Bài giảng cơ học đất chương 3

09/08/2016 CHƯƠNG 3: BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT NỀN 3.1 Khái niệm - Tính nén lún - Tính nở S  [S] gh tan  [tan ] gh dS/dt  [dS/dt] gh Biến dạng đất chịu ảnh hưởng: - Độ chặt ban đầu: đất chặt, lún - Trạng thái kết cấu đất: đất bị phá hoại kết cấu, lún tăng - Quá trình chịu nén đất: đất cố kết thường hay cố kết trước - Tốc độ tăng tải trọng tác dụng: tăng tốc tăng nhanh tải trọng ảnh hưởng đến tính lún đất Độ lún đất gồm ba phần chính: - Lún phần đất bị phá hoại kết cấu đào xây móng - Lún phận bị biến dạng dẻo & đùn - Lún đất bị nén chặt lại 3.2 Đặc trưng thủy học đất Tính thấm đất Định luật Darcy: v=ki v : vận tốc thấm k : số thấm hay hệ số thấm (cm/sec) i : Gradient thủy lực Lưu lượng thấm bằng: q =Av =Aki q : Lưu lượng thấm đơn vị thời gian A : Diện tích mặt cắt vng góc với dòng thấm 09/08/2016 Dòng thấm hướng đất Áp lực thủy động : Ps = i  w Gradient thủy lực tới hạn ic : Áp lực thấm gradient thủy lực tới hạn Tại C-C, cân lực :  w (L + h + hs ) A =  sat L +  w h  w hs = ( sat –  w ) L  w ic = ’ ic gradient thủy lực tới hạn, tức gradient thủy lực tương ứng điều kiện chảy 09/08/2016 Thí nghiệm thấm với cột nước cố định Q : lưu lượng thu sau thời gian t A : diện tích mặt cắt ngang mẫu t : thời gian thấm h : độ chênh mực áp kế L : khoảng cách Thí nghiệm thấm với điểm áp kế cột nước cố định Thí nghiệm thấm với cột nước giảm dần a : diện tích mặt cắt ngang ống đo áp A : diện tích mặt cắt ngang mẫu đất Thí nghiệm trường: bơm nước từ giếng khoan Thí nghiệm giếng bơm trường 09/08/2016 Hệ số thấm đất nhiều lớp Dòng chảy thẳng góc với lớp đất Dòng chảy song song với lớp đất Hệ số thấm k phụ thuộc vào loại đất sau: Đất cát k = 1.10-1  1.10-4 cm/s Đất cát pha sét k = 1.10-3  1.10-6 cm/s Đất sét pha cát k = 1.10-5  1.10-8 cm/s Bụi k = 1.10-6  1.10-8 cm/s Đất sét k = 1.10-7  1.10-10 cm/s 3.3 Biến dạng đất 3.3.1 Thí nghiệm nén đất: Bàn nén trường: Thí nghiệm bàn nén trường 09/08/2016 Nén mẫu phòng thí nghiệm: Thí nghiệm nén mẫu phòng (oedometer) Máy nén cố kết (oedometer) 3.2.2 Các đặc điểm chế biến dạng Quan hệ biến dạng tải trọng tác dụng S-p 09/08/2016 3.2.2 Các đặc điểm chế biến dạng Quan hệ S-p nén trùng phục - Phần phục hồi lại sau dở tải gọi biến dạng đàn hồi - Phần không phục hồi sau dở tải gọi biến dạng dư 3.4 Các đặc trưng biến dạng: Định luật nén lún, hệ số nén lún, hệ số nén thể tích, Modul tổng biến dạng đất Định luật nén lún: Mơ hình nén mẫu đất Quan hệ hệ số rỗng lực tác dụng Hệ số nén lún: m2/kN (cm2/kG) P = (Ptrước + Psau)/2 Hệ số nén lún tương đối ao (hệ số nén thể tích mv) (m2/kN) 09/08/2016 Tính hệ số rỗng ứng với cấp áp lực en = en-1 – en-1,n en = e0 – e Biểu đồ quan hệ e-P Chỉ số nén Cc Biểu đồ quan hệ e-logP (nén dở tải) Chỉ số nở Cs (Cr) Biểu đồ quan hệ e-logP (nén dở tải) 09/08/2016 Áp lực tiền cố kết Pc A Pc Phương pháp xác định Pc p Pc c Phương pháp xác định Pc -Tỉ số tiền cố kết OCR (overconsolidation ratio): pc : Áp lực tiền cố kết p : Ứng suất hữu hiệu theo phương đứng (Ứng suất thân) OCR = : Đất cố kết thường OCR < : Đất cố kết OCR > : Đất cố kết trước 09/08/2016 Hệ số cố kết cv Phương pháp logt (Casagrande’s method) t50 Xác định hệ số cố kết cv theo pp logt Phương pháp t (Taylor’s method) D0 D90 x t90 1,15x Xác định hệ số cố kết cv theo pp t 09/08/2016 Modul tổng biến dạng đất E (kN/m2) -Khi Edef nhỏ đất yếu biến dạng lún lớn - Khi Edef lớn đất tốt biến dạng lún nhỏ Edef = 300 – 000 kN/m2 (đất bùn yếu) đến 100 000 kN/m2 (đá gốc, đá tảng) - Modul đàn hồi module xét đến biến dạng đàn hồi -Modul biến dạng xét đến biến dạng đàn hồi biến dạng dư - Eoed modul biến dạng không kể đến tính nở hơng đất (kết trực TN oedometer) Xác định E phương pháp nén mẫu khơng nở hơng phòng thí nghiệp (TN oedometer) - Modul biến dạng E cho cấp tải nén từ thí nghiệm nén cố kết Phương pháp dùng bàn nén trường EBN = (2  8) ETN , phụ thuộc vào loại đất 3.5 Cơng thức tính lún mẫu đất nén không nở hông + Ban đầu: + Sau nén: Sơ đồ tính lún mẫu đất TN oedometer 10 09/08/2016 Thể tích hạt Vs không đổi: V =Ah h1 – h2 = S 3.6 Tính tốn độ lún ổn định đất tác dụng tải trọng 3.6.1 Bài toán nén lún chiều e1 e2 : hệ số rỗng đất ứng với áp lực p1 p2 , xác định từ quan hệ e-P p1 =  h/2 , p2 = p1 + p 11 09/08/2016 3.6.2 Bài toán nén lún ba chiều Biến dạng tương đối Biến dạng thể tích 3.6.3 Bài tốn nén lún hai chiều (bài tốn phẳng) Trường hợp tốn phẳng  y = 12 09/08/2016 Tính tốn độ lún đất đường S = Si + Sc + Ss = m Sc - Si : độ lún tức thời trình đắp đất yếu bị biến dạng ngang (nở hông) tác dụng tải trọng đắp; - Sc : độ lún cố kết trình chịu tải trọng đắp - Ss : độ lún cố kết thứ cấp (lún từ biến) - m : hệ số kinh nghiệm; m = 1,1  1,7 Nếu có biện pháp hạn chế đất yếu nở hơng tác dụng tải trọng đắp chọn m = 1,1  1,2 Nếu chiều cao đắp lớn đất yếu nên chọn trị số m lớn 3.7 Tính tốn độ lún ổn định móng cơng trình Ntc Df 1 tb p pgl p1i hi z p2i 2 h  bt=z  gl=kopgl - Áp lực (do tải trọng ngoài) tác dụng lên đáy móng - Ứng suất gây lún (do tải trọng ngồi) đáy móng Ntc : tải trọng tiêu chuẩn truyền xuống móng F = l x b : diện tích móng Df : độ sâu chơn móng tb : trọng lượng riêng trung bình bê tơng đất (móng đất đáy móng), 20 – 22 kN/m3  : trọng lượng riêng đất đáy móng 13 09/08/2016 Phương pháp cộng lún lớp (tổng phân tố) Vẽ biểu đồ ứng suất thân bt (ứng suất hữu hiệu) ứng suất gây lún gl trục qua tâm O móng (tải trọng phân bố tiết diện chữ nhật) bt =  z gl = ko pgl Xác định chiều dày nén chặt hn bt = gl : đất tốt bt = 10 gl : đất yếu Chia hn thành nhiều lớp nhỏ h i = 0,4 b, với b bề rộng móng Ở độ sâu xa móng lấy hi = 0,4 b  0,6 b Xác định ứng suất gây lún trung bình lớp zi Xác định p1i , p2i = p1i + p = p1i + i Từ quan hệ e-p, xác định p1i => e1i p2i => e2i Xác định độ lún ổn định Ngồi có cơng thức tính lún dựa vào đường nén lún e-logp Cho đất cố kết thường 14 09/08/2016 Cho đất cố kết trước nặng (po + p  pc) Cho đất cố kết trước nhẹ (po + p  pc) Poi : Ứng suất hữu hiệu trung bình ban đầu lớp thứ i (ứng suất thân poi = tb= p1) pi = i : Gia tăng ứ/s thẳng đứng lớp thứ i (ứ/s gây lún) e0 : hệ số rỗng ứng với thời điểm trước xây dựng cơng trình, tức ứng với ứng suất thân poi Phương pháp lớp tương đương * Đối với đất đồng Ntc Df tb p p  pgl hs  h  p 2i z 2hs  bt=z  gl=kopgl Xác định chiều dày tương đương hs = A b Xác định đường phân bố ứng suất coi đường thẳng có chiều cao 2hs chiều sâu vùng chịu nén (hv) Xác định ứng suất thân độ sâu hs : p1 =  hs Xác định áp lực p2 = p1 + p =  hs + p/2 Từ quan hệ e-p xác định p1 => e1 ; p2 => e2 xác định hệ số nén lún hệ số nén lún tương đối Tính toán độ lún S = ao p/2 2hs = ao p hs * Trường hợp đường phân bố ứng suất cong ta chọn: p1 = 0,9  hs p2 = 0,9  hs + 0,55 p 15 09/08/2016 * Đối với đất nhiều lớp p pgl h1 p2i h2 2hs z1 z z2 h3 z3 bt Xác định chiều dày lớp tương đương hs lớp đất Xác định đường phân bố ứng suất coi đường thẳng có chiều cao 2hs chiều sâu vùng chịu nén Tính vẽ biểu đồ ứng suất thân Tính khoảng cách zi khoảng cách từ đáy vùng chịu nén đến lớp đất Xác định giá trị ứng suất gây lún (dựa vào tam giác đồng dạng) i = pi Xác định p1 p2 điểm lớp đất p1i =  (2hs – zi) p2i = p1i + zi Xác định a0i a0itb từ quan hệ e-p p1i => e1i p2i => e2i Xác định độ lún S = aotb p hs 16 09/08/2016 3.8 Tính tốn độ lún theo thời gian Lý thuyết cố kết thấm Terzaghi k : hệ số thấm đất e1 : hệ số rỗng ban đầu đất (chịu áp lực thân đất nền) a : hệ số nén lún ao : hệ số nén lún tương đối St = U t S * Trường hợp đất thoát nước chiều chịu lực tác dụng p khắp p Biên thoát nước Biên thoát nước z h h 2h dz 1 h Cát nước Nền đất khơng thấm * Sơ đồ 0: p h =p Ứng suất gây lún không đổi theo chiều sâu – trường hợp đất chịu tải phân bố khắp 17 09/08/2016 * Sơ đồ 1: Ứng suất gây lún có dạng tam giác tăng tuyến tính theo chiều sâu – trường hợp ứng suất trọng lượng thân đất gây h =h * Sơ đồ 2: Ut = f (Tv2) Ứng suất gây lún có dạng tam giác giảm tuyến tính theo chiều sâu – trường hợp gần toán tải phân bố hữu hạn, ứng suất gây lún có dạng đường cong chuyển thành đường thẳng p =p h * Sơ đồ 0-1: =p h =p+h Tv (0-1) = Tv (0) + (Tv (1) – Tv (0)) I 0-1 18 09/08/2016 * Sơ đồ 0-2: p h Tv (0-2) = Tv (2) + (Tv (0) – Tv (2)) I 0-2 3.8.2 Trường hợp nhiều lớp p h1 p2i h2 2hs z1 z2 h3 z3 atb = ao.tb (1 + etb) 19 09/08/2016 3.9 Độ lún nén thứ cấp đất ep 20 ... loại đất sau: Đất cát k = 1.10-1  1.10-4 cm/s Đất cát pha sét k = 1.10 -3  1.10-6 cm/s Đất sét pha cát k = 1.10-5  1.10-8 cm/s Bụi k = 1.10-6  1.10-8 cm/s Đất sét k = 1.10-7  1.10-10 cm/s 3. 3... thuộc vào loại đất 3. 5 Cơng thức tính lún mẫu đất nén không nở hông + Ban đầu: + Sau nén: Sơ đồ tính lún mẫu đất TN oedometer 10 09/08/2016 Thể tích hạt Vs khơng đổi: V =Ah h1 – h2 = S 3. 6 Tính tốn... lún ổn định đất tác dụng tải trọng 3. 6.1 Bài toán nén lún chiều e1 e2 : hệ số rỗng đất ứng với áp lực p1 p2 , xác định từ quan hệ e-P p1 =  h/2 , p2 = p1 + p 11 09/08/2016 3. 6.2 Bài toán nén