cơ học đất TÀI LIỆU THAM KHẢO

CHƯƠNG 9: ỔN ĐỊNH MÁI ĐẤT 9.1 Lời nói đầu Chương nghiên cứu độ ổn định mái đất không gian hai chiều cách sử dụng phương pháp cân giới hạn mặt cong đất có khối lượng,có lỗ hỗng trạng thái giới hạn nó.Trên bề mặt (Mohr –Coulomb) tiêu chuẩn sai số số cường độ cắt sử dụng tương ứng với cường độ thu phân tích ứng suất toàn phần.Hệ số an toàn định nghĩa tỉ số cường độ cắt ngang với áp lực bề mặt trượt cần thiết để cân cho khơng đổi dọc theo bề mặt Gía trị trung bình đạt từ viêc phân tích mặt cong mái đất dấu hiệu ổn định độ dốc tổng thể Vấn đề 9.1, 9.3 kiểm tra ổn định độ dốc điều kiện chưa tháo khơ nước Trong đó, hệ số an tồn trình bày liên quan đến phươn pháp hình học Cho đất ma sát, khối lượng chia thành lát thẳng đứng để tạo điều kiện thuận lợi Ứng dụng yêu cầu cân lực momen (Vấn đề 9.4 đến 9.7).Độ dốc thường không gắn liền với tịnh tiến song song với bề mặt đất Trường hợp để giải thích vấn đề 9.8.Phương pháp hình tròn đưa vào để đánh giá độ tăng dốc thấy vấn đề 9.9 Phương pháp khác sử dụng chế chèn đất tăng cường dùng cho đất gia cố( Vấn đề 9.10) đất không gia cố(Vấn đề 9.11) 9.2 Vấn đề Vấn đề 9.1 Xác định yếu tố an toàn cho vách từ đến độ dốc ngang cao 5m sử dụng vòng tròn ngón tay thử nghiệm, = 4,5 m 8m Ảnh 9.1 Diện tích mặt cắt khối trượt 40,22 cách trọng tâm hình 2,69m nằm bên phải trung tâm vòng thử nghiệm Các tính chất đất Lời giải: Bề mặt hình tròn thử nghiệm xác định trọng tâm c, bán kính R, góc trung tâm Áp lực cắt dọc theo thử nghiệm để làm giảm liên kết cu huy động để Cu / F (để trì cân khối trượt) f yếu tố an toàn trọng lượng trượt w hoạt động khoảng cách d từ trung tâm đường cong (Hình 9.1 Vấn đề 9.1) Ản h 9.1 Vấn đề 9.1 Lấy vị trí đặt lực xung quanh tâm vòng cung tròn, lưu ý ứng suất bình thường đường cung qua trung tâm, sau đó: F= Dữ liệu hình học là: tan= = R= Cos W=40,22 x1,0x18,0= 724,0 Kn F= VẤN ĐỀ 9.2 Cho mái đất nghiêng Điều kiện an tồn cho miếng đất nhỏ với (a) Tìm tải phụ lớn q(L=20m) (b) Các tính chất đất bao gồm: Cu=100kPa, Hình 9.2.Vấn đề 9.2 Lời giải (a) Diện tích khối trượt A= Tan R= Cos _Diện tích tam giác ADL vị trí trọng tâm: ) = 29,85m Tính KD=KE + ED=12,5+43,82xsin()=54,64m =29,2 m F= (a) Nếu tải phụ q áp dụng cho mặt đất thì: F= Trong L chiều dài tải phụ mặt đất mặt phẳng s khoảng cách ngang kết từ tâm hình tròn.Hình 9,2 Kiểm tra L BD = KD –KB=54,64-30=24,64m Do L=20m S=EB + L/2=30-12,5 +20/2=27,5m F == Q = 44,7 kPa Vấn đề 9.3 Sử dụng biể đồ định taylor.(Hình 9.3), giải phần a vấn đề 9,3 Cách giải Sự định mái đất điều kiện không bị ma sát dược biểu diễn dạng tham số N gọi tham số ổn định: = Cho giá trị định b, tầm quan trọng N( hệ số ổn định) có giá trị khơng đổi(), hệ số an tồn biểu bằng: F= Trong số ổn định tương ứng với giá trị thiết kế V, h, Cu Trong điều kiện khơng nước, tầng cứng ngang xác định vị trí H tác động mặt đất số lương ổn định quan trọng gia tăng số hiệu ổn định giảm Hình 9.3 Biểu đồ độ ổn định Taylor sử dụng tính vấn đề Cho , tầng cứng khơng có ảnh hưởng đến số ổn định.Bảng xếp hạng ổn định mái dốc phát triển Taylor năm 1948, thể hiên hình 9.3, nơi đường cong, dấu gạch ngang đại diện cho điều kiện khơng nước Cho Của lực giả tạo tác động vào đường tròn trượt, phương pháp cho loại đất tiện hơn, phương pháp miếng tạo điều kiện cho cân lực: Tính số ổn định tương ứng với giá trị thiết kế: == Từ hình 9.3 F== Vấn đề Bằng cách sử dụng phương pháp Fellenius để xác định yếu tố an toàn độ dốc cho độ dốc từ dọc đến ngang chiều cao H=4,5 m, sử dụng đường cung tròn =4,5m =6,25m.Khối lượng đất chia thành miếng tất có chiều rộng chiều cao trung bình b= 3m có bảng sau đây: Đất có tính chất sau: Giải Slice no h(m) 1,6 -23 3,7 4,6 23 3,0 51 Phương pháp giả định lực cắt lực cắt lực bình thường hai bên miếng Yếu tố an toàn thể phương trình sau F = (9,5) Tại L chiều dài đường tròn, w trọng lượng lát,α gốc sở lát cắt ngang, μ tỉ lệ lổ sức ép xác định bởi: Đó thay cho áp lực lổ rỗng Kết tính tốn tóm tác khả Slice h α w wcosα wsinα (m) 1,6 3,7 4,6 3,0 (deg.) -23 23 51 (kN) 92,29 213,43 265,34 173,05 (knN) 84,95 213,43 244,25 108,90 (kN) -36,06 0,00 103,68 134,48 Total: 651,53 Tính tốn cho lát W = b x h x 1.0 x p x 9.8 1= 3,0 x 4,6 x 1,96 x 9,81 = 265,34 kN wcosα = 265,34x cos=244,25 kN wsinα = 265,34x SIN=103,68 kN Hình 9.4 Từ hình 9.4: tan R= Cos 202,10 Sử dụng công thức 9.5: F= F= Vấn đề 9.5: Độ dốc 5m2 có dốc liệu �=trên miếng rông 1m cho bảng nơi nước điểm miếng Vùng tròn thử nghiệm vòng tròn có lát cắt 1, nằm bên trái chân dốc Sử dụng hai phương pháp Fellenious’ method, Bishop’s để xác định hệ số an tồn cho lần thí nghiệm Giải Slice no h(m) 10 11 12 13 14 0.20 0.60 1,35 2,40 3,40 4,35 5,25 5,6 5,25 4,75 4,20 3,50 2,50 1,25 Α(deg.) 0,20 0,60 1,35 2,40 3,20 3,60 3,80 3,80 3,70 3,40 3,10 2,60 1,70 0,60 -24,0 -14,0 -11,0 -3,0 0,0 5,5 11,5 14,0 24,0 29,0 32,5 38,5 46,0 57,0 Tính mẫu cho lát cắt 8: W = b xx = 1,0 x 3,80 x 20,7 + 1,0(5,6-3,8)17,5 = 110,16 kN (10.33) Tìm từ phương trình 10.17 Các yếu tố độ nghiêng Tính tốn yếu tố hình dạng chiều sâu từ phương trình 10.18, 10.26 and 10.28: Do từ phương trình 10.15 với ======1: (a) = 3595 kPa (b) = 2194 kPa Vấn đề 10.4 Làm lại tốn 10.1 cách sử dụng cơng thức Vesie’s Cách giải quyết: Phương pháp Vesic’s tương tự Hansen với sửa đổi nhỏ số yếu tố chọn Phương pháp dễ dàng để sử dụng, khơng có mối tương quan yếu tố khác Trong phương trình phương trình 10.15 10.16 sử dụng với sửa đổi sau đây: (10.34) Cho với mặt đất dốc (Hình 10.2) : (10.35) Các điều kiện khác sau : ,, ,, (10.36) (10.37) Cho (10.38) Cho sử dụng phương trình Hasen’s; định nghĩa khác định nghĩa bởi: , i = B L (10.39) Cho i = B L (10.40) , (10.41) Cho mặt đất dốc nghiêng ( Hình 10.2): , (10.42) Cho , (10.43) (10.44) Cho (10.45) Các yếu tố chiều sâu giống phương pháp Hansen’s sở tròn, theo phương pháp Hansen’s Vesic’s, kích thước hình vng tương đương sử dụng Các yếu tố hình dạng tính từ phương trình 10.36 Các yếu tố chiều sâu giống phương pháp Hansen’s: (a) 1.0 = 4126 kPa (b) 1.0 = 2518 kPa Vấn đề 10.5 Sử dụng phương pháp Hansen tính khả chịu đựng nhiều vng chiều rộng 0.4m chiều dài 10m cho hai trường hợp sau: (a) Mực nước ngầm nằm đáy cọc với (b) Mực nước ngầm nằm mặt đất với γ sat= 20 kN/m3 Bỏ qua giới hạn Nγ, c’= 0, ɸ’= 40o Giải pháp: Với c’, ɸ’ khả chịu lực cọc: qb= c’Ncdc+ ηpo’Nqdq (10.46) Nơi mà po’ lực dọc tác dụng lên mức co sở dựa theo trọng lượng đất η ảnh hưởng áp lực trái đất bên hơng Những phương trình chịu lực Hansen dùng nơi mà chiều dài cọc L thay chiều sâu D η= Với cu, ɸu= đất sức chịu tải tối đa cọc giảm: qb= cuNcdc (10.47) Giới hạn Ncdc cho cho mục đích thiết thực Ab= 0.4x0.4= 0,16m2 Dùng phương trình 10.9 ta đc Nq= 64.19 Hệ số chiều sâu từ phương trình 10.26: dq=1+2tan40o(1-sino)2tan-1(10/0,4)=1,328 (a) po’=167x64.19x1.328=14236 kPa Sức tải bản: Pb=qbAb=14236x0.16=2278kN (b) po’=10.19x10=109.kPa qb=101.9x64,19x1.328=8686kPa Sức tải bản: Pb=qbAb=8686x0.16=1390kN Bài toán 10.6 Sửa toán 10.5 phương pháp Vesic với Irr=20 Giải pháp: Giá trị Nc’ Nq’ đc tìm Vesié’s : Nc’=(Nq’-1)cotɸ’ (10.48) Nq’={exp[(π/2-ɸ’)tanɸ’]tan2(45o+ɸ’/2)Irr} (10.49) Irr gọi độ giảm cứng đc định nghĩa cơng thức: Irr= (10.50) ɛV thể tích tải đất lân cận móng sở Irr độ giảm cứng: Ir= (10.51) G mô đun cắt đất Thông số η hệ số áp lực đất điều kiện nghỉ ko: η= (10.52) Nc’ cho điều kiện chưa nước: Nc’=+ (10.53) Từ phương trình 10.49 ta có: Nq’= Nq’=58.10 Hệ số nén đất bên cạnh nghỉ tính bằng: ko=1-sinɸ’ Do k0=1-sin40= 0.357 Từ phương trình 10.52 η=(1+2x0,357)/3=0.571 (a) qb=7357kPa Pb=7357x0.16=1177kN (b) qb=4489kPa Pb=4489x0.16=718kN Bài toán 10.7 Một cọc dài 15m cắm vào lớp cát với số liệu sau: (10.54) Độ chặt ID=0.75, góc ma sát ɸ’cr=33o, γ=17kN/m3, γsat=20kN/m3 Tính khả chịu nén móng (a) khơng có nước gần móng cọc (b) Tầng nước mặt đất Dùng phương pháp Fleminget al (1992) Giải pháp: Góc ma sát ɸ’cr số tính chất đất bị tách khỏi tỉ lệ khoảng trống ban đầu tầng nén Độ lớn tham số đc tìm từ: sinɸ’cr = Với M=q’/p’ ( phương trình 4,12), q’ tương đương với (σ’ 1-σ’3) p’ lực nén ảnh hưởng (σ’1+2σ’3)/3 Góc ma sát thích hợp ɸ’ đáy cọc ước tính từ phương trình: ɸ’=ɸcr’+3ID[5.4-ln(p’/pa)]-3 (10.55) đó: pa lực nén ( 100kPa) Khả chịu lực đc tính bằng: qb=po’Nq (10.56) Nq hệ số chịu lực đối nghịch với góc ma sát ɸ’ chuyển động bên đáy Lực nén p’ rìa đáy cọc bị lấy khoảng hình học khả chịu lực đáy lực nén tải po’: p’= po’ (10.57) Nq, trình lặp thực số liệu ban đầu giả sử cho N q tính tốn p’ từ phương trình 10.57 ɸ tương ứng tính sau từ phương trình 10.55 dùng quan hệ ɸ’ Nq thích hợp, lặp lại đc tiếp tục có kahc1 biệt Nq lần lặp hồn chỉnh, trở thành vơ giá trị (a) po’=17x15=255kPa Giả sử Nq=79, đó: p’= Po’=2266.5 kPa Hình 10.3 công suất yếu tố sử dụng cho cọc cát ( Berezantzev et al., 1961) ɸ’=33o+3x0.75[5,4-ln(2266.5/100)] - 3o = 35.1o Có Nq=75 Với lần lần lặp thứ ta già sử Nq=75, nên: p’=Po’=2208.4kPa ɸ’=33o+3x0.75[5,4-ln(2208.4/1000)]-3o=35.2o Chọn Nq=75 qb=po’Nq=255x75=19125kPa=19.1Mpa (b) po’=152.8 kPa Giả sử Nq=100, p’=Po’=1528kPa ɸ’=33o+3x0.75[5.3-ln(1449.6/100)]-3o=36.1o Chọn Nq=88 qb=po’Nq=13446kPa Bài tồn 10.8 Ước tính sức chứa tối đa 30m cọc bê tơng với đường kính 0.4m kiến trúc xa bờ nơi mà sức nặng đơn vị chìm 8kN/m3 Bảng lực cắt: Độ sâu(m) 18 24 30 Cu(kPa) 440 440 220 220 200 Giải pháp: Trong phân tích chuyển đổi gọi phương pháp , S lực cắt giới hạn trung bỉnh di chuyển trục đc ước tính thuc75n nghiệm phần gắn kết cu: =αcu s (10.58) Phương pháp nâng cấp với tỉ lệ α với lực: α=0.5NC-0,5 (10.59) α=0.5NC-0,25 (10.60) NC tình trạng củng cố, thường α= Ps=I (10.61) Trong αi, cui giá trị trung bình liên quan đến độ sâu có hạn cọc có độ dài cụ thể Asi chu vi khu vực với độ dài có hạn.Dựa vào liệu thử nghiệm cho cọc dẫn động báo cáo lại Randolph Murphy (1985) Các phương trình 10.59 10.60 đơn giản hóa sau: α=0.5-0.5 cu/po’≤1 (10.62) α=0.5-0.25 cu/po’>1 (10.63) Kết phép tính đc lập thành bảng dưới: Chiều sâu (m) 0–6 – 18 18 – 24 24 – 30 (kPa) 320 440 330 220 (kPa) 24.9 99.6 174.3 224.1 / 12.85 4042 1.89 0.98 Ví dụ tính tồn độ sâu từ 18-24m cu=(440+220)/2=330kPa po’=8.3x(18+24)/2=1.89 Từ phương trình 10.63 α=0.54x1.89-0.25=0.426 τs=0.426x330=140.6kPa As=(πx0.4)(24-18)=7.54m2 τsxAs= 140.6x7.54= 1060.1kN α (kPa) 0.264 0.345 0.426 0.505 84.5 151.8 140.6 111.1 (m2) 7.54 15.08 7.54 7.54 (kN) 637.1 2289.1 1060.1 837.7 Tổng Khả chịu lực tối đa đáy cọc đc tính từ phương trình 10.47 qb=cuNcdc=cux9=220x9=1980kPa Pb=1980xπ0.42/4=248.8kN Khả chịu lực tối đa P u tổng công suất trục Ps khả chịu lực đáy Pb: Pu=Pb+Ps= 248.8+4824 = 5073kN = 5.07 MN Bài tốn 10.9 Nó u cầu ước tính độ dài cọc bê tông ma sát với đường kính 0.4m chơn đất ko dính Khả chịu lực cọc 1850kN Đấy bao phủ lớp cát dày 10m với γ=16.5 kN/m3 ɸ’ =30o nằm lớp cát có γ=18.8kN/m ɸ’=36o Giả sử K=1.5 cho lớp đất Giải pháp: Phân tích ứng suất ảnh hưởng thay đc đề xuất Burland (1973) giả sử ko có gắn kết với cọc dựa vào hệ thống cọc Lực cắt ma sát di dời độ sâu định cọc: τs=σh’tanδ’= Kpo’tanδ’=βpo’ (10.64) Với lực tác dụng ngang tác dụng đất cọc, δ’ góc ma sát tác dụng di động bề mặt cọc, po’ lực dọc tác dụng K hệ số lực nén rìa ngồi Với cọc chôn chặt đất, hệ số K nên (1 + ko) / Với cọc xoay kết thí nghiệm cho thấy K giới hạn từ 1.5 đến 1.9 Tìm lực dọc trung bình tác dụng lên sàn cát: po’=16.5x(10/2)=82.5kPa Lực cắt di dời trung bình cọc từ phương trình 10.64 giả sử δ’=ɸ’=30o: τs=Kpo’tanδ’=1.5x82.5xtan30=71.4kPa Tải trọng cọc là: Ps1=πx0.4x10x71.4=897.2kNl=3.5m Do tổng chiều sâu cọc 10+3.5=13.5m Bài tốn 10.10 Một hệ thống cọc vấn đề 10.4 với lực dọc tác dụng lên 600kN x = y = 0.7m Các cọc có bán kính với s x=1.4m sy=1.2m Tính tải trọng dọc cọc; Giải pháp: Tải trọng phân phối thông qua đỉnh cọc cứng, phương trình 5.5 sử dụng theo mẫu sau: Pi=Si(xi- yi+ ) (10.65) P tải trọn dọc tổng, Mx y momen theo hệ trục xy ( hinh10.4), x i,yi tọa dộ trọng tâm cọc, Ix Iy momen thứ khu vực hệ thống cọc theo hệ trục xy, S i khu vực giao cọc, S điểm giao hệ thống cọc P i tải trọng chịu cọc i Nguồn gốc hệ thống tọa độ trọng tâm hệ thống cọc, điều khác so với trọng tâm đỉnh cọc Với n cọc khu vực giao nhau: (10.66) Xét qui tắc bàn tay phải: Mx=-420kNm, My=420kNm Σxi2=6x1.42=11.76m2 Σyi2=6x1.22=8.64m2 Từ phương trình 10.66 kN kN kN P4=16.7kN, P5=66.7kN P6=116.7kN, P7=75kN P8=125kN, P9=175kN Bài tốn 10.11 Một hệ thống có cọc đồng trục dài 10m cách dầu 1.5m Cọc chịu 600kN, 450kN cho cọc ngồi Tính độ lún cọc μ=0.3, Es=8 Mpa Giải pháp: Độ lún đc tính phương pháp phân bố lực Mindlin Sau chia đất thành nhiều lớp, lực dọc đc tính theo bảng 10.1 Bảng 10.1 Thành phần lực dọc điểm với khoảng cách ngang r từ tải trọng Q độ sâu z > L là: σz’=Iq (10.67) với Iq xem bảng Các tọa độ điểm cần ý đc diễn tả theo cá tham số m=z/L va n=r/L Độ lún đáy xấp xỉ: (10.68) Trong đó: l độ dày lớp hữu hạn, gia tăng hiệu điểm dọc điểm lớp tải, mô đun độ co dãn lớp hữu hạn Cho đồng giả sử: Q = tải cho phép áp dụng cho cọc thay = từ phương trình 10.67 vào phương trình 10.68: If (chiều dài cọc) đơn giản hóa việc sử dụng bảng tương tự đất đáy chia thành lớp dày nhau: ( đo cọc bên hông) = =1.5/10.0=0.15 ( trung tâm lớp thứ 1) = = 11.0/10.0=1.1 =1.7, Kết bảng đây: Lát 0.15) 11.0 1.1 1.9219 0.8368 13.0 1.3 0.6430 0.5157 15.0 1.5 0.3766 0.3291 17.0 1.7 0.2664 0.2313 19.0 1.9 Tổng: 0.1847 3.3926 0.1733 2.0862 Trung bình cộng: 0.6785 0.4172 Sử dụng cơng thức 10.69: ( đo cọc giữa) = ( đo cọc bên) = 0.4172= 4.7=4.7 Cơ sở giải cọc trung tâm: (tổng)= 5.1+4.7 = 9.8 10 mm ... F= Dữ liệu hình học là: tan= = R= Cos W=40,22 x1,0x18,0= 724,0 Kn F= VẤN ĐỀ 9.2 Cho mái đất nghiêng Điều kiện an tồn cho miếng đất nhỏ với (a) Tìm tải phụ lớn q(L=20m) (b) Các tính chất đất bao... chân móng trọng lượng đất vùng phá hủy Những cải tiến đề xuất Hansen Vessić có tính đến hình dạng chân móng góc tải trọng mặt đất Cơ sở chịu đựng cột trong, ϕϕ đất cu , ϕu = đất tính cách sử dụng... góc nghiêng là: (9.13) Cho đất: Hc = (9.14) (9.15) Trường hợp dòng chảy song song với góc nghiêng β với mặt nước mặt đất: (9.16) Nếu mực nước độ sâu song song với mặt đất: (9.17) Trong hw chiều