Các đặc trưng biến dạng phục vụ ước lượng độ lún và độ lún theo thời gian

CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN THÍ NGHIỆM NÉN CỐ KẾT Thí nghiệm Head Introduction to soil machanics L T (D Fratta) Cơ học đất – C N Ẩn Cẩm nang Principle of Geotechnical E… TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ CHO VIỆC ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN 2.1 Tổng quan lý thuyết cố kết 2.1.1 Nguyên lý cố kết đất Đất bao gồm hạt đất không gian hạt mà chứa đầy khí nước khí nước Khi chịu tải trọng nén, đất có khuynh hướng giảm thể tích Đối với đất bão hòa nước, điều xảy yếu tố: (1) Sự nén ép hạt rắn; (2) Sự nén ép nước lỗ rỗng; (3) Sự thoát nước từ lỗ rỗng Trong loại đất vô cơ, ảnh hưởng yếu tố (1) nhỏ không cần xét đến Nhưng loại đất hữu cơ, đặc biệt than bùn, nén ép hạt rắn đáng kể Sự nén ép nước không đáng kể so với yếu tố khác, nên bỏ qua ảnh hưởng yếu tố (2) Vì thế, lý thuyết cố kết dựa sở yếu tố (3), thoát nước từ lỗ rỗng đóng Van đóngmạnh, chẳng hạn đất cát,Van hạt rắn Trong đất thoát nước thoát nước xảy nhanh chóng Tuy nhiên, đất sét, tính thấm so với tính thấm cát từ hàng ngàn đến hàng triệu lần, làm cho thay đổi thể tích với trình cố kết diễn chậm chạp dẫn đến phải thời gian dài để độ lún đạt đến mức ổn định 2.1.2 Mô hình cố kết Terzaghi Mô hình mà Terzaghi sử dụng để mô tượng cố kết đất gồm xy-lanh (có diện tích tiết diện ngang A) chứa đầy nước lò xo đỡ pit-tông có van xả hình 1.1 Lúc đầu, hệ thống cân điều kiện van khóa lực mởvà nước không tồn áp lực thặng dư tác dụng lên pit-tông Lò xo không Van bị nén Sau đó, đặt tải P lên bên pit-tông Nước không thoát ra, nên pitVan mở tông không di chuyển xuống lò xo không bị nén Nếu đo áp lực TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN nước bên xy-lanh thấy tăng lên với giá trị ∆u = P/A Độ gia tăng áp lực nước gọi áp lực nước thặng dư Pit-tông không di chuyển, nghĩa lò xo không chịu tải P mà nước gánh đỡ hoàn toàn tải trọng P (với giả thiết nước không bị nén) Van đóng Van đóng Van mở Van mở Hình 2.1 Mô hình cố kết Terzaghi Tiếp đến, van mở làm cho nước xy-lanh bắt đầu thoát từ từ Pit-tông bắt đầu lún xuống, lò xo bị nén lại đồng nghĩa lò xo bắt đầu gánh đỡ tải trọng P với nước, áp lực nước thặng dư giảm dần Do lực P không thay đổi, nên lực tác động lên lò xo với độ giảm áp lực nước thặng dư Sau thời gian, nước không thoát nữa, lò xo bị nén hoàn toàn chịu toàn tải trọng P Lúc này, áp lực nước thặng dư tiêu tán hết Quá trình gọi cố kết thấm thời gian diễn nhanh hay chậm phụ thuộc vào kích thước van TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN Trong mô hình này, lò xo tượng trưng cho khung hạt đất, nước xy-lanh tượng trưng cho nước lỗ rỗng kích thước van tượng trưng cho hệ số thấm đất 2.1.3 Quá trình cố kết đất Ứng xử mô hình Terzaghi mô tả bên tương tự ứng xử đất trình diễn cố kết Những đặc tính mô hình đất thực có liên hệ với diễn tả bảng 2.1 Bảng 2.1 Đối chiếu đặc tính mô hình đất thực Điểm Mô hình Tốc độ thoát nước phụ thuộc vào: Tốc độ thoát nước phụ thuộc vào: (a) Kích thước van (a) Kích thước lỗ rỗng (chẳng hạn tính thấm) (b) Độ nhớt nước lỗ rỗng (phụ thuộc nhiệt độ) (c) Chiều dài đường thấm (b) Độ nhớt nước (c) Chiều dài ống thoát Đất thực Khả chịu nén lò xo định: (a) Mức độ biến dạng lò xo Tính nén lún cấu trúc bên đất định: (a) Độ lún cố kết (b) Thời gian đạt đến cân (b) Thời gian đạt mức cố kết 100% Áp lực nước gánh đỡ ban đầu Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư ban đầu uo Áp lực nước gánh đỡ thời điểm Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trung bình u Lực lò xo Ứng suất khung hạt Mức độ nén Mức độ cố kết Ứng suất đất tải trọng gây gọi “ứng suất tổng”, kí hiệu ∆σ Áp lực nước chứa bên lỗ rỗng gọi “áp lực nước lỗ rỗng”, kí hiệu ∆u Khi tải trọng tác dụng lên đất sét bão hòa nước, toàn tải trọng, ban đầu, nước lỗ rỗng chịu, thể qua gia tăng áp lực nước lỗ rỗng thặng dư với giá trị với tổng áp lực tác dụng từ bên Nếu lớp đất sét tiếp giáp với mặt thoát nước (ví dụ lớp cát), áp lực nước lỗ rỗng thặng dư làm cho nước thoát từ lớp đất sét sang lớp thấm nước liền kề Quá trình xảy chậm, tính thấm sét Đồng thời, phần áp lực tác dụng lên khung hạt, tương ứng với giảm áp lực TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN nước lỗ rỗng thặng dư Sự chênh lệch ứng suất tổng áp lực nước lỗ rỗng thặng dư thời điểm gọi “ứng suất hữu hiệu”, kí hiệu ∆σ’, phần áp lực khung hạt gánh đỡ Điều diễn tả phương trình sau: ∆σ' = ∆σ − ∆u (P 2.1) Về chất, trình cố kết trình truyền tải áp lực tác động từ bên từ nước lỗ rỗng sang khung hạt; áp lực nước lỗ rỗng giảm dần ứng suất có hiệu tăng dần với áp lực tác động từ bên Mức độ truyền tải đánh giá thông qua độ cố kết U (sẽ đề cập sâu mục Lý thuyết cố kết) 2.1.4 Các giả thiết lý thuyết cố kết Các giả thiết tảng lý thuyết cố kết Terzaghi sau: (1) Lớp đất cố kết trạng thái nằm ngang, đồng chất, đẳng hướng, bề dày bị hạn chế nở hông (2) Đất bão hòa nước hoàn toàn, tức lỗ rỗng chứa đầy nước (3) Hạt đất nước không bị nén (4) Sự chảy cố kết thấm tuân theo định luật Darcy (5) Hệ số thấm đặc tính khác đất không đổi suốt trình gia tải (6) Áp lực tác dụng phân bố khắp (7) Dòng thấm xảy theo phương đứng (8) Sự thay đổi ứng suất hữu hiệu đất đồng thời dẫn đến thay đổi hệ số rỗng mối quan hệ chúng tuyến tính trình đợt gia tải (9) Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư ban đầu phân bố suốt bề dày lớp đất (10) Quá trình cố kết kéo dài hoàn toàn đất có hệ số thấm nhỏ (11) Một hai lớp liền kề lớp đất sét có khả thoát nước hoàn toàn so với lớp đất sét (12) Trọng lượng thân đất bỏ qua TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN 2.1.5 Lý thuyết cố kết Trong phần này, tiểu luận không trình bày chi tiết diễn giải, phân tích phức tạp phương diện toán học trình cố kết, mà trình bày cách khái lược để có nhìn tổng quát trình Phương trình vi phân cố kết thấm chiều Terzaghi: ∂u ∂ 2u = Cv ∂t ∂z Cv = k ( + e) avγw (P 2.2) (P 2.3) đó: u – áp lực nước lỗ rỗng thặng dư thời điểm xét t; z – độ sâu điểm xét; k – hệ số thấm đất sét; mv – hệ số nén thể tích đất sét; γw – trọng lượng riêng nước; C v – hệ số cố kết,; k – hệ số thấm; a v – hệ số nén lún Lời giải phương trình thấm hàm phụ thuộc hệ số cố kết C v , chiều dài đường thấm lớn h thời gian t, sau: C t U = f  v2 ÷  h  Đặt Tv = (P 2.4) Cv t – nhân tố thời gian, phương trình viết lại h2 sau: U = f ( Tv ) TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO (P 2.5) CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN Hình 2.2 Đường cong quan hệ Tv - U Hình 2.3 Đường cong quan hệ Tv - U (theo biểu đồ bán logarit) TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN Hình 2.4 Đường cong quan hệ Tv - U Mối quan hệ U Tv phương trình (P 2.5) thể hình 2.2 Ngoài ra, mối quan hệ thể hình 2.3 theo biểu đồ bán logarit, hình 2.4 với U biểu diễn theo bậc hai T v Đường cong dạng thứ thường sử dụng phân tích cố kết thấm chiều dạng thứ Qua đó, thấy đường tiến đến đường tiệm cận U = 100% thời gian tiến đến vô Hay nói cách khác, trình cố kết kết thúc hoàn toàn sau thời gian dài 2.1.6 Các giai đoạn cố kết Nhằm mục đích phân tích, nén chặt đất sét phân thành giai đoạn, kể sau: (1) Giai đoạn nén ban đầu; (2) Giai đoạn nén cố kết (nén sơ cấp); (3) Giai đoạn nén thứ cấp TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN Trong thực tế, giai đoạn thường pha trộn với hai giai (2) (3) xảy đồng thời Tuy nhiên, để thuận lợi việc phân tích, ta tách riêng chúng thành giai đoạn riêng biệt (1) Giai đoạn nén ban đầu Xảy gần đồng thời với việc gia tải phòng thí nghiệm trước nước thoát Điều đó, phần nén ép túi khí nhỏ lỗ rỗng phần gắn chặt bề mặt tiếp xúc hộp nén hệ thống truyền lực Một phần nhỏ nén đàn hồi hồi phục dỡ tải (2) Giai đoạn nén cố kết (nén sơ cấp) Đây trình kéo dài theo thời gian tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tải trọng giải thích lý thuyết cố kết Terzaghi Nếu đất hút nước dỡ tải trương nở xảy (3) Giai đoạn nén thứ cấp Quá trình tiếp tục sau áp lực nước lỗ rỗng bị tiêu tán gần hoàn toàn Cơ chế phức tạp, trình nén thứ cấp cho tiếp tục dịch chuyển hạt cấu trúc đất tự điều chỉnh để tăng ứng suất hữu hiệu Biến dạng nén thứ cấp thường khả phục hồi dỡ tải, biến dạng nở thứ cấp quan sát được, chẳng hạn than bùn Trong nhiều ứng dụng, có giai đoạn nén cố kết kể đến ước lượng độ lún Đối với loại đất sét vô cơ, giai đoạn nén cố kết đóng vai trò quan bậc ba giai đoạn việc xác định độ lún cố kết, thiết lập đường cong cố kết theo thời gian với thông số rút mục tiêu thí nghiệm nén cố kết phòng Tuy nhiên, than bùn loại đất sét cao hữu cơ, giai đoạn nén thứ cấp đáng kể thời gian diễn kéo dài so với giai đoạn nén cố kết TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN 2.2 Các đặc trưng biến dạng phục vụ cho việc ước lượng độ lún sơ cấp 2.2.1 Dùng đường cong nén lún e–σ để ước lượng độ lún sơ cấp Hình 2.5 Biến dạng đứng mẫu đất thí nghiệm nén cố kết Ta có: Qs ρ V V e = s − = s − 1= −1 Qs ρd Vs V Gọi A diện tích tiết diện ngang mẫu đất, cho nên: e= AH H H −1 = − ⇒ Hs = AH s Hs 1+ e Từ hai trạng thái trước (1) sau (2), ứng suất có hiệu tăng ∆σ’ giả thiết phần hạt rắn không thay đổi thể tích trình chịu nén, ta có: Hs = H1 H2 H − H1 H − H1 ∆H = = = = + e1 + e ( + e ) − ( + e1 ) e − e1 ∆e (tính chất tỷ lệ thức) Độ chuyển vị đứng mặt mẫu độ lún S, nên ta có: S = −∆H = e1 − e H1 + e1 (P 2.6) Trên đường cong nén lún e-σ, phạm vi áp lực trung bình đó, đường cong nén lún xem đường thẳng Đặc trưng nén lún đất thể thông qua độ dốc đường thẳng qua hai điểm có giá trị ứng suất khác Độ dốc đường hệ số nén a, có trị số tang góc TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO 10 CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN nghiêng với trục ngang đường cong nén lún khoảng áp lực cho, tức là: a=− de dσ a n, n +1 = hay (P 2.7) e n − e n +1 σ n +1 − σ n Hình 2.6 Đường cong nén lún e- σ Hệ số nén a liên hệ với module biến dạng tổng quát quan hệ sau: Eo = β + en β β = = a mv a o (P 2.8) đó: 2ν β = 1− - hệ số phụ thuộc tính nở hông đất, với ν – hệ số 1− ν Poisson; mv – số nén thể tích ao – số nén tương đối, m v = a o = a + en Thực số phép biến đổi biểu thức (P 26), ta thu biểu thức tính độ lún S theo mv, β, Eo sau: TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO 11 CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN S = m v ∆σ' H1 (P 2.9) β ∆σ'H1 Eo (P 2.10) S= 2.2.2 Dùng đường cong nén lún e-logσ để ước lượng độ lún sơ cấp Hình 2.7 Đường cong nén lún e- log(σ)  Áp lực tiền cố kết Quan sát đường cong e-logσ, có “vùng chuyển tiếp” hai phần gần tuyến tính đường cong “vùng chuyển tiếp” diễn gia đoạn tải nhỏ cho phần lớn loại đất Trên đường e-logσ, phần tuyến tính nằm trước “vùng chuyển tiếp” gọi đường nén lại phần tuyến tính sau “vùng chuyển tiếp” đường nén nguyên thủy đường nén lần đầu hay đường nén bình thường Ứng suất ứng với vị trí giao điểm đường nén lại đường nén nguyên thủy gọi ứng suất tiền cố kết σ’p, áp lực tối đa mà mẫu đất chịu đựng khứ Để xác định ứng suất tiền cố kết σ’p có hai cách phổ biến sau: Cách 1: Phương pháp Casagrande, phương pháp thông dụng nhất, bao gồm bước sau (hình 2.2): − Chọn điểm A có bán kính khúc bé đường cong cố kết e-logσ − Vẽ tiếp tuyến d’ điểm A TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO 12 CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN − Từ điểm A, vẽ đường thẳng d” song song với trục hoành − Vẽ đường phân giác d góc hợp hai đường thẳng d’ d” − Kéo dài phần tuyến tính đường nén nguyên thủy (nhánh thẳng ứng với ứng suất lớn), giao điểm đường đường phân giác d xác định điểm có ứng suất tiền cố kết σ’p e d” A d d' σ’ σ’p (thang độ log) Hình 2.8 Xác định σ’p theo cách (phương pháp Casagrande) e A σ’ σ’p (thang độ log) Hình 2.9 Xác định σ’p theo cách TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO 13 CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN Cách 2: Nối dài hai phần tuyến tính đường cong e-logσ, giao điểm hai đường ứng suất tiền cố kết σ’p (hình 2.3) Ngoài ra, số mối liên hệ dùng để dự đoán ban đầu giá trị áp lực tiền cố kết σ’p, kể sau: − Nagaraj and Murty (1985): e  1.112 −  o ÷× 0.0463σ'vo  eL  log σ'p = 0.188 (P 2.11) đó: eo – hệ số rỗng đất trạng thái tự nhiên; e L – hệ số rỗng trạng thái giới hạn chảy e L = LL ( % ) Gs ; 100 LL – giới hạn chảy đất (LL = WL); G s – tỷ trọng hạt; σ'vo – ứng suất trọng lượng thân lớp đất bên hữu tác động ' Chú ý: σp σ'vo đơn vị kN / m − Stas and Kulhawy (1984) σ'p pa 1.11−1.62( LI )  = 10  (P 2.12) đó: p a – áp suất khí ( ≈ 100 kN / m ); LI – độ sệt đất (LI = IL) − Hansbo (1957) σ'p = α ( VST ) Cu ( VST ) (P 2.13) đó: TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO 14 CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN α ( VST ) – hệ số kinh nghiệm, α ( VST ) = 222 ; LL ( % ) C u( VST ) – lực dính không thoát nước xác định từ thí nghiệm cắt cánh trường  Tỷ số tiền cố kết OCR (overconsolidation ratio) OCR định nghĩa tỷ số ứng suất tiền cố kết σ’ p ứng suất trọng lượng thân lớp đất bên hữu tác động σ’vo sau: OCR = σ'p σ'vo (P 2.14) OCR = 1: đất cố kết thường (ký hiệu NC, normally consolidation) OCR > 1: đất cố kết trước hay cố kết (ký hiệu OC, overconsolidation) OCR < 1: đất cố kết chưa đủ trình cố kết trọng lượng lớp bên  Các số nén Cr Cs Thực nghiệm cho thấy đường nén lại song song với đường nở có độ dốc định số nén lại C r số nở Cs, diễn tả đặc trưng biến dạng đàn hồi đất xác định theo biểu thức: C r = Cs = − ( e r − e r1 ) −∆e r = ' ' ' ∆ ( log σ ) log σ2 − log σ1 (P 2.15) Qua phép biến đổi biểu thức (P 26), ta thu biểu thức tính độ lún S theo Cs (Cs = Cr) sau: S=  Cs σ' H1 log 2' + e1 σ1 (P 2.16) Chỉ số nén Cc Độ dốc đường nén nguyên thủy định nghĩa số nén Cc, bao gồm đặc tính đàn hồi dẻo đất có dạng sau: Cc = −∆e e1 − e = ' ' ∆ ( log σ' ) log σ2 − log σ1 TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO (P 2.17) 15 CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN Qua phép biến đổi biểu thức (P 26), độ lún S tính theo C c biểu thức sau: S= Cc σ' H1 log 2' + e1 σ1 (P 2.18) 2.3 Độ lún theo thời gian Thí nghiệm nén cố kết xác định tiến trình cố kết diễn theo thời gian, gọi thời gian cố kết Xác định thời gian cố kết tiến hành loại đường cong cố kết theo thời gian cấp áp lực không đổi, phù hợp theo lý thuyết cố kết Terzaghi Thời gian cố kết đặc trưng hệ số C v Thông thường, hai phương pháp xác định hệ số Cv phương pháp Casagrande phương pháp Taylor Ngoài ra, có số phương pháp khác giới thiệu phần Sau có hệ số cố kết Cv, tiến hành tính toán nhân tố thời gian theo biểu thức: Tv = Cv t h2 (P 2.19) Từ đó, tính độ cố kết Ut (dựa vào nghiệm phương trình vi phân cố kết thấm tra bảng) xác định độ lún cố kết thời điểm t theo biểu thức: St = S∞ U t (P 2.20) đó: S∞ độ lún cố kết ổn định 2.3.1 Phương pháp Casagrande Trình tự thực sau (hình 2.10): − Vẽ đường cong cố kết tọa độ biến dạng nén (Δh) logarit thời gian (log(t), phút) − Ở phần đầu đường cong, chọn điểm A tương ứng với thời gian t (thường chọn t1 = 15” = 0.25’) điểm B tương ứng với thời gian t = 4t1 Vẽ đường thẳng vuông góc với trục tung, cho khoảng cách từ đường thẳng đến điểm A khoảng cách theo phương đứng hai điểm A B Đường thẳng cắt trục tung điểm Do, tương ứng với độ cố kết Ut = TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO 16 CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN − Vẽ tiếp tuyến đường cong điểm uốn đường tiếp tuyến phần cuối đường cong xem điểm D100, ứng với mức độ cố kết Ut = 100% − Vẽ đường thẳng song song với trục hoành cách hai điểm d o d100 cắt đường cong điểm D50, tương ứng với độ cố kết U t = 50% xác định thời gian t50 − Tính hệ số cố kết Cv: 0.197 × h 50 Cv = t 50 (P 2.21) đó: h50 – chiều dài đường thấm (h 50 = H50/n, n số đường thấm, H 50 chiều cao ban đầu mẫu (lúc U = 0) trừ số đọc độ lún thời điểm cố kết 50%) t50 (Ut = 0) Do a b A a Δh (0.01 mm) D50 B (Ut = 50%) b (Ut = 100%) D100 Hình 2.10 Xác định t50 theo phương pháp Casagrande 2.3.2 Phương pháp Taylor Trình tự thực sau (hình 2.11): − Vẽ đường cong cố kết tọa độ biến dạng nén (Δh) bậc hai thời gian ( t , phút) TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO 17 CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN − Kéo dài phần tuyến tính đường cong cắt trục tung điểm D o, tương ứng với độ cố kết Ut = − Từ điểm Do, vẽ đường thẳng thứ hai có hoành độ điểm 1.15 hoành độ điểm tương ứng đường thẳng thứ − Xác định giao điểm đường thẳng thứ hai đường cong t - Δh điểm D90, tương ứng với độ cố kết Ut = 90% − Tính hệ số cố kết Cv: Cv = 0.848 × h 90 t 90 (P 2.22) đó: h90 – chiều dài đường thấm lớn (h 90 = H90/n, n số đường thấm, H90 chiều cao ban đầu mẫu (lúc U = 0) trừ số đọc độ lún thời điểm cố kết 90%) t t90 Do D90 JP = 1.15 JP J P Q Hình 2.11 Xác định t90 theo phương pháp Taylor 2.3.3 Phương pháp hypecbon (Hyperbola method) Trình tự thực sau (hình 2.12): TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO 18 CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN − Vẽ đường cong biểu diễn mối quan hệ t/Δh thời gian t − Kéo dài phần tuyến tính bc đường cong cắt trục tung điểm I Xác định khoảng cách D − Xác định độ dốc m đường bc − Tính hệ số cố kết: mH C v = 0.3 × D (P 2.23) Phương pháp hypecbon khác đơn giản việc sử dụng cho kết tốt U = 60% ÷ 90% Thời gian t Hình 2.12 Phương pháp hypecbon 2.3.4 Phương pháp log(t) giai đoạn đầu (Early stage log-t method) Phương pháp xác định hệ số cố kết C v dựa vào đường cong Δh – log(t) bước thực sau (hình 2.13): − Xác định điểm Do phương pháp Casagrande − Vẽ đường thẳng Δ nằm ngang qua Do − Vẽ tiếp tuyến điểm uốn F đường cong Δh – log(t) Tiếp tuyến cắt đường thẳng Δ G Xác định thời gian t 22.4 tương ứng điểm G, lúc Ut = 22.4% − Tính hệ số cố kết: TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO 19 CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN C v = 0.0385 × H 222.4 t 22.4 (P 2.24) t22.14 Do G Δ F Hình 2.13 Xác định t22.4 theo phương pháp log(t) giai đoạn đầu Trong hầu hết tường hợp, với loại đất cấp áp lực cho trước, độ lớn C v xác định theo phương pháp Casagrande nhỏ phương pháp Giá trị lớn thu nhận từ phương pháp log(t) giai đoạn đầu Một lý phương pháp log(t) giai đoạn đầu sử dụng phần đầu đường cong nén lún Δh – log(t), ngược lại phương pháp Casagrande sử dụng phần bên đường cong nén lún Khi kể đến phần bên đường cong nén lún, ảnh hưởng giai đoạn nén thứ cấp đóng vai trò độ lớn C v (bảng 2.2) Nhiều nhà nghiên cứu tìm giá trị C v thu trường lớn so với giá trị nhận từ kết thí nghiệm phòng cách sử dụng phương pháp quen thuộc (đó phương pháp Casagrande phương pháp Taylor) Do đó, kết thu từ phương pháp log(t) giai đoạn đầu cung cấp giá trị mang tính thực tế TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO 20 CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN Bảng 2.2 So sánh giá trị Cv từ phương pháp Cv x 104 cm2/s Loại đất Cấp áp lực (kN/m2) Phương pháp Casagrande Phương pháp Taylor Phương pháp log(t) giai đoạn đầu Đất đỏ 25–50 4.63 5.45 6.12 50–100 6.43 7.98 9.00 100–200 7.32 9.99 11.43 200–400 8.14 10.90 12.56 400–800 8.10 11.99 12.80 25–50 3.81 4.45 5.42 50–100 3.02 3.77 3.80 100–200 2.86 3.40 3.52 200–400 2.09 2.21 2.74 400–800 1.30 1.45 1.36 25–50 5.07 6.55 9.73 50–100 3.06 3.69 4.78 100–200 2.00 2.50 3.45 200–400 1.15 1.57 2.03 400–800 0.56 0.64 0.79 25–50 1.66 2.25 2.50 50–100 1.34 3.13 3.32 100–200 2.20 3.18 3.65 200–400 3.15 4.59 5.14 400–800 4.15 5.82 6.45 25–50 0.063 0.130 0.162 50–100 0.046 0.100 0.130 100–200 0.044 0.052 0.081 200–400 0.021 0.022 0.040 400–800 0.015 0.017 0.022 Đất nâu Đất đen Đất sét Illite Đất sét bentonite TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO 21 CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN Đất sét Chicago 12.5–25 25.10 45.50 46.00 25–50 20.10 23.90 31.50 50–100 13.70 17.40 20.20 100–200 3.18 4.71 4.97 200–400 4.56 4.40 4.91 400–800 6.05 6.44 7.41 800–1600 7.09 8.62 9.09 Contents THÍ NGHIỆM NÉN CỐ KẾT .1 CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ CHO VIỆC ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN 2.1 Tổng quan lý thuyết cố kết 2.1.1 Nguyên lý cố kết đất 2.1.2 Mô hình cố kết Terzaghi 2.1.3 Quá trình cố kết đất 2.1.4 Các giả thiết lý thuyết cố kết 2.1.5 Lý thuyết cố kết 2.1.6 Các giai đoạn cố kết 2.2 Các đặc trưng biến dạng phục vụ cho việc ước lượng độ lún sơ cấp .10 2.2.1 Dùng đường cong nén lún e–σ để ước lượng độ lún sơ cấp 10 2.2.2 Dùng đường cong nén lún e-logσ để ước lượng độ lún sơ cấp .12 2.3 Độ lún theo thời gian .16 2.3.1 Phương pháp Casagrande .16 2.3.2 Phương pháp Taylor 17 2.3.3 Phương pháp hypecbon (Hyperbola method) 18 2.3.4 Phương pháp log(t) giai đoạn đầu (Early stage log-t method) 19 TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO 22 [...]... CAO 21 CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN Đất sét Chicago 12.5–25 25.10 45.50 46.00 25–50 20.10 23.90 31.50 50–100 13.70 17.40 20.20 100–200 3.18 4.71 4.97 200–400 4.56 4.40 4.91 400–800 6.05 6.44 7.41 800–1600 7.09 8.62 9.09 Contents 1 THÍ NGHIỆM NÉN CỐ KẾT .1 2 CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ CHO VIỆC ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN ... DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN Qua các phép biến đổi biểu thức (P 26), độ lún S được tính theo C c như biểu thức sau: S= Cc σ' H1 log 2' 1 + e1 σ1 (P 2.18) 2.3 Độ lún theo thời gian Thí nghiệm nén cố kết còn xác định được tiến trình cố kết diễn ra theo thời gian, được gọi là thời gian cố kết Xác định thời gian cố kết được tiến hành trên một loại đường cong cố kết theo thời gian. .. 4 2.1.4 Các giả thiết trong lý thuyết cố kết 5 2.1.5 Lý thuyết cố kết 6 2.1.6 Các giai đoạn cố kết 8 2.2 Các đặc trưng biến dạng phục vụ cho việc ước lượng độ lún sơ cấp .10 2.2.1 Dùng đường cong nén lún e–σ để ước lượng độ lún sơ cấp 10 2.2.2 Dùng đường cong nén lún e-logσ để ước lượng độ lún sơ cấp .12 2.3 Độ lún theo thời gian .16... nén thể tích và ao – chỉ số nén tương đối, m v = a o = a 1 + en Thực hiện một số phép biến đổi biểu thức (P 26), ta thu được biểu thức tính độ lún S theo mv, β, Eo như sau: TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO 11 CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN S = m v ∆σ' H1 (P 2.9) β ∆σ'H1 Eo (P 2.10) S= 2.2.2 Dùng đường cong nén lún e-logσ để ước lượng độ lún sơ cấp Hình... định t50 theo phương pháp Casagrande 2.3.2 Phương pháp Taylor Trình tự thực hiện như sau (hình 2.11): − Vẽ đường cong cố kết trong tọa độ biến dạng nén (Δh) và căn bậc hai của thời gian ( t , phút) TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO 17 CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN − Kéo dài phần tuyến tính của đường cong cắt trục tung tại điểm D o, tương ứng với độ cố kết... Xác định thời gian t 22.4 tương ứng tại điểm G, là lúc Ut = 22.4% − Tính hệ số cố kết: TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO 19 CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN C v = 0.0385 × H 222.4 t 22.4 (P 2.24) t22.14 Do G Δ F Hình 2.13 Xác định t22.4 theo phương pháp log(t) giai đoạn đầu Trong hầu hết các tường hợp, với cùng một loại đất và cấp áp lực cho trước, độ lớn... thẳng vuông góc với trục tung, sao cho khoảng cách từ đường thẳng đó đến điểm A bằng khoảng cách theo phương đứng giữa hai điểm A và B Đường thẳng cắt trục tung tại điểm Do, tương ứng với độ cố kết Ut = 0 TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO 16 CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN − Vẽ tiếp tuyến của đường cong tại điểm uốn và đường tiếp tuyến ở phần cuối của đường... định điểm có ứng suất tiền cố kết σ’p e d” A d d' σ’ σ’p (thang độ log) Hình 2.8 Xác định σ’p theo cách 1 (phương pháp Casagrande) e A σ’ σ’p (thang độ log) Hình 2.9 Xác định σ’p theo cách 2 TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO 13 CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN Cách 2: Nối dài hai phần tuyến tính của đường cong e-logσ, giao điểm của hai đường này chính là... t90 theo phương pháp Taylor 2.3.3 Phương pháp hypecbon (Hyperbola method) Trình tự thực hiện như sau (hình 2.12): TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO 18 CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN − Vẽ đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa t/Δh và thời gian t − Kéo dài phần tuyến tính bc của đường cong cắt trục tung tại điểm I Xác định được khoảng cách D − Xác định độ. ..CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN nghiêng với trục ngang của đường cong nén lún trong khoảng áp lực đã cho, tức là: a=− de dσ a n, n +1 = hay (P 2.7) e n − e n +1 σ n +1 − σ n Hình 2.6 Đường cong nén lún e- σ Hệ số nén a liên hệ với module biến dạng tổng quát bằng quan hệ sau: Eo = β 1 + en β β = = a mv ...CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ CHO VIỆC ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN 2.1 Tổng quan lý... thời gian diễn kéo dài so với giai đoạn nén cố kết TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN 2.2 Các đặc trưng biến dạng phục. .. cong cố kết tọa độ biến dạng nén (Δh) bậc hai thời gian ( t , phút) TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO 17 CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG PHỤC VỤ ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN − Kéo dài