Cơ học đất nâng cao bài giảng trịnh minh thụ, hoàng việt hùng

TR NG B MễN I H C TH Y L I A K THU T BI GI NG C H C T NNG CAO Tr nh Minh Th Hong Vi t Hựng N m 2012 M C L C: CH NG TNH CH T V T Lí C A 1.1 M u T 1.2 Phõn b c h t 1.3 Gi i h n c h t t 1.4 Cỏc quan h tr ng l 1.5 ch t t ng - th tớch ng i 1.6 Cỏc gi i h n Atterberg 11 1.7 Cỏc h phõn lo i t 12 CH 2.1 NG TNH TH M N CC A T 21 nh lu t th m Darcy 21 2.2 Th m n nh 24 2.3 ng su t hi u qu 26 2.4 C k t 29 CH NG XC NH LN C A N N 34 3.1 Tớnh toỏn lỳn c k t ban u 34 3.2 T c c k t theo th i gian 35 3.3 c k t gia t i t ng d n 41 CH NG TNH CH NG C T C A 4.1 b n ch ng c t 44 T 44 4.2 Thớ nghi m nộn khụng h n hụng 49 4.3 Cỏc 4.4 C ng ng su t 51 ng khỏng c t c a t cỏt 65 4.5 Nh ng c tr ng ng suõt - bi n d ng v c ng c a t dớnh bóo ho 89 CH NG KHI NI M V C H C T KHễNG BO HềA & TR NG THI T IH NC A T 132 5.1 Khỏi ni m v c h c t khụng bóo hũa 132 5.2 Tr ng thỏi t i h n c a t 145 M TS D NG BI T P ễN 162 CH NG TNH CH T V T Lí C A T 1.1 M u Khi thi t k n n múng cụng trỡnh nh nh , c u ng v p th ng c n cỏc ki n th c v (a) t i tr ng truy n t k t c u ph n trờn xu ng h múng (b) i u ki n a ch t t n n (c) tớnh ch t ng su t - bi n d ng c a t mang h múng v (d) yờu c u c a cỏc quy t c, quy ph m, tiờu chu n xõy d ng i v i k s n n múng, hai y u t (b) v (c) l vụ cựng quan tr ng vỡ chỳng thu c l nh v c c h c t Cỏc tớnh ch t a k thu t c a m t lo i t nh phõn b c h t, tớnh d o, tớnh nộn ộp v tớnh ch ng c t, cú th xỏc nh c t phũng thớ nghi m Trong th i gian g n õy ó nh n m nh t i vi c xỏc nh hi n tr ng cỏc tớnh ch t v b n v tớnh bi n d ng c a t, vỡ quỏ trỡnh ny trỏnh c s xỏo ng m u t kh o sỏt hi n tr ng Tuy nhiờn, nh ng i u ki n nh t nh, khụng ph i t t c cỏc thụng s c n thi t u cú th xỏc nh c vỡ i u ki n kinh phớ Trong nh ng tr ng h p nh v y, ng i k s ph i cú nh ng gi nh v cỏc tớnh ch t c a t cú c chớnh xỏc cỏc thụng s c a t - dự l chỳng c xỏc nh phũng hay hi n tr ng ho c c gi nh - ng i k s ph i hi u th u ỏo nh ng nguyờn lý c b n c a c h c t ng th i ph i th y r ng ph n l n cỏc cụng trỡnh xõy d ng trờn t tr m tớch khụng ng ch t Do v y, ng i k s ph i cú m t s hi u bi t th u ỏo v a ch t c a khu v c, ú l ngu n g c v b n ch t c a a t ng c ng nh cỏc i u ki n a ch t thu v n K thu t n n múng l m t s ph i h p khộo lộo c a c h c t, a ch t cụng trỡnh, v suy oỏn riờng cú c t kinh nghi m th c t m t m c no ú, k thu t n n múng cú th c g i l m t l nh v c ngh thu t Khi xỏc nh lo i múng no l kinh t nh t, ng i k s ph i xem xột t i tr ng c a k t c u ph n trờn, i u ki n t n n v lỳn cho phộp Núi chung, cú th phõn cỏc múng nh v c u lm hai lo i ch y u sau: (1) múng nụng v (2) múng sõu Trong h u h t lo i múng nụng, sõu t múng cú th u b ng ho c nh h n t ba n b n l n chi u r ng múng Múng c c v múng ỳc t i ch thu c lo i múng sõu Chỳng c ch n dựng l p ph n trờn cú s c ch u t i th p v dựng múng nụng s gõy h h i l n ho c m t n nh k t c u cụng trỡnh Ch ng ny ch y u l ụn l i nh ng tớnh ch t a k thu t c b n c a t, bao g m cỏc v n v phõn b c h t, tớnh d o, phõn lo i t 1.2 Phõn b c h t Trong b t k kh i t no, c h t th ng thay i r t l n phõn lo i t c h p lý, ta ph i bi t c phõn b c h t c a nú Phõn b c h t c a t h t thụ th ng c xỏc nh b ng ph ng phỏp phõn tớch rõy i v i t h t m n, phõn b c h t c xỏc nh b ng phõn tớch t tr ng k M c ny gi i thi u c i m c b n c a cỏc phõn lo i trờn Cú th xem mụ t chi ti t h n cỏc s tay thớ nghi m t phũng (Das, 2002) Phõn tớch b ng ph ng phỏp rõy Phõn tớch rõy c th c hi n b rõy cú l nh d n, d i ỏy cú m t c gi l i trờn m i rõy Ph n (percent finer) B ng 1.1 trỡnh by c t cho phõn lo i b ng cỏch l y m t l ng t khụ, v n r i cho qua m t t khay h ng Cõn v xỏc nh ph n tr m lu tớch l ng tr m ny th ng c g i l ph n tr m h t nh h n b rõy Hoa k B rõy ny th ng c dựng phõn tớch B ng1.1 C rõy tiờu chu n Hoa K Rõy s 10 16 20 30 40 50 60 80 100 140 170 200 270 L rõy 4.750 3.350 2.360 2.360 1.180 0.850 0.600 0.425 0.300 0.250 0.180 0.150 0.106 0.088 0.075 0.053 (mm) Ph n tr m h t nh h n (theo kh i l ng) Hỡnh 1.1 Cho ng cong bỏn log, xỏc nh theo phõn tớch rõy, bi u th quan h gi a ph n tr m kh i l ng nhúm h t cú kớch th c nh h n D theo thang s h c v i ng kớnh D theo thang logarit C h t, D (mm) Hỡnh 1.1 ng phõn b c h t t h t thụ t phõn tớch b ng ph ng phỏp rõy T ng cong phõn b c h t cú th xỏc nh hai thụng s c a t h t thụ: (1) h s ng u (C u ) v (2) h s c p ph i hay h s cong (C c ), c bi u th l n l t nh sau: D Cu = 60 (1.1) D10 D302 Cc = ( D60 )( D10 ) v Trong ú: D 10 , D 30 v D 60 theo th t l cỏc tr m cỏc h t nh h n 10%, 30% v 60% (1.2) ng kớnh t ng ng v i cỏc ph n Theo ng cong phõn b c h t nờu trờn hỡnh 1.1, D 10 = 0,08mm, D 30 = 0,17mm, v D 60 = 0,57mm Nh v y cỏc giỏ tr C u v C c l Cu = Cc = 0,57 = 7,13 v 0,08 Cỏc thụng s C u v C c nờu sau ny ( ,17 ) (0 , 57 )(0 , 08 ) = 0,63 c dựng h phõn lo i t th ng nh t (USC) s c Phõn tớch b ng ph ng phỏp t tr ng k Phõn tớch t tr ng k d a trờn nguyờn lý l ng ng c a cỏc h t t n c Thớ nghi m ny c n dựng 50 gam b t t khụ cho vo 125cc tỏc nhõn phỏ keo, th ng dựng nh t l sodium hexametaphosphate 4% t c ngõm ớt nh t l 16 gi tỏc nhõn phỏ keo Sau ngõm, thờm n c c t vo h n h p t - tỏc nhõn phỏ keo r i l c k Sau ú m u t vo ng l ng thu tinh 1000 ml Cho thờm n c c t vo ng l ng t i v ch 1000 ml r i l i l c k h n h p Th m t t tr ng k vo ng l ng o t tr ng c a th v n t - n c quanh nú kho ng th i gian th ng trờn 24 gi (hỡnh 1.2) Cỏc t tr ng k c hi u ch nh th y c l ng h t t v n l l ng b t k th i gian no ó quy nh ng kớnh l n nh t c a cỏc h t t v n cũn th v n t i th i i m t cú th c xỏc nh b ng lu t Stoke 18 (Gs 1) w D= (1.3) L t Trong ú: D= ng kớnh h t t G s = t tr ng c a h t t = nh t c a n w = tr ng l c ng n v c a n c L = di hi u qu ( di o t m t n l c ng ng n tõm t tr ng k ; xem hỡnh 1.2) t = th i gian Hình 1.2 Phân tích tỷ trọng kế Nh ng h t t cú ng kớnh l n h n nh ng h t tớnh theo ph ng trỡnh 1.3 cú th l ng ngoi vựng o Theo ú, nh s c trờn t tr ng k l y t i cỏc th i i m khỏc cú th tớnh c ph n tr m nh ng h t nh h n m t ng kớnh D ó cho v t ú v c ng phõn b c h t V y cú th k t h p k thu t rõy v t tr ng k i v i t cú c thnh ph n h t thụ v m n 1.3 Gi i h n c h t t Nhi u t ch c ó c n c vo cỏc c h t cú t nờu lờn gi i h n cỏc c h t s i - s n (gravel), cỏt (sand), b i (silt) v sột (clay) B ng 1.2 bi u th cỏc gi i h n kớch c Hi p h i cỏc C quan ng b v Giao thụng Qu c gia Hoa k (AASHTO) v H phõn lo i t th ng nh t (USC) ba c quan (Quõn on k s , b Qu c phũng, v C c C i t o t) khuy n ngh B ng ny cho th y cỏc h t nh h n 0.002 mm c x p vo lo i sột Tuy nhiờn, sột t nhiờn cú tớnh dớnh v cú th cu n l i thnh ng t Tớnh ch t ny gõy b i s cú m t c a cỏc khoỏng v t sột nh kaolinite, illite, v montmorillonite Ng c l i, m t s khoỏng v t nh quartz v feldspar cú th cú lo i t h t nh nh cỏc khoỏng v t sột, nh ng nh ng h t ny khụng cú tớnh dớnh nh cỏc khoỏng v t sột Do v y, chỳng c g i l cỏc h t c h t sột, m khụng ph i l cỏc h t sột B ng 1.2 Gi i h n cỏc c h t H phõn lo i Th ng nh t (USC) AASHTO 1.4 Cỏc quan h tr ng l C h t (mm) S i - s n: 75 mm ữ 4.75 mm Cỏt: 4.75 mm to 0.075 mm B i v sột (h t m n): < 0.075 mm S i - s n: 75 mm ữ 2mm Cỏt: mm to 0.05 mm B i: < 0.05 mm ữ 0.002 mm Sột: < 0.002 mm ng - th tớch Trong t nhiờn t l m t h ba pha, bao g m cỏc h t r n, n c v khụng khớ (ho c khớ) l p cỏc quan h tr ng l ng - th tớch, cú th tỏch riờng ba pha nh nờu trờn hỡnh 1.3a D a trờn s ú cú th thi t l p cỏc quan h nờu trờn H s r ng e l t s gi a th tớch l r ng v th tớch h t r n c a t m t kh i t ó cho hay V e= v (1.4) Vs Th tớch Tr ng l Va N Vw Vs ng Wa = Khụng khớ Vv W V Tr ng l Th tớch ng c Ww H tr n Ws (a) Chỳ ý: Vw = wGs = Se Tr ng l Th tớch Va Khụng khớ Vv = e Vw = wGs Vs = (b) N c H tr n ng Tr ng l Th tớch ng Wa = Vw = wGs = e Ww = wGs W s = Gs N c Ww = wGs w =e w w H tr n Vs = (c) t khụng bóo ho: V = Hỡnh 1.3 Cỏc quan h tr ng l t bóo ho: Vs = ng - th tớch ú: V v = th tớch l r ng; V s = th tớch h t r n c a t W s = Gs w w r ng, n, l t s gi a th tớch l r ng v i th tớch m u t, hay V n= v V ú: V - t ng th tớch c a t Vv Vv Vv Vs e n= = = = V Vs + Vv Vs + Vv + e Vs Vs H nn a th (1.5) (1.6) bóo ho, S, l t s gi a th tớch n c l r ng v i th tớch l r ng, ng bi u th theo ph n tr m, hay V S (% ) = w ì 100 (1.7) Vn Trong ú: V w = th tớch n c Chỳ ý r ng, i v i cỏc t bóo ho, bóo ho l 100% Cỏc quan h tr ng l ng l m, tr ng l ng n v m, tr ng l v tr ng l ng n v bóo ho, th ng c nh ngh a nh sau: m = w(% ) = ng n v khụ, Ww ì 100 Ws Trong ú W s = tr ng l ng h t r n c a t; W w = tr ng l W Tr ng l ng n v m = = V Trong ú W = t ng tr ng l ng c a m u t = W s + W w (1.8) ng n c (1.9) Tr ng l ng khớ, W a , kh i t gi nh khụng ỏng k W Tr ng l ng n v th tớch khụ (1.10) d = s V Khi m u t hon ton bóo ho (ngh a l n c chi m ton b l r ng), tr ng l ng n v (TL V) m c a t [PT (1.9)] b ng TL V bóo ho ( sat ) V y = sat n u V v = V w Bõy gi cú th l p cỏc quan h ti n d ng h n b ng cỏch coi m t m u t i bi u ú ph n h t r n l y b ng n v , nh nờu Hỡnh 1.3b Chỳ ý r ng n u V = 1, thỡ, t PT (1.4), V v = e v tr ng l ng h t r n l Ww = Gs w Trong ú G s = t tr ng h t r n c a t w = TL V c a n c (9,81 kN/m3 , hay 62.4 lb/ft3) C ng v y, t PT (1.8), tr ng l ng c a n c W w = wWs Nh v y, i v i m u t xột, W w = wW s = wG s w Bõy gi , i v i quan h t ng quỏt c a TL V m cho PT (1.9), W W + Ww Gs w (1 + w) = = s = 1+ e V Vs + Vv (1.11) T ng t , TL V khụ [PT (1.10)] l : d = Ws Ws G = = s w V Vs + Vv + e (1.12) T cỏc PT (1.11) v (1.12), chỳ ý r ng d = 1+ w (1.13) N u m u t hon ton bóo ho, nh nờu trờn hỡnh 1.3c thỡ V v = e C ng v y i v i tr ng h p ny, Vv = Nh v y, Ww w = wGs w w = wGs e = wG s (ch i v i t bóo ho) v tr ng l ng n v bóo ho c a t l sat = nh n (1.14) Ws + Ww Gs w + e w = 1+ e Vs + Vv (1.15) Quan h t ng t nh PT (1.11), (1.12), v (1.13) tớnh theo tớnh r ng c ng cú th c xột theo m u t bi u th v i th tớch n v Cỏc quan h ú nh sau = Gs w (1 n )(1 + w) (1.16) d = (1 n )Gs w (1.17) sat = [(1 n )Gs + n] w (1.18) Tr bựn v t cú hm l ng h u c cao, ph m vi chung cỏc giỏ tr t tr ng h t t (G s ) th y t nhiờn th ng nh B ng 1.3 cho m t s giỏ tr tiờu bi u Trong th c t , cú th l y m t giỏ tr ch p nh n c thay cho vi c ph i ti n hnh thớ nghi m B ng 1.3 T tr ng c a m t s lo i t Lo i t Gs 2,64 ữ 2,66 2,67 ữ 2,73 2,70 ữ 2,90 2,65 ữ 2,73 1,30 ữ 1,9 B i Sột ỏ ph n Hong th Bựn B ng 1.4 gi i thi u m t s giỏ tr tiờu bi u v h s r ng, TL V khụ v m (trong tr ng thỏi bóo ho) c a m t s lo i t th ng g p t nhiờn Chỳ ý r ng h u h t t r i, h s r ng bi n i t kho ng 0,4 n 0,8 TL V khụ c a lo i t ny th ng vo kho ng 14 ữ 19 kN/m3 (90 ữ 120 lb/ft3) B ng 1.4 Giỏ tr tiờu bi u c a h s r ng, H s r ng E Lo i t Cỏt x p u h t Cỏt ch t u h t Cỏt b i x p h t gúc c nh Cỏt b i ch t h t gúc c nh Sột c ng Sột m m Hong th Sột h u c m m Sột b ng 1.5 ch t t m, TL V khụ c a m t s t TL V khụ, d (kN/m3) (lb/ft3) m t nhiờn bóo ho (%) 0,8 0,45 0,65 0,4 0,6 0,9 ữ 1,4 0,9 2,5 ữ 3,2 0,3 30 16 25 15 21 30 ữ 50 25 90 ữ120 10 14,5 18 16 19 17 11,5 ữ 14,5 13,5 6ữ8 21 92 115 102 120 108 73 ữ 92 86 38 ữ 51 134 ng i Trong t h t r i, ch t hi n tr ( CT ), c xỏc nh nh sau: ng cú th c o b ng ch t t emax e ì 100 emax emin Dr (% ) = Trong ú: e max - h s r ng c a t tr ng thỏi x p nh t; e - h s r ng c a t tr ng thỏi ch t nh t; e - h s r ng hi n tr ng i (1.19) ng Cỏc giỏ tr e max c xỏc nh phũng thớ nghi m theo l trỡnh thớ nghi m nờu Tiờu chu n ASTM (2000, D - 4254) B ng 1.5 ch t c a t h t r i ch t t ng i (%) ữ 20 ch t t Mụ t R tx pr i 20 ữ 40 X pr i 40 ữ 60 Ch t v a 60 ữ 80 Ch t 80 ữ100 R t ch t ng i c ng cú th bi u th theo TL V khụ, hay d d (min ) d (max ) Dr (% ) = ì 100 d (max ) d (min ) d Trong ú: d - TL V khụ hi n tr (1.20) ng; d(max) - TL V khụ tr ng thỏi ch t nh t; ú l h s r ng l e d(min) - TL V khụ tr ng thỏi x p nh t; ú l h s r ng l e max M c ch t c a t h t r i ụi cú quan h v i ch t t ng i B ng 1.5 cho t ng quan chung c a m c ch t v D r i v i cỏt t nhiờn, l n c a e max v e [PT (1.19)] cú th bi n i r ng Lý ch y u c a s bi n i r ng ú l h s ng u C u v tr ng thỏi trũn nh n hay s c c nh c a cỏc h t Vớ d 1.1 M t m u t cú tớnh i di n l y t hi n tr ng cú tr ng l ng 1,8kN v th tớch l 0,1m3 m xỏc nh phũng l 12,6% Cho G s =2,71, hóy xỏc nh cỏc ch tiờu sau: a) TL V m; b) TL V khụ; c) H s r ng; d) r ng; e) bóo ho L i gi i: a) TL V m T PT (1.9): W 1,8kN = = 18kN / m V 0,1m = b) TL V khụ T PT (1.13) d = 1+ w c) H s r ng T PT (1.12) d = e= hay: = 18 = 15,99kN / m 12,6 1+ 100 Gs w 1+ e Gs w d = (2,71)(9,81) = 0,66 15,99 e 0,66 = = 0,398 + e + 0,66 d) r ng T PT (1.6) e) bóo ho T PT (1.3b) v theo hỡnh 1.3b, ta cú: S= n= Vw wG s (0,126 )(2,71) = = ì 100 = 51,7% Vv e 0,66 Vớ d 1.2 Thớ nghi m m t lo i t r i (cỏt) phũng thớ nghi m, tỡm c h s r ng l n nh t v nh nh t theo th t l 0.84 v 0.38 Giỏ tr G s xỏc nh c l 2.65 M t tr m tớch t t nhiờn cựng lo i cỏt ú cú m 9% vTL V m l 18,64kN/m3 Xỏc nh ch t t ng i c a t t i hi n tr ng L i gi i: T PT (1.13) C ng v y d = d 1+ w Gs w 1+ e 10 = 18,64 = 17,1kN / m !+ 100 q = M ( p + ps )( pc p ú: M = d cc a = ks, v ps ) (5.42) ng tr ng thỏi t i h n, = h ng s Hỡnh 5.23 trỡnh by ng bao d o cho t tr ng thỏi bóo hũa (ngh a l m t cú hỳt dớnh s = 0) v tr ng thỏi khụng bóo hũa (ngh a l m t cú hỳt dớnh khỏc khụng) trờn m t (q p) k CSL (s) q M CSL (s = 0) M s s=0 pc' -ps Hỡnh.5.23 pc p ng bao bi n d ng d o t i cỏc m t cú hỳt dớnh khỏc Khi tr ng thỏi ng su t chuy n t i m A (t i tr ng thỏi t bóo hũa) t i i m m i C theo ng nhỏnh n h i ABC (hỡnh 5.24), xu t hi n s thay i th tớch riờng, v , cú th liờn quan t i s thay i c a ng su t th c trung bỡnh v hỳt dớnh b ng cỏc thụng s c ng n h i t ng ng, ( s ) , v s S t ng c a cỏc ng su t (l c hỳt dớnh ho c ng su t th c trung bỡnh) phỏt tri n ngoi m t d o s t o nờn s thay i v th tớch riờng S thay i ú liờn quan n s thay i v ng su t th c trung bỡnh v l c hỳt dớnh b ng cỏc thụng s t ng ng v c ng d o, ( s ) , v s B Matric Suction, s s LC A pc Hỡnh.5.24 pc ln p ng ng su t vựng bi n d ng n h i trờn m t (s ln p) 157 Ph ng trỡnh ng bao d o trờn m t (s lnp) cú th vi t nh sau: p p s + pat (5.43) [ ( s) ( s)] ln c = [ (0) (0)] ln c + s ln + N ( s ) N (0) pat pat pat ú: = ỏp l c khớ quy n, pat = thụng s c ng c xỏc nh t ng c k t th ng (ngh a l v t qua (0) i m d o) hỳt dớnh b ng khụng, = thụng s c ng n h i c xỏc nh t ng cong c k t tr c i m (0) d o t i hỳt dớnh b ng khụng, = ng su t trung bỡnh t i i m d o c a t khụng bóo hũa, pc = ng su t trung bỡnh t i i m d o c a t bóo hũa, pc N (s) N (0) = th tớch riờng c a ng c k t t i ỏp l c khớ quy n ng v i m t giỏ tr hỳt dớnh xỏc nh, v = th tớch riờng c a ng c k t t i ỏp l c khớ quy n ng v i hỳt dớnh b ng khụng Lu t ch y S bi n thiờn v bi n d ng d o liờn quan t i m t ch y v c xỏc nh theo ph ng trỡnh: 2q (5.44) d qp = d vp M (2 p + ps pc ) ú: d vp = t ng bi n d o d ng th tớch ; = h s Trong ph ng trỡnh (12), l h s cú th tớnh theo cụng th c: M ( M 9)( M 3) (5.45) = 9(6 M ) (0) / (0) Xỏc nh ng su t th c trung bỡnh v ng su t l ch t i i m d o ban u Hỡnh.5.25 trỡnh by ng ng su t t ng lý t ng cho thớ nghi m nộn tr c trờn ng ng su t t ng v i t s q/p l 1:3 Ph ng trỡnh bi u th ng ng m t ( q p ) su t cho thớ nghi m nộn tr c thoỏt n c v v i m khụng i cú th bi u di n nh sau: (5.46) = q ( p po ) ú: = ng su t th c t i i m b t u c t po 158 TSP q Y qy s s=0 K ps Hỡnh.5.25 Lý t p py p pc pc p ng ng su t cho thớ nghi m nộn tr c trờn m t ( q p ) ng húa ng su t th c trung bỡnh, p y , v ng su t l ch, q y , t i i m d o ban u c xỏc nh t i m giao gi a ng ng su t th c v m t d o ban u Do ú ph ng trỡnh (5.42) cú th vi t l i nh sau: (5.47) q y2 = M ( p y + ps )( pc p y ) Ph ng trỡnh (5.46) c ng cú th vi t l i nh sau: = q y ( p y po ) (5.48) ng su t th c trung bỡnh v ng su t l ch t i i m d o ban u cú th xỏc nh b ng cỏch thay ph ng trỡnh (5.48) vo ph ng trỡnh (5.47): ( p y po ) = M ( ps + p y )( pc p y ) (5.49) + M p y2 18 po + M pc ps p y + po2 M ps pc = (5.50) Vỡ ps < po < pc , ú nghi m ph ng trỡnh trờn s l: ( 18 po + M ( pc ps ) + M p y1 = v ) py2 = (5.51) 18 + M 18 po + M ( pc ps ) M (5.52) 18 + M where: = 36 ( ps + po )( pc po ) + M ( pc + ps ) Vỡ p y po nờn ch cú nghi m th nh t th a món: py = 18 po + M ( pc ps ) + M (5.53) 18 + M l ch ng su t t i i m d o ban u trỡnh (5.53) vo ph ng trỡnh (5.48): 18 po + M ( pc ps ) + M = q y 18 + M Xỏc nh cỏc thụng s cho mụ hỡnh tớnh 159 c xỏc nh b ng cỏch thay ph po ng (5.54) M t nh ng nhi m v quan tr ng mụ hỡnh tr ng thỏi t i h n cho t khụng bóo hũa l vi c tớnh toỏn cỏc thụng s mụ hỡnh ng v i giỏ tr hỳt dớnh xỏc nh Trong ph n ny trỡnh by m t s ph ng trỡnh xỏc nh thụng s mụ hỡnh v i vi c k t h p ph ng trỡnh ng cong t n c Hỡnh5.26 trỡnh by ng cong c tr ng t n c lý t ng húa õy cú ng cong i m c tr ng ú l: giỏ tr khớ vo (AEV) v m th tớch tng d ( r ) c tr ng t n c cũn cú th dựng d i d ng tiờu chu n húa m th tớch, ( ) Hỡnh 5.26 trỡnh by ng cong c tr ng t n c d i d ng chu n húa m th tớch Chu n húa m th tớch cú th tớnh nh sau: (5.55) =w r s r ú: = w m th tớch t i giỏ tr hỳt dớnh xỏc nh, r = m th tớch tng d , v s = m th tớch t i tr ng thỏi bóo hũa Hỡnh.5.26 ng cong c tr ng t n c 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 0.01 100 10000 1000000 hỳt dớnh, s (kPa) Hỡnh.5.27 Chu n húa ng cong c tr ng t n 160 c Alonso nnk (1990) ki n ngh ph ng trỡnh hm m tớnh toỏn d c c a c k t th ng ( ( s ) ) ng v i m i giỏ tr hỳt dớnh nh sau: (= s ) ( ) [(1 r ) exp ( s ) + r ] ú: R = = ng (5.56) h ng s liờn quan t i c ng l n nh t c a t, v thụng s kh ng ch t c thay i c a c ng v i s thay i c a hỳt dớnh Thụng s ph ng trỡnh ki n ngh b i Alonso nnk (1990) kh ng ch t c thay i giỏ tr ( s ) ng v i thay i v hỳt dớnh Núi cỏch khỏc, thụng s xỏc nh hỡnh d ng c a hm ( s ) ng v i hỳt dớnh Khi giỏ tr t ng, t c thay i c a ( s ) c ng t ng lờn Thụng s r l t s gi a giỏ tr nh nh t c a ( s ) (ngh a l m u cú hỳt dớnh r t l n) v i giỏ tr l n nh t c a nú (ngh a l tr ng thỏi bóo hũa) nh h ng c a hỳt dớnh n ( s ) gi m thụng s r t ng v ng c l i Ph ng trỡnh c a Alonso nnk (1990) (ngh a l ph ng trỡnh (5.56)) yờu c u t i thi u ph i i m thớ nghi m h s ( s ) t i giỏ tr hỳt dớnh khỏc tớnh toỏn s thay i c a thụng s ú theo hỳt dớnh Ngoi ra, ph ng trỡnh (5.56) yờu c u thụng s v t li u (ngh a l v r) Tuy nhiờn theo k t qu c a nghiờn c u ny, m t thụng s v t li u t (ngh a l ) cú th gi m b t b ng cỏch k t h p ng cong c tr ng t n c vo mụ hỡnh tớnh ng cong c tr ng t n c mụ hỡnh tớnh kh ng d c c a ng c k t trờn (v ln p) cú ch t c thay i ( s ) ng v i hỳt dớnh th c xỏc nh theo ph ng trỡnh sau: = ( s ) ( 0) (1 ) (5.57) m ú: m = thụng s c a t ( m ) Ph ng trỡnh tớnh toỏn d c = ( s ) ( 0) ng d t i ( ng n ), ( s ) nh sau: (1 ) (5.58) m ú: m = thụng s t ( m ) Ph ng trỡnh tớnh toỏn cho cỏc i m giao c a sỏnh chu n: N= ( s ) N ( 0) (1 ) ng c k t th ng t i ng su t so (5.59) mN ú: mN = thụng s c a t ( mN ) 161 M TS D NG BI T P ễN Bi 1: M t m u t lm thớ nghi m ộp co khụng n ngang phũng thớ nghi m cú chi u cao ban u c a m u h o = 2,54 cm, ng kớnh m u d=6,35 cm, kh i l ng khụ c a m u M s =116,74 gam, t tr ng G s = 2,72 K t qu nộn m u khụng n ngang cho k t qu b ng p (kN/m2) 100 200 S (mm) 1,24 1,71 Yờu c u: 1.Tớnh cỏc h s r ng sau nộn v i t ng c p t i tr ng V ng quan h elog p 300 2,10 400 2,35 Bi 2: V n d ng cỏc cụng th c tớnh i ho c s pha v t ch t c a t tớnh h s r ng e, r ng n, kh i l ng riờng bóo hũa v kh i l ng riờng y n i c a m t m u t bi t kh i l ng riờng h t s = 2650 kg/m3, bóo ho S = 100% v m W = 44% Bi 3: Cho m t m t c t a t ng g m l p t Phớa trờn l l p t cỏt dy 4m, cú s = 2700 kg/m3, n = 0,5 Phớa d i l l p t sột cú sat = 2000 kg/m3 M c n c ng m n m cỏch m t t 2,0m L p cỏt phớa trờn m c n c ng m cú m 20% Yờu c u: V bi u (v n sõu z=8m) ng su t t ng, ng su t cú hi u qu v ng su t trung ho Bi 4: M t l p t sột quỏ nộn dy 2,0 m p l c quỏ nộn p c = 300 kN/m2, ch s ộp co C c = 0,4 , ch s n C s = 0,1 , h s r ng ban u e0 = 0,7 , ng su t b n thõn hi n t i p = 100 kN/m Hóy tớnh lỳn n nh c a l p sột hai tr trỡnh gõy ng su t t ng thờm trung bỡnh kN/m2 ng h p: t i tr ng cụng gi a l p sột p = 400 kN/m2 v p = 200 Bi 5: Lm thớ nghi m c t t mỏy nộn ba h ng, cho ỏp l c hụng = 200 kN/m2, cỏc ch tiờu c ng ch ng c t c ' = , ' = 24 a) Hóy xỏc nh hi u s 1' 3' thớ nghi m c k t c t khụng thoỏt n bi t m u b c t o c ỏp l c n c, cho c l r ng u f =125 kN/m2 c, n u m u b c t cú 1' 3' =160 c l r ng u f b) C ng thớ nghi m c k t khụng thoỏt n kN/m2 Hóy xỏc nh tr s ỏp l c n c) Xỏc nh hi u s 1' 3' thớ nghi m c k t thoỏt n i 80 kN/m2 v gi khụng i 162 c n u ỏp l c hụng gi m Bi 6: M t m u t sột bóo ho n c cú kớch th c 10 x 10 x 10 cm3 v i tr ng l ng 18 N Tr ng l ng riờng h t c a t h = 26 KN/m3 v tr ng l ng riờng c a n c n =10KN/m3 m c a m u l 38,5% Yờu c u xỏc nh: 1, Xỏc nh r ng n c a m u t 2, Xỏc nh bóo ho G c a m u 3, Xỏc nh tr ng l ng riờng khụ k c a m u t 4, Do b nộn, m u sột b m t i 100 cm3 n c Hóy xỏc nh m m i c a m u 5, Xỏc nh tr ng l ng riờng bóo ho m i bh c a m u Bi 7: Trờn m t tr m v tr , gia t c tr ng tr ng t i ú l a=3m/s2 Cỏc nh du hnh v tr ang ti n hnh th c hi n m t s thớ nghi m C h c t H rút 0.8 kg cỏt khụ( v i kh i l ng riờng h t s =2,65 t/m3) vo m t ng thu tinh hỡnh tr , ng cú di n tớch t i ỏy ng l A=41 cm2, chi u cao c a c t cỏt ng sau rút t c h=15 cm Yờu c u tớnh kh i l ng riờng khụ d v r ng n c a kh i t khụ Sau m ch t, m u cỏt c lm bóo ho hon ton, kh i l ng riờng c a n c w=1 t/m3 Cỏt bóo ho cú tr ng l ng riờng sat =6,3 KN/m3 Hóy xỏc nh tr ng l ng riờng khụ m i( d ) v m W c a m u Trong m t thớ nghi m khỏc trờn tr m v tr M u cỏt khụ cõu c dựng l i tớnh ng su t Hóy tớnh ng su t theo ph ng th ng ng v t i ỏy ng thớ nghi m B qua ma sỏt gi a cỏt v thnh ng thớ nghi m Xỏc nh ng su t t ng ho c gi m v t i ỏy ng thớ nghi m n u cho thờm 300 cm3 n c vo m u t khụ cõu Gi thi t n c chi m y vo cỏc l r ng c a m u m u cỏt v n cú chi u cao l 15 cm Bi 8: Lm thớ nghi m v i m u t, ba m u c thớ nghi m c k t khụng thoỏt n c ( CU-Test) cũn m t m u c thớ nghi m nộn n hụng( UC-Test) V i m u thớ nghi m c k t-khụng thoỏt n c, cỏc giỏ tr ỏp l c bu ng, l ch ng su t l n nh t v ỏp l c n c l r ng t i th i i m l ch ng su t l n nh t c cho b ng: M u p l c bu ng(KN/m2) l ch ng su t( KN/m2) p l c n c l r ng 13 19 31 34 20 65 59 43 Xỏc nh gúc ma sỏt bi u ki n a v l c dớnh bi u ki n Ca t k t qu thớ nghi m c k t- khụng thoỏt n c Xỏc nh gúc ma sỏt v C t thớ nghi m c k t- khụng thoỏt n c M u th t c thớ nghi m nộn n hụng, i m khỏc bi t c b n c a thớ nghi m ny v i thớ nghi m c k t khụng thoỏt n c l gỡ? K t qu thớ nghi m t cõu 3, cho m u th t cú th ỏnh giỏ th no v i k t qu thớ nghi m t cõu v cõu Nú cú giỏ tr cao h n a , v C a , C hay th p h n Bi 9: Cho m t m t c t a t ng nh hỡnh v d i Ng i ta ch t t i tr ng phõn b u P= 47,88 KN/m2 trờn m t t Tớnh lỳn c a l p sột hai tr ng h p: a) Tr ng h p ỏp l c c k t tr c õy p c = 108,4 KN/m2 b) Tr ng h p ỏp l c c k t tr c õy p c = 124,5 KN/m2 163 Cho bi t h s nộn C c = 0.36 v C s = Cát: C c H s r ng ban u c a l p sột e =0,9 = 17KN/m3 MNN Cát: bh = 19,2KN/m3 Sét: bh = 19,6KN/m3 Cát Hỡnh bi t p 9: M t c t a t ng c n tớnh lỳn Bi 10: Xỏc nh c ng ch ng c t trờn m t ph ng nghiờng mn i qua i m M nghiờng v i m t ph ng n m ngang gúc =450 Cho bi t t n n cú cỏc ch tiờu sau, tr ng l ng riờng t nhiờn tn = 19 kN/m3, tr ng l ng riờng bóo ho bh = 20 kN/m3, h s n hụng =0,37, gúc ma sỏt =180, l c dớnh n v C = 30 kN/m2 M t c t a t ng nh hỡnh v d i õy: MĐTN Mao dẫn MNN n M m Hỡnh bi t p 10: M t c t a t ng 164 Bi t p t ng h p M t lo i t m cú h s r ng l 0.7 m c a t l 12% If G s = 2.7, hóy xỏc nh cỏc c tr ng sau c a t (a) r ng, (b) bóo ho, v (c) tr ng l ng n v khụ tớnh theo kN/m3 V i lo i t nờu bi H i a Tr ng l ng n v bóo ho tớnh theo kN/m3? b C n bao nhiờu n c Tr ng l c thờm vo, tớnh theo kN/m3 t hon ton bóo ho ? ng n v m l bao nhiờu, tớnh theo kN/m3, bóo ho l 70%? M t m u t cú th tớch l 1.75 ft3 v kh i l ng l 193 lb Cho w = 15% v G s = 2.67 Hóy xỏc nh (a) h s r ng, (b) r ng, (c) tr ng l ng n v khụ, (d) Tr ng l ng n v m, v (e) bóo ho c a t ú M t m u t bóo ho cú w = 36% v d = 13.5 kN/m3 Hóy xỏc nh (a) h s r ng, (b) r ng, (c) tr ng l ng riờng c a h t r n, v (d) tr ng l ng n v bóo ho (tớnh theo kN/m3) c a t ú K t qu thớ nghi m m t lo i cỏt nh sau: e max = 0.91, e = 0.48, vaf G s = 2.67 H i tr ng l ng n v khụ v m c a cỏt ú (tớnh theo Ib/ft3) c m nộn t i m b ng 10% t t i ch t t ng i l 65%? M t lo i t h t r i cú = 17 kN/m3 , D r = 60%, w = 8%, v G s = 2.66 N u e = 0.4, h i e max b ng bao nhiờu? H i tr ng l ng n v khụ c a t ú tr ng thỏi t i x p nh t? K t qu thớ nghi m phũng sỏu lo i t cho b ng sau: Phõn tớch rõy - ph n tr m h t qua rõy Số rây 10 40 200 Hạn chảy Hạn dẻo Đất A 92 48 28 13 31 26 B 100 98 82 72 56 31 C 100 98 82 72 56 31 D 95 90 79 64 35 26 E 100 91 80 30 43 29 F 100 82 74 55 35 21 Hóy x p lo i t ny theo h phõn lo i AASHTO v cho ch s nhúm c a chỳng Phõn lo i cỏc t cho bi t p theo h USCS Hóy cho bi t ký hi u v tờn nhúm c a chỳng H s th m c a m t lo i cỏt c thớ nghi m phũng t i h s r ng 0.56 cho 0.14 cm/sec Hóy d tớnh h s th m c a cỏt ú t i h s r ng 0.79 theo PT (2.3), (2.4), v (2.5) 165 10 H s th m hi n tr ng c a m t lo i sột l 5.4 x 10-6 cm/sec t i h s r ng l 0.92 H i h s th m c a nú cú th b ng bao nhiờu t i h s rừng l 0.72? Dựng PT (2.7) 11 Theo m t c t t ng t nờu hỡnh bờn d i, hóy xỏc nh ng su t t ng, ỏp su t l r ng v ng su t hi u qu t i cỏc i m A, B, C, v D 12 M t lo i t cỏt (G s = 2.66) cú cỏc h s r ng l 0.42 v 0.97 tr ng thỏi ch t nh t v t i x p nh t t ng ng Hóy d tớnh kho ng gradien t i h n t ú cú th chuy n sang cỏt ch y quicksand Hỡnh bi t p 11: M t c t a t ng 13 M t t ng sột c k t bỡnh th ng dy 2.6 m cú h s r ng 1.3 Cho LL = 41 v ng su t hi u qu trung bỡnh trờn t ng sột = 82 kN/m2 H i nộn lỳn c a t ng sột ph i ch u l bao nhiờu n u ng su t trung bỡnh trờn ú t ng n 120 kN/m2 vi c xõy múng gõy ra? 14 Gi nh t ng sột bi t p 13 l quỏ c k t Cho c' = 95kN / m v C s = ẳ (C c ) Hóy d tớnh nộn lỳn c a t ng t ú 15 Gi nh t ng sột bi t p 11 l c k t bỡnh th phũng c a t ng sột ú nh sau: ng K t qu thớ nghi m c k t H s r ng 0.905 0.815 p su t (kN/m2) 100 200 a Hóy tớnh ng su t hi u qu trung bỡnh trờn t ng sột ú b Hóy xỏc nh ch s nộn C c 166 c N u ng su t hi u qu trung bỡnh trờn t ng sột t ng n ( 0' + ') = 115 kN/m2, h i lỳn c k t t ng l bao nhiờu ? 16 Lo i sột bi t p 15c cú C v = 5.6 mm2/min H i th i gian l bao nhiờu t ng sột ú t n a lỳn c k t ? (Chỳ ý: T ng sột hi n tr ng ch thoỏt n c m t phớa ) 17 M t m u sột thớ nghi m phũng dy in (ch thoỏt n c t i nh m u) V i m t l ng t ng t i ó cho, th i gian t c k t 60% l phỳt H i v i m t t ng sột hi n tr ng t ng t dy ft, thoỏt n c hai phớa, c n th i gian l bao nhiờu t c k t l 50% ? 18 T ng lỳn c k t hai t ng sột nờu bờn d i l 60 mm m t siờu t i gõy Hóy tỡm th i gian ch t t i hai t ng t t t ng lỳn l 30 mm H bi t p 18 167 H Bi t p 19 19 K t q a thớ nghi m c k t n h ng m t lo i sột d i ph m vi ỏp su t cho tr c, cho h s c k t l 8x10-3 mm2/sec Hỡnh 19a cho m t t ng sột cựng lo i t i hi n tr ng dy 2m Gi nh m t siờu t i phõn b u 70 kN/m2 t t c th i trờn t ng t ú, lỳn c k t t ng ó d tớnh l 150 mm Tuy nhiờn thi cụng, vi c gia t i t ng d n nh Hỡnh 19b bi u th Hóy d tớnh lỳn t i t = 30 v t = 120 ngy/ờm sau hon cụng 20 K t qu thớ nghi m c t tr c ti p m t m u cỏt cú di n tớch in x in cho b ng sau: L c c t lỳc phỏ ho i (lb) 20.7 35.8 40.2 L c phỏp (lb) 33 55.2 66.2 Hóy v th t ng su t c t theo ỏp su t phỏp lỳc phỏ ho i v xỏc nh gúc ma sỏt 21 Thớ nghi m ba tr c c k t thoỏt n qu nh sau: ng su t bu ng nộn = c trờn m t lo i t c k t thụng th c a ng cho k t = 115 kN/m2 ng su t nộn gia t ng d c tr c lỳc phỏ ho i = = 230 kn?m2 Hóy xỏc nh thụng s c t 22 Thớ nghi m ba tr c trờn m t lo i sột c k t bỡnh th ng lỳc phỏ ho i cho gúc ma sỏt = 280 V y n u cựng v i lo i t ú, ỏp su t bu ng l 15 lb/in2 h i ng su t chớnh l n nh t lỳc phỏ ho i l bao nhiờu? 23 Cho k t qu c a hai thớ ba tr c c k t - thoỏt n 168 c trờn m t lo i sột nh sau: Thớ nghi m I: = 82.8 kN/m2 ; = 329.2 kN/m2 Thớ nghi m II: = 165.6 kN/m2 ; = 558.6 kN/m2 Hóy xỏc nh cỏc thụng s b n ch ng c t c ' v 24 Thớ nghi m ba tr c c k t khụng thoỏt n th ng cho k t qu nh sau: = 13 lb/in2; (failure) = 32 lb/in.2 p su t n c trờn m t lo i sột bóo ho c k t bỡnh c l r ng lỳc phỏ ho i u f = 5.5 Ib/in2 Hóy xỏc nh c, , c 'v 169 H S Chi u di Th tớch L c IT H SI SANG H ANH 1m = 3,281 ft N/m2 = 20,885 x 10-3 Ib/ft2 1cm = 3,281 x 10-2 ft kN/m2 1mm = 3,281 X 10-3 ft 1m = 39,37 in kN/m2 1cm = 0,3937 in kN/m2 = 20,885 lb/ft2 = 0,01044 U.S ton/ft2 = 20,885 x 10-3 kip/ft2 = 0,145 lb/in2 1mm = 0,03937 in kN/m3 = 6,361lb/ft3 m2 = 10,764 ft2 kN/m2 = 0,003682lb/in3 1N.m = 0,7375 lb-ft 1N.m = 8,851lb-in m2 = 10,764 x10-4 ft2 = 10,764x10-6 ft2 = 1550 in.2 cm2 = 0,155 in.2 1cm2 Di n tớch CHUY N 1mm2 -2 ng su t Tr ng l ng nv Momen N ng l kN/m2 ng 1J = 0,7375 ft-Ib = 2,402 x 10-6 in4 Momen quỏn tớnh 1mm m4 = 2,402 x 106 in4 Mụun m tc t 1mm3 = 6,102 x 10-5 in3 m3 = 6,102 x 104 in3 m/min = 3,281 ft/min 1mm2 = 0,155x10 in 1m3 m3 = 35,32 ft3 = 35,32 X 10-4 ft3 = 61.023,4 in.3 cm3 = 0,061023 in3 1N = 0,2248 lb 1kN = 224,8 lb cm/min = 0,03281 ft/min kgf = 2,2046 lb 1mm/min = 0,003281 ft/min 1kN = 0,2248 kip = 0,1124 U.S.ton m/sec cm3 1kN 1metric ton 1N/m Hydraulic H s th m = 3,281 ft/sec mm/sec = 2204,6 lb m/min = 39.37 in/min = 0,0685 lb/ft cm/sec = 0,3937 in/sec mm/sec = 0,03937 in/sec H s c k t 170 cm2/sec = 0,155 in2/sec = 4,.915 x 10-5 m2/yr in2/sec cm2/sec = 1,0764 x 10-3ft2/sec Chi u di H S CHUY N ft ft = 0,3048 m = 30,48 cm ft = 304,8 mm in in in in2 = 0,0254 m = 2,54 cm = 25,4 mm = 929,03 x 10-4 m2 = 929,03 cm2 = 929,03 x 102 mm2 = 6,452 x 10-4 m2 in2 = 6,452 cm2 in2 ft3 = 645,16 mm2 = 28,317 x 10-3 m3 = 28,317 x 103 cm3 = 16,387 x 10-6 m3 = 16,387 cm3 = 4,448 N = 4,448 x 10-3 kN = 0,4536 kgf = 4,448 kN = 8,896 kN = 0,4536 x 10-3 metric ton = 14,593 N/m ft2 ft2 Di n tớch Th tớch L c ft2 ft3 in3 in3 lb lb lb kip U.S ton lb 1lb/ft IT H ANH SANG H SI ng su t Tr ng l ng nv Momen N ng l ng Momen quỏn tớnh Mụun m tc t H s th m H s c k t 171 1lb/ft2 1lb/ft2 U.S ton/ft2 kip/ft2 lb/in2 1lb/ft3 = 47,88 N/m2 = 0,04788 kN/m2 = 47,88 kN/m2 = 6,895 kN/m2 = 0,1572 kN/m3 1lb/in3 = 271,43 kN/m3 1lb-ft = 1,3558 N m 1lb-in = 0,11298 N m ft-lb = 1,3558 J in4 in4 = 0,4162 x 106 mm4 = 0,4162 x10-6 m4 1in3 = 0,16387 x 105 mm3 in3 = 0,16387 x 10-4 m3 = 95,76 kN/m2 ft/min ft/min ft/min ft/sec ft/sec = 0,3048 m/min = 30,48 cm/min = 304,8 mm/min = 0,3048 m/sec = 304,8 mm/sec in/min = 0,0254 m/min in/sec in/sec in2/sec in2/sec ft2/sec = 2,54 cm/ sec = 25,4 mm/sec = 6,452 cm2/sec = 20,346 x 103 m2/yr = 929,03 cm2/sec ... chỳng t x p cỏc nhúm A-1, A-2 v A-3 l v t li u h t thụ, v cỏc nhúm A-4, A-5, A-6 v A-7 l v t li u h t m n Bựn, than bựn, v cỏc t ch a h u c cao c x p vo A-8 Chỳng c nh n bi t b ng m t th ng... nhận dạng: Ký hi u G S M C O Pt H L W P Mụ t S ns i Cỏt B i Sột B ih u c v sột Bựn v th u c cao Tớnh d o cao Tớnh d o th p C p ph i t t C p ph i x u th d o (hỡnh 1.5) v B ng 1.8 cho bi t l trỡnh... t i i m A (ngh a l c t n c ng o ỏp t t i A l y cao trỡnh m c n c h l u lm chu n, nh nờu Hỡnh 1.11) Mực nước ốngđo áp Mực nước Đường dòng Lờp đất thoát nước Đường Đá Hỡnh 2.3 Th m n nh qua n