Bài giảng môn cơ học đất

Bài giảng Cơ Học Đất CHƢƠNG MỞ ĐẦU Nhiệm vụ, mục đích thành phần môn học Nắm vững đặc trựng chủ yếu làm việc đất móng công trình, đặc điểm cấu tạo phƣơng pháp tính toán thiết kế – móng Trên sở số liệu đầu vào: địa chất công trình, tải trọng tác động  đƣa giải pháp móng khác` theo trạng thái giới hạn thiết kế ` móng kinh tế Nội dung: Hiểu cấu tạo đất, tính chất vật lý tính chất học đất  giải toán biến dạng đất dƣới tác dụng ngoại lực toán liên quan đến độ bền đất (độ ổn định, độ lún theo thời gian, sức chịu tải đất, xác định áp lực đất lên công trình, toán ổn định) Bao gồm chƣơng: Chƣơng 1: Tính chất vật lý đất  Các tiêu vật lý đất, liên quan chúng  Phân loại đất Chƣơng 2: Phân bố ứng suất đất  Xác định ứng suất thân đất gây  Xác định ứng suất tải trọng gây  ứng suất tiếp xúc dƣới đáy móng Chƣơng 3: Biến dạng độ lún đất  Xác định độ lún ổn định đất dƣới móng công trình  Tính lún theo thời gian Chƣơng 4: Sức chịu tải đất  Phƣơng pháp tính toán dựa vào lý luận biến dạng tuyến tính  Phƣơng pháp tính toán dựa vào lý thuyết cân giới hạn Chƣơng 5: Ổn định mái đất Chƣơng 6: Áp lực đất lên tƣờng chắn  Áp lực đất chủ động  Áp lực đất bị đông Tài liệu tham khảo [1] Giáo trình học đất, nhà xuất Bộ Giáo dục Đào tạo (1995), Lê Quý An, Nguyễn Công Mẫn, Nguyễn Văn Quí [2] Cơ học đất (tập 1, 2), nhà xuất Bộ Giáo dục Đào tạo (1997), Roy Whitlow [3] Bài tập học đất, nhà xuất Giáo dục, Vũ Công Ngữ - Nguyễn Văn Thông [4] GS.TSKH Bùi Anh Định, PGS.TS Nguyễn Sỹ Ngọc – Nền Móng Tầng hầm nhà cao tầng – NXBXD,2006 [5] Phan Trƣờng Phiệt - Cơ học đất ứng dụng tính toán công trình đất theo trạng thái giới hạn Trang Bài giảng Cơ Học Đất Chƣơng TÍNH CHẤT CƠ LÝ VÀ CƠ HỌC CỦA ĐẤT Nội dung chính: xét cấu tạo đất, kết cấu đất, tính chất vật lý đất, tính chất trạng thái vật lý đất, phân loại đất Qúa trình hình thành đất Đất đƣợc hình thành từ đá gốc bị phong hóa nguyên nhân vật lý, học, hóa học, vi sinh vật tạo thành sản phẩn phong hóa Có ba dạng phong hóa:  Phong hóa vật lý: tác động tự nhiên môi trƣờng xung quanh lớp đá (tác động nhiệt độ, đông cứng tan rã nước) Sản phẩm đất đá bị nứt nẻ nát vụn thành nhiều mãnh với kích thƣớc khác  Phong hóa hóa học: tác động hóa chất có không khí nƣớc, lên khoáng vật tạo đá làm cho đá bị biến chất dần dẫn tới nát vụn, hình thành hạt nhỏ, có tính chất khác hẳn so với đá gốc, ngƣời ta gọi khoáng vật thứ cấp  Phong hóa sinh học: Là số động thực vật có khả tiết PH làm biến đổi đá gốc, sản phẩm trình có tính chất khác với đá gốc ban đầu Ba loại phong hóa thƣờng có tác dụng đồng tời lâu dài làm cho lớp đất đá mặt bị vỡ vụn sau tác dụng dòng nƣớc gió làm hạt bị nơi khác, tùy theo kích thƣớc lớn hay nhỏ mà hạt chuyển gần hay xa để hình thành tầng địa chất khác Quá trình di chuyển lắng đọng trình trầm tích (3/4 bề mặt lục địa bao lớp trầm tích này, lại núi đá) Các hạt có kích thƣớc tƣơng đối lớn 0.005mm chồng chất lắng đọng lên hạt liên kết – rời rạc hạt thình thành lên lớp đất (đất cát, cuội, sỏi, …) Các hạt nhỏ hơn, thƣờng có tính keo dính tích điện, chúng theo gió nƣớc xa lắng đọng, liên kết thình thành lớp đất sét, sét pha, cát pha, … (đất dính) 1.1 1.2 Các thành phần chủ yếu đất: Sản phẩm trình phong hóa có hai loại:  Đất tàn tích: dịch chuyển gần nơi bị phong hóa  Đất trầm tích: sản phẩm phong hóa dịch chuyển xa nhờ gió, nƣớc, băng tan … lắng tụ lại tạo thành loại: Trầm tính lục địa trầm tích biển: Đặc điểm đất trầm tích: Phân lớp, phân tầng theo quy luật lắng đọng chi phối cách xếp cở hạt đƣợc xếp tần đất, lớp đất sâu (trầm tích trước) thƣờng chặt tầng đất bên bị đè nén chặt tầng phía  Các hạt đất xếp chồng chất lên tồn khe rỗng, lỗ rỗng hạt ảnh hƣởng đến tính chất đất, nghiên cứu đất phải xét đến thành phần đất Từ lý ngƣời ta gọi đất vật thể có thành phần (3 pha)  Pha rắn: gọi khung cốt đất  Pha lỏng: gồm nƣớc lỗ rỗng  Pha khí: gồm khí, lỗ rỗng Trang Bài giảng Cơ Học Đất Khi lỗ rỗng chứa đầy nƣớc gọi đất bão hòa nƣớc, có pha: pha rắn pha lỏng, gọi học đất bảo hòa Pha thứ chất khí thực tế ảnh hƣởng tính chất học đất 1.2.1 Pha rắn (hạt đất): Là đối tƣợng định tính chất thịu lúc biến dạng đất Thành phần khoáng: Có thể giống khác đá gốc trình thành tạo, gồm thành phần chính: Nguyên sinh – Thứ sinh vô cơ:  Nguyên sinh: thành phần khoáng sunfat, thạch anh, mica, … thƣờng d > 0.005mm  Thứ sinh gồm thành phần không hòa tan (khoáng vật sét) khoáng vật hòa tan (canxi, dolonit, thạch cao, ), thƣờng có d < 0.005mm Kích thước hạt  Xác định kích thƣớc (cở hạt) Loại hạt Đƣờng kính d (mm) Hạt đất >2 Hạt cát 0.05 ÷ Hạt bụi 0.005 ÷ 0.05 Hạt sét < 0.005 (hoặc 0.002) Đặc tính Không có tính dính (đất rời) Có tính dính  Nhóm hạt: bao gồm hạt có kích thƣớc gần Tên nhóm d (mm) Tính chất Đá lăn, đá tảng 800 – 200 Dăm, cuội 200 – 20 Hệ số thấm lớn nên không giữ nƣớc, không dính Sỏi, sạn 20 – Hạt cát    Thô (to) Vừa (trung) Nhỏ (mịn) 0.5 – 0.25 – 0.5 0.05 – 0.25 Dễ thấm, không dính, không chịu ảnh hƣởng nƣớc To Nhỏ 0.05 – 0.01 0.01 – 0.005 Có tính dính, chịu ảnh hƣởng nƣớc, hệ số thấm nhỏ Sét Keo 0.005 – 0.002 < 0.002 Hệ số thấm nhỏ, dính, chịu ảnh hƣởng nƣớc Hạt bụi:   Hạt mịn:   Biểu diễn cở hạt mẩu đất xây dựng Các phƣơng pháp phân tích: Trang Bài giảng Cơ Học Đất  Phương pháp dùng rây: phƣơng pháp thƣờng áp dụng với hạt thô (lớn) dùng rây: ngƣời ta dùng hệ thống rây có đƣờng ính lỗ to nhỏ khác nhau, để tiện cho việc dụng ngƣời ta dùng loại rây có đƣờng kính lỗ trùng với giới hạn đƣờng kính nhóm hạt phân chia nhƣ  Phương pháp thủy lực: phƣơng pháp dựa sở định luật Stokes, tốc độ hạt hình cầu lắng chìm môi trƣờng lỏng hàm số đƣờng kính trọng lƣợng riêng đất (hiện thường dùng phương pháp tỷ trọng kế) Phƣơng pháp thƣờng dùng để xác định thành phần hạt đất hạt bụi sét Hàm lƣợng hạt tỷ số giửa khối lƣợng hạt so với tổng khối lƣợng đất thí nghiệm Đƣờng cong cấp phối: từ hàm lƣợng hạt ta tính đƣợc hàm lƣợng tích lủy, vẽ đƣờng cong câp phối với trục hoành kích thƣớc hạt, trục tung % tích lủy Từ điểm đƣờng cong ta xác định đƣợc % đƣờng kính tƣơng ứng, ví dụ A(0.01, 50%)  hạt có đƣờng kính ≤ 0.01 mm chiếm 50%  Độ dốc: dốc cở hạt đồng hơn, thoải phức tạp vị thành phần cở hạt không đồng  Các tham số đặc trƣng  d10 đƣờng kính cở hạt mà ≤ 10% (đường kính có hiệu)  d60, d30 tƣơng tự  hệ số đồng , hệ số Cu lớn đất đƣợc cấu tạo hạt có kích thƣớc không nhau, ngƣợc lại Cu nhỏ đất hạt thực tế hệ số Cu áp dụng cho loại đất rời, Cu lớn đƣợc gọi cát không đƣợc xem có cấp phối tốt, lúc lỗ rỗng hạt lớn đƣợc hạt nhỏ xen kẽ lấp kín, làm cho độ chặt đất tăng lên tính thấm giảm đi, đồng thời đất có tính lún nhỏ khản chống cắt lớn chịu tác dụng tải trọng 1.2.2 Pha lỏng : Bao gồm 03 loại    Nƣớc hạt (nước liên kết) Nƣớc kết hợp mặt (nước màng) Nƣớc tự do: nƣớc khe, lỗ rổng hạt (còn gọi nước lỗ rổng) Trang Bài giảng Cơ Học Đất 1.2.3 Pha khí  Giữa khe hở hạt, thành phần nƣớc có thành phần khí, nói chung vai trò khí không ảnh hƣởng đáng kể tính chất đất Các tiêu vật lý đất Thông thƣờng đất có ba thành phần tạo nên rắn – lỏng – khí Trong tự nhiên tỷ lệ ba thành phần thay đổi nhiều, đặc biệt thành phần nƣớc, có chứa đầy lỗ rỗng đất (đất bảo hòa) Tỷ lệ ba thành phần thay đổi trạng thái vật lý thay đổi theo Tỷ lệ phân phối trọng lƣợng thể tích ba thành phần đất gọi chung tiêu vật lý đất Vậy tiêu vật lý thông số thể tính chất vật lý đất đá Đây thông số cần thiết để định danh đất đá, xác định trạng thái đất đá để tiến hành phân tích thiết kế công trình Trong tiêu vật lý đất, có loại phải trực tiếp làm thí nghiệm xác định đƣợc – gọi tiêu xác định thí nghiệm, có loại tính toán từ tiêu thí nghiệm mà – gọi tiêu tính toán, tiên có tiêu dùng để đánh giá (hay xác định) trạng thái đất, ta đƣa nhóm gọi tiêu xác định trạng thái đất Để tiện cho việc nghiên cứu tiêu vật lý đất, ta thống dùng sơ đồ quy ƣớc hình bên ký hiệu sau: 1.3 Vk, Vn, Vh, Vr, V: thể tích khí, nƣớc, hạt rắn, lỗ rỗng, thể tích toàn mẫu đất đó; Qn, Qh, Q: trọng lƣợng phần nƣớc, hạt rắn toàn mẫu đất; m, n thể tích hạt, lỗ rỗng đơn vị thể tích Khối lượng thể tích tự nhiên : Khối lƣợng thể tích tự nhiên hay khối lƣợng thể tích mẫu đất đá có độ ẩm  đƣợc định nghĩa tỉ số tổng khối lƣợng ba pha với tổng thể tích Sơ đồ quy ước ba pha đất tỷ lệ chúng  M : khối lƣợng mẫu đất đá trạng thái tự nhiên – pha : rắn, nƣớc, khí (g,  Vo : thể tích mẫu đất đá trạng thái tự nhiên – pha : rắn, nƣớc, khí kg, T) (m ) Khi pha nƣớc chiếm toàn thể tích pha rỗng, ta có khối lƣợng đất đá bão hòa Khi xác định cần dùng mẫu nguyên dạng tùy theo loại đất mà chọn dùng phƣơng pháp thí nghiệm cho thích hợp Đất loại sét, hạt nhỏ dính kết, dễ cắt ta dùng phƣơng pháp dao vòng; đất vụn to, chứa sỏi, cuội không cắt đƣợc dao vòng ta nên dùng phƣơng pháp bọc parafin Khối lượng thể tích khô : Khối lƣợng thể tích khô đƣợc định nghĩa tỉ số khối lƣợng pha rắn với tổng thể tích Trang Bài giảng Cơ Học Đất  Mh : khối lƣợng mẫu đất đá trạng thái khô – pha rắn (g, kg, T)  Vo : thể tích mẫu đất đá trạng thái tự nhiên – pha : rắn, rỗng (m3) Khối lƣợng thể tích khô phụ thuộc vào loại vật liệu, cấu trúc đất đá (độ đặc / rỗng) Khối lượng thể tích bão hòa : Khối lƣợng thể tích bão hòa khối lƣợng thể tích mẫu đất đá pha nƣớc chiếm toàn thể tích pha rỗng  Mbh : khối lƣợng mẫu đất đá trạng thái bão hòa nƣớc (g, kg, T) Mbh = Mh + Mnbh = Mh + Vr n  Vo : thể tích mẫu đất đá trạng thái bão hòa nƣớc (m3) Khối lượng thể tích đẩy : Khối lƣợng thể tích đẩy hay khối lƣợng thể tích ngập nƣớc khối lƣợng hiệu đơn vị thể tích đất đá bị ngập nƣớc Khi dƣới tác dụng lực đẩy Archimere, khối lƣợng thực đơn vị thể tích đất đá : đn = bh - n (g/cm3, T/m3) Khối lượng riêng hạt đất: Là trọng lƣợng đơn vị thể tích hạt rắn đất  Mh : khối lƣợng mẫu đất đá trạng thái khô – pha rắn (g, kg, T)  Vh : thể tích hạt đất đá (cm3 , m3) Tỷ trọng hạt : Tỷ trọng hạt đƣợc định nghĩa tỉ số khối lƣợng riêng pha rắn hạt với khối lƣợng riêng pha nƣớc Độ ẩm : Độ ẩm đất tỷ số trọng lƣợng nƣớc chứa đất trọng lƣợng hạt đất khối đất tự nhiên Độ ẩm W (%) tiêu đánh giá lƣợng nƣớc có thật Mn mẫu đất đá thời điểm thí nghiệm  Mn : khối lƣợng nƣớc có đất đá trạng thái tự nhiên – hút khí ẩm không khí  Mh : khối lƣợng mẫu đất đá khô (pha rắn)  M : khối lƣợng mẫu đất đá tự nhiên (pha rắn + khí + nƣớc) Trang Bài giảng Cơ Học Đất Để xác định độ ẩm đất ngƣời ta tìm trọng lƣợng mẩu đất trƣớc sau sấy nhiệt độ 100oC ÷ 105oC đến trọng lƣợng không đổi, từ biết đƣợc trọng lƣợng nƣớc trọng lƣợng hạt Độ bão hòa : Độ bão hòa Sr (%) biểu diễn lƣợng nƣớc chiếm chỗ cấu trúc đất đá Chỉ tiêu độ bão hòa đƣợc định nghĩa tỉ số thể tích nƣớc chiếm chổ với thể tích pha rỗng mẫu đất đá Sr  Vn Vr Mẫu đất đá đạt trạng thái bão hòa pha nƣớc chiếm chỗ toàn pha rỗng, Sr = Mẫu đất đá đạt trạng thái khô hoàn toàn Sr = Phân nhóm đất theo độ bão hòa Độ bão hòa Đất hạt mịn Độ bão hòa Đất hạt thô  0,2 Khô  0,5 Ít ẩm 0,2  0,4 Ít ẩm 0,5  0,8 Am 0,4  0,8 Am 0,8  1,0 Bão hòa Bão hòa 0,8  1,0 Độ rỗng vật liệu : Độ rỗng n (%) tỉ số thể tích pha rỗng với tổng thể tích mẫu đất đá 10 Hệ số rỗng : Hệ số rỗng e (%) tỉ số thể tích pha rỗng với thể tích pha rắn mẫu đất đá Các biểu thức quy đổi: STT Chỉ tiêu cần xd Công thức Hệ số rỗng Độ rỗng Độ bão hòa Trang Bài giảng Cơ Học Đất Trọng lƣợng riêng hạt Trọng lƣợng riêng khô 10 11 Trọng lƣợng riêng đẩy 12 13 Trọng lƣợng riêng ƣớt 14 Trọng lƣơng riêng bảo hòa Các tiêu trạng thái vật lý đất – phân loại đất Đất đá thƣờng đƣợc chia thành hai dạng : dạng rời (cát, đá) dạng dính (đất sét) 1.4 1.4.1 Đất rời : dùng tiêu độ chặt để đánh giá trạng thái Độ chặt khái niệm nói lên tính rời rạc hay chặt sít đất đá ứng với độ ẩm định liên quan trực tiếp đến hệ số rỗng đất đá a) Dùng hệ số rỗng đánh giá độ chặt đất rời : Bảng tiêu chuẩn phân loại độ chặt đất rời theo hệ số rỗng Loại đất Cát sỏi, hạt thô, hạt trung Cát hạt nhỏ Cát bột Chặt e < 0,55 e < 0,60 e < 0,60 Độ chặt Chặt trung bình 0,55  e  0,70 0,60  e  0,75 0,60  e  0,80 Rời rạc e > 0,70 e > 0,75 e > 0,80 b) Dùng độ chặt tƣơng đối để đánh giá trạng thái đất rời : Phƣơng pháp dùng hệ số rỗng thích hợp với loại đất cát túy thông số sử dụng để so sánh đƣợc lập cho loại cát Đối với loại đất rời khác, có hàm lƣợng sét tƣơng đối cần sử dụng độ chặt tƣơng đối để đánh giá trạng thái đất Độ chặt tƣơng đối Dr hay số độ chặt ID phụ thuộc vào trạng thái nén chặt, hệ số rỗng thực tế đất đá Đất trạng thái chặt có Dr = Đất trạng thái rời rạc có Dr = Trong đó: Trang Bài giảng Cơ Học Đất   e : hệ số rỗng đất đá trạng thái tự nhiên emax : hệ số rỗng tối đa – hệ số rỗng đất đá trạng thái rời rạc  emin : hệ số rỗng tối thiểu – hệ số rỗng đất đá trạng thái chặt Trạng thái nén chặt tƣơng đối Trạng thái đất Rất rời rạc Rời rạc Trung bình Chặt Rất chặt Dr (%)  15 15  35 35  65 65  85 85  100 1.4.2 Đất dính: dùng tiêu độ sệt để đánh giá trạng thái Độ sệt đặc trƣng trạng thái vật lý cứng hay mềm loại đất dính độ ẩm định Đất dính có trạng thái : cứng, nửa cứng, dẻo chảy Khi độ ẩm đất tăng dần đất chuyển từ trạng thái sang trạng thái khác - theo thứ tự cứng đến nửa cứng đến dẻo cuối trạng thái chảy, đồng thời thể tích thay đổi theo Sự thay đổi trạng thái đƣợc biểu diễn qua quan hệ sau :  c : giới hạn co ngót - độ ẩm đất bắt đầu thay đổi thể tích hút nƣớc d : giới hạn dẻo : độ ẩm giới hạn ứng với trạng thái trung gian nửa cứng dẻo Lúc này, đất lƣợng nƣớc chủ yếu nƣớc hoá học nƣớc hoá lý Đối với đất trạng thái dẻo, độ ẩm vừa giảm nhỏ giới hạn dẻo đất tính dẻo chuyển sang trạng thái nửa cứng, dễ gãy vỡ Lợi dụng đặc điểm này, dùng thí nghiệm lăn đất để xác định giới hạn dẻo  ch : giới hạn chảy : độ ẩm giới hạn ứng với trạng thái trung gian dẻo sệt Lúc này, đất có thành phần nƣớc tự nên hạt chuyển dịch dễ dàng Giới hạn xác định dụng cụ Casagrande Quan hệ độ ẩm thể tích đất đá Trang Bài giảng Cơ Học Đất Hai giới hạn độ ẩm quan trọng đất dính giới hạn dẻo ( d) giới hạn chảy ( ch) – biểu thị tƣơng ứng biên trái biên phải quan hệ độ ẩm thể tích Phạm vi trạng thái dẻo xác định số dẻo Id Id =  ch – d Chỉ số dẻo dùng để xác định loại đất (sét / sét / cát) Chỉ số sệt Is dùng để đánh giá độ đặc đất dính : Trong đó: ω (W) độ ẩm tự nhiên đất Chỉ số dẻo đất loại sét Loại đất Cát pha Sét pha Sét Chỉ số dẻo (%) < Id  7 < Id  17 Id > 17 Bảng tiêu chuẩn đánh giá độ đặc đất dính Tên đất trạng thái Đất cát pha sét Cứng Dẻo Sệt Đất sét pha đất sét Cứng Nửa cứng Dẻo cứng Dẻo mềm Dẻo sệt / chảy Sệt / chảy Độ sệt (Is) Is < 0  Is < Is  Is < 0  Is < 0,25 0,25  Is < 0,50 0,50  Is < 0,75 0,75  Is < Is  Ví dụ: Một mẫu đất dự đoán đất dính, đƣợc thí nghiệm cho số liệu sau : Độ ẩm tự nhiên 45% , độ ẩm giới hạn dẻo 37% , độ ẩm giới hạn sệt 59% Hãy xác định loại đất trạng thái Giải Dự đoán đất dính, tính số dẻo : Vì Id > 17% : đất sét Đánh giá trạng thái, tính số sệt : Is  Id = ch - d = 59% - 37% = 22% ω  ω P 45%  37%   0,36 Id 22% Tra bảng :  trạng thái dẻo cứng Trang 10 Bài giảng Cơ Học Đất Điểm đặt áp lực chủ động Ecdq cách chân tƣờng khoảng: Biểu đồ áp lực chủ động trường hợp có tải trọng phân bố Nhận xét phạp vi áp dụng lý thuyết áp lực đất lên tường chắn Từ kết nghiên cứu thực nghiệm áp lực đất đất rời, cho thấy trƣờng hợp cân giới hạn chủ động, mặt trƣợt theo giả thiết C.A.Coulomb không khác so với thực tế, trị số áp lực chủ động theo lý thuyết Coulomb trị số thực tế Nói chung ε=δ≤ 150, trị số áp lực đất chủ động theo lý thuyết Coulomb phù hợp với thực tế, đặc biệt ε = sai khác không đáng kể Ngƣợc lại theo lý thuyết Coulomb để tính áp lực bị động cho kết khác xa thực tế, với góc ma sát đất đắp φ=160 sai khác 17%, φ=300 sai khác gấp đôi, với φ=400 sai khác khoảng lần Ngoài góc ma sát δ lớn sai khác lớn, δ≥ φ/3 sai khác tăng lên rõ rệt Vì thực tế dùng lý thuyết C.A.Coulomb để xác định áp lực đất bị động Lý thuyết áp lực đất C.A.Coulomb áp dụng rộng rãi lƣng tƣờng thẳng đứng nghiêng, mặt tƣờng nhẵn nhám, mặt đất nằm ngang nghiêng, nhƣng hạn chế đất đắp đất rời, trƣờng hợp phức tạp nhƣ đất đắp đất dính, đất đắp thành lớp, mặt đất có hình dạng tùy ý, mặt đất chịu tải trọng bất kỳ… áp dụng lý thuyết áp lực đất Coulomb phƣơng pháp đồ giải Culman, Rebhan để xác định áp lực đất chủ động có hiệu Lý thuyết áp lực đất W.J.W.Rankine xuất phát từ phân tích trạng thái giới hạn điểm khối đất với giả thiết ứng suất phân bố mặt tiếp xúc đất tƣờng trƣờng hợp có tƣờng tƣờng nhƣ nhau, nghĩa bỏ qua ma sát đất tƣờng Từ phân tích Rankine xác lập đƣợc công thức tính toán áp lực tĩnh đất lên tƣờng công thức xác định giá trị áp lực đất lên tƣờng với tất trạng thái đất có áp lực chủ động bị động (1857) Lý thuyết không xét đến ma sát đất tƣờng tồn lớn, dẫn đến sai khác hạn chế phạm vi ứng dụng lý thuyết Rankine Mặc dù vậy, đứng quan điểm phát triển, lý thuyết áp lực đất Rankine có giá trị Lý thuyết áp lực đất V.V.Xocolovski xuất phát từ phân tích trạng thái giới hạn điểm khối đất nhƣng có xét ảnh hƣởng ma sát đất đắp lƣng tƣờng, yếu tố làm cho phân bố ứng suất khối đất thay đổi, đất xuất nhiều vùng khác với điều kiện cân giới hạn khác Phƣơng pháp tính toán đòi hỏi khối lƣợng tính toán lớn, nên dẫn đến việc áp dụng thực tế phƣơng pháp bị hạn chế, thông thƣờng áp 6.6 Trang 83 Bài giảng Cơ Học Đất dụng trƣờng hợp đặc biệt (α=0, ε=0, δ=0) kết Xocolovski, Rankine Coulomb gần nhƣ trùng hợp 6.7 Một số vấn đề ý tính toán áp lực đất lên tường chắn 6.7.1 Việc chọn tiêu lý đất đắp: Những tiêu lý đất đắp xác định phòng thí nghiệm, trƣờng dùng đế đánh giá tính chất công trình đất đắp, tính chất định điều kiện xây dựng công trình, kết cấu, giá thành, tuổi thọ tính an toàn công trình nói chung, ảnh hƣởng trực tiếp đến kết tính toán áp lực đất lên tƣờng chắn nói riêng Vì thí nghiệm xác định tiêu (φ, c, γ) cần phải chế bị mẫu đất cho có trạng thái – “tương tự” với trạng thái làm việc đất đắp sau tƣờng, đồng thời phải coi việc lựa chọn đắn giá trị tiêu biểu đặc trƣng dùng công thức tính toán áp lực, ổn định công trình vấn đề thiếu đƣợc nghiên cứu địa chất công trình Những đặc trƣng tính chất địa chất công trình xác định đƣợc từ mẫu đất có kích thƣớc không lớn lấy từ hố thăm dò chế bị phòng thí nghiệm, thƣờng không tiêu biểu đƣợc cho toàn khối đất tầng đất đá nghiên cứu, giá trị chúng thƣờng phân tán khối đất tầng đất đƣợc coi đồng Nguyên nhân phân tán tính chất không đồng khối đất tầng đất, phá hoại cục kết cấu tự nhiên độ ẩm lấy mẫu, bảo quản chuyên chở, sai số xác định chúng phòng thí nghiệm không kể đến không xác thiết bị thí nghiệm việc ghi chép… Vì lý kể mà việc xử lý chọn đặc trƣng lý đất để phục vụ cho việc tính toán cần phải thận trọng khâu lựa chọn Mặt khác cần ý giá trị phƣơng tác dụng áp lực đất dính (chủ động bị động) phụ thuộc vào trị số góc ma sát đất đắp với tƣờng δ (góc ma sát đất đắp) lực dính đơn vị tác dụng lên mặt lƣng tƣờng góc ma sát đất đắp với tƣờng lực dính tác dụng lên mặt lƣng tƣờng phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ loại trạng thái đất đắp, vật liệu làm tƣờng, độ nhám hình dạng mặt lƣng tƣờng điều kiện địa chất thủy văn đất đắp… chƣa có cách xét xác ảnh hƣởng yếu tố tới giá trị góc ma sát lực dính đơn vị lƣng tƣờng đất đắp mà thực tế chúng thƣờng đƣợc chọn theo kinh nghiệm Đối với góc ma sát δ nói chung tác giả nghiên cứu cho giá trị lớn góc ma sát φ đất Theo TCXD 57-73: đối cới đất rời, nói chung lấy giá trị δ=φ/2, có chắn, chọn giá trị δ nhƣ sau: trƣờng hợp tƣờng có lƣng nhám nhiều (lưng tường bậc thang), lấy δ=φ, trƣờng hợp đất đắp cát nhỏ bão hòa nƣớc đƣợc phun trát bitum làm lớp phủ cách nƣớc, lấy δ=0 Trƣờng hợp đất đắp đất dính: tiêu chuẩn đề nghị lấy δ[...]... càng đều càng tốt Trang 28 Bài giảng Cơ Học Đất Chƣơng 3 DỰ BÁO ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT Khái niệm Độ lún của nền đất là biến dạng theo phƣơng thẳng đứng của nền Dự báo đô lún của nền đất là xác định độ lún tại một điểm trong nền đất Trong cơ học công trình bao giờ cũng có 2 bài toán: Bài toán về cƣờng độ và bài toán về biến dạng Dự báo đô lún của nền đất là bài toán biến dạng Khi đất dƣới tác dụng của một... thân đất Một phân tố bất kỳ nằm trong nền đất bao giờ cũng chịu một ứng suất do các lớp đất phía trên gây ra 2.2 Trang 15 Bài giảng Cơ Học Đất Ứng suất do trọng lƣợng bản thân gây ra khi một điểm nằm dƣới mặt đất một khoảng nào đó  Đối với nền gồm nhiều lớp đất khác nhau ∑ ∑  Trong đó:  n Số lớp đất  γi trọng lƣợng riêng của lớp đất thứ i  hi Chiều cao mỗi lớp đất  µo Hệ số nở hông của đất (hệ.. .Bài giảng Cơ Học Đất Tính chất cơ học của đất Tính chất cơ học của đất đá là tính chất sinh ra khi có ngoại lực tác dụng lên chúng Ngoại lực có thể là tải trọng công trình, lực kiến tạo Ngoại lực có thể gây biến dạng nền đất đá và nếu đủ mạnh có thể làm phá hủy cấu trúc nền Khi chịu tác dụng của ngoại lực, trong đất đá xuất hiện nội lực chống lại hình thành... cố kết Ut = 1  St = S Trang 34 Bài giảng Cơ Học Đất 3.4.1 Trường hợp nền đồng nhất Phƣơng trình vi phân cố kết thếm của đất sét no nƣớc trong điều kiện bài toán 1 chiều: Trong đó:     Kz: hệ số thấm của đất etb: hệ số rỗng trung bình tính theo hệ số rỗng trƣớc và sau khi chịu tải a: hệ số nén lún ao: hệ số nén lún tƣơng đối 3.4.1.1 Bài toán cơ bản (sơ đồ 0) Khi lớp đất có chiều dày h nằm trên một... trước) vz : áp lực nén do trọng lượng bản thân các lớp đất tự nhiên nằm bên trên  z : áp lực nén do tải trọng ngoài (công trình) lớp i 5- Bài tập áp dụng: Trang 14 Bài giảng Cơ Học Đất Chƣơng 2 PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT Khái niệm Xác định ứng suất trong đất khi có tải trọng ngoài tác dụng, cũng nhƣ dƣới tác dụng của trọng lƣợng bản thân của đất là một vấn đề có tác dụng thực tế lớn Vì không có những... dụng của công trình bên trên γo Trọng lƣợng riêng trung bình của các lớp đất trong pham vi h m Trang 31 Bài giảng Cơ Học Đất  hm Chiều sâu chôn móng Xác định pham vi gây lún:  Đối với đất yếu:  Đối với đất không yếu: Nền đất đƣợc coi là yếu khi:         ζzgl ζzgl 0,1ζzbt 0,2ζzbt Có sức chịu tải bé: 0.5 ÷ 1.0 kG/cm2 Đất có tính nén lún lớn: a > 0.1 cm2/kG Hệ số rỗng lớn: e > 0.1 Mô đun biến... Độ lún của lớp đang xét  e1 hệ số rỗng của đất tại điểm giữa lớp đang xét, ứng với ứng suất ζz do trọng lượng bản thân đất; Trang 32 Bài giảng Cơ Học Đất  e2 hệ số rỗng của đất cũng tại điểm trên, ứng với tổng ứng suất ζz do trọng lượng bản thân đất và do tải trọng ngoài;  a1-2 hệ số nén lún trong phạm vi từ p1 đến p2  ao hệ số nén lún tương đối của đất tại điểm giữa lớp đang xét;  mv hệ số nén... đang xét với ứng suất gây cắt  tác dụng lên mặt đó Đất còn đảm bảo độ bền khi :  < s Đất ở trạng thái cân bằng giới hạn khi :  = s Cƣờng độ chống cắt theo Coulomb xác định nhƣ sau : Trang 12 Bài giảng Cơ Học Đất s = tg + C (1)   : ứng suất nén tác dụng lên mặt phẳng đang xét (kN/m2)   : góc nội ma sát của đất (o)  C : lực dính của đất (kN/m2) Đất có thể chống lại phá hoại cắt nhờ vào các nhân... nhanh ở vị trí gần mặt đất là nơi xảy ra chuyển dịch vỏ trái đất rõ rệt nhất 1.5.1 Độ bền của đất đá : Độ bền của đất đá là khả năng chống lại sự phá hủy đá do tác dụng của ngoại lực Theo dạng ngoại lực tác dụng, độ bền đƣợc chia thành: độ bền nén đơn trục (cường độ chịu nén), độ bền kéo đơn trục (cường độ chịu kéo), độ bền cắt (cường độ chịu cắt) Độ Trang 11 Bài giảng Cơ Học Đất bền phụ thuộc thành... làm cho công trình xây dựng lên sau đó ít bị lún  Tình trạng kết cấu của đất: Kết cấu của đất càng bị xáo trộn thì cƣờng độ liên kết giữa các hạt càng yếu đi, do đó tính nén lún của đất càng tăng Thực tế đã cho thây, 3.2 Trang 29 Bài giảng Cơ Học Đất cùng một loại đất, nhƣng kết cấu bị xáo động hay phá hoại thì đất sẽ lún nhiều hơn so với khi kết cấu còn nguyên dạng  Lịch sử chịu nén: Cùng một tại .. .Bài giảng Cơ Học Đất Chƣơng TÍNH CHẤT CƠ LÝ VÀ CƠ HỌC CỦA ĐẤT Nội dung chính: xét cấu tạo đất, kết cấu đất, tính chất vật lý đất, tính chất trạng thái vật lý đất, phân loại đất Qúa trình... Trang 28 Bài giảng Cơ Học Đất Chƣơng DỰ BÁO ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT Khái niệm Độ lún đất biến dạng theo phƣơng thẳng đứng Dự báo đô lún đất xác định độ lún điểm đất Trong học công trình có toán: Bài toán... thẳng đứng mặt đất, lực tập trung tác dụng nằm ngang mặt đất lực tập trung đặt mặt đất 2.3.2.1 Lực tập trung tác dụng thẳng đứng mặt đất Trang 16 Bài giảng Cơ Học Đất Xét điểm M đất đƣợc xác định