Bài giảng cơ học đất.PDF

 Nước liên kết yếu Nước liên kết gồm 3 loại  Ảnh hưởng lớn đến tính chất cơ học của đất;  Nước di chuyển do lực mao dẫn gọi lànước mao dẫn  Nước có thể di chuyển do trọng lượng bản t

Trang 1

5 Trạng thái và các chỉ tiêu đánh giá trạng thái của đất

6 Phân loại đất - thực hành phân loại đất

2

BÀI 1: SỰ HÌNH THÀNH CỦA ĐẤT

Theo quan điểm địa chất :

Đất có nguồn gốc trực tiếp hay gián tiếp

từ đá cứng:

Đất được hình thành như thế nào?

Quá trình biến đổiĐá  Đấtdiễn ra phức tạp và chịu ảnh

hưởng của 2 quá trìnhPHONG HÓA và quá trìnhTRẦM TÍCH

Đất trầm tích

Đất tàn tíchDưới tác động

• Phong hóa hóa học :

1.Quá trình phong hóa: là quá trình đá bị biến đổi thành đấtdưới tác dụng của các tác nhân vật lý, hóa học

• Phong hóa vật lý :

Do sự thay đổinhiệt độ và sự vachạm

Tạo thành hạt đất:

bề mặtgồ ghề, kích thướckhông đều, thành phầnkhoáng vậtgiốngđá gốc,

khôngcó khả năng kết dính

Gọi lànhữnghạt đấtrời

Do phản ứnghóa học trên bềmặt tiếp xúcgiữa hạt với môitrường

+ thành phần và kích thước hạt không đều;

+ giữa đất và đá gốc có mặt phân cách nghiêng

2.Quá trình trầm tích: là quá trình di chuyển và tích tụ cácsản phẩm phong hóa  tạo nên các dạng trầm tích

Trang 2

b Di chuyển do nước cuốn trôi (bồi tích, sa tích)

+ phân lớp đều về thành phần và kích thước;

+ chiều dày lớp lớn;

+ các lớp có kích cỡ hạt khác nhau thường xen kẽ

nhau và chủ yếu là nằm ngang

+ tính chất của đất trong từng lớp ít thay đổi, ranh giới

giữa các lớp đất khó phân biệt

Đất do các hạt đất tạo nên, các hạtđất tự sắp xếp tạo thành khung cốtđất có nhiều lỗ rỗng, trong lỗ rỗng

có chứa nước và khí

• Đất ẩm ướt không bão hòa nước , 3 pha: rắn, lỏng, khí

 Trong tự nhiên, đất thường ở trạng thái ẩm ướt không

bão hòa nước

• Đất khô, (lỗ rỗng không có nước), 2 pha : rắn và khí

• Đất bão hòa nước, (lỗ rỗng chứa đầy nước), 2 pha : rắn

Hạt đất được đặc trưngbởi kích thước, hình dạng vàthành phần khoáng vật

a Kích thước hạt đất

Kích thước hạt cóảnh hưởng nhiềutới tính chất cơ lýcủa đất

• Hạt đất càng to thì lỗ rỗng các hạt càng lớn, tính thấm nước lớn hơn đất hạt nhỏ

• Ngược lại hạt đất càng nhỏ thì diện tích tiếp xúc lớn, tính dính

kết càng phức tạp

Các hạt có hình dạng rất đa dạng (tròn, vuông, ) vậy thì

kích thước hạt được đo như nào?

Nhóm hạt : chỉ một tập hợp các hạt đất

có kích thước thay đổi trong một phạm

vi nhất định và được gọi tên theo

BÀI 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT

 Một số khái niệm

o Hàm lượng một nhóm hạtkí hiệup(d1< d ≤ d2)trong đất

là tỷ lệ phần trăm trọng lượng khô của nhóm đó trêntổng trọng lượng đất khô, kí hiệu p (nhóm) (%)

Trang 3

 Một số khái niệm (tiếp)

o Hàm lượng tích lũy đến d* kí hiệup(d1< d*) là hàm lượng

các hạt có kích thước ≤ d* (d* được gọi là đường kính

o Thành phần hạt (hay cấp phối hạt)Tập hợp hàm lượng

tất cả các cỡ hạt chứa trong 1 loại đất

Cấp phối hạt biểu diễn dưới dạng bảng hay đường cong

cấp phối

Dụng cụ thí nghiệm:Bộ rây tiêu chuẩn

-Theo Tiêu chuẩn Nga: 10 – 5 – 2 – 1 – 0,5 – 0,25 – 0,1 (mm)

- Theo ASTM: N4, N8, N12, N20, N40, N70, N100,N120, N200

Rây số N4 có d = 4,76mm;

Rây số N200 có d = 0,074mm

Mục đích: xác định hàm lượng của các nhóm hạt và hàm lượng tích lũy, từ đó xác định cấp phối của đất.

THÍ NGHIỆM THÀNH PHẦN HẠT

Số rây N4 N8 N12 N20 N40 N70 N100 N120 N200d(mm) 4,76 2,38 1,68 0,84 0,42 0,21 0,149 0,105 0,074

Bộ rây phân tích hạt

Các hạt lọt qua rây được coi là có kích

thước  kích thước lỗ rây

Cách thực hiện:

 Bước 1: Phơi khô mẫu đất + cân xác định tổng trọnglượng ban đầuQ

 Bước 2: Phân tích bằngrây:

• Cho đất qua bộ rây thí nghiệm Lắc hoặc rung cho cáchạt đất rơi xuống dưới các rây

• Cân trọng lượng trên từng râyQi hàm lượng nhómhạtp(d1< d ≤ d2)

 Bước 3:Phân tích bằng PPthủy lực(phuơng pháp tỷtrọng dựa vào định luật Stock kết hợp nguyên lý tỷ trọngkế) : phần đất đọng lại ở ngăn hứng gồm các hạt lọt quarây cuối cùng (có kích thước nhỏ nhất ; <0.1 mm)

 Bước 4: vẽ đường cong cấp phối hạt (hoặc bảng cấpphối hạt)

ĐƯỜNG CONG CẤP PHỐI HẠT

BÀI 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT THÍ NGHIỆM THÀNH PHẦN HẠT

Kích thước hạt

0,5 0,5- 0,25 0,25- 0,1 0,1- 0,05 0,05- 0,01 0,01- 0,005

2-<0,005Hàm lượng nhóm hạt pi(%)

Trang 4

Kết quả thí nghiệm: Đường cong phân tích hạt

0 10 30 50 70 90 100

0.001 0.01 0.1 1 10

100

d(m m) p(%)

Hạt cuội Hạt sỏi Hạt cát Hạt bụi Hạt sét

Nếu trong đất có cả hạt bụi và hạt sét thì đường cong sẽ được tiếp tục kéo

đến các đường kính nhỏ hơn

d60, d10, d30 :đường kính ứng với tích lũy bằng 60%, 10%, 30%

(2) Xác định hệ số đều hạt, C u , và hệ số độ cong (hệ số phân phối), C c

Hệ số đồng đều hạt, Cu, là tỉ số giữa d60với d10

Hệ số độ cong(phân phối):

2 30

.d d

Có thể chia làm 3 loại : Khoáng vật nguyên sinh(không thay đổi so với đá gốc)Khoáng vật thứ sinh

(đã thay đổi so với đá gốc)Các hợp chấthữu cơ

Nước trong đất có ảnh hưởng lớn đến tính chất cơ lý của đất,

đặc biết đối với các loại đất hạt nhỏ

Nước trong đất tồn tại dưới dạng :

+ + - + - + -

+ + -

+ + - + - + - + - + - + -

-Nước tự do Các lớp nước liên kết

Hạt đất sét

Nước tinh thể

- - - -

-Bề mặt hạt đất sét tích điện âm

Trang 5

a Nước liên kết (nước kết hợp mặt ngoài của hạt đất)

Nước chịu ảnh hưởng của lực hút điện phân tử giữa hạt sét

(điện tích “–”) với các phân tử nước có tính chất lưỡng cực

 Nước liên kết yếu

Nước liên kết gồm 3 loại

 Ảnh hưởng lớn đến tính chất cơ học của đất;

 Nước di chuyển do lực mao dẫn gọi lànước mao dẫn

 Nước có thể di chuyển do trọng lượng bản thân gọi là

nước trọng lực

 Chủ yếu là khí tự nhiên, một phần là gas sinh học

 Khí trong đất lưu thông với bên ngoài (khí hở) vàít có

ảnh hưởng đến tính chất của đất

 Khí trong đất khibị “đóng” kíncó thểảnh hưởngđến

tính chất của đất

 Khi tương tác với nước trong đất, mặt phân cách khí–

nước có ảnh hưởng lớn đến tính chất của đất (là đối

tượng nghiên cứu củaCơ học đất không bão hòa)

3 KHÍ TRONG ĐẤT

4 TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC PHA TRONG ĐẤT

 Tương tác giữahạt đấtvớinước

 Tương tác giữa hạtđất – khí - nước: HIỆN TƯỢNG MAO DẪN

Trang 6

 “Kết cấu”của đất: cách sắp xếp cáchạt đấtở “thời

điểm” hình thành Cách sắp xếp này tồn tại cùng với

đất – tạo nên khung “cứng” của đất, khung kết

cấu/khung đất

 “Cấu trúc”của đất: cách sắp xếp cáclớp đấtkhác nhau

(được phát hiện tại thời điểm khảo sát), còn gọi là cấu

trúc địa tầng và thường được mô tả trong các báo cáo

khảo sát địa chất công trình

BÀI 3: CẤU TRÚC VÀ KẾT CẤU CỦA ĐẤT

 Kết cấu là sự sắp xếp các hạt đất trong quá trình tích tụ

 Kết cấu là cấu tạo vi mô trong từng lớp đất

D > 1.00

Hai kiểu cấu trúc cơ bản:

 Cấu trúc phân lớp: có nhiều dạng khác nhau: lớpdày/lớp mỏng/ dải xiên/dải chéo… xen kẽ nhau màthành

 Cấu trúc khối:là sự sắp xếp hỗn độn không theo quiluật với nhiều mức độ khác nhau về độ chặt và sự biếnđổi liên kết bên trong

Thường gặp ở các loại đất tàn tích/sườn tích

Hai dạng cấu trúc khối cơ bản là khối chặt và khốirời

3 CẤU TRÚC CỦA ĐẤT

Cấu trúc của đất là sự sắp xếp các lớp đất để tạo nên đặctrưng của một nền đất cụ thể Cấu trúc là cấu tạo vi môcủa nền – cấu trúc địa tầng

BÀI 4 : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT

I Khái niệm

• Chỉ tiêu vật lý: là các quan hệ bằng số giữa các thành phần(pha) có trong đất về thể tích, về trọng lượng

• 2 nhóm :Các chỉ tiêu cơ bản : xác định trực tiếp bằng thí nghiệmCác chỉ tiêu không cần xác định bằng thí nghiệm

• Mục đích :đánh giá sơ bộ tính chất của đất

Hạt đấtNướcKhí

Qn, Vn

Qh, Vh

Qk, Vk

VRQ

VNước

Hạtđất

Khí

Mô hình 3 pha trong đất

Trang 7

oLấy mẫu bằng dao vòng

oCân xác định trọng lượng (mẫu + dao)

Q1 = Q mẫu+ Q dao

oThể tích mẫu = thể tích bên trong dao

V mẫu= V dao

dh

Q mẫu= Q1 - Q dao

III Các chỉ tiêu xác định bằng thí nghiệm :

1 Trọng lượng riêng tự nhiên của đất :

nước dâng lên

V mẫu= V nước dâng

Nước

• Độ chính xác yêu cầu: 0.1kN/m3

• Khoảng giá trị g thông thường: 13 ÷ 22 kN/m3

h

III Các chỉ tiêu xác định bằng thí nghiệm

2 Độ ẩm tự nhiên của đất :

• Định nghĩa:tỷ lệ phần trăm giữa trọng lượng nước có trongđất so với trọng lượng hạt đất ở trạng thái ẩm ban đầu

 Xác định QnQh

• Cách thí nghiệm: mẫu có độ ẩmchưa thay đổi

 Lấy mẫu (chừng 10 – 15gr), cho vào hộp, cân xác địnhtrọng lượng (đất + hộp)

Trang 8

 Đổ nước vào bình, lắc đều, làm thoát khí khỏi đất (bằng

cách đun hoặc hút chân không)

 Bổ sung nước đầy bình, cân lại để xác định trọng lượng

[Q1= Qh+ (Vb– Vh)g0]

 Làm sạch, đổ nước đầy bình, cân xác định trọng lượng

[Q2= Vb.g0].

43

3 Trọng lượng riêng hạt đất (tiếp)

IV Các chỉ tiêu không xác định bằng thí nghiệm :

45

46

BÀI 4 : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT BÀI 4 : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT

Trang 9

BÀI 4 : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT BÀI 4 : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT

50

V Ý nghĩa của các chỉ tiêu vật lý

 Đánh giá sơ bộ tính chất của đất

 Đối tượng nghiên cứu tính chất cơ học của đất, đặc

biệt là tính biến dạng (e)

 Phục vụ phân loại đất

 gkđược dùng để đánh giá độ chặt đầm nén đất – đánh

giá chất lượng thi công đầm nén (san lấp/ đắp nền

đường…)

 Đánh giá trạng thái bão hòa của đất liên quan đến quan

hệ giữa các pha trong đất, đến áp lực nước lỗ rỗng (S)

 Đánh giá trạng thái ứng suất ban đầu của đất (g)

51

BÀI 5: TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT

I Khái niệm :

 Trạng thái của đất :là khái niệm mô tả tác động qua

lại giữa các thành phần cấu tạo nên đất, đặc biệt là

ảnh hưởng của lỗ rỗng và nước trong lỗ rỗng tới các

hạt đất

 2 khái niệm cơ bản nói lên trạng thái của đất :

 Độ chặtđối với đất rời

 Độ sệtđối với đất dính

 Ý nghĩaxác định trạng thái của đất :

 Liên quan chặt chẽ đếnphẩm chất xây dựngcủa đất

 Đất càng chặt/cứng càng tốt và ngược lại

II Trạng thái của đất rời : Độ chặt :chặt – chặt vừa – rời

 Độ ẩm:bão hòa – rất ẩm – ít ẩmII.1 Chỉ tiêu đánh giá độ chặt :

Trang 10

 Dựa vào độ chặt tương đối D :

 emax, min:hệ số rỗng của đất ở trạng thái rời nhất, chặt nhất

Tạo trạng thái xốp nhât/ chặt nhất:

 Đổnhẹcát khô, trọng lượng Q vào ống đo

thể tích để tạo trạng tháixốp nhất, đo thể

tích Vmax

 Rung/lắccát trong ống để tạo ra trạng thái

chặt nhất, đo thể tích mẫu, Vmin

Tính hệ số rỗng tương ứng emax,emin

 Dựa vào độ chặt tương đối D :

Thí nghiệm xác định emax/emin

1 Que dài có nắp hình côn

4 Ống đo thể tích

57

 Dựa vào kết quả thí nghiệm hiện trường :

> 0.8

rất rờirờichặt vừachặtrất chặt

Dựa vào kết quả hiện trường SPT, CPT Tra bảngBảng 5.2 Đánh giá trạng thái theo kết quả thí nghiệm SPT

 Dựa vào kết quả thí nghiệm hiện trường :

Bảng 5.3 Đánh giá trạng thái theo kết quả thí nghiệm CPT

Loại cát Trị số q c (MPa)

Chặt Chặt vừa Rời Cát thô, cát vừa (không phụ thuộc

Cát nhỏ (không phụ thuộc độ ẩm) >12 12 – 4 <4

Cát bụi ẩm và ít ẩm >10 10 – 3 <3

II.2 Chỉ tiêu đánh giá độ ẩm của đất rời :

 Đánh giá dựa vào độ bão hòaSBÀI 5: TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT

Mức bão hòa, S Trạng thái theo độ bão hòa

S < 0.500.50 ≤ S ≤ 0.80

S > 0.80

Đất ít ẩmĐất ẩmĐất bão hòaBảng 5.4 Đánh giá độ ẩm theo độ bão hòa S

Trang 11

III Trạng thái của đất dính :

61

Trạng thái dẻo

Phụ thuộc lượng nước trong đất

Trạng thái chảyTrạng thái cứng

không tạo được

hình

tạo được hình giữ được hình dạng

tạo được hình không giữ được hình

BÀI 5: TRẠNG THÁI CỦA ĐẤTIII Trạng thái của đất dính :

Bảng 5.5 Đánh giá trạng thái của đất dính theo độ sệt B

 Dựa vào kết quả thí nghiệm hiện trường SPT :

Bảng 5.6 Đánh giá trạng thái theo kết quả thí nghiệm SPTBÀI 5: TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT

Tổng

Tổng kết kết

Xác định trạng thái của đất

Đánh giá tính chất XD của đất : tốt hay không ?

Trạng thái của đất rời

Trang 12

BÀI 6 PHÂN LOẠI ĐẤT TRONG XÂY DỰNG

6.1 Khái niệm chung :

• Phân loại đất trong XD :

là việc nhóm những đất có cùng 1 dấu hiệu đặc trưng

nào đó và gán cho 1 cái tên

• Dấu hiệu đặc trưng :

oDựa vào cấp phối hạt

oDựa vào các giới hạn Atterberg

oNgoài ra có thể dựa theo nguồn gốc hình thành

• Các hệ thông phân loại phổ biến

oHệ thống Nga (áp dụng ở VN qua TCXD 45 – 78)

oHệ thống Mỹ (áp dụng ở VN gần đây qua TCVN 5747 – 1993)

68

6.2 Phân loại theo hệ thống tiêu chuẩn Nga

( VN: TCXD 45 – 78 )

Đất xây dựng = {Đất rời; Đất dính}

Cách phân loại sơ bộ : Đất rời không tạo que được

(không tạo được trạng thái giới hạn dẻo)

Dựa vào kết quả thí nghiệm phân tích hạt

70

Tên đất Căn cứ phân loại

 Đất hòn lớn (hạt lớn hơn 2mm chiếm hơn 50%)

Bảng 6.1 Phân loại đất rời 6.2.2 Đất dính

• Khái niệm : Đất dính là đất có tính dẻo, tạo được que

→ A = (Wch– Wd) > 1 (có thể tạo được que đất d ≥ 3mm)

• Phân loại : dựa vào chỉ số dẻo A

Trang 13

6.2.3 Bùn:

Bùn là đất dính trong giai đoạn đầu hình thành, có độ ẩm

cao hơn độ ẩm giới hạn chảy và hệ số rỗng lớn, có thể

có vi sinh vật hoạt động

Bùn = [bùn sét; bùn sét pha; bùn cát pha]

e = [ > 1.5 ; > 1.0 ; > 0.9 ]

73

TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH PHÂN LOẠI ĐẤTTHEO TCXD 45 - 78

74

Đất

Cát vừaCát nhỏCát bụi

Sỏi sạnCát sạnCát thô

Á cát Sét Á sét

Bước 1Bước 2

oA < 7  đất cát pha o7 ≤ A ≤ 17  đất sét pha

Trang 14

CHƯƠNG 2:

TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT

CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT

 Tính chất cơ học của đất bao gồm :

Điều kiện thuận lợi :

 Lỗ rỗng đủ lớn ( điều kiện bên trong)

 Áp lực đủ lớn (điều kiện bên ngoài)

Hạt Đất

Khối Đất

Lỗ rỗng

Dòng nước đi qua

BÀI 1: TÍNH THẤM CỦA ĐẤT

1.1 Các khái niệm cơ bản:

Tính thấm: tính chất của đất cho

phép dòng nước đi qua dưới một

điều kiện thuận lợi nào đó

Cột nước tổng (H):

tổng chiều cao cột nước kể từmức so sánh đến mặt nướcdâng:

BÀI 1 TÍNH THẤM CỦA ĐẤT

Cột nước áp :cột nước trong ống

Chiều cao cột nước áp (hp):

chiều cao cột nước dâng lên :

từ điểm đặt (A)  mặt nước

Chiều cao cột nước thế (hz):

chiều cao cột nước kể từ điểm đặt(A) đến mặt chuẩn so sánh nào đóđược chọn;

Trang 15

L AB – khoảng cách giữa hai điểm A và B

• v: Vận tốc thấm, (m/s)lưu lượng nước thấm qua một

đơn vị diện tích vuông góc dòng thấm

1.2 Định luật Darcy

• k : hệ số thấm (cm/s) : đặc trưng cho tính thấm của đất

o Đơn vị vận tốc

o Thể hiện nước chảy trong đất thế nào

o Biến thiên rất lớn với mỗi loại đất

o Xác định bằng thí nghiệm1.2 Định luật Darcy (tiếp)

Diện tích thấm A bao gồm cả cốt đất: vthực> vLưu ý:

Do nước chỉ thấm qua lỗ rỗng: vthực= v/n = v(1 + e)/e

I

Biểu diễn sự biến thiên

của gradient thủy lực

và vận tốc thấm

Quan hệ : v - i

I 0

I* Io I’

1 1’ 2

3 Đất hạt thô Đất hạt mịn

Trang 16

Thí nghiệm với cột nước không đổi

Thí nghiệm với cột nước thay đổi

Khóa K2

Q

Lưới lọc

Mức so sánh

h A

h B

DH

L

Ống đo áp

Trình tự thí nghiệm:

o Đo chênh cao cột nước

DH = h1– h2

o Kết quả thí nghiệm là cặp giá trị {DH, Q} hay {DH, q}.

Hệ số thấm xác định theo công thức:

o Đo lưu lượng nước ra q:

q = Q/t

1.5 Hệ số thấm của một số loại đất:

Loại đất Hệ số thấm, k, (cm/s)Cuội sỏi sạch

Cát sạchCát bụi, cát pha sétSét pha cátSét

Giá trị k thay đổi trong phạm vi rất lớn và phụ thuộcvào: kích thước, hình dạng hạt đất, kết cấu và độ chặt

của đất, lỗ rỗng của đất (chú ý đến lỗ rỗng kín và hở).

1.5 Thấm qua nền nhiều lớp

• Nền tương đương của nền nhiều lớp là nềnmột lớpcó

chiều dày bằngtổng chiều dàycác lớp đang xét và có lưu

lượng thấm qua không đổi

• Hệ số thấm tương đương là hệ số thấm của nền tương

h H

 Lưu lượng tổng = tổng lưu lượng mỗi lớp



Trang 17

1

i

i vi i n i i

i i

h

v k const v h h H

v k k L h

Q v A

Lực thấm trong một đơn

vị thể tích đất, kí hiệu j, (áp lực thấm)

Dòng thấm

0

j  I g

0

j  I g

Trang 18

1 Khái niệm chung

• Biến dạng : là sự thay đổi thể tích hay hình dạng của

khối đất/nền đất dưới tác dụng của tải trọng và các

tác động

Hiện tượng nén của đất  sự giảm thể tích của đất

Đất = hạt đất + lỗ rỗng = hạt đất + nước + khí

Biến dạng củacác hạt đất

Nén của khí

và của nướctrong lỗ rỗng

Thoát nướctrong lỗ rỗng

 Nếu luật ứng xử của đất đã biết

Tải trọngtác dụng

Ứng suất hữu hiệu+Biến dạng

Lún

Tổng biến dạng Ứng xử

Tính toán ứng suấttại độ sâu tính lún

Nghiên cứu thínghiệm đất

Tính toán lún từứng suất xác địnhtại bước (a)Biến dạng Ứng suất

Trang 19

• Nghiên cứu trongphòng thí nghiệmtrênmẫu đại diện:

nén mẫu (một chiều/ ba chiều)

• Nghiên cứu qua mô hình móng tại hiện trường: bàn

nén/ống nén

• Sử dụng các mô hình qui ước cho nghiên cứu hiện

trường: xuyên đất

Nghiên cứu tính lún của đất, là nghiên cứu gì ?

Nghiên cứu ứng xử của đất chịu tải trọng tác dụng

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU LÚN CỦA ĐẤT

chính

C.vị kế

Dầm đỡ

Kích Bàn nén

chính

C.vị kế

Dầm đỡ

Kích Bàn nén2.2 Dụng cụ thí nghiệm (tiếp)

 Bộ phận gia tải: kích thủy lực và đối trọng:

+ Kích thủy lực: năng lực = (1,5  2,0) tải dự kiến sử dụng

+ Đối trọng: dầm đỡ gắn chặt vào neo xoắn Số lượngdầm và neo tùy thuộc vào tải trọng

 Đồng hồ đo lún: có độ chính xác 0,01mm; bố trí tối thiểu 2 chiếc đối xứng qua bàn nén

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

* Sơ đồ TN:

Kích thủy lựcBàn nén

Hệ dầm đỡ

Tải tăng dần (hoặc giảm dần) từng cấp.Mỗi cấp tải được giữ không đổi Tải thẳng đứng Pi→ áp lực nén pi:2.3 Cách thí nghiệm:

A: diện tích của bàn nén

pi→ Si = f(t)

Thời gian t đủ lớn(t = ): Si→ Si(dần ổn định): tăng tải;

hoặc tăng không ngừng: dừng thí nghiệm

Ở mỗi cấp, duy trì tải đến khi đạt ổn định lún qui ước:độ lún của bàn nén  0,01mm sau khoảng thời gian 1h vớicát; 2h với sét

Tăng tảiPđến khi nền bị phá hoại, (S tăng quá lớn)

Trang 20

SBiểu đồ quan hệ (p, t); (S, t) Biểu đồ quan hệ (p, S)

Xác định môđun biến dạng của đất E0ứng với một cấp tải nào đó:

p: cấp tải trọng tác dụng lên nền;

S: độ lún của đất (khi thí nghiệm) tương ứng với cấp tải p;

b: cạnh của bàn nén vuông hoặc đường kính của bàn nén tròn;

Kết quả thí nghiệm bàn néncòn dùng để dự báo tải

trọng giới hạn tác dụng lên nền dựa vào sự thay đổi tốc

độ lún trong 1 khoảng thời gian đặc trưng lựa chọn

Tải trọng ứng với sự thay đổi đột ngột tốc độ lún được

coi là tải trọng giới hạn Pgh.Tải trọng cho phép tác dụng

- Pinhỏ, Si = f(t), Si→ Si

- Pilớn, Si có thể phát triển liên tụcBÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

p2p

 Lún của nền tăng theo cường độ của tải trọng nén theo 2

giai đoạn:

p(kPa)

p1 pgh

Đường cong nén0

SBiểu đồ quan hệ (p, S)

P

Sdư

SđhS

- Phần không phục hồi lại được khi dỡ tải:

biến dạng dư (Sdư)

- Thông thường:

Sdư>> Sđh

P1BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

Trang 21

Thí nghiệm nén trùng phục: Thí nghiệm nén đất dưới tải

trọng p1, rồi dỡ tải, lặp lại quá trình đó nhiều lần với tải p1

không đổi thì quan hệ (p, S) có dạng như bên

-Sdư,Sđhgiảm nhưng Sdư

giảm nhanh hơn

3 Thí nghiệm trong phòng:

 Mục đích: nghiên cứu tính nén lún của đất trên

những mẫu nhỏ (mẫu đại diện)

 Được dùng phổ biến vì tính đơn

giản, dễ thực hiện và tiện áp

dụng

 Nén một chiều không nở ngang

 Nén một chiều nở ngang tự do

 Hạn chế trong thực tế vìđòi hỏi thiết bị phức tạp, khó thực hiện

 Chủ yếu phục vụ nghiêncứu về cường độ của đấtThí nghiệmnén một chiều Thí nghiệmnén ba chiều

Mẫuđất

Trang 22

Trình tự thí nghiệm

- Khi TN mẫu đất nằm trong dao vòng và được đặt trong

hộp nén (mẫu không có biến BD);

-Pităng dần theo từng cấp (cấp sau gấp đôi cấp trước)

Mỗi cấp tải được giữ không đổi

Tải trọng nén Pi ứng suất nén (áp lực nén) si:

A: diện tích mẫu đất

si Si = f(t)

- t đủ lớn(t = ): SiSi(dần ổn định): tăng cấp tải tiếp

- Ở mỗi cấp, duy trì tải đến khi đạt ổn định lún qui ước: độ

lún của bàn nén  0,01mm sau khoảng thời gian 30 phút với

cát; 3h với cát pha và 12h với sét, sét pha

Kết quả thí nghiệmMỗi cấp ta thu được cặp số liệu(si, Si)  (si, ei)nhờ giả thiết Vh= const

Si: độ lún ổn định cấp tải thứ i;

h0: chiều cao ban đầu của mẫu;

e0: hệ số rỗng ban đầu của mẫu

Kết quả thí nghiệm được biểu diễn bằng đồ thị quan hệ giữa ứng suất nén s và hệ số rỗng e dưới 2 dạng:

Dạng e = f(s)

) ( 1

s1

h1

) ( 1

1 )

2 2

e h A m

21

e e S

h

S e

) 1

i=  

) 1

1/1

h

S e e

Độ dốc của đường cong

de/ds biểu thị mức độ biến

1

11

i i i

o i i

Trang 23

S V V

ho: chiều cao ban đầu của mẫu;

A: diện tích tiết diện mẫu;

Thay De = a.Ds ta có:

e1:hệ số rỗng trước khi gia tăng ứng suất Ds;

e2: hệ số rỗng sau khi gia tăng ứng suất Ds

Trong đó:

Nếu sự thay đổi ứng suấtDs = 1thì mv= DVkhi V = 1

hay mvchính là lượng thay đổi của thể tích đơn vị khi

ứng suất tăng 1 đơn vị và được gọi là hệ số nén thể tích

b Đường cong nén e = f(lgs), Chỉ số nén Cccủa đất

Độ dốc đường cong biểu thị mức độ biến dạng của nền đất

Chỉ số nén Cc

- Chỉ số nén Cc= f(loại đất),không phụ thuộc vào khoảng khảo sát

Đường cong nén e = f(lgs)

- Độ lún của mẫu đấtchịu tải cấp thứ i: si

c Thí nghiệm nén dỡ - Chỉ số nén lại Cscủa đất

Cs

Cc

Đường nén nguyên thủyĐường cong nén lại

Trang 24

 Môđun nén lún, E, của đất (tiếp)

 Theo định luật Hooke:

S h

 =

2

11

v E m

c v

mẫu, tại lúc khảo sát .

Phần giải thích

Trang 25

sv = g.H, e=e v

1 ) 1 (

0

g

g W e

Xét mẫu đất M2(dưới mặt đất)

Kết quả thí nghiệm nén M2

Mẫu đưa lên trên

sv = 0, e=e 0

logs e

Cr: hệ số góc đường cong nénlại:

(đôi khi kí hiệuCs)

• Tính nén lún nhỏ

• Khi ứng suấts’ < s’c: ứng suất tiền cố kết

Cc: hệ số góc đường congnén

• sv = gtb.H - ứng suất hữu hiệu của các lớp phủ trên

mẫu, tại lúc khảo sát.

• sc= svtức OCR = 1: đất cố kết bình thường

• sc> svtức OCR > 1: đất quá cố kết

• sc< svtức OCR < 1: đất chưa (dưới) cố kết

Phân biệt các trạng thái:

Ds’

0

' .lg

Phần giải thích

Trang 26

lg ' lg '

o r v

e e C

lg ' lg '

c c c

e e C

oKhi tải trọng tác dụng vàođất, nó nén Tuy nhiên khi

dỡ tải này, đất không trởlại chiều cao cũ

oMóng xây dựng trên đấtnày thường có độ lún nhỏ

oThường là đất bồi đắp ởđồng bằng, hoặc trầm tích ởtrạng thái xốp Đất chưa baogiờ chịu một ứng suất ≥ ứngsuất hiện tại

o Đất này có xu hướng bị cốkết (lún) dưới tải trọng bảnthân theo thời gian, và khinước lỗ rỗng dư thoát rahết, đất trở thành đất cố kếtbình thường

oMóng đặt trên loại đất nàythường bị lún lớn

Đất quá cố kết:

Đối với đất hạtrất mịn vài tháng đến vài năm để đạt

được độ lún tổng

Lún theo thời gian St?

Sau bao lâu thì đạt được độ lún tổng ?

Cố kết của đấtsét bão hòa nước

Lún tại thời điểm t

Cố kết thấm được nghiên cứu bởi Lý thuyết cố kết

thấm 1 chiều của Terzaghi

Cố kết thứ cấp:là cố kết không liên quan đến thoát

nước khỏi lỗ rỗng Cố kết thứ cấp chiếm phần nhỏ

Cố kết thứ cấp được nghiên cứu, tính toán thông qua

Lý thuyết từ biến

Cơ chế hiện tượng cố kết thấm của sét bão hòa được

Terzaghi giải thích dựa trên mô hình cố kết thấm

5.2 Mô hình Terzaghi

h = p/g0

Van thoátnước

p

Lò xo độcứng K

Đóng van thoát, tác dụng áp lực p:

• Nước trong ống đo dâng cao h

• Lò xo không lún

 Toàn bộ p truyền lên nước

Thời gian đủ lâu

Trang 27

Quá trình chuyển hoá ứng suất

o

0

' g0

=

t

p h

tác dụnglên đấtGây ra ứngsuất tác dụnglên khung đất

sNước

Hạtđất

Khí

Gây ra ứng suấttác dụng lênnước

ss

 Độ lún S là hàm của sự giảm áp lực nước lỗ rỗng dưu

 Áp lực nước dư thời điểm t

 Áp lực nước dư thời điểm ban đầu

• Thời điểm ban đầu 0

Lớp đất thấm Ds

• Nền đất chịu nén chiều dày hữu hạnh

• Dưới lớp đất thoát nước tốt (cát,…)

• tải trọng phân bố đều trên toàn bộ bềmặt

• Xác định độ lún của nền ở thời điểm t:

5 Định luật Darcy nghiệmđúng với I0= 0BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

Đá không thấm, không nén được

Sơ đồ bài toán cố kết thấm 1 chiều không có nở ngang

(thoát nước 1 biên)

từ dưới lên trên, BD của đất theo chiều từ trên xuống dưới

* Kết hợp giả thiết : lượng nước thoát ra khỏi phân tố (hiệulượng nước vào mặt dưới (z + dz) với lượng nước ra mặttrên z) đúng bằng lượng giảm thể tích lỗ rỗng trongkhoảng thời gian dt:DQ = DVr

dV t n dV dt t

n t n dt dA z v dt dA dz z

v z

Trang 28

* Theo định luật Darcy:

2

2)

v z

u k z

h k z

v v v

* Quan hệ giữa độ rỗng n và hệ số rỗng e:

) 1

) )

t e t e t n



= ( ) ( )

1 tb

e t

n t e

etb: hệ số rỗng tự nhiên trung bình của đất

Với kv= const, mv= const Cv= const

h z i i

12exp2

)12(sin)1

* Điều kiện biên:

- Tại t = 0 (ngay sau khi đặt tải):u = p với z;

z p t

z

2 2

4

exp 2 sin 4 ) ,

m dz t z m

t

v h

2 2

8 1 )

, (

'

 s

- Do nền có chiều dày hữu hạn nên tổng ứng suất do tải

trọng ngoài p gây ra như nhau tại z:s(z,t) = p

- Xét phân tố đất có chiều dày dz ở độ sâu z Tại thời điểm

t, ứng suất hữu hiệus’(z,t) = s(z,t) – u(z,t).Thay u(z,t):

- Tại thời điểmt = : s’ = s = p, độ lún cuối cùngS= mv.p.h

z p

t

2 2

4

exp 2 sin 4 1 )

,

(

 s

* Xác định ứng suất hữu hiệu s’(z,t)

C S

t S t

2 2 2

4 exp 8 1 )



t h

- GọiTvlà nhân tố thời gian và đặt:

v T

T U t

2

28 1 ) ( ) (

Trang 29

Cả kvvà a đều thay đổi → Cv const Khắc phục sai khác

này → xác định trực tiếp Cv: dùng thí nghiệm nén cố kết

* Kết quả thí nghiệm

Tập số liệu {Si, ti}ứng với cấp tải trọng nén không đổi pj

Si: độ lún của mẫu tại thời điểm ti(phút) kể từ khi bắt

đầy giá tải trọng nén pj

Quan hệ S = f(t) :  S = f(lgt) :Phương pháp Casagrande

S=f t :Phương pháp Taylor

Phương pháp CasagrandeKết quả biểu diễn dạng S = f(lgt)gồm 2 đoạn thẳng nối với nhau bằng 1 đoạn cong Giao 2 đoạn thẳng biểu thị

sự kết thúc cố kết thấm theo Terzaghi ứng với U = 100%

2 50

0,197

v

h C

t

=h: chiều dài đường thoát nước

thoát 1 chiều: h = ho;

thoát 2 chiều: h = ho/2

S50

t50 t100 lg(t)

S100U=100%

v z t dz m z t dz m

t S

0 0

),('),('

m t



h C

T v

v= 2 gọi là hệ số thời gian, ta có:

2

4 2

8( ) 1 T v ( )

s’

dz

6 Độ lún của nền ở thời điểm bất kì S(t)

• Xét lớp phân tố dày dz, coi ứng suấthữu hiệu trong phạm vi lớp dz phân

8( ) 1 T v ( )

h

=6.2 Thời gian lún (Thời gian đạt độ cố kết U yêu cầu)

• Độ cố kết U yêu cầu

2

4 28(v) 1 T v

h

Thấm Ds

h/

2

Thấm

Thấm Ds

h/

2Phân biệt 2 trường hợp thường gặpBÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

Trang 30

BÀI 3:TÍNH CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT 1 Định luật Coulomb

2.Thuyết bền Morh-Coulomb Khái niệm chung

3 Xác định các đặc trưng kháng cắt (độ bền) của đấtBÀI 3 TÍNH CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT

Mái dốc Móng tròn

Mặt phá hoại

Tải trọng CT Công trình

Khi xây dựng công trình, nếu nền đất bị phá hoại  công trình cũng bị phá hoại (mất ổn định) → việc nghiên cứu tính bền là rất quan trọng

* Khi ứng suất nén s tăng dần: mẫu bị biến dạng cả

phương đứng và phương ngang.

* Khi ứng suất nén đủ lớn: trên mẫu xuất hiện vết nứt

nghiêng và 2 phần mẫu trượt lên nhau theo mặt nghiêng

tương ứng.

- Xuất hiện vết nứt → mẫu bị

phá hoại cắt Ở những điểm

phá hoại, đất bị trượt lên

nhau và các mặt trượt tại các

điểm lân cận nối liền nhau tạo

- Phá hoại cắt của đất theo các mặt trượt phân tố ở mỗi điểm trong vùng phá hoại chỉ thể hiện dưới dạng chảy dẻo của toàn bộ đất trong vùng đó.

c Kết luận:

Xảy ra hiện tượng trượt kể trên là do tại vị trí của vết trượt ứng suất cắt cực đại vượt quá khả năng chống cắt của đất.

BÀI 3 TÍNH CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT

Trang 31

a Lực ma sát của đất: Lực ma sát xuất hiện khi đất có

xu hướng trượt lên nhau tương tự ma sát 2 vật thể thông

thường Lực ma sát tỷ lệ thuận với lực nén vuông góc

với mặt trượt bởi hệ số ma sát.

j s j

tg A

Ptg A

của đất chống lại ứng suất cắt theo mặt phẳng đó trên 1 đơn vị diện tích: s = sms+ c = stgj + c

(j, c): đặc trưng chống cắt của đất, xác định bằng TN;

s: ứng suất nén tạo ra ma sát đơn vị (do tải trọng gây

ra, phụ thuộc vào điểm khảo sát).

* Sức chống cắt s theo ứng suất hữu hiệu Terzaghi:

- Trạng thái cân bằng bền khi:t < s;

- Trạng thái cân bằng giới hạn (CBGH) khi:t = s

Lưu ý:Với đất không xảy rat > s

* Gọi tmax(tf) là ứng suất cắt lớn nhất có thể có trên 1 mặtphẳng nào đó qua điểm đang xét Mthì theo Mohr tính bềncủa đất được đảm bảo khi:tmax s = stgj + c

B(sB, tB): tB< sB.tgj + cA(sA, tA): tA= sA.tgj + c

2.Thuyết bền Morh-Coulomb BÀI 3 TÍNH CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT

a

os2 sin 22

x z

xz c

a

os2 sin 22

x z

xz c

Định dạng
Số trang	63
Dung lượng	6,49 MB