Chương 3 ứng suất dưới đáy móng và ứng suất trong nền đất

CƠ HỌC ĐẤT CHƯƠNG ỨNG SUẤT DƯỚI ĐÁY MÓNG & TRONG NỀN ĐẤT 5/16/18 ThS Nguyễn Hữu Sà CHƯƠNG ỨNG SUẤT DƯỚI ĐÁY MÓNG & TRONG NỀN ĐẤT 3.1 Khái niệm chung  Ứng suất: Trong vật thể phân tử có lực liên kết để giữ cho vật thể có hình dạng định Nếu tác dụng lên vật thể ngoại lực lực liên kết tăng lên để chống lại biến dạng ngoại lực gây Sự tăng lực liên kết gọi ứng lực hay nội lực Cường độ phân bố ứng lực hay nội lực gọi ứng suất Trị số ứng suất phụ thuộc vào yếu tố sau: - Trị số lực tác dụng (có thể lực tập trung hay lực phân bố) - Tọa độ điểm xác định ứng suất - Phương tiết diện mà ứng suất tác dụng KL: Ứng suất đại lượng véc tơ có trị số định, tác dụng điểm định có phương tác dụng tiết diện phân tố vẽ qua điểm góc định 5/16/18 ThS Nguyễn Hữu Sà CHƯƠNG ỨNG SUẤT DƯỚI ĐÁY MÓNG & TRONG NỀN ĐẤT  Các loại ứng suất: Có nhiều nguyên nhân gây ứng suất đất Thường gặp trọng lượng thân đất, thay đổi nước ngầm đất, tải trọng cơng trình tác dụng lên đất thơng qua móng  Ứng suất trọng lượng thân gây gọi ứng suất thường xun có ảnh hưởng lớn đến trình học tải trọng cơng trình gây ra, trọng lượng thân coi dạng tải trọng Ứng suất trọng lượng thân gây ổn định, ngoại trừ trường hợp đặc biệt đất q trình trầm tích có thay đổi mực nước ngầm lý bên ngồi hay bên  Tải trọng từ cơng trình phần lớn trường hợp truyền lên đất thông qua móng có độ cứng lớn độ cứng đất quy luật phân bố tải trọng phụ thuộc lớn vào độ cứng móng Một số trường hợp khác tải trọng tác dụng trực tiếp lên đất tải trọng từ đường đắp lên đất tự nhiên 5/16/18 ThS Nguyễn Hữu Sà CHƯƠNG ỨNG SUẤT DƯỚI ĐÁY MÓNG & TRONG NỀN ĐẤT 3.2 Một số lời giải lý thuyết đàn hồi (về trạng thái ứng suất biến dạng bán không gian bán mặt phẳng đàn hồi) 3.2.1 Bài tốn khơng gian - Boussinesq:  Trường hợp lực tập trung thẳng đứng tác dụng đất đồng  Thành phần ứng suất thẳng đứng P gây điểm M P 3P * Z P P σ = ; σM = K * 2Π * R Z Trong đó: K hệ số phụ thuộc vào tỷ số z/r (tra bảng) P M R z r M z Hình 3.1: Tải trọng P gây ƯS điểm M 5/16/18 ThS Nguyễn Hữu Sà CHƯƠNG ỨNG SUẤT DƯỚI ĐÁY MÓNG & TRONG NỀN ĐẤT  Thành phần ứng suất thẳng đứng nhiều P tập trung gây điểm M σ P M = Z n Pn P1 P2 ∑1 Ki * Pi = K1 Z + K Z + K n Z P3 P2 P1 z M 3.2.2 Bài toán phẳng - Flamnt: r1  Trường hợp tải trọng tập trung thẳng đứng r2 r3 phân bố đường thẳng Hình 3.2: tải trọng P gây ƯS điểm M Hệ số IL phụ thuộc vào tỷ số R/z tra bảng: 2P * z 2P * x * z σz = ;σx = 2 π * (x + z ) π * (x + z )2 τ xz q (T/m) R z 2P * z * x = π * (x + z )2 r Hình 3.3: Sơ đồ tải trọng ThS Nguyễn Hữu Sà M σr σz phân bố đường thẳng Z 5/16/18 Y CHƯƠNG ỨNG SUẤT DƯỚI ĐÁY MÓNG & TRONG NỀN ĐẤT 3.2.4 Sự phân bố ứng suất thân: Nền đồng nhất: Ứng suất thẳng đứng gây trọng lượng thân đất ( điểm A độ sâu z kể từ mặt đất) σ Abt bt σ γ *lượng z thể tích tự nhiên đất TrongAđó γ=– khối z γ σbt γ∗z A Hình 3.6: Biểu đồ ứng suất thân đất đồng 5/16/18 ThS Nguyễn Hữu Sà CHƯƠNG ỨNG SUẤT DƯỚI ĐÁY MÓNG & TRONG NỀN ĐẤT  Nền nhiều lớp:  Trường hợp nhiều lớp khơng có nước ngầm: - Tại điểm A đáy lớp 1: σ Abt = γ * h1 - Tại điểm B đáy lớp 2: σ Bbt = σ Abt + γ * h2 = γ * h1 + γ * h2 - Tại điểm C đáy lớp 3: σ Cbt = σ Bbt + γ * h3 = γ * h1 + γ * h2 + γ * h3 Hình 3.7: Biểu đồ ứng suất Bản thân đất không đồng 5/16/18 ThS Nguyễn Hữu Sà CHƯƠNG ỨNG SUẤT DƯỚI ĐÁY MÓNG & TRONG NỀN ĐẤT  Trường hợp nhiều lớp có mực nước ngầm: TH1: Các lớp đất phía MNN thấm nước: - Tại điểm A đáy lớp 1: σ Abt = γ * h1 h1 ΜΝΝ γ1∗h1 Tại điểm B đáy lớp 2: σ Bbt = σ Abt + γ dn * h2 = γ * h1 + (γ − γ n )* h2 - γ1 Α σbt h2 γ2 Tại điểm C đáy lớp 3: σ Cbt = σ Bbt + γ dn * h3 = γ * h1 + (γ − γ n )* h2 + (γ − γ n )* h3 γ1∗h1+(γ2−γn)∗h2 Β γ1∗h1+(γ2−γn)∗h2+(γ3−γn)∗h3 C h3 γ3 Hình 3.8: Biểu đồ ứng suất Bản thân đất khơng đồng có MNN 5/16/18 ThS Nguyễn Hữu Sà CHƯƠNG ỨNG SUẤT DƯỚI ĐÁY MĨNG & TRONG NỀN ĐẤT TH2: Lớp đất phía MNN không thấm nước: Tại điểm A + đáy lớp 1: σ Abt+ = (γ − γ n ) * h1 Tại điểm A - h1 ΜΝΝ γ1 (γ1-γn)*h1 γ1*h1 đáy lớp 1: σ Abt− = γ * h1 h2 Tại điểm B đáy lớp 2: σ Bbt = σ Abt− + γ * h2 γ2 Α σbt Ko tham nc γ1∗h1+γ2∗h2 Β Hình 3.9: Biểu đồ ứng suất Bản thân đất không đồng nhất, lớp đất phía MNN khơng thấm nước 5/16/18 ThS Nguyễn Hữu Sà CHƯƠNG ỨNG SUẤT DƯỚI ĐÁY MÓNG & TRONG NỀN ĐẤT TH3: Cách lớp đất phía MNN khơng thấm nước: - Tại điểm A đáy lớp 1: h1 σ Abt = γ * h1 - Α Tại điểm B đáy lớp 2: σbt h2 γ2 Tại điểm B đáy lớp 2: σ Bbt− = σ Abt + γ * h2 γ1∗h1+(γ2−γn)∗h2 γ1∗h1+γ2∗h2 = γ * h1 + γ * h2 - ΜΝΝ γ1∗h1 σ Bbt+ = σ btA + (γ − γ n )*h2 - γ1 h3 γ3 Tại điểm C đáy lớp 3: σ Cbt = σ Bbt− + γ * h3 = γ * h1 + γ * h2 + γ * h3 5/16/18 Ko tham nc γ1∗h1+γ2∗h2+γ3∗h3 Hình 3.10: Biểu đồ ứng suất Bản thân đất không đồng cách ThS Nguyễn Hữu Sà lớp đát phía MNN khơng thấm nước 10 Β C CHƯƠNG ỨNG SUẤT DƯỚI ĐÁY MÓNG & TRONG NỀN ĐẤT 3.2.5 Tính ứng suất lòng đất tải trọng gây ra:  Trường hợp tải trọng phân bố diện hình chữ nhật TH1: M độ sâu z, nằm đường thẳng đứng l σ MP = K * P qua tâm diện chịu tải M b K0 – Hệ số phụ thuộc vào tỷ số l/b z/b (tra bảng) +TH2: M độ sâu z, nằm đường Hình 3.11: Điểm M nằm tâm HCN l A thẳng đứng qua chu vi diện chịu tải: a B σ MP = ( K c (AaMD ) + K c (aBCM ) ) * P b Kc – Hệ số phụ thuộc vào tỷ số lc/bc z/bc (tra bảng) D M Hình 3.12: Điểm M nằm Chu vi HCN 5/16/18 ThS Nguyễn Hữu Sà 11 C CHƯƠNG ỨNG SUẤT DƯỚI ĐÁY MÓNG & TRONG NỀN ĐẤT TH3: M độ sâu z, nằm đường thẳng đứng qua diện chịu tải K0 – Hệ số phụ thuộc vào tỷ số l/b z/b (tra bảng) TH4: M độ sâu z, nằm đường thẳng đứng qua chu vi diện chịu tải: TH5: M độ sâu z, nằm đường thẳng đứng qua chu vi diện chịu tải: 5/16/18 ThS Nguyễn Hữu Sà 12 CHƯƠNG ỨNG SUẤT DƯỚI ĐÁY MÓNG & TRONG NỀN ĐẤT 5/16/18 ThS Nguyễn Hữu Sà 13 CHƯƠNG ỨNG SUẤT DƯỚI ĐÁY MÓNG & TRONG NỀN ĐẤT o  Tải trọng phân bố tam giác diện HCN - C Đối với điểm nằm trục qua góc tải trọng - Y σ M0 A = K A * P A B X Đối với điểm nằm trục σ MBC = K B * P qua góc tải trọng lớn Z Hình 3.15: Sơ đồ tải trọng Δ diện HCN Trong đó: KA = KT’, KB = KT – hệ số tra bảng phụ thuộc vào l/b, z/b; P – Cường độ tải trọng lớn + M nằm chu vi diện chịu tải * Có trường hợp bản: + M nằm chu vi diện chịu tải + M nằm chu vi diện chịu tải 5/16/18 ThS Nguyễn Hữu Sà 14 CHƯƠNG ỨNG SUẤT DƯỚI ĐÁY MÓNG & TRONG NỀN ĐẤT Chú ý: - Nếu tải trọng phân bố hình thang diện hình chữ nhật ta chia ra: ứng suất tải trọng phân bố P1 tương ứng với cạnh bé hình thang ứng suất tải trọng tam giác P2 tương ứng với hiệu cạnh lớn hình thang với cạnh bé (Pmax- P1) = P2; - Pmax o σ M = K B ,C * P2 C B ,C Nếu điểm M nằm tâm HCN tải trọng o Pmin A hình thang quy tải trọng phân bố Y B X Ptb = (Pmax + Pmin)/2; b σ M = K * Ptb Ptb M l Z Hình 3.16: Sơ đồ tải trọng hình thang diện HCN 5/16/18 ThS Nguyễn Hữu Sà 15 CHƯƠNG ỨNG SUẤT DƯỚI ĐÁY MÓNG & TRONG NỀN ĐẤT  Tải trọng tác dụng phân bố hình tròn P x Ứng suất điểm nằm trục qua tâm Z diện tròn chịu tải trọng phân bố đều: σ M = K tr * P P  M a Tải trọng ngang tác dụng phân bố Hình 3.17: Sơ đồ tải trọng phân bố hình tròn diện HCN D b C Ứng suất điểm nằm trục AD Pn ngược đấu với ứng suất điểm nằm trục BC σ MP = ± K n * Pn l A B Hình 3.18: Sơ đồ tải trọng ngang phân bố diện HCN 5/16/18 ThS Nguyễn Hữu Sà 16 CHƯƠNG ỨNG SUẤT DƯỚI ĐÁY MÓNG & TRONG NỀN ĐẤT b  Tải trọng dải phân bố hình băng p Y (kG/m2) Các thành phần ứng suất σ Mz = K z * P ; σ My = K y * P ; τ = K zy * P P P P zy z y M Z Các hệ số Kz, Ky, Kzy phụ thuộc vào tỷ số y/b; z/b Hình 3.19: Sơ đồ tải trọng hình băng phân bố  Tải trọng hình băng phân bố theo hình Δ σ MzP = K z * P σ My = K y * P b/2 b p (kG/m2) Y P τ zyP = K zy * P y z M -y Z Hình 3.20: Sơ đồ tải trọng hình băng phân bố theo hình Δ 5/16/18 ThS Nguyễn Hữu Sà p (kG/m2) Y z M Z b/2 17 CHƯƠNG ỨNG SUẤT DƯỚI ĐÁY MÓNG & TRONG NỀN ĐẤT Tải trọng nằm ngang phân bố hình băng b Các thành phần ứng suất Pn σ Mz = K * P ; σ My = K * P ; σ zy = K * P P ' n P " n P "' n Z Hình 3.21: Sơ đồ tải trọng nằm ngang phân bố Tải trọng phân bố hình thang Ứng suất điểm tổng ứng suất tải trọng phân bố cường độ Pmin ứng suất tải trọng phân bố Δ cường độ P = Pmax – Pmin gây 5/16/18 Y ThS Nguyễn Hữu Sà 18 CHƯƠNG ỨNG SUẤT DƯỚI ĐÁY MÓNG & TRONG NỀN ĐẤT 3.3 Ứng suất đất đáy móng cơng trình Áp lực cơng trình lên đất ( tải trọng tiếp xúc) - Trường hợp móng chịu nén tâm: Tải trọng tác dụng lên đất P đáy móng gọi tải trọng tiếp xúc gồm: Tải trọng cơng trình P truyền xuống hm Ptx Và trọng lượng Q lớp đất phủ móng, lxb Trọng lượng thân móng G Ptx = 5/16/18 P+Q+G F ThS Nguyễn Hữu Sà Hình 3.22: Sơ đồ móng chịu nén tâm 19 CHƯƠNG ỨNG SUẤT DƯỚI ĐÁY MÓNG & TRONG NỀN ĐẤT γ; γbt - Là dung trọng lớp đất phủ dung trọng bê tơng làm móng, thường lấy giá trị trung bình vật liệu móng với đất phủ 3 γtb (γtb =20kN/m -:- 22kN/m ) Vậy Q + G = F* γtb *hm ⇒ Ptx = P + F * γ tb * hm P = + γ tb * hm F F -Trường hợp móng chịu nén lệch tâm thì: Ptx = Ptb = P + γ tb * hm F Tải trọng gây lún: Là tải trọng cơng trình truyền xuống tải trọng thân móng: Pgl = Ptx – γ1 *hm 5/16/18 ThS Nguyễn Hữu Sà 20 CHƯƠNG ỨNG SUẤT DƯỚI ĐÁY MÓNG & TRONG NỀN ĐẤT  Ứng suất gây lún ứng suất đất đáy cơng trình -Ứng suất gây lún: Là ứng suất đất tải trọng gây lún gây (từ đáy móng trở xuống tồn ứng suất gây lún) -Ứng suất đất đáy cơng trình: Là tổng thành phần: ứng suất trọng lượng thân đất với mặt giới hạn mặt đất tự nhiên ứng suất gây lún tải trọng công trình gây với mặt giới hạn mặt đáy móng Chú ý: Sự thay đổi ứng suất đất ảnh hưởng việc xây dựng cơng trình làm giai đoạn Giai đoạn trước xây dựng công trình gọi (trạng thái ban đầu) giai đoạn sau xây dựng cơng trình (gọi trạng thái ổn định) 5/16/18 ThS Nguyễn Hữu Sà 21 ... ỨNG SUẤT DƯỚI ĐÁY MÓNG & TRONG NỀN ĐẤT  Ứng suất gây lún ứng suất đất đáy cơng trình -Ứng suất gây lún: Là ứng suất đất tải trọng gây lún gây (từ đáy móng trở xuống tồn ứng suất gây lún) -Ứng suất. .. tải: 5/16/18 ThS Nguyễn Hữu Sà 12 CHƯƠNG ỨNG SUẤT DƯỚI ĐÁY MÓNG & TRONG NỀN ĐẤT 5/16/18 ThS Nguyễn Hữu Sà 13 CHƯƠNG ỨNG SUẤT DƯỚI ĐÁY MÓNG & TRONG NỀN ĐẤT o  Tải trọng phân bố tam giác diện HCN... Hình 3. 3: Sơ đồ tải trọng ThS Nguyễn Hữu Sà M σr σz phân bố đường thẳng Z 5/16/18 Y CHƯƠNG ỨNG SUẤT DƯỚI ĐÁY MÓNG & TRONG NỀN ĐẤT 3. 2.4 Sự phân bố ứng suất thân: Nền đồng nhất: Ứng suất thẳng đứng