CHƯƠNG 4 BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT NỀN

Thí nghiệm nén không nở hông Để xác định biến dạng hồi phục của đất ta tiến hành lần lượt theo từng cấp.. Các chỉ tiêu nén lún Module biến dạng E kg/cm2: ν– Hệ số Poisson hệ số nở ngang

Trang 1

CHƯƠNG 4: BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT NỀN

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT

CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT

CHƯƠNG 3: ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT

CHƯƠNG 4: BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT NỀN

CHƯƠNG 5: SỨC CHỊU TẢI CỦA ĐẤT NỀN

CHƯƠNG 6: ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN

CHƯƠNG 4: BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT NỀN

• 4.1 KHÁI NIỆM

• 4.2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

• 4.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH ĐỘ LÚN ỔN ĐỊNH

• 4.4 TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN

4.1 KHÁI NIỆM

Biến dạng theo phương thẳng đứng của nền đất được gọi là độ

lún của nền đất

Ảnh hưởng lên công trình xây dựng

Làm hư hỏng các công trình kỹ thuật hạ tầng, các hệ thống

thiết bị kỹ thuật Ỵ công trình bị giảm tính năng hoặc mất tính

năng sử dụng

Lún lệch gây nên ứng lực phụ trong kết cấu bên trên làm nứt

gãy kết cấu, giảm tính bền vững, ổn định của công trình

Gây nên tâm trạng hoang mang của người sử dụng công trình

4.1 KHÁI NIỆM

Các dạng lún của nền đất:

Độ lún tức thời Si Độ lún cố kết Sc Độ lún từ biến Ss

S i t

S

t100

Sc

S s

St

t

Trang 2

4.2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

•4.2.1 Thí nghiệm nén không nở hông

•a Thí nghiệm nén không nở hông

t

e1

e3 e

t1 t2

e2

p1

t

p

t1 t2

p2

p3

Tthái cuối

eo

ef

t

Tthái đầu

Tốc độ nhanh

Tốc độ chậm

e

eo

ef

Tthái đầu

Tthái cuối

e

eo

ef

Tthái đầu

Tthái cuối e

eo

e1

e2

e3

e4 e

e

e1

e2

p2 p3 p4

e3

e4

Trang 3

Để xác định biến dạng hồi phục của

đất ta tiến hành lần lượt theo từng cấp

Việc giỡ tải có thể từ cấp cuối cùng

hoặc từ một cấp tải nào đó rồi lại tăng

tải tiếp

Quá trình nén đầu tiên gọi là đường

nén nguyên thuỷ

Quá trình nén lại sau khi giỡ tải gọi

là đường nén lại

e2

e1

p1 Log p e

e2

e1

p1 p

Nén Nở

e

•b Các chỉ tiêu nén lún

Δσ’

h2 Rỗng Hạt

h1

S

e2

e1 Hệ số rỗng

S = h1– h2 Độ lún

h2

h1 Chiều cao

σ’2 σ’1

ƯS hữu hiệu

TT cuối

TT đầu Chỉ tiêu

e1

e2 σ’1 σ’2 p

Tthái đầu Tthái cuối

e

Hệ số nén a (cm2/kg):

1 1

e V

V

h

+

Δ

=

Δ

=

Δ

1 1 1

S )

e (1

-e

⇒

1 1 2

e 1

e e

h

S

+

−

=

Δ

=

⇒

' a e '

e

'

d

de

σ

Δ

−

=

σ

−

=

eo

e1

σ’1 σ’4 p

e2

e3

e4 e

σ’2 σ’3

σ’1 σ’2 p

e1

e2

e

α

Hệ số nén tương đối a o – Hệ số nén thể tích m v

Module biến dạng E (kg/cm2):

Trong thí nghiệm mẫu không biến dạng ngang Ỵ εx=εy=0 và : σx= σy

) e 1

e e

1

a m a

1 1

v

Δ

−

= +

=

E

1

z y x

ε

ν

= σ

σ

⇒ 1

z x

1

2 1 ( E ) 2 ( E

1 E

z x z x y z

ν

− σ

= νσ

− σ

= σ + σ ν

− σ

= ε

⇒

Trang 4

Module biến dạng E (kg/cm2):

ν– Hệ số Poisson ( hệ số nở ngang của đất )

Giá trị môđun biến dạng này cần phải hiệu chỉnh để phục vụ cho

việc tính toán độ lún của nền

Bảng 4.1

) 1

2 1 ( m

1 ) 1

2 1 ( e 1 e e ) 1

2

1

(

v 2

1 2 1

, 1 , 2 2 z

z

ν

−

= ν

ν

− +

− σ

= ν

ν

−

ε

σ

=

⇒

Các đặc trưng biến dạng của đất phụ thuộc vào các cấp tải trọng

Chỉ số nén C c , chỉ số nở C s σ’p– áp lực tiền cố kết – là áp lực lớn nhất đất đã phải chịu trong lịch sử tồn tại của nó

Chỉ số nở C s :

Với σ’1< σ’2< σ’p

• Chỉ số nén C c :

Với σ’p < σ’1< σ’2

σ’2

e1

e2

Tthái đầu

Tthái cuối

e

e1

e2

σ’2σ’3σ’4

e3

e4

Cs

Cc

σ‘ p

, 1 , 2 2 1

e e C

σ

− σ

−

=

, 1 , 2 2 1

e e

*

0

2 2.3 (1 )

s

C

κ =

+

*

0

c

C

λ =

+

Xác định Cc:

Theo Terzaghi (1967) : Cc= 0.009 x (WL– 10) với đất sét

Theo Koppula (1981) : Cc= 0.0093 x WN

Theo Nakase (1988) : Cc= 0.046 + 0.0104 x IP

Xác định Cr:

Theo Nagaraj (1985) : Cr= 0.000463 x WLx GSvới IP< 50%

Theo Nakase (1988) : Cr= 0.00194 x (IP– 4.6) với IP< 50%

Chỉ số nở đã hiệu chỉnh :

Chỉ số nở đã hiệu chỉnh

c.Một số cơng thức kinh nghiệm

•a Tỷ số tiền cố kết OCR

σ’vo– ứng suất hiệu quả do tải trọng bản thân các lớp đất bên trên hiện hữu gây ra OCR < 1– đất dưới cố kết (UC) OCR = 1– đất cố kết thường (NC)

e

e1

e2

C s

C c

σ‘p

OC NC

' vo

' p

OCR σ σ

=

Trang 5

•a Tỷ số tiền cố kết OCR

Các xác định σ’p:

Nguyên nhân của cố kết trước:

Đất có ký ức về quá trình

chịu áp lực và những biến đổi

mà nó đã phải chịu

Ở cùng một khoảng áp lực

nén biến dạng của đất phụ

thuộc vào quá trình nén

nguyên thuỷ hay nén lại

•4.2.2 Thí nghiệm hiện trường

•a Thí nghiệm bàn nén

Trong mỗi cấp người ta đo độ

lún của bàn nén theo thời gian và

khi độ lún của cấp tải trước ổn

định mới tăng lên cấp tải sau Khi

nén xong thì dỡ tải cũng theo từng

cấp

Đất cát: S≤ 0.1 mm/h

Đất dính: S ≤ 0.1 mm/ 2h

Vẽ biều đồ quan hệ p-S trong từng cấp tải và ở các cấp tải với nhau

Đường quan hệ p-S ở các cấp tải được gọi là đường nén

S

pI gh

SII

pII gh

S1

S3

S

S2

p1

t

p

t1 t2

p2

p3

Trang 6

Đường cong nén, đường cong nở

Khi tăng tải một lần

• OAB: Đường cong nén, BCD

đường cong nở

OD: biến dạng dư

DEF: đường nén lại

ỴS = S dư + S đh

Sdư

p O

Sđh S

p A

B C

D

S

Khi tăng tải nhiều lần (nén trùng phục)•

Chỉ còn lại Sđh, Sdưbị triệt tiêu

Trong phạm vi p-S quan hệ tuyến tính, thì độ lún bàn nén và tải trọng tập trung P tác dụng có quan hệ sau:

Có thể sử dụng công thức trên để tính mođun biến dạng của nền

p

S 2

S

E d

μ

d S

μ

= −

Các chỉ tiêu nén lún thu được:

Hệ số nền: k = (kg/cm3)

• Module biến dạng:

+ Với tấm nén tròn d: E = (kg/cm2)

+ Với tấm nén vuông b: E = (kg/cm2)

S

p

d S ) 1 (

P μ2

b p S

1 μ2

ω

Độ lún S(mm)

F=900cm2 F=5000cm2

Quan hệ giữa môđun biến dạng trong phòng Eop và ngoài hiện

trường Eobn

obn op

E

m

E

6 0

4 ,

1 o

d op

obn

e

W E

E

m = =

•a Thí nghiệm xuyên tĩnh – CPT

Trang 7

•a Thí nghiệm xuyên tĩnh – CPT

Theo Mitchell và Gardner (1975) và Schurtmann (1970):

• Module biến dạng: E = 2 qc; qc.sức kháng mũi của thí nghiệm CPT

Theo TCXD 45-78:

7qc

Aù sét và sét

3qc Cát

E Loại đất

•a Thí nghiệm xuyên tĩnh – CPT : không dùng cho đất cát lẫn sỏi sạn

>10%, cát chặt, sét cứng và không thí nghiệm sâu được

Theo Vũ Công Ngữ và Nguyễn Văn Dũng : E = αqc

1.5 – 3

> 20 Cát

3 – 5

10 < qc< 35 Cát pha sét

2 – 4

< 7 Bùn sét pha cát

3 – 6

< 7 Bùn sét

4.5 – 7.5

< 7 Sét, sét pha dẻo mềm, dẻo chảy

5 – 8

3 – 6

> 15

< 15 Sét, sét pha ở trạng thái cứng

α

q c (kg/cm 2 ) Loại đất

•b Thí nghiệm xuyên động tiêu chuẩn – SPT

•b Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn – SPT: dễ làm, thuận tiện, thực hiện

ngay trong lỗ khoan thăm dò, kết hợp lấy mẫu không nguyên dạng, không tin cậy đối với sét

Theo Mitchell và Gardner (1975) và Schurtmann (1970):

• Module biến dạng: E = 766 N (KPa) ; N – chỉ số của thí nghiệm SPT Theo AASHTO (1995):

1.17 N Sỏi sạn pha cát và sỏi sạn

N Cát thô, cát lẫn ít sỏi sạn

0.7 N Cát sạch nhỏ đến vừa, cát lẫn bụi nhẹ

0.4 N Bụi, bụi lẫn cát

E (MPa) Loại đất

Trang 8

•c Thí nghiệm xuyên động: góc đầu xuyên 90, d=51Ỉ62mm

•Đo số nhát đập để chùy xuyên ngập vào đất 0.2m, hoặc đo sức kháng động Rd

trên suốt chiều sâu thí nghiệm Thí nghiệm cho kết quả nhanh chóng tình hình

chung của khu đất một cách định tính Không nên dùng kết quả thí nghiệm này

để dự tính các tính chất cơ học của đất một cách định lượng Khi xây dựng

móng sâu, TN này bổ sung vào việc xác định ranh giới các lớp đất và dự báo

SCT của cọc

d Thí nghiệm nén ngang trong lỗ khoan: rất thích hợp đối với các lớp đất khó

lấy mẫu đất nguyên dạng như: cát, cuội sỏi, dăm sạn…

+ Đưa vào trong đất một ống thăm hình trụ giãn nở được (đưa vào theo lỗ khoan

tạo trước hoặc dùng cơ chế vừa ấn vừa khoan Bơm nước hoặc khí vào ống thăm,

đo áp lực p tác dụng lên đất quanh ống thăm, đồng thời đo được thể tích V của

nước và khí bơm vào, đó chính là biến dạng của đất xung quanh ống thăm

+ Mođun biến dạng trong giai đọan biến dạng đường thẳng

e Thí nghiệm cắt cánh ở hiện trường: phù hợp với các lọai đất yếu (góc ma sát

nhỏ ) như: đất sét chảy, bùn và than bùn E K p

V

Δ

= Δ

4.3 CÁC PP TÍNH ĐỘ LÚN ỔN ĐỊNH

•4.3.1 Các yếu tố gây ra độ lún của công trình

Độ lún do hạ MNN để chuẩn bị thi công đào hố móng Độ nở của đất do đào hố móng

Độ lún do thi công móng và công trình Độ nở do dâng MNN trở lại khi ngừng bơm hạ MNN Độ lún do đàn hồi của nền đất

Độ lún do cố kết sơ cấp của nền đất dưới tải toàn bộ của công trình Độ lún do cố kết thứ cấp của nền đất dưới tải toàn bộ của công trình

•4.3.2 Tính lún bằng cách dùng kết quả bài toán nén một chiều.

•a Đường nén biểu diễn theo quan hệ e= f(σ)

•Ỵ

Ỵ

1 1

2

e

1

e

h= +−

Δ

=

S

σ’1 σ’2 p

e1

e2

Tthái đầu

Tthái cuối

e

,

1

,

2

e

a

σ

−

σ

−

=

) 1

2

1

(

m

1

ν

−

2

h p ) 1

2 1 ( E

1 S

ν

−

ν

−

=

•S = ao Δσ’.h1= ao.pgl.h1=mv.pgl.h1

•4.3.2 Tính lún bằng cách dùng kết quả bài toán nén một chiều.

•b Đường nén biểu diễn theo quan hệ e=f(lgσ)

σ’1<σ’2<σ’p: σ’p<σ’1<σ’2: σ’1< σ’p< σ’2:

) lg (lg h e 1

C h e 1 e

1 , 2 1 1 1 1 2

+

= +

−

=

e2

e

σ’2 )

log (lg h e

1C

1 , 2 1 1

+

=

) log (lg h e

1C

1 , 2 1 1

+

=

) log (lg h e 1

C ) log (lg h e 1

C

p , 2 p p c , 1 , c 1 1

+ + σ

− σ +

=

σ'1 σ'2Log p

e

e1

e2

Cs

Cc σ‘p

ep

Trang 9

•4.3.3 Tính toán độ lún theo phương pháp tổng phân tố

Áp lực đáy móng đủ nhỏ để vùng biến dạng dẻo trong nền không

phát triển quá lớn Ỵ Coi nền làm việc trong giới hạn đàn hồi

Tính áp lực gây lún: pgl= k(p – γ’.Df)

Xác định chiều dày vùng nén lún Ha:

σ’p ≤ 0.2 σ’bt– với đất có Module biến dạng E≥ 5MPa

σ’p ≤ 0.1 σ’bt– với đất có Module biến dạng E≤ 5MPa

Chia vùng nén lún thành các phân tố có chiều dày nhỏ hơn 0.25 bề

rộng móng Ỵ coi ƯS trong các phân tố thay đổi không đáng kể

Nền nhiều lớp: Mặt phân chia các lớp đất trùng mặt chia các phân tố

Khi số lớp n=64, thì kết quả tính lún ≅ số lớp n=1000

Tính toán và vẽ biểu đồ ƯS hữu hiệu do trọng lượng bản thân và tải trọng gây lún gây ra tại giữa các lớp phân tố:

σ’bt(i)= Σ γi.hi= p1iỴ hệ số rỗng e1icủa các phân tố đất ở trạng thái ban đầu, khi chưa gánh chịu công trình

σp(i)= k.(p – γ’.Df) – ƯS do tải trọng ngoài gây ra

p2i= σ’bt+ σp– ƯS trong đất sau khi gánh đỡ công trình Ỵ hệ số rỗng

e2icủa các phân tố đất

Sử dụng các công thức tính lún của bài toán 1 chiều tính biến dạng đứng của các phân tố (Sử dụng biểu đồ e – p, e – logp)

Độ lún của móng là tổng các độ biến dạng đứng của các phân tố

•4.3.3 Tính toán độ lún theo phương

pháp tổng phân tố

Δpi =σ’gl(i)

pgl

1

5

p1i =σ’bt(i)

p2i

Ha

eo

e1

e2

e3

e4 e

p2 p3

p1i p2i

e2i

e1i

e

e1

e2

p2 p3 p4

e3

e4

p1i

e1i

p2i

e2

1

v

−

+

pgl

1 5 1 5

Vùng nén lún khi không xét đẩy nổi

Vùng nén lún khi có xét đẩy nổi

σ’btkhi không xét đẩy nổi

σ’btkhi có xét đẩy nổi ỴNên xét có lực đẩy nổi với tất cả các

loại đất nằm dưới MNN

Trang 10

•4.3.4 Tính toán độ lún theo lý thuyết bán không gian đàn hồi

•Sử dụng các kết quả của lý thuyết đàn hồi để tính lún cho móng

•Thế nào là độ lún

đàn hồi???

Quan niệm 1: đất được xem như vật thể đàn hồi Áp dụng cho móng có b ≥ 10m và đất nền thuộc loại đất cố kết trước

Module đàn hồi E xác định từ TN nén cố kết hoặc nén 3 trục có thoát nước (CD)

Quan niệm 2: là biến dạng đứng của nền ngay sau khi đặt tải, b/d tức thời, b/d này không do ALNLR thặng dư thoát ra làm giảm hsr, mà

do bọt khí trong nước lỗ rỗng giảm thể tích

Module đàn hồi E xác định từ TN nén 3 trục không thoát nước, là module tiếp tuyến của đường độ lệch ứng suất q=σ1-σ3và ε1 Module này xấp xỉ với module nở trong TN CKT khi dỡ tải và nén lại

nghiệm nén 3 trục có thoát nước thì độ lún S của nền bao gồm b/d do cố kết và b/d tức thời

Từ biểu thức chuyển vị đứng tại M có tọa độ (x,y,z) dưới tác dụng của

tải tập trung P tại gốc O (Bài toán Boussinesq):

ỴChuyển vị của điểm nằm tại mặt đất z=0 và z=∞:

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

+

=

R R

z E

P

2 ) 1 ( 3 2 )

,

ν π

ν

ER

P R E

P

π ν ν

π

ν 2(1 ) (1 ) 2

) 1

)

0

,

(

−

=

⎥⎦

⎤

⎢⎣

+

=

0 ) (

) 1 ( 2 )

( 2 ) 1 (

2 / 1 2 2 2 / 3 2 2 2 2 )

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

+ +

− + + +

+

=

∞

z y x

v z

y x

z E

P

π ν

Độ biến dạng của lớp đất dầy z : S = w(x,y,0) - w(x,y,z)

ỴĐộ lún của nửa không gian biến dạng tuyến tính: S = w(x,y,0) Diện chữ nhật chịu tải phân bố đều p, độ lún tại M(x,y,z) có dạng:

ỈĐộ lún trung bình của cả diện chịu tải:

a Nền bán không gian đàn hồi, đồng nhất:

−

=

o o z

x

y y x x

dy dx y x p E

v w

S

2 2

2 ) ,

) ( ) (

) , ( 1

π

2

pb S E

ω −ν

=

F

dxdy y x S

m

∫∫

=

) 0 , , (

Trang 11

ω- hệ số phụ thuộc hình dạng, kích thước đáy móng, loại móng:

ωo– hệ số để tính độ lún tại tâm móng mềm

ωc– hệ số để tính độ lún tại góc móng mềm; ωc=0.5 ωo

ωm– hệ số để tính độ lún trung bình của móng mềm

ωconst– hệ số để tính độ lún của móng cứng

Bảng 4.2

b Nền nhiều lớp với chiều dày Htt: độ lún trung bình theo Egorov

1 1

n

k k

S pbM

E

−

=

−

M– hệ số điều chỉnh kể đến hiện tượng TTƯS, phụ thuộc vào 2Htt/b

Ei– môđun biến dạng của lớp đất thứ i

kivà ki-1– hệ số hình dạng đáy móng, phụ thuộc vào độ sâu của đáy và đỉnh của lớp đất thứ i: ki€ (2zi/b ; l/b), ki-1€ (2zi-1/b ; l/b)

n – số lượng lớp đất tính lún trong phạm vi Htt

Htt– chiều dày lớp biến dạng đàn hồi tuyến tính được lấy như sau:

+ Từ đáy móng đến đỉnh lớp đất có E ≥ 1000 kG/cm2

+ Khi b≥10m và E ≥ 100 kG/cm2thì Htt= Ho+ t.b Với nền đất dính: Ho=9m và t=0.15 Với nền đất cát: Ho=6m và t=0.1

4.3.5 Tính toán độ lún theo phương pháp lớp tương đương S = a p ho . s

.

ω

=

s

h A b

4.4 TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN

Từ thí nghiệm nén không nở hông người ta thấy:

Độ lún của đất cát xảy ra rất nhanh, trong thí nghiệm thấy hơn 95%

biến dạng xảy ra trong phút đầu tiên

Biến dạng của đất dính rất phức tạp và kéo dài rất lâu

ỴViệc tính toán độ lún của công trình theo thời gian là rất cần thiết,

đặc biệt với những công trình xây dựng trên nền đất dính

− Quá trình đất lún kéo dài theo thời gian dưới một tải trọng không đổi

là quá trình cố kết của đất

•4.4.1 Mô hình Terzaghi

Nước đặc trưng cho nước chứa trong lỗ rỗng của đất bão hoà nước Lò xo có độ cứng đặc trưng cho hạt rắn trong đất

Van xả đặc trưng cho hệ số thấm của đất

4.4 TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN

Định dạng
Số trang	18
Dung lượng	674,95 KB