Bài giảng địa kỹ thuật chương 6 (phần 1)

NỘI DUNG § CHƯƠNG CHƯƠNG VI CƯỜNG ĐỘ KHÁNG CẮT CƯỜNG ĐỘ KHÁNG CẮT CỦA ĐẤT CÁTCỦA VÀ ĐẤT SÉT ĐẤT CÁT VÀ ĐẤT SÉT NỘI DUNG § 3.1 Giới thiệu chung 3.2 Góc nghỉ đất cát 3.3 Ứng xử đất cát bão hòa cắt thoát nước 3.4 Ảnh hưởng hệ số rỗng áp lực thẳng đứng đến thay đổi thể tích §1 3.1 Giới thiệu chung 3.5 Ứng xử đất cát bão hòa cắt không thoát nước 3.6 Những yếu tố ảnh hưởng đến sức kháng cắt đất cát 3.7 Hóa lỏng ứng xử linh động chu kỳ đất cát bão hòa KN cường độ kháng cắt đất (CĐKC) ‘’ ứng suất cắt tới hạn hay cực đại mà đất chịu đựng’’ Ý nghĩa xây dựng nói chung - Ý nghĩa quan trọng thiết kế công trình sử dụng hệ số an toàn cao ứng suất cắt thực tế hình thành đất tác dụng tải trọng nhỏ nhiều so với ứng suất gây phá huỷ công trình §1 §1 Một số phương pháp thí nghiệm xác định CĐKC đất - Thí nghiệm trường Thí nghiệm phòng 3.2 Góc nghỉ đất cát Giới thiệu chung Khá Khái quát góc nghỉ nghỉ đất hình thành đụn cát Yêu cầu kiến thức Chương làm sáng tỏ mối quan hệ giữ ứng suấ suất biế biến dạng biể biểu hiệ chố chống cắt đất thông qua kết quả thí thí nghiệ nghiệm phòng số loạ loại đất điể điển hình nh Qua đây, đây, hy vọng thể giú giúp bạn nhậ nhận biế biết đượ số biể biểu hiệ đất bị cắt Giới thiệu ký hiệu dùng chương Hình 3.2 ảnh đụn cát ngoà thự thực tế Hình 3.1 Sự tạo thành cồn cát minh họa góc nghỉ nghỉ cát Hình 3.3 Góc nghỉ nghỉ số loạ loại vật liệ liệu rời §1 Góc nghỉ khô góc nghỉ ướt Ý nghĩa việc nghiên c ứ u x ác định góc nghỉ khô, ớt §1 3.3 Ứng xử đất cát bão hòa cắt thoát nước Sơ đồ thí nghiệm Hình 3.4 Sơ đồ thí thí nghiệ nghiệm nén ba trụ trục cố kết thoá thoát nướ nước (CD) có đo thay đổi thể thể tích §1 NX: Nếu mẫu đất bão hoà hoà → dễ dàng đo đượ lượ lượng nướ nước vào hoặ khỏ khỏi mẫu, chí biế biến đổi thể thể tích biế biến đổi hệ số rỗng mẫu đất Lượ Lượng nướ nước khỏ khỏi mẫu đất quá trì trình cắt thể thể hiệ giả giảm thể thể tích mẫu, ngượ ngược lại tăng thể thể tích mẫu Trong hai thí thí nghiệ nghiệm, áp lực đẳng hướ hướng σc với σ3 giữ giữ không đổi ứng suấ suất dọc trụ trục gia tăng xảy phá phá hoạ hoại mẫu đất Các cách xác định đất trạng thái phá hoại Sự phá phá hoạ hoại đượ xác định theo: theo: Độ lệch ứng suấ suất chí lớn nhấ (σ1 – σ3)max Hệ số ứng suấ suất chí hiệ hiệu quả lớn nhấ nhất, (σ’ ( 1/σ’3)max τ = (σ1 – σ3)/2 biế biến dạng quy định Chú ý: (σ ( – σ3)max xác định thờ thời điể điểm phá phá hoạ hoại, cườ ng đ ộ ng n é n c ủ a m ẫ u đ ấ t cư kh Thí nghiệm cắt mẫu cát rời, ứng suất gia tăng hệ số rỗng giảm từ el (e-rời) xuống ecl (ec - rời), gần với e giới hạn ecrit Casagrande (1936a) gọi hệ số rỗng cuối cùng, xảy biến dạng liên tục độ lệch ứng suất không đổi, e tới hạn Hình 3.5: Thí Thí nghiệ nghiệm ba trụ trục mẫu ‘xốp’ ‘chặ chặt’ loạ loại cát điể điển hình(a nh(a)) Đườ Đường cong ứng suấ suất-biế biến dạng; ng; (b) Biế Biến đổi hệ số rỗng cắt (theo Hirschfeld Hirschfeld 1963) Khi cắt mẫu cát chặ chặt, độ lệch ứng suấ suất chí đạt giá giá trị trị max, sau giả giảm tới gần giá giá trị trị (s1-s3)ult cát rời Đườ ng cong quan h ệ ứ ng suấ ấ t Đư su -hệ số rỗng cho thấ thấy ban đầu mẫu cát chặ chặt giả giảm nhẹ nhẹ thể thể tích, ch, sau phì phình hay nở đạt tới ecd (e-chặ chặt) §1 3.4 Ảnh hưởng hệ số rỗng áp lực đẳng hướng đến thay đổi thể tích - Biế Biến dạng thể thể tích (3(3-5) Một số KN công thức cần quan tâm - Hệ số ứng suấ suất chí (3(3-1) - Hệ số rỗng giớ giới hạn ecrit và, giá gián tiế tiếp - Độ chặ chặt tương đối - Độ lệch ứng suấ suất chí (3(3-2) - Tại thờ thời điể điểm phá phá hoạ hoại (3(3-3) (3(3-6) Biểu đồ quan hệ ứng suất - biến dạng hệ số rỗng cát chặt cát xốp Hình 3.6: Kết quả thí thí nghiệ nghiệm nén ba trụ trục thoá thoát nướ nước điể điển hình mẫu cát chặ suất chí biế biến chặt sông SacramentoSacramento- tỷ số ứng suấ dạng dọc trụ trục Hình 3.8: Kết quả thí thí nghiệ nghiệm nén ba trụ trục thoá thoát nướ nước điể điển hình biế ế n d ng thể ể t í ch v ới biế mẫu cát chặ ặ t sông Sacramentoth biến dạng ch Sacramento bi dọc trụ trục (Theo Lee, 1965) Hình 3.7: Kết quả thí thí nghiệ nghiệm nén ba trụ trục thoá thoát nướ nước điể điển hình biế ế n d ng thể ể t í ch v ới biế mẫu cát chặ ặ t sông Sacramentoth biến dạng ch Sacramento bi dọc trụ trục (Theo Lee, 1965) Hình 3.9 Quan hệ giữ biế biến dạng thể thể tích lúc phá phá hoạ hoại với hệ số rỗng kết thú thí nghiệ nghiệm nén ba trụ trục thoá thoát nướ nước với nhiề nhiều cấp áp thúc cố kết từ thí lực đẳng hướ hướng Quan hệ Biến thiên thể tích – hệ số rỗng ứng với áp lực buồng Hình 3.10: Quan hệ giữ hệ số rỗng giớ giới hạn với áp lực đẳng hướ hướng từ thí thí nghiệ nghiệm nén ba trụ trục thoá thoát nướ nước Số liệ liệu Hình 3.9 Quan hệ biến thiên thể tích với ứng suất cố kết hiệu với hệ số rỗng ban đầu khác Hình 3.11 Quan hệ giữ biế biến dạng thể thể tích lúc phá phá hoạ hoại với ứng suấ suất cố kết hiệ khác hiệu quả cho hệ số rỗng ban đầu Hình 3.12 Lý tưở tưởng hóa số liệ biế liệu biến dạng thể thể tích từ thí thí nghiệ nghiệm nén ba trụ trục thoá thoát nướ nước:(a) c:(a) ∆V/Vo ~ eo; (b) ∆V/Vo~ σ ’3 Hình 3.13 Biể Biểu đồ Peacock §2 3.5 Ứng xử đất cát bão hòa cắt thoát nước Sự khác giữ thí thí nghiệ nghiệm thoá thoát nướ nước với thí thí nghiệ nghiệm không thoá thoát nướ nước - Biế Biến thiên thể thể tích mẫu gia tải đứng - Áp lực nướ nước lỗ rỗng cực đại Hình 3.14 Các vòng Mohr thí thí nghiệ nghiệm nén ba trụ trục không thoá thoát nướ nước thoá thoát nướ ờng hợp nước (a)Trư a)Trườ σ’3C > σ’3crit (b) Trườ Trường hợp σ’3C > σ3crit Biểu thức trạng thái ứng suất thời điểm phá hoại - Áp lực lỗ rỗng dư - Độ lệch ứng suấ suất chí Bảng 3.1 Tổng kết KN hình phần Áp lực cố kết hiệu Ví dụ Vòng Morh Thoát nước, Hiệu = Tổng Không thoát nước, Hiệu Không thoát nước, Tổng s’3c > s’3crit Lớn không Nhỏ thoát thoát nước nước: Phía bên trái vòng Morh ứng suất tổng s’3f < s’3c Nhỏ thoát nước: Phía phải vòng Morh ứng suất hiệu s’3c < s’3crit Nhỏ không Lớn thoát thoát nước nước: Phía phải vòng Morh ứng suất tổng s’3f > s’3c Lớn thoát nước: Phía trái vòng Morh ứng suất hiệu s’3c = s’3crit Tất vòng Morh giống nhau: thay đổi thể tích, Du = thí nghiệm Cho: Thí Thí nghiệ nghiệm nén ba trụ trục cố kết thoá thoát nướ nước (CD) với mẫu đất rời Mẫu phá phá hoạ hoại tỷ số σ’1/σ’3 = 4, ứng suấ suất chí hiệ hiệu quả nhỏ nhỏ nhấ σ’3 = 100 kPa kPa Yêu cầu: a b c Tính Ф’ Tính độ lệch ứng suấ suất chí mẫu phá phá hoạ hoại Vẽ vòng Mohr đườ đường bao phá phá hoạ hoại Mohr Giải: a Theo công thứ thức 3-1, ta có Thay giá giá trị trị, thu đượ Ф’= 370 b Từ công thứ thức 3-3, có c Vòng Mohr đườ đường bao phá phá hoạ hoại Mohr đượ vẽ Hình VD 3.1 Hình nh VD 3.3 §2 Ví dụ (BTVN) 3.6 Những yếu tố ảnh hưởng đến sức kháng cắt đất cát Cho: Nhữ Những yếu tố ảnh hưở hưởng đến góc ma sát Ф Thí Thí nghiệ nghiệm nén ba trụ trục thoá thoát nướ nước với mẫu đất cát với σ’3 = 150 kPa (σ’1/σ’3)max = 3.7 - Yêu cầu: - Xác định a b c σ’1f (σ - σ )f Ф’ - Hệ số rỗng hay độ chặ chặt tương đối Hình dạng hạt Sự phân bố cỡ hạt Độ nhám bề mặt hạt Nước Ứng suất trung gian Kích thước hạt Quá cố kết hay ứng suất trước Bảng 11-2 Góc ma sát đất không dính* Chú ý: Mô tả tổng quát - Hệ số rỗng có lẽ thông số quan trọng có ảnh hưởng đến cường độ kháng cắt cát Với TN cắt thoát nước cắt trực tiếp hay nén ba trục, hệ số rỗng nhỏ sức kháng cắt lớn - Những ảnh hưởng độ chặt tương đối hệ số rỗng, hình dạng hạt kích thước hạt đến góc ma sát Ф tổng kết bời Casagrande bảng 3-2 Những giá trị bảng xác định từ TN ba trục mẫu bão hòa cấp áp lực đẳng hướng vừa phải - Kích thướ thước hạt, hệ số rỗng không đổi dườ dường không ảnh hưở hưởng đáng kể đến Ф Hình dạng hạt Số D10 Cu Rời Chặt e f e f Cát chuẩn Ottawa Rất tròn 0.56 1.2 0.70 28 0.53 35 Cát từ đá cát kết St Peter Tròn 0.16 1.7 0.69 31 0.47 37 + Cát biển Plymouth MA Tròn 0.18 1.5 0.89 29 - - Cát pha bụi từ đập Franklin, NH Bán tròn 0.03 2.1 0.85 33 0.65 37 Cát pha bụi vùng lân cận đập John Martin, CO Bán sắc cạnh tới bán tròn 0.04 4.1 0.65 36 0.45 40 Cát pha bụi nhẹ vùng vai đập Ft Peck, MT Bán sắc cạnh tới bán tròn 0.13 1.8 0.84 34 0.54 42 Cát băng tích, Mancheter, NH Bán sắc cạnh 0.22 1.4 0.85 33 0.60 43 Cát từ đê biển, dự án Quabbin, MA Bán sắc cạnh 0.07 2.7 0.81 35 0.54 46 Hỗn hợp cát sỏi cuội chế bị cấp phối tốt số số Bán tròn tới bán sắc cạnh 0.16 68 0.41 43 0.12 57 10 Cát lấp hồ Great Salt Sắc cạnh 0.07 4.5 0.82 38 0.53 47 11 Mảnh đá nén chặt, cấp phối tốt Sắc cạnh - - - - 0.18 60 Bảng 1111-3 Nhữ Những yếu tố ảnh hưở hưởng đến Ф Yếu tố Ảnh hưởng Hệ số rỗng e e tăng, φ giảm Độ sắc cạnh A A tăng, φ giảm Cấp phối hạt Cu tăng, φ tăng Độ nhám bề mặt R R tăng, φ tăng Độ ẩm W W tăng, φ giảm nhẹ Kích thước hạt S Không ảnh hưởng (với hệ số rỗng e không đổi) Ứng suất trung φps ≥ φtx (xem công thức 11-5a, b) gian Quá cố kết áp lực Ít ảnh hưởng tiền cố kết Hình 3.15 Tương quan góc ma sát hiệu với dung trọng khô, độ chặt tương đối phân loại đất thí nghiệm nén ba trục §2 3.7 Hóa lỏng ứng xử linh động chu kỳ cát bão hòa Hiệ Hiện tượ tượng hóa lỏng Khi cát rời bão hòa nước chịu tác dụng biến dạng lực xung kích, cát có xu hướng giảm thể tích Điều gây tăng áp suất lỗ rỗng dẫn đến suy giảm ứng suất hiệu khối đất Khi áp suất lỗ rỗng cân với ứng suất hiệu cát toàn cường độ chuyển sang trạng thái hóa lỏng - Hóa lỏng thự thực tế Bờ sông cấu tạo đất cát hạt mịn hạt rời rạc hoá lỏng có biến dạng lớn trình xói mòn làm bờ sông dốc đứng biến dạng gây gia tăng áp lực lỗ rỗng Hiện tượng trình bày hình 3.16 §2 Hiện tượng HL - - Khi xảy xói mòn sườn dốc, ứng suất đất gia tăng, áp lực nước lỗ rỗng gia tăng → HL vùng giới hạn (Hình 3.16a) Khi đất chảy xuống sông, đất chịu thêm ứng suất phụ thêm chúng bị HL (Hình 3.16b)Æ theo cách này, trình HL tiếp diễn đến đất đạt tới trạng thái cân với mái dốc thoải ( Hình 3.16c) Tính chất số kiểu trượt khác Hình 3.16 Hóa lỏng đất cát rời liều kề bờ sông Hình 3.17 So sánh kết ba thí nghiệm CU thí nghiệm CD mẫu cát gia tải tới phá hoại (theo Casagrande, 1975, Castro, 1969) Hình 3.18 Các vòng Mohr ứng suất tổng ứng suất hiệu từ thí nghiệm CU (mẫu A) thí nghiệm CD Hình 11.16 Hình vẽ thể hai điều kiện độ lệch ứng suất cực đại phá hoại Hình 3.19 Kết thí nghiệm nén ba trục ứng suất chu kỳ điển hình mẫu cát rời (theo Seed Lee, 1966) Hình 3.20 Kết thí nghiệm nén ba trục ứng suất chu kỳ điển hình mẫu cát chặt (theo Seed Lee, 1966) Hình 3.21 (a) Quan hệ tổng quát ứng suất chu kỳ cực đại số chu kỳ gây phá hoại linh động chu kỳ; thể ảnh hưởng độ chặt áp lực đẳng hướng ban đầu; (b) định nghĩa ứng suất chu kỳ ∆σ thí nghiệm ba trục τhv thí nghiệm cắt trực tiếp chu kỳ Hình 3.22 biểu đồ trạng thái thể khả hóa lỏng dựa kết TN không thoát nước cát bão hòa [...]... tới phá hoại (theo Casagrande, 1975, Castro, 1 969 ) Hình 3.18 Các vòng Mohr ứng suất tổng và ứng suất hiệu quả từ thí nghiệm CU (mẫu A) và thí nghiệm CD trong Hình 11. 16 Hình vẽ thể hiện ở cả hai điều kiện độ lệch ứng suất cực đại và trong khi phá hoại Hình 3.19 Kết quả thí nghiệm nén ba trục ứng suất chu kỳ điển hình trên mẫu cát rời (theo Seed và Lee, 1 966 ) Hình 3.20 Kết quả thí nghiệm nén ba trục ứng... quả thí nghiệm nén ba trục ứng suất chu kỳ điển hình trên mẫu cát rời (theo Seed và Lee, 1 966 ) Hình 3.20 Kết quả thí nghiệm nén ba trục ứng suất chu kỳ điển hình trên mẫu cát chặt (theo Seed và Lee, 1 966 ) Hình 3.21 (a) Quan hệ tổng quát giữa ứng suất chu kỳ cực đại và số chu kỳ gây ra phá hoại linh động chu kỳ; thể hiện những ảnh hưởng của độ chặt và áp lực đẳng hướng ban đầu; (b) định nghĩa về ứng ... 0. 56 1.2 0.70 28 0.53 35 Cát từ đá cát kết St Peter Tròn 0. 16 1.7 0 .69 31 0.47 37 + Cát biển Plymouth MA Tròn 0.18 1.5 0.89 29 - - Cát pha bụi từ đập Franklin, NH Bán tròn 0.03 2.1 0.85 33 0 .65 ... chu kỳ điển hình mẫu cát rời (theo Seed Lee, 1 966 ) Hình 3.20 Kết thí nghiệm nén ba trục ứng suất chu kỳ điển hình mẫu cát chặt (theo Seed Lee, 1 966 ) Hình 3.21 (a) Quan hệ tổng quát ứng suất chu... biển, dự án Quabbin, MA Bán sắc cạnh 0.07 2.7 0.81 35 0.54 46 Hỗn hợp cát sỏi cuội chế bị cấp phối tốt số số Bán tròn tới bán sắc cạnh 0. 16 68 0.41 43 0.12 57 10 Cát lấp hồ Great Salt Sắc cạnh 0.07