính tốn độ lún theo thời gian 77 Xác định độ lún St a Xác định St Tính tốn độ lún theo thời gian Xác định độ lún St b Tính thời gian t cần thiết để đất đạt độ cố kết Qt = 0,75 Đây TH-4 a Xác định N N xác định nhờ tra bảng 6.1 với Qt = 0,75  = 1,5 nhận N = 1,13 b Tính t Qt XĐ đc nhờ tra bảng 6.1 với N =0,36 &  = 1,5 ⇒ Qt = 0,465 St = Qt.S = 0,46527,3 = 12,7 cm 78 20