Tài liệu cơ học đất phan2

CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT CHƯƠNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT CHƯƠNG 3: PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT CHƯƠNG 4: BIẾN DẠNG VÀ ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT CHƯƠNG 5: SỨC CHỊU TẢI CỦA NỀN ĐẤT VÀ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC ĐẤT CHƯƠNG 6: ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN, LÊN ỐNG CHÔN CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT 2.1 TÍNH THẤM CỦA ĐẤT 2.2 TÍNH NÉN LÚN (TÍNH BIẾN DẠNG) CỦA ĐẤT 2.3 TÍNH CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT Để xây dựng công trình đất ta cần phải dự báo biến đổi xảy đất tác dụng tải trọng tác động lòng đất, tương tác đất công trình Đất vật liệu nhiều pha sai khác nhiều so với vật liệu lí thuyết Sự khác thể số tượng học đặc thù tính thấm tính nén lún đất Ỉ Kết hợp với thực nghiệm, thí nghiệm tìm yếu tố ảnh hưởng tới tính chất học đất quy luật biến đổi chúng Ỉ Tìm kết biểu thức tính toán ứng dụng vào thực tế 2.1 TÍNH THẤM CỦA ĐẤT 2.1.1 Áp lực hiệu dụng áp lực nước lỗ rỗng đất Khi tải trọng tác dụng lên đất ⇒ phân thành phần: + Một phần truyền lên cốt đất gây nén chặt đất gọi “áp lực hiệu dụng pz” ⇒ ứng suất hữu hiệu σ’ + Một phần truyền lên nước lỗ rỗng gây thấm nước đất gọi “áp lực nước lỗ rỗng pw“ ⇒ ứng suất truyền dẫn nước u Áp lực tổng: p = pz + pw Ứng suất tổng: σ = σ’+ u 2.1 TÍNH THẤM CỦA ĐẤT 2.1.2 Khái niệm dòng thấm đất Tính thấm đất tính chất nước chảy qua lỗ rỗng Dòng nước chảy qua đất gọi dòng thấm Tính thấm đất đặc tính quan trọng đất cần ý nghiên cứu tính chất học Nó ảnh hưởng tới trình lún theo thời gian đất nước thấm qua đất xuất áp lực thuỷ động, gây tượng xói đùn đất nền, sụt lở mái dốc, vỡ đê, đập 2.1 TÍNH THẤM CỦA ĐẤT 2.1.2 Khái niệm dòng thấm đất Trong đất có chuyển động dạng nước khác như: - Chuyển động nước phụ thuộc vào thay đổi nhiệt độ - Chuyển động màng nước liên kết yếu tác dụng áp lực khác - Chuyển động nước mao dẫn tác dụng áp lực mao dẫn - Chuyển động nước trọng lực tác dụng áp lực thủy tónh 2.1 TÍNH THẤM CỦA ĐẤT 2.1.2 Khái niệm dòng thấm đất • Lưu lượng nước thấm thực tế q qua phần thể tích lỗ rỗng mặt cắt vuông góc với dòng chảy xác đònh theo biểu thức: •q = Ar.vt •q = A.v vt = lưu tốc thấm thực tế đất v lưu tốc thấm trung bình Ar = diện tích phần lỗ rỗng mặt cắt A = diện tích toàn mặt cắt Ar ⋅ vt = A ⋅ v Ar ⇒ v = ⋅ vt = n ⋅ vt A 2.1 TÍNH THẤM CỦA ĐẤT 2.1.3 Đònh luật thấm - Cột áp lực nước: aa’, bb’, cc’ - Thế thủy tónh: Δh Với hầu hết loại đất dòng thấm đất dòng chảy tầng Năm 1885 Darcy tiến hành nhiều thí nghiệm thấm với đất cát a’ - Độ tổn thất cột áp nước: h h c’ - Áp lực nước lỗ rỗng gia tăng: u = γ0.h b’ A - Grient áp lực thủy tónh: C u γ 0h Ip = = l l b - Grient thủy lực: Ip h I= = γ0 l B Δh c a l 2.1 TÍNH THẤM CỦA ĐẤT 2.1.3 Đònh luật thấm - Vận tốc thấm trung bình: v= Trong đó: K η a’ Ip b’ K độ thấm A C η độ nhớt nước v= k= h c’ K η K η b γ 0I γ0 B Δh c a l ⇒ v = k ⋅ I ⇒ Q = k ⋅ I ⋅ A ⋅ t • ⇒ biểu thức đònh luật thấm chảy tầng 2.1 TÍNH THẤM CỦA ĐẤT 2.1.3 Đònh luật thấm v v = k t Đối với đất rời I Phát biểu: Tốc độ thấm nước qua đơn vò mặt cắt đất v tỷ lệ đường thẳng với gradient thủy lực I Đối với đất dính v v Io I’ = (I t k Quy luật thấm diễn phức tạp Do đất dính có nước kết hợp, có tính nhớt nên tượng thấm xảy gradient thủy lực lớn trò số để khắc phục sức chống thấm màng nước liên kết keo ’) I - I 2.3 SỨC CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT 2.3.5 Thí nghiệm phòng σ’1 b Thí nghiệm nén trục σ’3 Cắt cố kết – thoát nước (CD) τ s= σ3 σ’1-σ’3 σ’3 = σ’3 c’ + ’ ϕ σ’tg σ1 σ + 2.3 SỨC CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT 2.3.5 Thí nghiệm phòng b Thí nghiệm nén trục Cắt cố kết – thoát nước (CD) τ cCD = c’ s= ϕCD = ϕ’ Voøng troøn Mohr lúc mẫu bò phá hoại c’ + ’ ϕ σ’tg σ‘3 σ’1 σ‘1- σ‘3 σ 2.3 SỨC CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT Cắt cố kết – không thoát nước (CU) Lực đứng, P Biến dạng dọc trục, ΔL Đá thấm Màng cao su Thể tích thay đổi, ΔV=0 p lực nước lỗ rỗng, u Mẫu đất p lực buồng, σ3 Van 2.3 SỨC CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT 2.3.5 Thí nghiệm phòng b Thí nghiệm nén trục Cắt cố kết – không thoát nước (CU) τ s= σ3 Vòng tròn Mohr ƯS tổng c CU gϕ+ t U σC σ1 σ 2.3 SỨC CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT 2.3.5 Thí nghiệm phòng b Thí nghiệm nén trục Cắt cố kết – không thoát nước (CU) Đất cố kết thường (NC) τ c’= τ gh = s= gϕ t ’ σ ’ ϕ’ > ϕCD σ‘3 Voøng troøn Mohr ƯS hữu hiệu σ‘1 σ 2.3 SỨC CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT 2.3.5 Thí nghiệm phòng b Thí nghiệm nén trục Cắt cố kết – không thoát nước (CU) Đất cố kết (OC) τ s = τ gh c’ > = c’ + ’ ϕ σ’tg ϕ’ > ϕCD σ‘3 Vòng tròn Mohr ƯS hữu hiệu σ‘1 σ 2.3 SỨC CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT 2.3.5 Thí nghiệm phòng b Thí nghiệm nén trục Cắt cố kết – không thoát nước (CU) NC OC 2.3 SỨC CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT 2.3.5 Thí nghiệm phòng c Thí nghiệm nén đơn (Unconfined Compressive Test) TN nén trục theo phương pháp UU cho thấy không phụ thuộc vào áp lực buồng nén Ỵ sử dụng thí nghiệm nén đơn – mẫu đất nén thẳng đứng áp lực hông cu = 0.5 σ1 ϕu = τ τgh = s = cu= 0.5 σ1 σ1 σ 2.3 SỨC CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT 2.3.6 Điều kiện cân Morh – Renkine Xét TTƯS mẫu đất lúc trượt TN nén trục Ỵ Vòng tròn Morh ƯS tiếp xúc với đường sức chống cắt Đất cát Đất dính τ τ σ = s α ϕ’ g t ’ s= 2α σ‘3f τ ≤ τ gh = σ ' tgϕ ' +c’ ’ ϕ σ’tg α σ’1f σ σ‘3f 2α σ’1f σ τ ≤ τ gh = σ ' tgϕ '+ c ' 2.3 SỨC CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT 2.3.6 Điều kiện cân Morh – Renkine Đất cát: σ1' f − σ'3f ' ' σ − σ 3f sin ϕ' = ' ' = '1f σ1f + σ3f σ1f + σ'3f ⇒ σ'1f = σ'3f tg2 (45o + ϕ' ) Đất dính: σ'1f − σ'3f sin ϕ' = ' σ1f + σ'3f + 2c' cot gϕ' ⇒ σ'1f = σ'3f tg2 (45o + ϕ' ϕ' ) + 2c' tg(45o + ) 2 2.3 SỨC CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT 2.3.6 Điều kiện cân Morh – Renkine Mặt khác: Đất cát: Đất dính: σ1' ,3 ⎛ σ 'z − σ'x σ +σ = ± ⎜⎜ 2 ⎝ sin2 ' z ' x ( σ ϕ' = sin2 ϕ' = (σ ' z − σ 'x (σ (σ ' z ' z ' z ) +σ − σ'x ' x ⎞ ⎟⎟ + τ 2zx ⎠ + 4τ 2zx ) ' x ) + 4τ 2zx ) + σ + 2c' cot gϕ' 2.3 SỨC CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT 2.3.7 Góc nghiêng mặt trượt τ s= c’ + ’ ϕ σ’tg α σ‘3f σ’1f 2α σ’1f σ ϕ' ⎞ ⎛ α = ±⎜ 45o + ⎟ 2⎠ ⎝ σ’3f α 2.3 SỨC CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT 2.3.8 Góc lệch θmax Xét TTƯS điểm M: tgθ = τ σ τ τ σ s= ’t c’ + ’ gϕ p σ θmax τ σ‘3f σ σ’1f σ Khi điểm M ổn đònh θmax = φ’ (điều kiện cân giới hạn) 2.3 SỨC CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT 2.3.8 Góc lệch θmax Có thể dùng góc lệch θmax để kiểm tra ổn đònh điểm M: Với đất cát: sin θmax σ'1 − σ'3 = ' σ1 + σ'3 hay sin θmax (σ = ' z − σ'x (σ ' z ) + 4τ2zx + σ'x ) Với đất dính: sin θmax σ'1 − σ'3 = ' σ1 + σ'3 + 2c' cot gϕ' hay sin θmax = (σ (σ ' z ' z − σ'x ) + 4τ2zx ) + σ'x + 2c' cot gϕ' 2.3 SỨC CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT 2.3.8 Góc lệch θmax Nếu θmax < ϕ’ - Điểm M trạng thái ổn đònh Nếu θmax = ϕ’ - Điểm M trạng thái cân giới hạn Nếu θmax > ϕ’ - Điểm M ổn ñònh τ s ’t σ = c’ + ’ gϕ σ ... 2: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT 2.1 TÍNH THẤM CỦA ĐẤT 2.2 TÍNH NÉN LÚN (TÍNH BIẾN DẠNG) CỦA ĐẤT 2.3 TÍNH CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT Để xây dựng công trình đất ta cần phải... xảy đất tác dụng tải trọng tác động lòng đất, tương tác đất công trình Đất vật liệu nhiều pha sai khác nhiều so với vật liệu lí thuyết Sự khác thể số tượng học đặc thù tính thấm tính nén lún đất. .. CỦA ĐẤT 2.1.2 Khái niệm dòng thấm đất Tính thấm đất tính chất nước chảy qua lỗ rỗng Dòng nước chảy qua đất gọi dòng thấm Tính thấm đất đặc tính quan trọng đất cần ý nghiên cứu tính chất học Nó