BÀI GIẢNG CƠ HỌC ĐẤT

TÀI LIỆU THAM KHẢO  Châu Ngọc Ẩn Cơ học đất NXB ĐHQG TP.HCM – 2009;  Lê Q An cộng Cơ học đất NXB GD Hà Nội – 1995;  Cao Văn Chí cộng Cơ học đất NXB XD Hà Nội – 2003;  Bùi Anh Đònh Cơ học đất NXB XD Hà Nội – 2004;  Tạ Đức Thònh cộng Cơ học đất NXB XD Hà Nội – 2002; TÀI LIỆU THAM KHẢO  R Whitlow Cơ học đất NXB GD Hà Nội – 1999;  T W Lambe et al Soil mechanics John Wiley, 1979;  R F Craig Soil mechanics London, 1997;  J Atkinson An Introduction to the mechanics of soil and foundations Mcgraw Hill, 1993;  B M Das Soil mechanics laboratory manual Engineering press, 1996 TÀI LIỆU THAM KHẢO  P P Raj Geotechnical Engineering McGraw Hill, 1995;  D P Coduto Geotechnical Engineering – Principles and Practices Prentice Hall, 1998;  R L Schiffman One dimensional consolidation of saturated clay layers nonlinear finite strain primary consolidatin University of Colorado, 1984;  B M Das Principles of geotechnical engineering Pws, 1995 CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT 1.1 NGUỒN GỐC VÀ Q TRÌNH HÌNH THÀNH ĐẤT Đất tự nhiên (đất) sản phẩm trình phong hóa đá gốc tạo nên Đá gốc: đá macma, đá trầm tích, đá biến chất,…v.v  Đá macma: hình thành nguội lạnh cứng hóa hay mặt vỏ đất từ dung dòch nóng chảy lỏng, đá: granit; bazan; gabro, pocfia…v.v  Đá trầm tích: hình thành vật liệu lắng đọng nước biển, hồ, …v.v, đá: đá vôi; cuội kết (hạt tròn); than đá; dăm kết (hạt góc cạnh), …v.v  Đá biến chất: hình thành từ đá có sẵn tác động nhiệt lớn áp lực thật cao như: đá hoa; đá phiến,…v.v 1.1 NGUỒN GỐC VÀ Q TRÌNH HÌNH THÀNH ĐẤT Sự chuyển biến từ đá thành đất thường gồm ba trình liên tiếp: 1.1.1 Quá Trình Phong Hóa Đó trình mà đá có khối tích lớn bò phong hóa làm vỡ vụn thành mảng nhỏ, có ba loại phong hóa chính:  Phong hóa vật lý: yếu tố vật lý gây nên gió, mưa, nhiệt độ (tác nhân mạnh nhất) tác động vào đá làm cho đá gốc bò phân hủy tạo nên sản phẩm loại đất rời cuội, sỏi, cát, v.v Các sản phẩm tác dụng phong hóa vật lý thường có góc cạnh sắc bén thành phần gần với đá gốc 1.1 NGUỒN GỐC VÀ Q TRÌNH HÌNH THÀNH ĐẤT  Phong hóa hóa học: phong hóa vật lý kèm theo phản ứng hóa học, tác nhân mạnh nước với acid hòa tan tạo nên sản phẩm loại đất dính sét, sét pha cát (á sét), cát pha sét (á cát) v.v Các sản phẩm tác dụng phong hóa hóa học làm thay đổi số khoáng đá thành khoáng sét số khoáng đá khác không ảnh hưởng  Phong hóa sinh học: trình kết hợp thêm xác động vật, thực vật vi sinh vật tích tụ phân tán đất hình thành loại đất lẫn hữu 1.1 NGUỒN GỐC VÀ Q TRÌNH HÌNH THÀNH ĐẤT 1.1.2 Quá Trình Dòch Chuyển Ba loại phong hóa kể thường tác dụng đồng thời, lâu dài làm cho lớp đất đá mặt bò vỡ vụn Sau tác dụng dòng nước, gió, …v.v, mãnh vụn bò dòch chuyển nơi khác 1.1.3 Quá Trình Trầm Tích Tùy theo kích thước hạt to, nhỏ mà trình dòch chuyển chúng lắng đọng rơi xuống tạo thành tầng lớp đất khác gọi trầm tích 1.2.CÁC THÀNH PHẦN CHỦ YẾU CỦA ĐẤT  Thành phần chủ yếu đất hạt đất (hạt rắn) Các hạt đất chiếm phần thể tích đất, lại lỗ rỗng đất  Trong lỗ rỗng chứa nước khí Nếu lỗ rỗng đất chứa đầy nước gọi đất bảo hòa, lỗ rỗng đất nước gọi đất khô  Tính chất đất phụ thuộc vào tính chất tương tác thành phần hợp thành hạt đất + nước + khí 1.2.CÁC THÀNH PHẦN CHỦ YẾU CỦA ĐẤT • 1.2.1 Hạt Đất  Hạt đất thành phần chủ yếu đất Khi lực tác dụng bên lên mặt đất hạt đất chòu lực mà truyền rộng xuống sâu Tập hợp hạt đất khung cốt đất  Các hạt đất có nhiều hình dạng kích thước khác tùy thuộc vào trình phong hóa - dòch chuyển - trầm tích  Mỗi nhóm hạt đất có đặc tính riêng như: • Nhóm hạt cát có tính rời trạng thái khô bảo hòa • Nhóm hạt sét có tính dẻo chứa lượng nước đònh 1.2.CÁC THÀNH PHẦN CHỦ YẾU CỦA ĐẤT  Tựu trung có hai nhóm chính: • Nhóm hạt thô: đá hộc, cuội, sỏi, cát • Nhóm hạt mòn: bột, sét, keo Hiện thống tên gọi nhóm hạt sau: •Bảng 1.1 Ký hiệu tên nhóm hạt đất Hạt Sỏi Cát Sét Bụi Ký hiệu G = Gravel S = Sand C = Clay M = Mo; Silt 10 CHƯƠNG ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT 5.2 LÝ THUYẾT MOHR RANKINE 5.2.2 Áp lực chủ động Đất dính: pa =  σ'z tg2  45o  ϕ'   o ϕ'  −  − 2c.tg 45 −  2 2  CHƯƠNG ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT 5.2 LÝ THUYẾT MOHR RANKINE 5.2.3 Áp lực bò động Giả thiết bỏ qua ma sát đất tường, mặt đất nằm ngang, tường thẳng đứng s= τ σ ’3 gϕ t ’ σ ’ s= +c’ ’ ϕ σ ’tg σ ’1 σ CHƯƠNG ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT 5.2 LÝ THUYẾT MOHR RANKINE 5.2.3 Áp lực bò động Đất cát: pp =  σ'zbt tg2  45o  ϕ'  +  2 CHƯƠNG ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT 5.2 LÝ THUYẾT MOHR RANKINE 5.2.3 Áp lực bò động Đất dính: pp =  σ'zbt tg2  45o  ϕ'   o ϕ'  +  + 2c'.tg 45 +  2 2  CHƯƠNG ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT 5.2 LÝ THUYẾT MOHR RANKINE 5.2.4 Một số trường hợp đặc biệt a Trong có mực nước ngầm CHƯƠNG ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT 5.2 LÝ THUYẾT MOHR RANKINE 5.2.4 Một số trường hợp đặc biệt b Nền không đồng CHƯƠNG ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT 5.2 LÝ THUYẾT MOHR RANKINE 5.2.4 Một số trường hợp đặc biệt c Trên mặt đất có tải trọng phân bố kín khắp CHƯƠNG ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT 5.3 LÝ THUYẾT COULOMB 5.3.1 Các giả thiết Mặt trượt phẳng Khối trượt đượt coi vật thể rắn trạng thái cân giới hạn Hướng áp lực đất lên tường xác đònh Trò số thực tế áp lực chủ động trò số lớn tất trò số áp lực chủ động có từ khối trượt Trò số áp lực bò động trò số nhỏ tất trò số áp lực bò động có từ khối trượt CHƯƠNG ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT 5.3 LÝ THUYẾT COULOMB 5.3.2 Áp lực chủ động đất rời W: trọng lượng lăng thể trượt; R: tổng lực chống cắt W sin (θ − ϕ ) Ea = = f (θ ) sin (θ − ϕ +ψ ) CHƯƠNG ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT 5.3 LÝ THUYẾT COULOMB 5.3.2 Áp lực chủ động đất dính W sin (θ − ϕ ) c CB sin ( π / − ϕ ) Ea = − = f (θ ) sin (θ − ϕ +ψ ) sin (θ − ϕ ) CHƯƠNG ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT 5.3 LÝ THUYẾT COULOMB 5.3.3 Áp lực bò động đất rời Ep = W sin( θ + ϕ) = f ( θ) cos( β − ϕa − θ − ϕ) CHƯƠNG ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT 5.3 LÝ THUYẾT COULOMB 5.3.2 Áp lực bò động đất dính W sin( θ + ϕ) c.CB cos ϕ Ep = + = f ( θ) cos( β − ϕa − θ − ϕ) cos( β − ϕa − θ − ϕ) CHƯƠNG ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT 5.3 LÝ THUYẾT COULOMB •Lưu ý: Trong trường hợp tường thẳng đứng, mặt đất nằm ngang, • bỏ qua ma sát tường đất kết xác đònh áp lực đất lên tường chắn theo phương pháp Coulomb trùng với kết phương pháp Mohr – Rankine CHƯƠNG ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT 5.4 ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT LÊN CÔNG TRÌNH THỰC Áp lực chủ động bò động áp lực đất lên tường khối đất sau tường đạt trạng thái cân giới hạn dẻo, tức chuyển vò tường đủ lớn σ h/ σ h da = 0.001h dp = 0.01h ϕ'  2 k a = tg  45 −  2  ϕ'  2 k p = tg  45 +  2  Kp Ko Ka da dp d CHƯƠNG ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT 5.4 ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT LÊN CÔNG TRÌNH THỰC Khi tính toán áp lực đất lên tường chắn phải kể đến biến dạng thực tường, trạng thái ban đầu đất sau lưng tường, trình thi công đất sau lưng tường, …v.v Để tính toán đầy đủ yếu tố phải sử dụng phần mềm máy tính (Plaxis) với mô hình phức tạp như:  Mô hình Mohr Coulomb  Mô hình Soft Soil  Mô hình Harderning Soil  Mô hình Soft Soil Creep ... CỦA ĐẤT • 1.2.1 Hạt Đất  Hạt đất thành phần chủ yếu đất Khi lực tác dụng bên lên mặt đất hạt đất chòu lực mà truyền rộng xuống sâu Tập hợp hạt đất khung cốt đất  Các hạt đất có nhiều hình dạng... rỗng đất chứa đầy nước gọi đất bảo hòa, lỗ rỗng đất nước gọi đất khô  Tính chất đất phụ thuộc vào tính chất tương tác thành phần hợp thành hạt đất + nước + khí 1.2.CÁC THÀNH PHẦN CHỦ YẾU CỦA ĐẤT... xuống tạo thành tầng lớp đất khác gọi trầm tích 1.2.CÁC THÀNH PHẦN CHỦ YẾU CỦA ĐẤT  Thành phần chủ yếu đất hạt đất (hạt rắn) Các hạt đất chiếm phần thể tích đất, lại lỗ rỗng đất  Trong lỗ rỗng chứa