TIỂU LUẬN CÁC THÔNG SỐ ÁP LỰC NƯỚC LỖ RỖNG ÁP DỤNG VÀO THỰC TẾ

Đề tài số 8: Các thông số áp lực nước lỗ rỗng-Áp dụng vào thực tế GVHD: TS. Bùi Trường Sơn Tiểu luận ĐCCT nâng cao Trang 1 I. GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1. Lỗ rỗng trong đất. Lỗ rỗng trong đất là cách nói cụ thể miêu tả một trạng thái của môi trường đất. Khái quát hơn của cách nói cụ thể này, gọi là môi tr ườ ng r ỗ ng (porous medium) trong đất đá. Đó là nơi có thể chứa được n ướ c hoặc khí, qua đó tác động gây ra áp lực. 1.1.1. Môi trường rỗng Vật liệu nói chung và đất đá nói riêng dù chặt khít đến đâu cũng chứa một độ rỗng nào đó trong nội tại thực thể vật liệu. Riêng với đất đá, độ rỗng tồn tại dưới nhiểu dạng, phụ thuộc vào nguyên nhân hình thành ban đầu hay do biến đổi kiến tạo sau đó, có thể phân biệt thành 2 dạng chính : - Độ r ỗ ng đượ c t ạ o ra ngay t ừ nguyên nhân hình thành ban đầ u c ủ a v ậ t li ệ u : là các lỗ rỗng nằm xen kẽ giữa các phần hạt cứng cấu tạo nên khối vật liệu, tạm gọi là khe r ỗ ng gi ữ a h ạ t (interstitiel pore). - Các khoang r ỗ ng : được tạo ra do quá trình biến đổi kiến tạo hay các nguyên nhân khác sau khi hình thành (nứt nẻ, đứt gẫy, hang hốc cactơ, bào mòn, rửa trôi, tổ mối, rễ cây mục, v.v… ), tạm gọi là khoang r ỗ ng ki ế n t ạ o (structural pore). Phần rỗng trong khối vật liệu, với vật thể được xem là chặt cứng, gọi là độ rỗng (porosity) của khối vật thể đó. Với các loại đất đá thì độ r ỗ ng là chỉ đến tất cả các loại rỗng như : l ỗ r ỗ ng, khe r ỗ ng, khoang r ỗ ng n ứ t n ẻ , hang h ố c, v.v… tồn tại trong lòng đất đá. Đặc trưng rỗng của đất đá gọi là độ rỗng (porosity degree), ký hiệu n, được thể hiện qua biểu thức : trong đó : V v : thể tích phần lỗ rỗng các loại V t : tổng thể tích của đơn vị vật thể ÿ T ạ m d ừ ng ở đ ây m ộ t chút, để xem xét các khái ni ệ m v ề độ r ỗ ng c ủ a môi tr ườ ng đấ t v ừ a nêu ở trên, đồ ng th ờ i so sánh và nhìn nh ậ n l ạ i nh ữ ng ki ế n th ứ c riêng v ề ph ầ n áp l ự c l ỗ Đề tài số 8: Các thông số áp lực nước lỗ rỗng-Áp dụng vào thực tế GVHD: TS. Bùi Trường Sơn Tiểu luận ĐCCT nâng cao Trang 2 r ỗ ng mà chúng ta đ ã đượ c h ọ c, đ em đế n cho chúng ta m ộ t vài đ i ề u đ áng để suy ngh ĩ _ nh ư sau : S ự làm vi ệ c c ủ a môi tr ườ ng đấ t trong th ự c t ế là h ế t s ứ c ph ứ c t ạ p, đ a d ạ ng mà các thí nghi ệ m mô ph ỏ ng cho đế n nay ch ỉ tái t ạ o đượ c m ộ t ph ầ n c ủ a s ự làm vi ệ c đ ó. Đơ n c ử m ộ t ví d ụ đơ n gi ả n : nh ư đ ã nói _ đấ t đ á có độ r ỗ ng, độ r ỗ ng đ ó bao g ồ m : l ỗ r ỗ ng, khe r ỗ ng, khoang r ỗ ng n ứ t n ẻ , hang h ố c … , nh ư ng trong các thí nghi ệ m mà chúng ta đ ã đượ c ti ế p xúc, th ườ ng ch ỉ th ấ y các m ẫ u TN thu ộ c d ạ ng “khe r ỗ ng” – có hình hài toàn v ẹ n, độ r ỗ ng ch ỉ là do khe r ỗ ng gi ữ a các h ạ t đấ t – t ứ c là không b ị các khoang r ỗ ng, hang h ố c b ấ t th ườ ng gì. V ậ y thì n ế u r ơ i vào tr ườ ng h ợ p n ề n đấ t có các khoang r ỗ ng n ứ t n ẻ , hang h ố c thì sao ?, n ề n đấ t s ẽ làm vi ệ c nh ư th ế nào, ph ả n ứ ng ra sao tr ướ c ngo ạ i l ự c ?. C ụ th ể là : các khoang r ỗ ng đ ó (có th ể coi nh ư các l ỗ r ỗ ng có kích th ướ c l ớ n) có vai trò và ả nh h ưở ng th ế nào đế n s ự làm vi ệ c c ủ a n ề n đấ t ???. Qua đ ây, chúng tôi có th ể đư a ra m ộ t nh ậ n xét có ph ầ n ch ủ quan r ằ ng : ph ầ n lý thuy ế t (bao g ồ m các bài toán + thí nghi ệ m) liên quan đế n áp l ự c l ỗ r ỗ ng nói riêng & C ơ đấ t nói chung mà chúng ta đ ã đượ c h ọ c là : + Đ i theo h ướ ng áp d ụ ng cho m ộ t môi tr ườ ng r ỗ ng có độ r ỗ ng thu ộ c d ạ ng th ứ nh ấ t đ ã nói – là khe r ỗ ng gi ữ a h ạ t. + Còn đố i v ớ i tr ườ ng h ợ p môi tr ườ ng đấ t có thêm các khoang r ỗ ng, hang h ố c, … – (có th ể t ạ m coi nh ư là các l ỗ r ỗ ng có kích th ướ c l ớ n) thì có ph ả i ch ă ng: ch ư a có m ộ t lý thuy ế t nào v ề nó đượ c xây d ự ng ? hay nó đ ã có và n ằ m ở m ộ t lý thuy ế t khác mà chúng ta ch ư a đượ c ti ế p c ậ n ?… Nh ữ ng th ắ c m ắ c và b ă n kho ă n trên đ ây xu ấ t phát t ừ quá trình nhóm chúng tôi nghiên c ứ u th ự c hi ệ n Ti ể u lu ậ n c ủ a mình, r ấ t mong đượ c s ự góp ý t ừ th ầ y h ướ ng d ẫ n và các b ạ n trong l ớ p. 1.1.2. Các pha trong đất. Như vậy là ta đã biết trong đất có lỗ rỗng, và phần rỗng này có thể chứa nước hoặc khí. Có thể nói rằng : Đất là hỗn hợp của 3 thành phần : thứ nhất là – các h ạ t r ắ n, thứ hai là – n ướ c, thứ ba là – khí. Theo tài liệu “C Ơ H Ọ C ĐẤ T CHO ĐẤ T KHÔNG BÃO HÒA” – của Fredlund, thì các thành phần này được gọi bằng tên gọi cụ thể hơn, gọi là “pha ”. Đất gồm 3 pha: pha r ắ n – pha n ướ c Đề tài số 8: Các thông số áp lực nước lỗ rỗng-Áp dụng vào thực tế GVHD: TS. Bùi Trường Sơn Tiểu luận ĐCCT nâng cao Trang 3 – pha khí . Hai cách gọi này có cùng ý nghĩa như nhau, nhưng theo nhóm chúng tôi, dùng từ “pha” là chính xác hơn cả về mặt ngữ nghĩa. Đến đây có một điểm khác biệt thú vị xuất hiện cũng trong tài liệu vừa nêu của Fredlund, đó là tác giả còn đề cập đến sự tồn tại của một pha th ứ t ư – ngoài 3 pha r ắ n, khí, n ướ c – gọi là : m ặ t phân cách khí–n ướ c , hay m ặ t ngoài c ă ng. Về pha tứ tư này nhóm chúng tôi xin phép chỉ dừng lại ở việc giới thiệu ra đây mà không đi sâu tìm hiểu thêm, do kiến thức bản thân chưa tới cũng như quỹ thời gian không đủ. 1.2. Áp lực lỗ rỗng Vậy là ta đã tìm hiểu đến các pha trong đất : rắn – khí – nước. Trong đó có 2 pha liên quan trực tiếp đến lỗ rỗng trong đất, nói cách khác là hệ quả của việc tồn tại lỗ rỗng trong đất, đó là pha khí và pha nước. Mà ta đã biết một tính chất cơ bản của khí và nước, đó là : kh ả n ă ng t ạ o và truy ề n áp l ự c, trong môi trường đất cũng vậy. Vì vậy có thể nói rằng chính 2 pha khí & n ướ c đã tạo ra lần lượt 2 loại áp lực : áp l ự c khí & áp l ự c n ướ c, trong lỗ rỗng của môi trường đất. Và 2 áp lực này được đặc trưng bởi 2 thông số áp lực tương ứng gọi là : Áp l ự c khí l ỗ r ỗ ng , ký hiệu : u a (a: air) Áp l ự c n ướ c l ỗ r ỗ ng , ký hiệu : u w (w: water) 1.3. Tính bão hòa của đất Áp lực nước lỗ rỗng sẽ có 2 dạng : áp lực nước lỗ rỗng d ươ ng : u w > 0 áp lực nước lỗ rỗng âm : u w < 0 Thông thường áp l ự c n ướ c l ỗ r ỗ ng d ươ ng xuất hiện trong đất bão hòa; và áp l ự c n ướ c l ỗ r ỗ ng âm có trong đất không bão hòa. Đây chính là một trong những khác biệt đặc trưng cơ bản đã chia Cơ Học Đất ra thành 2 hướng chính khác nhau, là Cơ học đất bão hòa (u w > 0) & Cơ học đất không bão hòa (u w < 0). ÿ Chúng tôi xin đượ c nói thêm m ộ t chút v ề khái ni ệ m bão hòa và không bão hòa v ừ a đượ c nêu ra ở trên _ nh ư sau : Đề tài số 8: Các thông số áp lực nước lỗ rỗng-Áp dụng vào thực tế GVHD: TS. Bùi Trường Sơn Tiểu luận ĐCCT nâng cao Trang 4 B ắ t đầ u t ừ khái ni ệ m “Bão hòa hoàn toàn” : là để ch ỉ m ộ t tr ạ ng thái c ủ a đấ t khi đấ t đạ t t ớ i m ộ t trong hai gi ớ i h ạ n v ề độ ch ứ a n ướ c trong nó _ đ ó là : trong l ỗ r ỗ ng ch ứ a đầ y n ướ c và không có không khí. (Gi ớ i h ạ n còn l ạ i g ọ i là “Hoàn toàn khô”: trong l ỗ r ỗ ng không có n ướ c, ch ỉ ch ứ a toàn khí ). Thông th ườ ng bên d ướ i m ự c n ướ c ng ầ m thì đấ t đượ c xem là bão hào hoàn toàn, tuy nhiên th ự c t ế là n ướ c v ẫ n còn ch ứ a r ấ t nhi ề u b ọ t khí li ti. Các b ọ t khí li ti bám quanh các h ạ t đấ t ho ặ c ngay trong n ướ c t ự do, ho ặ c b ị b ẫ y trong các h ố c c ủ a khung h ạ t. Các b ọ t khí do các lo ạ i khí nguyên sinh t ồ n t ạ i t ừ lúc hình thành tr ầ m tích; hay khí t ừ trong lòng đấ t len l ỏ i đ i lên; hay là lo ạ i khí phát sinh ra do các vi sinh v ậ t s ố ng trong đấ t, có nhi ề u trong các lo ạ i đấ t ch ứ a hàm l ượ ng h ữ u c ơ cao. Các b ọ t khí li ti này ph ả i ở d ướ i m ộ t áp su ấ t không nh ỏ h ơ n 300kN/m 2 (!) thì m ớ i th ậ t s ự b ị hòa tan vào n ướ c (theo Schurtmann – C ơ h ọ c đấ t_Châu Ng ọ c Ẩ n). Qua đ ây có th ể th ấ y r ằ ng “Bão hòa hoàn toàn” là tr ạ ng thái mang tính lý t ưở ng, khó có th ể g ặ p trong th ự c t ế . Vì v ậ y d ẫ n đế n vi ệ c chúng ta có m ộ t khái ni ệ m khác có tính h ợ p lý h ơ n, đơ n gi ả n g ọ i là ”Bão hòa”. Khái ni ệ m “Bão hòa” đượ c xác đị nh m ộ t cách đị nh l ượ ng qua thông s ố Độ bão hòa [ S ] : đượ c đị nh ngh ĩ a là t ỷ s ố gi ữ a th ể tích n ướ c và th ể tích r ỗ ng, tính theo % : công th ứ c : trong đó : V v : thể tích phần lỗ rỗng V w : thể tích phần chất lỏng (nước) § Đấ t bão hòa : khi : S > 85% § Đấ t ẩ m : khi : 85% > S > 50% § Đấ t ít ẩ m : khi : 50% > S (theo – C ơ h ọ c đấ t_Châu Ng ọ c Ẩ n) Nhìn vào cách phân lo ạ i trên thì ch ỉ c ầ n đấ t đạ t đ i ề u ki ệ n S >85% ,t ứ c là l ượ ng n ướ c ch ỉ c ầ n chi ế m trên 85% th ể tích ph ầ n r ỗ ng ch ứ a nó, thì có th ể xem là đấ t bão hòa. Ng ượ c l ạ i đấ t b ị xem là không bão hòa. Theo ý ki ế n riêng, nhóm chúng tôi tán thành v ớ i cách phân lo ạ i này, đơ n gi ả n vì chúng tôi cho r ằ ng nó theo h ướ ng bám sát v ớ i b ả n ch ấ t th ự c t ế c ủ a s ự tích n ướ c trong đấ t, m ặ c dù chúng tôi ch ư a có c ơ h ộ i & đ i ề u ki ệ n ki ể m ch ứ ng con s ố 85% ở trên. Đ i ề u này càng có c ơ s ở khi chúng tôi tìm đọ c đượ c trong cu ố n C ơ h ọ c đấ t_Châu Ng ọ c Ẩ n v ớ i ý ki ế n : “Trong th ế Đề tài số 8: Các thông số áp lực nước lỗ rỗng-Áp dụng vào thực tế GVHD: TS. Bùi Trường Sơn Tiểu luận ĐCCT nâng cao Trang 5 n ằ m t ự nhiên, dù trên m ự c n ướ c ng ầ m, do hi ệ n t ượ ng mao d ẫ n đấ t v ẫ n có th ể bão hòa ( đớ i bão hòa) …”. T ừ nh ữ ng ki ế n gi ả i v ừ a nêu ở trên, cu ố i cùng nhóm chúng tôi xin m ạ nh d ạ n tóm l ạ i nh ư sau : “Bão hòa” có th ể hi ể u r ộ ng là tr ạ ng thái gi ớ i h ạ n mà t ạ i đ ó đấ t đạ t t ớ i kh ả n ă ng ch ứ a n ướ c c ự c đạ i, ng ư ng không ti ế p nh ậ n n ướ c t ừ bên ngoài, trong đ i ề u ki ệ n t ự nhiên c ủ a môi tr ườ ng. Và đ ây c ũ ng là tinh th ầ n nh ằ m làm rõ s ự tách bi ệ t gi ữ a khái ni ệ m “ Đấ t bão hòa” trong C ơ h ọ c đấ t bão hòa và “ Đấ t không bão hòa” trong C ơ h ọ c đấ t không bão hòa; c ũ ng là đ i ề u chúng tôi mong mu ố n làm rõ tr ướ c khi b ướ c vào nh ữ ng n ộ i dung k ế ti ế p c ủ a Ti ể u lu ậ n này_ đặ c bi ệ t liên quan nhi ề u đế n lý thuy ế t C ơ h ọ c đấ t không bão hòa . Trên đ ây là thi ể n ý ch ủ quan c ủ a nhóm, xin đượ c s ự góp ý c ủ a các b ạ n và th ầ y. Với C ơ h ọ c đấ t bão hòa, chúng ta chỉ làm việc với 2 pha : rắn – nước. Pha nước có u w > 0, là kiến thức mà chúng ta được tiếp xúc trước hết và thường xuyên, có thể gọi là quen thuộc. Với C ơ h ọ c đấ t không bão hòa, có nhiều hơn 2 pha, là : rắn – khí – nước; trong đó pha nước có u w < 0. Vì vậy chúng ta được tìm hiểu đầy đủ hơn các thông số áp lực lỗ rỗng, gồm cả khí và n ướ c. Tuy nhiên, đ ây là ki ế n th ứ c còn m ớ i m ẻ v ớ i chúng ta, th ờ i gian chúng ta ti ế p xúc v ớ i nó ch ư a lâu, nên không kh ỏ i có nh ữ ng khó kh ă n, b ỡ ng ỡ . Đ ó chính là đ i ề u mà nhóm chúng tôi đ ã g ặ p ph ả i khi nghiên c ứ u th ự c hi ệ n đề tài ti ể u lu ậ n này. Do đ ó r ấ t mong các b ạ n trong l ớ p và th ầ y h ướ ng d ẫ n đ óng góp ý ki ế n để s ử a ch ữ a, b ổ sung cho nh ữ ng sai sót n ế u có c ủ a nhóm chúng tôi (!). Có một điểm cần được nhấn mạnh khi nói về đất không bão hòa, đó là vai trò quan trọng của áp lực nước lỗ rỗng âm (u w < 0). Cụ thể như sau : Trong môi trường mà áp lực nước lỗ rỗng đã âm, khi độ ẩm tăng lên – tức là áp lực nước lỗ rỗng tăng dần và có xu hướng tiến về giá trị dương (+) – sẽ dẫn đến kết quả : làm thay đổi thể tích và độ bền chống cắt, làm tăng tính trương nở/giãn nở của một số loại đất, làm giảm độ bền chống cắt của nhiều loại đất; hoặc liên quan tới việc làm giảm sức chịu tải và module đàn hồi của đất. Áp lực nước lỗ rỗng âm khi thay đổi (do mưa …) còn gây ra phá hoại mái dốc. Qua những ảnh hưởng này cho thấy áp lực nước lỗ rỗng âm có khả năng chi phối mạnh mẽ đến hành vi cơ học của đất không bão hòa. Đề tài số 8: Các thông số áp lực nước lỗ rỗng-Áp dụng vào thực tế GVHD: TS. Bùi Trường Sơn Tiểu luận ĐCCT nâng cao Trang 6 II. THÔNG SỐ ÁP LỰC LỖ RỖNG : 1. Giới thiệu về các thông số áp lực lỗ rỗng: - Áp lực lỗ rỗng gồm có áp lực khí lỗ rỗng và nước lỗ rỗng. Khi biến đổi, áp lực lỗ rỗng sẽ có ảnh hưởng đến ứng xử của đất không bão hòa. - Điều kiện phát sinh áp lực lỗ rỗng: 1. Có dòng chảy thấm qua đất 2. Dưới tác dụng của tải trọng ngoài: sau khi gia tải, áp lực lỗ rỗng thường được xem xét như trong điều kiện không thoát nước. Khi đó, tổng ứng suất tác dụng truyền vào kết cấu đất qua nước và khí lỗ rỗng phụ thuộc chủ yếu vào tính nén của chúng. Áp lực dư này tiêu tán theo thời gian nếu chất lưu trong lỗ rỗng thoát đi và ứng suất tổng cuối cùng truyền cho kết cấu đất. - Phản ứng của áp lực lỗ rỗng đối với tải trọng ngoài được biểu thị bằng các thông số áp lực lỗ rỗng. Ứng dụng của các thông số áp lực lỗ rỗng trong các bài toán thực tế: + Đánh giá áp lực lỗ rỗng phát sinh và biến đổi trong quá trình thi công + Được xét đến khi xây dựng đập đất, đường, đê… + Phân tích dòng chuyển tiếp trong bài toán cố kết - Dưới tác dụng của ứng suất tổng tải trọng ngoài, kết cấu đất bị nén lại. Bản thân pha rắn của đất có tính nén rất nhỏ có thể bỏ qua. Tính nén của đất chủ yếu là do tính nén của khí, nước và hỗn hợp khí – nước. Do đó, cần xem xét tính nén của từng pha trước khi thiết lập các thông số áp lực lỗ rỗng. 2. Tính nén của chất lưu trong lỗ rỗng: - Khái niệm chất lưu trong lỗ rỗng được sử dụng cho khí, nước và hỗn hợp khí – nước có trong các lỗ rỗng của cấu trúc đất. - Xét trường hợp đất không bão hòa chịu gia tải không thoát nước. Khi đó, áp lực khí và nước lỗ rỗng tăng lên. Biến đổi thể tích xảy ra do sự nén của khí và nước. Biến đổi thể tích của một pha liên hệ với biến đổi áp lực thông qua độ nén của nó. - Định nghĩa độ nén đẳng nhiệt: là sự biến đổi áp lực trong mỗi đơn vị thể tích tại một nhiệt độ không đổi. du dV V 1 C −= - Ứng dụng của định luật Boyle và định luật Henry vào công thức tính độ nén: Đề tài số 8: Các thông số áp lực nước lỗ rỗng-Áp dụng vào thực tế GVHD: TS. Bùi Trường Sơn Tiểu luận ĐCCT nâng cao Trang 7 + Định luật Boyle: ở một nhiệt độ không đổi, áp suất tuyệt đối và thể tích của khí tỷ lệ nghịch với nhau: pV= const. + Định luật Henry: độ tan của khí vào chất lỏng tăng lên khi áp suất khí tăng lên. a) Độ nén c ủ a khí: a a u 1 C= (1) Ta có: a a a a du dV V 1 C −= (2) Theo định luật Boyle: a a ao ao VuVu = (3) Với: + ao u : áp suất tuyệt đối ban đầu ( ao u = u ao + atm u ) + u ao : áp suất đo theo áp kế + atm u : áp suất khí quyển ( 101.3 kPa ) + a u : áp suất tuyệt đối ( a u = u a + atm u ) + V ao : thể tích khí ban đầu → a ao ao a u Vu V = Lấy vi phân thể tích khí V a theo áp suất tuyệt đối a u ta có: )Vu( u 1 ud dV ao ao 2 a a a −= (4) Thay (3) vào (4): a a a a u V ud dV −= (5) a a atma a a a du dV )uud( dV ud dV = + = (vì atm u = const) Thay (5) → a a a a u V du dV −= , thay vào (1) → a a u 1 C = Nhận xét: độ nén của khí tỷ lệ nghịch với áp suất khí tuyệt đối. b) Độ nén c ủ a n ướ c: Độ nén của nước được định nghĩa: w w w w du dV V 1 C −= (6) Đề tài số 8: Các thơng số áp lực nước lỗ rỗng-Áp dụng vào thực tế GVHD: TS. Bùi Trường Sơn Tiểu luận ĐCCT nâng cao Trang 8 Với: + C w : độ nén của nước + V w : thể tích nước + dV w /du w : thay đổi thể tích theo thay đổi áp lực nước + u w : áp lực nuớc c) Độ nén c ủ a h ỗ n h ợ p khí – n ướ c: a aw waw u d du hS)S-1( d du SCC       ++       = σσ (7) Xét cấu tạo của một thể tích đất khơng bão hòa có độ rỗng n, độ bão hòa S, chịu ứng suất tổng σ. Quan hệ thể tích Khí tự do Khí hòa tan Nước Hạt rắn V a = (1 - S)(V a + V w ) V d = hS(V a + V w ) V w = S (V a + V w ) V s V v = V a + V w = nV V Quan hệ thể tích Ban đầu Cuối cùng Ứng suất tổng σ σ + dσ Áp lực khí lỗ rỗng u a u a + du a Áp lực nước lỗ rỗng u w u w + du w Đề tài số 8: Các thông số áp lực nước lỗ rỗng-Áp dụng vào thực tế GVHD: TS. Bùi Trường Sơn Tiểu luận ĐCCT nâng cao Trang 9 Hệ số hòa tan h: cho biết phần trăm lượng khí hòa tan trong một thể tích nước: w d V V h= Độ bão hòa S: wa w VV V S + = Khi tác dụng một lượng tăng vô cùng nhỏ ứng suất tổng dσ lên đất không thoát nước: u a và u w tăng lên trong khi V w và V a giảm xuống. Độ nén của hỗn hợp khí – nước cho một lượng tăng vô cùng nhỏ của ứng suất tổng có thể viết lại bằng cách sử dụng ứng suất tổng như là một tham chiếu:       + + − + −= σσ d )Vd(V d )Vd(V VV 1 C dadw aw aw Vì V d = const trong nước:       + + + −= σσ d )Vd(V d dV VV 1 C da w aw aw ⇔       + + + −= σσ d du du )Vd(V d du du dV VV 1 C a a da w w w aw aw ⇔       + ++ + −       + −= σσ d du du )Vd(V VV 1 VV VV d du du dV V 1 VV V C a a da daaw da w w w waw w aw S - C w (1-S+hS) - C a ⇔       ++       = σσ d du hS)CS-1( d du SCC a a w waw , với a a u 1 C = → a a w waw u d du hS)S-1( d du SCC       ++       = σσ 3. Khái niệm thông số áp lực lỗ rỗng: Với các thông số σd du w và σd du a , người ta đưa ra khái niệm thông số áp lực lỗ rỗng: là tỷ số giữa biến đổi áp lực lỗ rỗng và biến đổi ứng suất tổng. - Khái niệm thông số áp lực lỗ rỗng đầu tiên được Skempton và Bishop giới thiệu năm 1954. - Các đặc điểm của thông số áp lực lỗ rỗng: Đề tài số 8: Các thông số áp lực nước lỗ rỗng-Áp dụng vào thực tế GVHD: TS. Bùi Trường Sơn Tiểu luận ĐCCT nâng cao Trang 10 + Thông số áp lực lỗ rỗng của mỗi pha là khác nhau, phụ thuộc chủ yếu vào độ bão hòa. + Thông số áp lực lỗ rỗng phụ thuộc vào độ cứng của khung hạt đất và điều kiện gia tải. + Có thể đo trực tiếp trong phòng thí nghiệm. - Đối với điều kiện gia tải đẳng hướng, thông số áp lực lỗ rỗng kí hiệu B: { } a awwaw uhS)BS-1(BSCC ++= Với B a , B w lần lượt là áp lực khí và nước lỗ rỗng khi gia tải đẳng hướng: B a = 3 a d du σ , B w = 3 w d du σ Trong công thức trên: • SC w B w : đặc trưng cho tính nén của thành phần nước trong hỗn hợp • (1–S+hS)B a / a u = (1–S)B a / a u + hS B a / a u : đặc trưng cho tính nén của thành phần khí trong hỗn hợp, gồm có: (1–S)B a / a u : đặc trưng cho tính nén của khí tự do hS B a / a u : đặc trưng cho tính nén của khí hòa tan Khí tự do ảnh hưởng chủ yếu đến độ nén của hỗn hợp, còn khí hòa tan làm đất bị nén và có ảnh hưởng lớn đến độ nén của hỗn hợp khi có thể tích chiếm ít hơn 20% thể tích lỗ rỗng. 4. Các thông số áp lực lỗ rỗng ứng với từng điều kiện gia tải: - Có 2 loại thông số áp lực lỗ rỗng: thông số tiếp tuyến (kí hiệu B) và thông số cát tuyến (kí hiệu B’). - Xét cho pha khí: • Ứng với 1 lượng tăng vô cùng nhỏ của ứng suất tổng: B a = 3 a d du σ • Khi đưa về điều kiện ban đầu: ∆u a = u a – u ao ; ∆σ 3 = σ 3 - σ 3o , B’ a = 3 a u σ∆ ∆ - Xét cho pha nước: B w = 3 w d du σ , B’ w = 3 w u σ∆ ∆ [...]... +0.00 Các thơng số ALLR của Skempton thường được sử dụng trong thực tế để tính tốn trước áp lực nước lỗ rỗng khi đặt tải cơng trình nhanh tương ứng với điều kiện khơng thốt nước như Tiểu luận ĐCCT nâng cao Trang 24 Đề tài số 8: Các thơng số áp lực nước lỗ rỗng- Áp dụng vào thực tế GVHD: TS Bùi Trường Sơn thi cơng đường trong khu vực nền đất yếu, thời gian thi cơng rất ngắn so với cần thiết để nước lỗ rỗng. .. nước hầu như truyền tồn bộ vào cấu trúc đất, áp lực lỗ rỗng hầu như khơng đổi: Ba=dua/ dσ ≈ 0 Biến Tiểu luận ĐCCT nâng cao Trang 13 Đề tài số 8: Các thơng số áp lực nước lỗ rỗng- Áp dụng vào thực tế GVHD: TS Bùi Trường Sơn đổi thể tích có thể tính được từ ứng suất pháp thực (σ - ua), biến đổi thể tích do biến đổi độ hút dính khơng đáng kể trong đất khơ - Các thơng số áp lực lỗ rỗng trong mỗi điều kiện... Khi đất bão hòa với áp lực nước lỗ rỗng bằng khơng, hệ số áp lực nghỉ của đất K0= 0,538 Sau đó hệ số nghỉ giảm khi lực hút dính của đất tăng lên Điều này đúng với mọi độ sâu, nhưng tốc độ giảm của hệ số nghỉ lớn hơn ở các độ sâu nhỏ Hệ số nghỉ K0 bằng khơng là dấu hiệu của xu hướng bị nứt Tiểu luận ĐCCT nâng cao Trang 27 Đề tài số 8: Các thơng số áp lực nước lỗ rỗng- Áp dụng vào thực tế GVHD: TS Bùi Trường... (11.4) Trong đó: εv: biến dạng theo phương đứng σv : ứng suất pháp tổng theo phương đứng σh: ứng suất pháp theo phương ngang μ: hệ số Poisson E; mơđum đàn hồi tương ứng với biến thiên của (σ-u a) ua: áp lực khí lỗ rỗng uw: áp lực nước lỗ rỗng Tiểu luận ĐCCT nâng cao Trang 26 Đề tài số 8: Các thơng số áp lực nước lỗ rỗng- Áp dụng vào thực tế GVHD: TS Bùi Trường Sơn Phương trình ứng suất biến dạng theo...Đề tài số 8: Các thơng số áp lực nước lỗ rỗng- Áp dụng vào thực tế GVHD: TS Bùi Trường Sơn - So sánh 2 loại thơng số: Trường hợp áp dụng Thơng số tiếp tuyến Thơng số cát tuyến - Khi biến đổi của ứng suất tổng: - lớn uw→ua, Bw= Ba=1 - Khi bão hòa - vơ cùng nhỏ Bw≠ Ba . tr ườ ng đấ t v ừ a nêu ở trên, đồ ng th ờ i so sánh và nhìn nh ậ n l ạ i nh ữ ng ki ế n th ứ c riêng v ề ph ầ n áp l ự c l ỗ Đề tài số 8: Các thông số áp lực nước lỗ rỗng-Áp dụng vào thực. phần lỗ rỗng V w : thể tích phần chất lỏng (nước) § Đấ t bão hòa : khi : S > 85 % § Đấ t ẩ m : khi : 85 % > S > 50% § Đấ t ít ẩ m : khi : 50% > S (theo – C ơ h ọ c đấ t_Châu. cách phân lo ạ i trên thì ch ỉ c ầ n đấ t đạ t đ i ề u ki ệ n S > ;85 % ,t ứ c là l ượ ng n ướ c ch ỉ c ầ n chi ế m trên 85 % th ể tích ph ầ n r ỗ ng ch ứ a nó, thì có th ể xem là đấ t bão