Cuốn sách này dùng làm tài liệu giảng dạy và học tập của sinh viên các ngành xây dựng, đồng thời có thể làm tài liệu tham khảo cho các kỹ sư thiết kế nền móng...Ngày nay, các bài toán về cơ học đất đã được nghiên cứu phát triển rất nhiều, khối lượng kiến thức về cơ học đất rất lớn
share-connect.blogspot.com Trang Lời nói đầu Để đáp ứng với yêu cầu đổi chơng trình đào tạo Trờng Đại Học Bách Khoa nghành Xây dựng Cầu Đờng, Xây dựng Dân dụng - Công nghiệp Xây dựng thuỷ lợi - Thuỷ điện thuộc hệ đào tạo dài hạn vừa học vừa làm, đồng thời nhân kỷ niệm 30 năm thành lập Trờng Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng khoa Xây dựng Cầu Đờng Trờng Đại Học Bách Khoa thuộc Đại Học Đà Nẵng cho xuất Giáo trình Cơ học Đất Cuốn sách dùng để làm tài liệu phục vụ cho công tác giảng dạy học tập sinh viên nghành Xây dựng, đồng thời làm tài liệu tham khảo cho Kỹ s thiết kế Nền- Móng Ngày nay, toán Cơ học Đất đà đợc nghiên cứu phát triển nhiều, khối lợng kiến thức Cơ học Đất lớn Khi biên soạn sách này, cố gắng nêu lên vấn đề chủ yếu nhất, đồng thời bám sát tiêu chuẩn hành nớc ta giới thiệu phơng pháp đợc áp dụng rộng rÃi nớc Tây - Âu, để ngời đọc dễ dàng nắm bắt thực hành đợc Chúng mong mức độ ngắn gọn dễ dàng, sách có ích cho ngời đà học Cơ học đất trớc nghiên cứu Cơ học đất, củng cố lại kiến thức Cơ học đất so với tài liệu cũ đà giới thiệu Khi biên soạn nội dung chơng VI, tác giả có kết hợp sử dụng chän läc nhiỊu néi dung cn ( ThÝ nghiƯm đất trờng ứng dụng phân tích Nền Móng) GS.TS Vũ Công Ngữ - ThS Nguyễn Thái Nhà Xuất Khoa học kỹ thuật xuất năm 2003 Nội dung chơng khác đợc tham khảo theo nhiều giáo trình đợc liệt kê mục tài liệu tham khảo Các tác giả xin đợc gởi gắm vào giáo trình lòng biết ơn sâu sắc thầy đà giúp cho tác giả có đợc thành ngày hôm nay: GS.TS Vũ Công Ngữ, GS.TS Dơng Học Hải, TS Hoàng Truyền, TS Nguyễn Hùng Sơn Đồng thời tác giả xin chân thành cảm ơn tập thể cán khoa Xây dựng Cầu đờng, Trờng Đại Học Bách Khoa - Đại Học Đà Nẵng đà giành cho tác giả quan tâm, giúp đỡ có hiệu để giáo trình hoàn thành sớm mắt bạn đọc Do Cơ học đất đà phát triển nhanh thời gian qua, kinh nghiệm kiến thức có hạn, nên chắn thân ngời viết đà nắm đợc đầy đủ diễn giải hay, kết tốt nó, nên tránh khỏi thiếu sót Mong bạn đồng nghiệp chuyên nghµnh chØ dÉn cho Mäi sù gãp ý vỊ néi dung sách đợc tiếp nhận với lòng biết ơn Địa góp ý gửi về: Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng khoa Xây dựng Cầu đờng Trờng Đại Học Bách Khoa - Đại Học Đà Nẵng 54 Nguyễn Lơng Bằng - Quận Liên Chiểu - TP Đà Nẵng Email: xdcauduong @yahoo.com Các tác giả share-connect.blogspot.com Trang Mục lục Trang Lời nói đầu Mục lục Các thứ nguyên thờng dùng Mở đầu Chơng i: chất vật lý đất phân loại đất Đ1 Sự hình thành đất 1.1 Quá trình phong hóa 1.2 Các dạng trầm tích 1.3 Các ảnh hởng môi trờng Địa - Vật lý đến tính chất đất Đ2 Các thành phần cấu tạo đất tác dụng lẫn chúng 2.1 Thành phần rắn cứng 2.2 Thành phần nớc đất 2.3 Thành phần khí đất 2.4 Các tác dụng qua lại thành phần đất Đ3 Kết cấu Cơ cấu đất 3.1 Kết cấu đất 3.2 Cơ cấu đất Đ4 Các tiêu vật lý đất 4.1 Các tiêu vật lý xác định thí nghiệm 4.2 Các tiêu vật lý xác định tính toán 4.3 Các tiêu xác định trạng thái đất Đ5 Phân loại đất Đ6 Một số tính chất lý thờng xảy đất 6.1 Tính dính đất 6.2 Tính co nở ®Êt 6.3 TÝnh tan r· cđa ®Êt 6.4 HiƯn t−ỵng tikxotrofia đất 6.5 Hiện tợng biến loÃng đất cát 6.6 Tính đầm chặt đất 6.7 Tính thấm đất Các ví dụ mẫu 3 3 5 10 12 13 17 17 18 20 20 22 24 28 32 32 32 33 33 34 35 38 40 chơng ii: xác định ứng suất đất 44 Đ.1 Khái niệm 44 Đ.2 Phân bố ứng suất tải trọng gây 44 2.1 Bài toán - tác dơng cđa lùc tËp trung 44 2.2 Ph©n bè øng suất trờng hợp toán không gian 48 2.3 Phân bố ứng suất trờng hợp toán phẳng 57 share-connect.blogspot.com Trang Đ.3 Phân bố ứng suất đất có xét đến tính không đồng tính không đẳng hớng đất 65 3.1 Trờng hợp dới đất lớp đất cứng 67 3.2 Trờng hợp đất gồm hai lớp, lớp dới lớp mềm yếu 70 Đ.4 Phân bố ứng suất tiếp xúc dới đáy móng 71 4.1 Trờng hợp toán không gian 72 4.2 Trờng hợp toán phẳng 74 4.2.1 Trờng hợp móng cứng hình băng chịu tải trọng trung tâm 75 4.2.2 Trờng hợp móng cứng hình băng chịu tải trọng lệch tâm 76 Đ.5 Phân bố ứng suất trọng lợng thân đất gây nên 76 5.1 Trờng hợp đất đồng 76 5.2 Trờng hợp đất gồm nhiều lớp có tính chất khác 77 5.3 Trờng hợp đất có mực nớc ngầm 77 5.4 Trờng hợp nớc có áp 79 CHƯƠNG III: BIếN DạNG Và Độ LúN CủA NềN ĐấT 91 Đ1 Khái niệm chung 91 Đ2 Tính biến dạng đất 92 2.1 Các nghiên cứu tính chất biến dạng đất 2.2 Các đặc điểm biến dạng đất 92 99 2.3 Các nhân tố chủ yếu ảnh hởng đến biến dạng lún đất 102 Đ3 Tính toán độ lún cuối đất 103 3.1 Trờng hợp bản: Độ lún đất trờng hợp thí nghiệm nén 103 3.2 Tính toán độ lún cuối đất dới móng công trình 107 Đ4 Lý thuyết cố kết thấm tính toán ®é lón theo thêi gian 125 4.1 Lý thuyÕt cè kết thấm K.Terzaghi phơng trình vi phân cố kết thấm 126 4.2 Tính toán độ lún đất theo thời gian điều kiện toán chiều 129 4.3 Tính toán độ lún đất theo thời gian điều kiện toán phẳng toán không gian 139 chơng iV: cờng độ ổn định đất Đ1 Khái niệm chung Đ2 Sức chống cắt đất 2.1 Sức chống cắt cực hạn đất, định luật cắt đất 2.2 Các yếu tố ảnh hởng đến sức chống cắt đất 2.3 Từ biến đất sét ảnh hởng đến cờng độ chống cắt 145 145 146 146 152 155 share-connect.blogspot.com Trang Đ3 Trạng thái cân giới hạn điểm đất điều kiện cân giới hạn mohr - coulomb 159 3.1 Trạng thái cân bền trạng thái cân giới hạn điểm đất 159 3.2 Điều kiện cân giới hạn Mohr - Coulomb 159 Đ4 Xác định sức chịu tải đất 162 4.1 Phơng pháp tính toán dựa vào lý luận biến dạng tuyến tính kết hợp với điều kiện cân giới hạn ( dựa vào phát triển cuả vùng biến dạng dẻo) 164 171 4.2 Phơng pháp tính toán dựa vào lý thuyết cân giới hạn 192 4.3 Phơng pháp tính toán dựa vào giả thiết mặt trợt trớc: Đ5 ổn định mái dốc 194 196 5.1 Điều kiện ổn định đất mái dốc 5.2 Phân tích ổn định mái dốc theo phơng pháp mặt trợt cung tròn hình trụ 199 CHƯƠNG 5: tính toán áp lực đất lên lng tờng chắn Đ1 Khái niệm chung 1.1 Phân loại tờng chắn đất 211 211 1.2 áp lực đất điều kiện sản sinh áp lực đất 1.3 Các lý thuyết tính toán áp lực đất lên tờng chắn 212 214 Đ2 Phơng pháp xác định áp lực tĩnh đất lên tờng 215 Đ3 Lý thuyết áp lực đất C.A.Coulomb 3.1 Tính toán áp lực chủ động lớn đất theo lý thuyết C.A.Coulomb 3.2 Tính toán áp lực bị động nhỏ đất tác dụng lên lng tờng chắn 215 216 223 Đ4 Các phơng pháp dựa vào lý thuyết cân giới hạn 4.1 Tính toán áp lực đất theo lý luận W.J.R.Rankine 4.2 Tính toán áp lực đất theo lý thuyết V.V.Xôclovski 224 224 230 Đ5 Tính toán áp lực đất lên tờng chắn trờng hợp thờng gặp 5.1 Trờng hợp tải trọng tác dụng lên mặt đất 5.2 Trờng hợp lng tờng gÃy khúc mặt đất phẳng 5.3 Trờng hợp đất đắp sau tờng gồm nhiều lớp 5.4 Trờng hợp đất đắp sau tờng có nớc ngầm 232 232 235 235 236 Đ6 Nhận xét phạm vi áp dụng lý thuyết áp lực đất lên tờng chắn 240 Đ7 Một số vấn đề cần ý tính toán áp lực đất lên tờng chắn 7.1 Việc chọn tiêu lý đất đắp 241 241 7.2 ảnh hởng nở đất áp lực thủy động 7.3 Biện pháp làm giảm áp lực đất lên tờng 243 243 Chơng VI Các thí nghiệm đất tr−êng 6.1 ThÝ nghiƯm xuyªn tiªu chn (SPT) 244 share-connect.blogspot.com Trang 6.2 ThÝ nghiƯm xuyªn tÜnh 248 6.3 ThÝ nghiệm nén ngang lỗ khoan (PMT) 256 6.4 Thí nghiƯm nÐn ngang DMT (DILATOMETER) 261 6.5 ThÝ nghiƯm c¾t cánh (VST) 273 6.6 Thí nghiệm bàn nén trờng 275 Tài liệu tham khảo Các thứ nguyên thờng dùng: 100kPa = 100kN/m2 = bar = pa ≈ 1kG/cm2 = 10 t/m2 1tsf = ksf CHƯƠNG I share-connect.blogspot.com Trang Mở đầu Định nghĩa đối tợng nghiên cứu: học đất ngành học ứng dụng chuyên nghiên cứu đất Hầu hết công trình xây dựng đặt đất, nghĩa dùng đất làm cho công trình, số khác công trình nh đờng, đê, đập đất lại dùng đất làm vật liệu xây dựng Vì vậy, muốn cho công trình đợc tốt, nghĩa công trình ổn định, bền lâu tiết kiệm thiết phải nắm rõ tính chất đất dùng làm vật liệu xây dựng hay làm cho công trình xây dựng Nh đối tợng nghiện cứu học đất loại đất thiên nhiên, sản phẩm trình phong hóa đá gốc lớp vỏ đất Mỗi loại phong hóa có tác dụng phá hủy đá gốc khác tạo loại đất khác Đặc điểm đất vật thể gồm nhiều hạt rắn riêng rẽ không gắn với gắn kết với liên kết có sức bền nhỏ nhiều lần so với sức bền thân hạt đất Do trình hình thành đất mà chúng tồn độ rỗng đất độ rỗng lại có khả thay đổi dới ảnh hởng tác động bên Ngoài bề mặt hạt đất có lợng, chúng gây tợng vật lý hóa lý phức tạp, dẫn đến làm thay đổi tính chất vật lý học đất Vì nghiên cứu đất phải nghiên cứu đến nguồn gốc hình thành điều kiện tự nhiên mà đất tồn Đặc điểm nội dung môn học: Cơ học đất môn học cần vận dụng hiểu biết đất từ môn khoa học khác có liên quan nh địa chất công trình, thổ chất học Và đồng thời vận dụng kết ngành học khác nh học vật thể biến dạng (lý thuyết đàn hồi, lý thuyết dẻo, lý thuyết từ biến) Trên sở lý thuyết này, Cơ học đất đà xây dựng đợc lý thuyết riêng phù hợp với trình học xảy đất Tuy nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu thực nghiệm, thực nghiệm quan trắc thực tế đóng vai trò định nghiên cứu sử dụng đất xây dựng Từ nghiên cứu lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm, Cơ học đất tập trung giải nhiệm vụ nội dung sau: - Xác lập quy luật trình học xảy đất, đồng thời xác định đợc đặc trng tính toán ứng với trình xảy - Nghiên cứu phân bố ứng suất đất, quan hệ ứng suất biến dạng dới tác dụng ngoại lực - Giải toán biến dạng, cờng độ, ổn định đất, mái dốc nh toán áp lực đất tác dụng lên tờng chắn Sơ lợc lịch sử phát triển môn học Cơ học đất môn học đợc hình thành chậm nhiều so với môn học ứng dụng khác, nhng từ lâu loài ngời đà có nghiên cứu đất, nhiên xà hội lạc hậu nên kiến thức đất xây dựng nằm mức độ nhận thức cảm tính, cha đợc nâng cao thành nhận thức lý lận Nhiều nhà khoa học đà có cống hiến to lớn đà có công xây dựng nên môn học đất ngày giới thiệu hai nhà bác học đà có công lao lớn đến phát triển học đất Công trình khoa học Cơ học đất C.A Coulomb (1736 1806) thiếu tá kỹ s công binh, viện sĩ viện khoa học Pháp, năm 1773 đà đa lý CHƯƠNG I share-connect.blogspot.com Trang luận tiếng cờng độ chống cắt đất ngời xây dựng đợc phơng pháp xác định áp lực đất lên vật chắn Trải qua hai kỷ ngày nay, phơng pháp ông đợc sử dụng rộng rÃi Sự hình thành học đất nh môn khoa học độc lập với hệ thống hoàn chỉnh phơng pháp riêng biệt đợc xem nh năm 1925, K.Terzaghi (1883-1963) cho xuất Cơ học đất sở vật lý đất Năm 1963 Hội nghị khoa học quốc tế Cơ học đất - Nền móng họp lần thứ sau năm họp lần Hội nghị Cơ học đất - Nền móng hội thảo khoa học liên quan đợc tổ chức nhiều nớc khu vực Đến nay, Cơ học đất đà trở thành môn khoa học với nhiều néi dung phong phó, gåm nhiỊu lÜnh vùc kh¸c nhằm đáp ứng phát triển mạnh mẽ công nghiệp, xây dựng Việt Nam , Cơ học đất đợc bắt đầu nghiên cứu từ năm 1956 Đến đội ngũ ngời làm công tác nghiên cứu Cơ học đất đà trởng thành chất lợng số luợng, đủ sức giải toán đa dạng phức tạp thực tế xây dựng công trình đề Tuy điều kiện kinh tế xà hội hạn chế nên trang thiết bị chuyên nghành đầu t cha đầy đủ đồng bộ, việc phát triển kiến thức công nghệ Cơ học đất cần đòi hỏi nỗ lực lớn CHƯƠNG I share-connect.blogspot.com Trang 10 chơng i: chất vật lý đất phân loại đất Đ1 hình thành đất 1.1 Quá trình phong hóa: Sự phá hoại làm thay đổi thành phần đá gốc dới tác dụng vật lý, hóa học yếu tố khác gọi trình phong hóa Do tác dụng phong hóa nên khối đá nham thạch giữ nguyên đợc trạng thái ban đầu nó, mà thay đổi, bị vỡ vụn, bị rời ra, bị dòng nớc gió đi, hình thành lớp đất phủ quanh phần lớn mặt vỏ đất Do vậy, sử dụng đất làm công trình, làm môi trờng, vật liệu xây dựng, cần phải xét đến biến đổi không ngừng xảy lớp đất bên vỏ đất Dựa vào đặc trng biến đổi đá gốc ảnh hởng tác nhân phong hóa, có thÓ chia phong hãa vËt lý, phong hãa hãa học phong hóa sinh học Trong đó, theo quan ®iĨm vỊ x©y dùng, chØ cã phong hãa vËt lý phong hóa hóa học đáng đợc quan tâm nghiên cứu Phong hoá vật lý: Sinh chủ yếu có liên quan với thay đổi nhiệt độ, gây nên nở nhiệt không thể tích, làm cho đá gốc bị phá hoại phân vụn thành hạt to nhỏ không nhau, nhng không làm thay đổi thành phần hóa học khoáng vật Do sản phẩm phong hóa vật lý tạo loại đất rời (đá dăm, cuội sỏi, hạt cát, v.v ) có thành phần khoáng vật tơng tự với đá gốc Phong hoá hoá học: Sinh tác nhân nh nớc, ôxy, axit cacbonic axit khác hòa tan nớc, làm cho đá gốc bị phá hoại kèm theo thay đổi thành phần khoáng vật ổn định hơn, tạo loại đất sét khác có kích thớc hạt nhỏ nhỏ, phần lớn không phân biệt mắt thờng đợc Các nhóm hạt sét nhỏ phần lớn chứa nhiều hạt đơn khoáng thuộc ba nhóm khoáng vật - Mônmôrilonit, Ilit Kaolinit Tất khoáng chất có cấu tạo tinh thể mỏng, nhng có lợng bề mặt khác nhau, Mônmôrilonit hoạt động mạnh Kaolinit yếu Thông thờng trình phong hóa vật lý hóa học xảy lúc hỗ trợ cho vùng khí hậu khô lạnh phong hóa vật lý chủ yếu, vùng khí hậu nóng ẩm, nh nớc ta chẳng hạn, phong hóa hóa học đóng vai trò quan trọng Các sản phẩm cuối phong hóa nằm chỗ hình thành ban đầu bị di chuyển chỗ khác dòng nớc gió tạo thành dạng trầm tích đất 1.2 Các dạng trầm tích đất: - Trầm tích tàn tích (Eluvian) : Là trầm tích sản phẩm phong hóa lớp đá nằm chỗ hình thành ban đầu Đặc điểm bật bao gồm hạt có dạng góc cạnh nhọn sắc phân loại theo kích thớc hạt, thành phần thạch học nói chung giống đá gốc nớc ta, khí hậu nhiệt đới nên trình phong hóa hóa học xảy mÃnh liệt biến loại đá gốc thành loại đất sét có màu đỏ, nâu, vàng, thờng gọi đất Laterit Quá trình Laterit hóa trình hình thành đất chủ yếu n−íc ta - TrÇm tÝch s−ên tÝch (Deliuvian) : Chđ yếu đợc tích lũy lại sờn dốc chân sờn dốc, nh khoảnh thấp sát đờng chia nớc Trầm tích đợc tạo thành nớc ma trôi sản phẩm rời xốp phong hóa từ vùng CHƯƠNG I share-connect.blogspot.com Trang 11 cao đa xuống Đặc điểm gồm loại đất rời rạc, hạt đất nhỏ lẫn với hạt lớn, không ổn định, thờng hay bị trợt lở theo mặt lớp đá gốc bên dới, có bề dày lớp đất không đồng - Trầm tích bồi tích (Aluvian): Đó tất sản phẩm đợc tạo thành cách sông, hợp thành trầm tích thung lũng cổ, đại lòng sông Đặc điểm loại trầm tích có tính phân lớp theo quy luật thành phần hạt chúng, từ lớp bên thờng đất loại sét cát mịn, đến lớp bên dới thờng đợc cấu tạo đất cát lẫn sỏi cuội - Trầm tích tam giác trâu hồ sừng trâu: Đợc hình thành sông mang vật liệu đến lắng đọng vùng cửa sông khúc sông chết Trầm tích đợc đặc trng tồn lớp bùn sét, bùn hữu cha đợc nén chặt mấy, cát mịn, cát pha sét Các đất thuộc loại thờng có độ dày diện tích phân bố lớn, tạo thành khối dẻo có tính nén lớn - Trầm tích biển: Là tích lũy dới đáy biển vật liệu dòng nớc mang đến Thành phần tính chất loại trầm tích biển phụ thuộc nhiều vào tồn chất hữu thực vật động vật sống dới đáy biển Trầm tích chủ yếu đất sét đất bùn phổ biến diện tích rộng lớn đợc đặc trng tính chất khác tùy theo tuổi lịch sử hình thành chúng Với mô tả tóm tắt loại trầm tích trên, thấy rõ ràng đất thiên nhiên khác nhau, chất vật lý chúng phức tạp Từ trình hình thành đất đến hoàn cảnh chúng, tất yếu tố đà tạo nên tính chất độc đáo đất thiên nhiên 1.3 ảnh hởng môi trờng địa - vật lý đến tính chất đất Với vấn đề đà trình bày trên, thấy rõ môi trờng địa - vật lý có ảnh hởng lớn đến hình thành đất, nên nghiên cứu đất tách rời điều kiện lịch sử tự nhiên hình thành tồn đất đựơc Chẳng hạn, tùy theo tuổi toàn lịch sử trớc hình thành chúng, loại đất sét thiên nhiên có tính chất khác Ví dụ: đất sét Cambri tuổi khoảng 500 triệu năm chắn rằng, thời gian dài đà chịu tác dụng áp lực lớn thay đổi, bị ép nớc phận bị khô đi, v.v Các đất sét đà trải qua trình hóa học hóa - lý đà xảy ra, trình xảy với tốc độ nhỏ hoàn toàn nhận biết đợc khoảng thời gian tơng đối ngắn Mặt khác, trình dính kết chậm xảy thời gian dài có ảnh hởng đến kết cấu cấu đất loại sét Tất trình đà tạo nên tính chất hoàn toàn đặc biệt đất sét Cambri so với đất sét khác Theo kết nghiên cứu đất sét coi nh vật liệu cứng nhớt đàn hồi, có khả chịu tải lớn Trái với đất sét Cambri, loại đất sét (trầm tích biển, hồ, đầm) đại thờng đợc nén chặt, chúng thờng có trạng thái nở nhÃo có sức chịu tải không đáng kể Đối với đất cát vậy, chúng phụ thuộc lớn vào điều kiện hình thành chúng, có loại cát trạng thái chặt, có loại lại rời xốp, chí có loại cát trạng thái huyền phù dễ sinh tợng cát chảy CHƯƠNG I share-connect.blogspot.com Trang 12 Do đó, nghiên cứu đất thiên nhiên có xét đến tác dụng tơng hỗ chúng với môi trờng xung quanh biến đổi liên tục tính chất chúng, cần phải ý nhiều đến lịch sử chúng, nghĩa ý đến điều kiện diễn biến trình hình thành nh hoàn cảnh địa - vật lý hình thành đất Quá trình "hóa đá" có ý nghĩa quan trọng hình thành tính chất đất Các tợng tái kết hợp (sự nén chặt, dính kết) kiến tạo (chủ yếu trụt xuống phần vỏ đất) tạo nên điều kiện có khả làm thay đổi thành phần kết cấu đất, nữa, với áp lực nhiệt độ thích hợp, chúng dẫn tới tợng biến chất, nghĩa thay đổi hoàn toàn đá rời cách kết dính lại, kết tinh lại hạt khoáng vật chúng đến thành đá khối liền Do tính chất đất phụ thuộc nhiều vào tác dụng môi trờng xung quanh, nên Cơ học đất, chọn sơ đồ tính toán cần phải xét đến hoàn cảnh tự nhiên mà đất tồn Còn việc xác định đặc trng tính toán đất cần đảm bảo cho mẫu đất thí nghiệm phản ánh đợc trạng thái tồn tự nhiên Để đáp ứng đợc yếu cầu trên, mẫu đất dùng để thí ngiệm phải cố gắng đảm bảo cho kết cấu bị phá hoại Đ2 Các thành phần cấu tạo đất tác dụng lẫn chúng Nh đà trình bày, đất thiên niên vật thể phân tán bao phủ phần lớn bề mặt vỏ đất Do nghiên cứu đất thiên nhiên cần phải ý chúng hệ thống phức tạp, có tác dụng tơng hỗ lẫn thành phần rắn (cứng), lỏng khí Trong trạng thái tự nhiên, quan hệ nhóm hạt riêng rẽ có ý nghĩa đặc biệt có mặt số lợng hạt rắn nhỏ nhỏ đất, chúng có diện tích bề mặt riêng lớn có hoạt tính cao Trờng hợp tổng quát, đất gồm ba thành phần: Các hạt khoáng chất rắn thờng chiếm phần lớn thể tích đất, thể lỏng chiếm phần hay toàn khoảng trống hạt rắn đất thành phần khí chiếm phần lại lỗ rỗng đất, gồm chủ yếu không khí Các tính chất thành phần này, tỷ lệ số lợng chúng đất, tác dụng điện phân tử, hóa - lý, học tác dụng tơng hỗ khác thành phần đất định chất đất 2.1 Thành phần rắn (cứng) đất: Thành phần rắn đất chủ yếu gồm hạt khoáng vật nguyên sinh thứ sinh, thờng gọi hạt đất, có kích thớc từ vài xentimet đến vài phần trăm, phần nghìn milimet Các tính chất đất phụ thuộc vào thành phần khoáng chất chúng 2.1.1 Thành phần khoáng đất: Thành phần khoáng chất đất phụ thuộc chủ yếu vào thành phần khoáng đá gốc vào mức ®é t¸c dơng cđa phong ho¸ ®èi víi c¸c ®¸ gốc Tùy theo mức độ tác dụng phong hóa khác nhau, thành phần khoáng khác nhau, loại đá gốc sinh ra, có ảnh hởng khác đến tính CHƯƠNG vi share-connect.blogspot.com Trang 274 A B áp lực khí cần có để vợt qua độ cứng màng thép (không có áp lực đất) Khi thí nghiệm, áp lực khí cân với áp lực đất độ cứng màng thép Các số đọc A B thu đợc từ vị trí A B hình (VI-19) Màng thép tự nhiên cong Khi để mũi xuyên không khí, màng thép nằm vị trí A B (vị trí at rest- hình VI-20) A áp suất khí nén âm (hút vào) tác dụng vào màng thép (đặt không khí) màng thép vị trí A - vị trí tiếp xúc với đĩa cảm ứng B áp suất khí nén dơng Hình VI-20: Đọc số đọc Avà B (đẩy ra) tác dụng vào màng thép màng thép vị trí B- vị trí trụ thép (1) tiếp xúc với đĩa cảm ứng A B quan trọng, đặc biệt loại đất yếu (khi A B không lớn A B nhiều) 6.4.3.2 Xác nhận A B: Trình tự bớc thực nh sau: 1) Đóng van khoá cấp 2) Cắm ống xi lanh với đầu cắm xi lanh hộp điều khiển, ban đầu xi lanh không khí (Hình VI-21.a) 3) Kéo xi lanh đến gần hết ống, có áp lực chân không hút màng thép chạm vào đĩa cảm ứng, tiếng bíp bắt đầu kêu (Hình VI-21.b) Giữ xi lanh khoảng giây để ổn định áp lực chân không, sau đẩy xilanh thật chậm, tiếng bíp vừa tắt, ta đọc số đọc, ví dụ 15Kpa, A trị tuyệt đối số đọc , tức A = 15Kpa (Hình VI-21.c) 4) Tiếp tục đẩy xi lanh từ từ, tiếng bíp kêu lại (vị trí B), ta đọc số đọc B (Hình VI-21.d) 5) Lặp lại trình đến lần để đảm bảo A Blà xác Khi xác định trị số A B cần lu ý điểm sau: - Nếu dây cáp dẫn khí đến mũi xuyên DMT dài (vài chục mét), đọc A B ta phải chờ khoảng 15 giây để áp lực truyền đến màng thép - Trớc thí nghiệm , thông thờng A=15Kpa, B=40Kpa Nếu A nằm khoảng 5-30Kpa B nằm khoảng 5ữ80Kpa, màng thép không đạt tiêu chuẩn - Sau hoàn thành thí nghiệm, ta phải đo lại A B Nếu chúng khác CHƯƠNG vi share-connect.blogspot.com Trang 275 xa (>25KPa) so với A B trớc thí ngiệm, màng thép đà rÃo, cũ, làm giảm độ tin cậy thí ngiệm, ta cần phải thay màng thép rÃo, bị xớc Giá trị A B giá trị trung bình trớc sau tiÕn hµnh thÝ nghiƯm DMT - Mµng thÐp míi nguyên (cha thí nghiệm lần nào) tin cậy màng thép đà sử dụng vài lần, A B màng cha ổn định Với màng thép nguyên, nên tác động áp lực khoảng 500Kpa Sau giảm áp 0, nh vài lần Ta thử nh vài lần chậu nớc để kiểm tra xem màng có khả hoàn toàn cách nớc hay không a) Vị trí tự nhiên không bíp b) Chân không >> A bíp liên tục c) Chân không = A dừng bíp d) B bíp lại Hình VI-21 6.4.4 Quy tắc đọc trị số a, b, c 6.4.4.1 Công tác chuẩn bị thí nghiệm: Trình tự theo bớc sau: 1) Bắt ren đầu cáp p-c (cáp vừa dẫn khí nén vừa truyền tín hiệu) vào mũi xuyên DMT đồng thời bắt ren mũi xuyên với cần xuyên 2) Nối âm với đất: Một đầu đoạn cáp nối đất cắm vào giá cắm đất hộp điều khiển, đầu kẹp vào cần xuyên 3) Mở van xả nhanh gõ tay vào đồng hồ áp lực, chỉnh số đọc 4) Xác định trị số A B nh phần 5) Cắm van điều chỉnh áp lực vào bình khí nén, điều chỉnh đồng hồ 6) Đóng van khoá cấp, van khoá chậm mở van xả nhanh 7) Hiệu chỉnh để đồng hồ khí nén ë b×nh khÝ nÐn chØ 3Mpa Më van ë b×nh khí nén mở van khoá cấp điều khiển (và trình thí nghệm van khoá cấp đợc mở) 6.4.4.1 Thí nghiệm: Trình tự thí nghiệm DMT nh sau: 1) Trên hộp điều khiển : đóng van cÊp chËm, më van x¶ nhanh (van x¶ nhanh phải đợc mở để giảm h hỏng đất tác dụng lên màng thép xuyên) 2) Điều khiển hệ gia lực đẩy mũi xuyên xuống (thờng 20cm lần), áp lực đất tác dụng lên màng thép nên trình đẩy xuyên có tiếng bíp liên tục đèn đỏ độ sâu yêu cầu, nhả cần gia lực để dừng xuyên 3) Đóng hai van x¶ Tõ tõ më van cÊp chËm, khÝ nÐn đợc cấp từ từ để đẩy màng thép Ngay màng thép không tiếp xúc với đĩa cảm ứng, tiếng bíp ngừng kêu ta đọc số đọc A CHƯƠNG vi share-connect.blogspot.com Trang 276 4) Khí nén vÉn tiÕp tôc cÊp qua van cÊp chËm Ngay tiếng bíp kêu lại (tức trụ thép (1) phía sau cần plexi tiếp xúc với đĩa cảm ứng) ta phải thao tác nhanh thực bớc sau: - Đọc số đọc B - Mở van xả nhanh (tránh màng thép bị rÃo); đóng van cấp chậm; cần đọc số đọc C (xem phần số đọc C) - Quay lại bớc (1) để xuyên thí nghiệm tiếp Số Đọc c: Muốn đọc số đọc C cần thực nh sau: - Không xả hết khí ngay, mà đóng van xả nhanh lúc áp suất ít, mở van xả chậm Tiếng bíp ngng kêu (vị trí at rest) Sau 45ữ60 giây, màng thép tiếp xúc với đĩa cảm ứng, tiếng bíp kêu lại (vị trí A) ta đọc số đọc C 6.4.5 Thí nghiệm tiêu tán áp lực nớc lỗ rỗng (đối với đất dính) Đối với đất có tính thấm kém, xuyên DMT tạo áp lực nớc lỗ rỗng d, áp lực nớc lỗ rỗng lớn áp lực nớc lỗ rỗng thờng U0 Sư dơng DMT, ta cã thĨ tiÕn hµnh thÝ nghiƯm tiêu tán áp lực nớc lỗ rỗng để xác định tính thấm tham số cố kết đất dính 6.4.5.1 Phơng pháp tiêu tán DMT-A Phơng pháp DMT-A (do Marchetti Totani đề xuất 1989) đợc mô tả ASTM 2001 C¸c thao t¸c thùc hiƯn nh− sau: - (1) Dừng xuyên lại, bắt đầu ®ång hå bÊm gi©y (t=0) - (2) Sau ®ã cÊp khí (van cấp chậm) khoảng 15 giây để ®äc sè ®äc A - (3) Khi ®äc A, xả khí cách mở van xả nhanh, đồng thời đo lại thời gian đồng hồ bấm giây (Sau đọc số đọc A, ta không cấp khÝ nÐn tiÕp ®Ĩ ®äc sè ®äc B) - (4) - Chờ khoảng thời gian định trớc (thờng 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 15, 30 - phót) lËp lại bớc (2) (3) - (5)- Số đọc A giảm dần theo thời gian (cùng với áp lực nớc lỗ rỗng bị tiêu tán) Ta vẽ đồ thị A-log(t) Dừng thí nghiệm tiêu tán mà đồ thị có hai đờng cong rõ rệt với điểm uốn tflex 6.4.5.2 Phơng pháp tiêu tán DMT-A2 Phơng pháp tiêu tán DMT-A2 (Schmertmann, 1991) đợc mô tả ASTM.2001 phơng pháp có vài điểm trình tự có khác với phơng pháp DMT-A (1) - vòng đọc Ta đo A B C Còn từ vòng đọc thứ hai ta đo A (2) - Vẽ đồ thị A t (hay gọi A2 t )diễn dịch kết Thí nghiệm DMT-A2 không phù hợp với loại sét cứng 6.4.6 Tơng quan tiêu lý đất kết DMT 6.4.6.1 Chuẩn hoá số đọc: share-connect.blogspot.com CHƯƠNG vi Trang 277 Do độ cứng màng thép (A vàB), số đọc ban đầu đồng hồ ZM mà ta phải hiƯu chØnh ¸p lùc nh− sau: P0 = 1,05(A-ZM + ∆A) - 0,05 (B-ZM + ∆B) (VI-28) P1 = B-ZM + ∆B (VI-29) P2 = C-ZM + ∆A (VI-30) Th«ng thờng ZM = 0; ZM khác không trờng hợp: đồng hồ để đọc A B (gọi ®ång hå ∆) kh¸c víi ®ång hå lóc ®äc A B (gọi đồng hồ AB); ZM hiệu số số đọc đồng hồ lúc áp lực khí số đọc đồng hồ AB lúc áp lực khí Lúc chuyển vị 0, P0 tỷ lệ với áp lực địa tĩnh theo phơng ngang (ứng suất thân, tức h0), lúc chuyển vị 1,1mm, P1 tỷ lệ với áp lực bị động 'p L−u ý r»ng, P0 > σh0 vµ P1 > σP (hay Pb) Bởi vì, dù bị xáo trộn dới mũi xuyên DMT mỏng (1,5cm), cấu trúc đất bị thay đổi Từ kết đọc đợc từ thí nghiệm DMT ta phải xác định đợc thông số (gọi số) DMT: - Chỉ số đất: ID = - ChØ sè nÐn ngang: K D = - Môđun DMT: P1 P0 P0 U (VI-31) P0 − U (VI-32) σ vo' ED = 34,7(P1-P0) - Hệ số áp lực nớc lỗ rỗng: U D = (VI-33) P2 − P0 P0 − U (VI-34) - §Êt sÐt: ID ≤ 0,6 - Bơi : 0,6 < ID 1,8 - Cát ID>1,8 Ngoài hình (VI-22) phân chia nhỏ sét lẫn bụi, bụi lẫn sét, bụi lẫn cát cát lẫn bụi Chú ý số có gạch chân hình khối lợng riêng đất (t/m3) 6.4.6.2.2 Đánh giá trạng thái đất dựa vào kết 200 100 lÉn bơi lÉn c¸t lÉn bụi lẫn sét Trong đó: U0 vo' - áp lực nớc lỗ rỗng ứng suất thân theo phơng đứng trạng thái bình thờng (trớc thí nghiệm DMT) 6.4.6.2 Đánh giá tính chất vật lý đất dựa vào kết DMT 6.4.6.2.1 Phân loại đất dựa vào kết DMT 2000 cát sét bụi Trên hình (VI-22) minh hoạ phân loại ®Êt t¹i E D 21 1000 hiƯn tr−êng dùa vµo chØ sè ID vµ ED vµ cã thĨ tãm t¾t 2 500 nh− sau: 1.9 1.9 1.8 7 1.8 1.7 3.3 0.33 0.8 1.2 1.8 ID 0.6 Bïn / than bïn 1.5 50 20 12 10 Hình VI-22 share-connect.blogspot.com CHƯƠNG vi Trang 278 DMT Với đất cát cố kết thờng, không ximăng hoá, độ chặt tơng đối (D) đợc xác định thông qua biểu đồ hình (VI-23) (trong K0 0,45) Với đất cố kết, đất ximăng hóa Dr nhỏ so với giá trị hình vẽ (Hình VI-23) KEMIGAWA KD k =0,45 H×nh VI-23: Quan hƯ độ chặt (Dr) (Kd đất cát cố kết thờng, không ximăng hoá) OHGIHIMA 20 40 60 80 100 Dr (%) 6.4.6.3 Đánh giá tính biến dạng đất dựa vào kết DMT 6.4.6.3.1 Đánh giá môđun biến dạng cát sét dựa vào kết DMT Môđun biến dạng đất đợc xác định nh− sau : ⎛ 2µ ⎞ ⎟⎟.M = β M ≈ (0,5 ÷ 0,8).M E = ⎜⎜1 − (VI-35) Trong đó: M - môđun biến dạng đứng không nở hông; thí nghiệm nén không nở hông (Oedometer) thì: M = (mv gọi ao) mv Còn thí nghiệm DMT đợc xác định nh sau: M = RM.ED Trong đó: ED xác định theo công thức (VI-33) RM đợc xác định theo điều kiện sau: (VI-35) ID 0,6 th× RM = 0,14 + 2,63logKD ID ≥ th× RM = 0,5 + 2logKD 0,610 th× RM = 0,32 + 2,18logKD 6.4.6.3.2 Đánh giá hệ số dựa vào kết DMT Hệ số theo phơng ngang (Schmertmann, 1988) đợc xác định là: K hs ⎛ B + 0,3 ⎞ K D − K ' = 0,5⎜ σ vo ⎟ ⎝ B 7,5mm Trong đó: B - bề rộng móng (nếu cọc cạnh cọc), m (VI-36) share-connect.blogspot.com CHƯƠNG vi Trang 279 Nếu quan hệ hệ số theo phơng đứng phơng ngang tỷ lệ với ứng suất hữu hiệu (theo K0) hệ số theo phơng đứng là: ' K hs ⎛ B + 0,3 ⎞ K D − K σ vo KS = = 0,5⎜ ⎟ Ko ⎝ B ⎠ 7,5mm K o (VI-37) 6.4.6.4 Đánh giá sức chống cắt đất dựa vào kết DMT 6.4.6.4.1 Đánh giá góc ma sát đất dựa vào kết DMT Thông thờng đơn giản sử dụng phơng trình Marchetti đề xuất năm 1997 để xác định góc : = 28 + 16,6 log K D − 2,1log K D (VI-38) 6.4.6.4.2 Đánh giá sức kháng cắt (Su) đất sét dựa vào kết DMT Hình VI-24: Đờng hồi quy Su Marchetti Hình VI-25: So sánh kết Su Sức kháng cắt không thoát nớc đợc Marchetti đề xuất từ năm 1990(hình VI-24) nh sau: ' S u = 0,22σ vo (0,5K D ) 1, 25 ' = 0,22 vo OCR 0,8 (VI-39) Nhiều tác giả đà so sánh kết tính theo (VI-39) với thí nghiệm phòng thí nghiệm khác, nh Burghignoli (1991), Nash cộng (1992) (hình VI-25) cho thấy phơng trình (VI-39) có độ tin cậy tơng đối cao Tuy theo Roque cộng cho rằng, phơng trình sau nên đợc sử dụng: ( P1 K σ v' + U Su = Nc ) (VI-40) Trong ®ã: Nc = víi ®Êt sét bụi giòn; Nc = cho đất sét trung bình NC = cho đất sét dẻo không nhạy cảm 6.4.6.5 Đánh giá hệ số nén ngang (K0) hệ số cố kết (OCR) đất dựa vào kết DMT 6.4.6.5.1 Đánh giá hệ số K0 OCR đất sét dựa vào kết DMT CHƯƠNG vi share-connect.blogspot.com Trang 280 Giá trị KD lớn K0 đất chặt mũi xuyên 1,5cm Do có nhiều tác giả đà thực nghiệm tìm giá trị K0 từ KD nh sau: Marchetti (1980) nhiều tác giả đề nghị tơng quan sau (hình VI-26.b) K = (K D / B K ) , 47 − 0,6 (VI-41) Víi ®Êt sÐt th−êng (không nứt nẻ, không nhạy cảm); B=1,5 (hình VI-26.a): K = (K D / 1,5) , 47 − 0,6 (VI-41a) Còn Lacasse Lunne (1988) dựa vào thí nghiƯm ë Na uy cho r»ng KD 0,8 ) (VI-45) Theo Mayre (1987) đơn giản cho OCR = 0,51K D (VI-46) CHƯƠNG vi share-connect.blogspot.com Trang 281 Các quan điểm tính OCR khác đợc thể hình (VI-28) Hình VI-27: Quan hệ OCR KD Hình VI-28: Tóm tắt tính OCR theo DMTD 6.4.6.5.2 Đánh giá hệ số K0 OCR đất cát dựa vào kết DMT Với đất cát, việc xác định OCR K0 khó khăn Hơn nữa, lại tiêu chuẩn để so sánh đất cát không lấy đợc mẫu nguyên dạng để thí nghiệm OCR phòng đợc Nhiều tác giả (Jendeby-1992, Baldi-1988, v.v ) cho rằng, xác định OCR cách định tính nh sau: Nếu M DMT = ữ 10 OCR =1 qc (VI-47) NÕu M DMT = 12 ÷ 24 OCR >1 qc (VI-48) Trong đó: MDMT - môđun kh«ng në h«ng suy tõ thÝ nghiƯm DMT qc - sức kháng xuyên mũi từ thí nghiệm CPT Marchetti, sau Baldi (1986) đa công thức tính K0 nh− sau: K = 0,376 + 0,095 K D − ξ q c / σ vo' (VI-49) Trong đó: = 0,0017 (đất đắp) đến 0,0046 (đất nguyên thổ) Phơng trình tơng tự Marchetti đợc Kulhawy, Mayne (1990) trÝch dÉn lµ: K = 0,359 + 0,071K D − 0,00093 q c / σ vo' (VI-50) Nãi chung K0 OCR cho đất cát độ xác cao, phơng trình phải dựa vào thông số thứ ba qc (thí nghiệm CPT) 6.4.7 Đánh giá nhận xét - DMT thí nghiệm trờng có xáo trộn đất nhất, với thí nghiệm SPT, CPT có bề dày thiết bị lớn, nên đất bị xáo trộn nhiều, tính chất có đợc thiếu xác CHƯƠNG vi share-connect.blogspot.com Trang 282 - DMT lµ thÝ nghiƯm hiƯn tr−êng cã ®é chÝnh x¸c cao nhÊt c¸c thÝ nghiƯm hiƯn trờng, đồng thời lại thí nghiệm nhanh đơn giản - Từ DMT, ta ớc tính đợc nhiều tiêu lý nh ứng dụng trùc tiÕp vµo thiÕt kÕ nỊn mãng - DMT lµ thí nghiệm nén ngang, cho kết quan hệ áp lực - chuyển vị đất Do đó, ứng dụng ớc tính môđun, biến dạng, sức chịu tải trọng ngang cọc, trạng thái ứng suất sức kháng cắt không thoát nớc (Su) có độ tin cậy cao Nhợc điểm thí nghiệm DMT là: - Nền đất làm việc chủ yếu theo phơng đứng, thí nghiệm DMT nén đất theo phơng ngang - Việc ứng dụng vào dự báo sức chịu tải dọc trục cọc thấp (vì chất DMT đo sức kháng dọc trục) 6.5 Thínghiệm cắt cánh ( VST) 6.5.1 Nguyên lý thí nghiệm: Thí nghiệm cắt cánh (VST-Vane Shear Test) đợc phát minh vào năm 1918 Thuỵ Điển ngày thông dụng Châu Âu Ta ấn vào đất sét cánh dao chử thập thép, sau quay cánh chữ thập quanh trục đo mômen xoay (Mx) làm xoay cánh chữ thập, từ suy sức kháng cắt đất T0 thí nghiệm thực với giả thiết đất dính tuý (=0) nớc không kịp thoát, sức kháng cắt T0 = Su =cu (Nếu đất có kẹp thêm cát tạo điều kiện cho nớc thoát yếu tố làm tăng sức chống cắt) Thí nghiệm không phù hợp với đất cát nguyên nhân sau: - Lỡi xuyên mỏng, khó xuyên vào đất cát - Với đất sét không thoát nớc, ta suy đợc Su = To - Còn với đất cát = σ h' tgϕ ⇒ ϕ = arctg (τ / h' ) Hình VI-29 Trong đó: ứng suất thân theo phơng ngang (vì cánh chữ thập cắt ngang nên ứng suất pháp tác dụng lên theo phơng ngang) h' = K σ v' Do ta kh«ng biÕt K0 nên khó xác định đợc góc ' h - Với đất sét, mặt bị cắt mặt trụ tròn mà đờng tạo cạnh biên cánh Còn với đất cát, hoạt động không lộn xộn nên mặt bị cắt trụ tròn 6.5.2 Thiết bị cách thí nghiệm share-connect.blogspot.com CHƯƠNG vi Trang 283 Thiết bị: Hiện có nhiều loại thiết bị cắt cánh khác nhau, tuỳ theo loại đất độ sâu thí nghiệm mà chọn thiết bị cắt cánh cho phù hợp Cắt cánh chữ thập đợc làm thép không gỉ, chất lợng cao, chiều cao (H) phải gấp đôi bề rộng toàn phần (D) nh hình (VI-29) Kinh nghiệm cho thấy loại đất có sức kháng cắt tới 50Kpa, cánh có chiều cao 15cm bề rộng 7,5cm thích hợp Đối với loại đất có sức kháng cắt từ 50Kpa đến 75Kpa cần cánh bé hơn, với chiều cao 10cm rộng 5cm Cánh cắt mỏng tốt nhng đảm bảo độ cứng có lỡi sắt để cắt đất (mục đích ấn vào đất, gây xáo động tốt) Đầu tiên cánh cắt gắn với cần (mỗi cần dài khoảng 1m, cần phải đủ để chịu đợc lực ấn xuống dọc trục độ cong nhỏ) đợc gá vào giá đỡ, nối liền với cấu tay quay có gắn đồng hồ đo mômen xoay Khi thí nghiệm: Dùng cần nối đa cánh cắt đến độ sâu cần thí nghiệm, gắn xoắn lên đầu cần điều chỉnh, vặn chặt dụng cụ với cần, cố định đế xoắn thật chặt, quay kim đồng hồ vị trí không Quay xoắn đất bị cánh cắt đọc số đo đồng hồ số độ lệch lớn Đây lực cần thiết để cắt đất Xoay xoắn suốt thời gian thí nghiệm với tốc độ khoảng 0,10/.sữ0,20/.s (từ 60/phútữ120/phút) theo dõi đồng hồ đo Mômen xoay Khi thấy mômen xoay cực đại giảm xuống, xoay thêm cánh cắt thêm số vòng để ghi giá trị mômen cực tiểu ứng với sức kháng cắt đất đà bị cắt 6.5.3 Tính toán Tính toán sức kháng cắt đất (T0 = Su =cu) theo c«ng thøc sau: τ = Su = M ( x) (VI-51) K Trong ®ã: - Mx - lực xoắn để cắt đất (N.cm kg.cm); K - lµ h»ng sè phơ thc vµo kÝch th−íc vµ hình dạng cánh cắt Với giả thiết lực cắt phân bố đồng hai đầu xung quanh hình trụ đất tạo cánh cắt ta có: K =π D2H ⎛ D ⎞ ⎜1 + ⎟ , tỷ lệ H:D 2:1 nên K=3,66.D3 3H Su = à.Su cắt cánh (VI-53) Trong đó: - - phụ thuộc vào số dẻo đất dính (Hình VI-30) Su cắt cánh - sức kháng cắt tính toán theo thí nghiệm cắt cánh Hệ số 6.5.4 Hiệu chỉnh Su đo đợc từ thí nghiệm cánh cắt Bjerum cho rằng, cần 1.2 phải hiệu chỉnh sức kháng cắt 1.0 Su nh sau: (VI-52) Bjerrum (1972) 0.8 0.6 0.4 20 40 60 80 100 120 Chỉ số dẻo IP (tức A) Hình VI-30: Hệ số hiệu chỉnh cho thí nghiệm cắt cánh share-connect.blogspot.com CHƯƠNG vi Trang 284 6.5.5 Dự báo hệ số cố kết (OCR) từ kết thí nghiệm cắt c¸nh HƯ sè qu¸ cè kÕt OCR cã thĨ dù báo đợc từ Su đất sét không nứt nẻ nh− sau: OCR ≈ α VST Su σ vo' (VI-54) Mayne vµ Mitchell (1988) cho r»ng α VST ≈ 3,22 ữ 3,54 - Thông thờng: - Tổng quát: VST ≈ 22 IP −0, 48 ; (IP hay A- số dẻo) 6.5.6 Nhận xét: Thí nghiệm cắt cánh trờng tơng đối đơn giản, dễ sử dung Đặc biệt đất sét nhÃo, bùn kết cho có độ tin cậy cao Thí nghiệm nên dùng cho loại đất có yếu tố ma sát kh¸ nhá cã thĨ bá qua 6.6 ThÝ nghiƯm bàn nén trờng 6.6.1 Nguyên lý thí nghiệm: Phơng pháp thực cách bề mặt lớp đất muốn nghiên cứu, ngời ta đặt nén hình tròn hình vuông, nén phải ®đ cøng ®Ĩ cã thĨ xem nh− cøng tut ®èi, sau gia tải lên nén, đồng thời đo độ lún Phân tích kết quan hệ tải trọng độ lún rút đợc khả chịu tải giới hạn, đặc trng biến dạng đất 6.6.2 Thiết bị cách thí nghiệm (Hình VI-31) - Thiết bị: Kích thớc bàn nén dùng phải lớn vừa phải để thao tác dễ dàng, chọn kích thớc bàn nén phải xét tới cấu trúc đất, lực tác dụng cần thiết, phơng tiện chất tải, kích thớc thiết bị khác ,v.v Tấm nén thờng thép có kích thớc hình vuông 70,7x70,7cm, tròn có đờng kính d=76,5cm Để gia tải dùng khối bêtông, cọc neo kÕt hỵp víi kÝch thủ lùc Trong mäi tr−êng hỵp giá đỡ phải đủ cứng để san phản lực kích lực neo Để đo độ lớn thờng dùng hai đồng hồ chuyển vị mắc hai điểm mép đối xứng trục nén Chất tải đọc số đo có yêu cầu Với thí nghiệm nén tốc độ lún không đổi (thí nghiệm thích hợp cần xác định đặc trng nén đất trạng thái không thoát nớc), chất tải đợc điều khiển cho tốc độ lún đà chọn không đổi liên tục Tiếp tục tăng tải độ lún đạt đợc 15% chiều rộng bàn nén Nếu dấu hiệu rõ ràng cho thấy đất bị phá vỡ trớc độ lún đạt 15%, tải trọng tới hạn xác định tải trọng gây độ lún tơng đơng với khoảng 15% chiều rộng bàn nén Còn thí nghiệm với tải trọng gia tăng cấp (thí nghiệm thích hợp cần xác định tiêu biến dạng đất trạng thái nén có thoát nớc), để tăng tải, cấp tải trọng khoảng (0,2ữ0,25kG/cm2) đất yếu loÃng (0,4ữ0,5kG/cm2) đất tốt Sau cấp gia tải phải chờ cho đất lún xong Tiêu chuẩn quy ớc ổn định là: Sau đất cát, sau hai đất sét mà độ lún không 0,01mm coi nh share-connect.blogspot.com CHƯƠNG vi Trang 285 đất đà ổn định gia tải cấp Thông thờng tải trọng thí nghiệm khoảng 1,5 ữ2 lần tải trọng dự kiến sử dụng Có thể chất tải dỡ tải theo chu kỳ trung gian thí nghiệm gia tải vào giai đoạn khác để có đợc trị số biến dạng tơng đối hồi phục (đàn hồi) không hồi phục xảy Ghi lại tải trọng lần gia tăng đảm bảo giữ cho không đổi Ghi lại độ lún dới lần gia tải theo thời gian, lúc gia tải Trong giai đoạn đầu, tiến hành đo thờng xuyên, sau tăng thời gian lần đo, lúc tốc độ lún đà giảm Việc đo tải trọng độ lún phải đạt đợc độ xác yêu cầu Dầm gia tải p (kG/cm ) ®ång hå ®o lón KÝch gia tải (S-p) Cọc neo Bàn nén Nền S(mm) b) a) Hình VI-31 6.6.3 Trình bày diễn dịch kết Kết thí nghiệm bàn nén trờng đợc trình bày chủ yếu đồ thị độ lún biến đổi theo tải trọng (hình VI-31.b) độ lún biến đổi theo thời gian (VI32.a) Kết thí nghiệm bàn nén trớc hết để xác định đặc trng biến dạng đất: hệ số (K) môđun biến dạng E Theo định nghĩa K=p/S ta suy trị số K áp lực p Thông thờng quan hệ p ~S đờng cong, trị số hệ số K tính đợc hệ số cát tuyến ứng với điểm xét Nếu xem đất bán không gian biến dạng tuyến tính theo kết lý thuyết đàn hồi : - Đối với nén tròn đờng kÝnh d ta cã: ( ) P 1− µ2 (VI-55) E= S.d Trong đó: P : tổng tải trọng nén; P=p.F (kN,kG); p: áp lực đáy bàn nÐn (kG/cm2); F: diÖn tÝch tÊm nÐn (cm2) - NÕu thí nghiệm bàn nén trờng đến đất bị trợt trồi (bàn nén lún đột ngột lớn) tải trọng giới hạn đợc xác định nh sau: share-connect.blogspot.com CHƯƠNG vi p= Trang 286 P F (VI-56) p - ¸p lực lớn đáy bàn nén (KPa,kG/cm2); P: - tổng tải trọng nén gây phá ho¹i nỊn (kN,kG) ; F: - diƯn tÝch tÊm nÐn (cm2) - Khi không xác định rõ lực phá hoại, lấy lực gây độ lún 15% bề rộng bàn nén, khai thác kết bàn nén sau cho ta có khái niệm tải trọng giới hạn Độ lún cấp tải trọng ứng với thời gian đợc thực hình (VI-32.a) chọn khoảng thời gian đặc trng: chẳng hạn t1 = 10 phút; t2=60 phút Từ lập đồ thị (St=60~St=10)~p tức ta có đồ thị vận tốc lún theo tải trọng (hình VI-32.b) Trong đó: (S60- S10 ) 10 12 14 S 10 20 30 40 50 60 70 t (phót) 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 pcd a) p(kG/cm2) b) H×nh VI-32 Tõ đồ thị (VI-32.b) ta tìm đợc tải trọng mà tốc độ lún tăng đột ngột - gọi tải trọng chảy dẻo (pcd) Có thể lấy tải trọng chảy dẻo làm tải trọng giới hạn, tải trọng cho phÐp [ p ] lÊy b»ng (0,7÷0,8)pcd 6.6.4 NhËn xét: Thí nghiệm bàn nén trờng mô đế móng công trình đất trạng thái tự nhiên, cho ta thông tin tốt đất Sự hạn chế thí nghiệm kích thớc bàn nén nhỏ nhiều so với kích thớc móng công trình Do lớp đất nằm phạm vị từ 2d đến 3d phản ánh kết thí nghiệm Trong móng công trình có bề rộng lớn, lớp đất nằm dới sâu có ảnh hởng đến công trình mà thí nghiệm bàn nén phát đợc share-connect.blogspot.com Trang 287 TàI liệu tham khảo [1] Lê Quý An, Nguyễn Công Mẫn, Nguyễn Văn Quỳ Giáo trình Cơ Học Đất Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp Hà Nội 1970 [2] Lê Quý An, Nguyễn Công Mẫn, Hoàng Văn Tân Tính toán Nền móng theo trạng thái giới hạn Tủ sách Đại học Kiến trúc Hà Nội 1993 Nguyễn Ngọc Bích, Lê Thị Thanh Bình,Vũ Đình Phụng Đất Xây Dựng- Địa [3] chất công trình cải tạo đất xây dựng Nhà xuất Xây dựng Hà nội 2001 [4] Cao Văn Chí, Trịnh Văn Cơng Giáo trình Cơ Học Đất Nhà xuất Xây dựng Hà néi 2003 [5] Caquot A , Kerisel J TraitÐ de Mechanique des Soils Paris 1956 [6] Delwyn G Fredlund The Analysis of Slopes Department of Civil Engineer Universty of Saskatchewan Saskatoon, Saskatchewan, Canada S7N5A9, 1997 Short Course Ha noi, Viet nam [7] Bùi Anh Định Giáo trình Cơ Học Đất Nhà xuất Xây dựng Hà nội 2004 [8] T.William Lambe-Robert V Whitman Soil Mechanic SI Version John Wiley and Sons, New York, 1979 [9] Lê Xuân Mai Giáo trình Cơ Học Đất Trờng Đại học Bách khoa Đà Nẵng 1987 [10] Vũ Công Ngữ, Nguyễn Văn Dũng Giáo trình Cơ Học Đất Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội 1995 [11] Vũ Công Ngữ, Nguyễn Thái Thí nghiệm đất trờng ứng dụng phân tích Nền móng Nhà xuất Khoa học Kü thuËt Hµ Néi 2003 [12] Ralph B Peck, Water E Hanson, Thomas H ThornBurn Kü thuËt NÒn Mãng (TËp I,II) ( Trịnh Văn Cơng, Nguyễn Công Mẫn, Nguyễn Uyên dịch Nhà xuất Giáo dục Hà Nội 1997 [13] Nguyễn Văn Quảng Giáo trình Cơ Học Đất Đại học KiÕn tróc Hµ Néi 1978 [14] P.K.Robertson, R.G Campnella Guidelines for using the CPT, CPTU and Marchetti DMT for geotechnical design Pen Dot, USA 1988 [15] G Sanglerat Khảo sát đất phơng pháp xuyên ( Tạ Đức Thịnh, Phạm Hữu- dịch) Nhà xuất Xây dựng Hà Nội 1996 [16] Nguyễn Xuân Trờng Thiết kế đập đất Nhà xuất Nông nghiệp Hà Nội 1975 [17] N.A.Xtovich ( Đỗ Bằng, Nguyễn Công Mẫn dịch) Cơ Học Đất Nhà xuất Nông nghiệp Hà Nội 1983 [18] R.Whitlow Cơ Học Đất (Tập I,II) Nhà xuất Giáo dục Hà Nội 1996 [19] Tiêu chuẩn Anh BS 1377: 1990 Các phơng pháp thí nghiệm đất xây dựng [20] V.Đ.Lomtađze Địa chất công trình - Thạch luận công trình Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp Hà Nội 1981 [21] 22 TCN 272 –01 Tiªu chuÈn thiÕt kÕ cầu Nhà xuất Giao thông vận tải Hà nội 2001 [22] 20 TCN 174 89 Đất xây dựng - Phơng pháp thí nghiệm xuyên tĩnh Nhà xuất Xây dùng Hµ Néi 1990 [23] 22 TXD 45-78 NỊn nhµ Công trình Têu chuẩn thiết kế Nhà xuất Xây dựng Hà Nội 1979 [24] 22 TCVN 5748 Đất xây dựng - Phân loại Têu chuẩn thiết kế Nhà xuất Xây dựng Hà Nội 1979 share-connect.blogspot.com Trang 288 [25] Maurice - Cassan ThÝ nghiƯm hiƯn tr−êng vỊ Cơ học đất T1, T2 Trờng Đại học công trình trờng Quốc gia Cơ học đất khai thác mỏ, nớc Cộng hoà Pháp [26] Đinh Xuân Bảng, Nguyễn Tiến Cờng, Phan Tờng Phiệt Tính toán áp lực đất đá lên công trình Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội 1973 [27] Bộ giao thông vận tải Tuyển tập Tiêu chuẩn thí nghiệm công trình giao thông Hà Nội 1999 [28] HUGO - LEHR FUNDAT,II I FIZICA SI MECANICA MASELOR DER PH¡M¢N EDITURA DE STAT PENTRU ARHITECTU R¡ SI CONSTRUCT, II 1954 ... (1883-1963) cho xuất Cơ học đất sở vật lý đất Năm 1963 Hội nghị khoa học quốc tế Cơ học đất - Nền móng họp lần thứ sau năm họp lần Hội nghị Cơ học đất - Nền móng hội thảo khoa học liên quan đợc... vật lý học đất Vì nghiên cứu đất phải nghiên cứu đến nguồn gốc hình thành điều kiện tự nhiên mà đất tồn Đặc điểm nội dung môn học: Cơ học đất môn học cần vận dụng hiểu biết đất từ môn khoa học khác... nên môn học đất ngày giới thiệu hai nhà bác học đà có công lao lớn đến phát triển học đất Công trình khoa học Cơ học đất C.A Coulomb (1736 1806) thiếu tá kỹ s công binh, viện sĩ viện khoa học Pháp,