Bài giảng cơ học đất chương 4

09/08/2016 CHƯƠNG 4: SỨC CHỊU TẢI CỦA NỀN ĐẤT 4.1 Khái niệm - Sự đổ vở, nghiêng cơng trình gắn liền với trượt khối đất hình thành mặt trượt rỏ rệt - Có thể đất khơng trượt ngồi lại lún nhiều nhanh, với độ lún lệch lớn làm cho cơng trình bị đổ vở, hư hỏng 4.2 Sức chống cắt đất 4.2.1 Thuyết bền theo Coulomb - Lực ma sát bề mặt hạt; gọi ma sát trong, xảy hạt khối đất - Lực hóc hạt với - Lực dính: gồm lực dính keo nhớt, lực dính liên kết cứng lực dính giả P Thí nghiệm nén trục mẫu đất có nở hơng s =  tan + c s : sức chống cắt đất [kN/m2, kPa, kG/cm2]  : ứng suất nén hay ứng suất pháp tuyến thẳng góc với mặt trượt [kN/m2, kG/cm2]  : góc ma sát [độ] c : lực dính [kN/m2, kG/cm2] c,  gọi đặc trưng chống cắt ĐL Mohr Coulomb: Sức chống cắt đất điểm mặt phẳng hàm tuyến tính theo ứng suất pháp tuyến mặt s’ = ’ tan’ + c’ 09/08/2016 Các điều kiện cân ổn định:  < s : đất trạng thái ổn định  = s : đất trạng thái cân giới hạn  > s : khơng xảy đất đất bị phá hoại trước đạt đến ứng suất Các dạng đường sức chồng cắt theo loại đất 4.2.2 Điều kiện cân Mohr-Rankine o M a  b    : lực gây trượt  : lực chống trượt o : tổng áp lực  &  - Đất mặt phẳng xét trạng thái cân bền theo Coulomb:  <  tan + c trạng thái cân giới hạn đất mặt trượt  =  tan + c a, b : trạng thái cân bền (ổn định) c, d : trạng thái cân giới hạn Cân bền cân giới hạn 09/08/2016 Vòng tròn ứng suất Mohr Vòng tròn ứng suất Mohr Cân Mohr-Rankine - Góc  gọi góc lệch ứng suất - Quay mặt phẳng a-b quanh điểm M, ta có mặt trượt điểm tương ứng vòng Mohr I Lúc góc lệch ứng suất   o max  <  : Điểm M ổn định  =  : Điểm M trạng thái cân giới hạn  >  : Điểm M ổn định 09/08/2016 * Đất rời: Xét tam giác OIC Cân Mohr-Rankine cho đất rời * Đất dính: Cân Mohr-Rankine cho đất dính Điều kiện Mohr-Rankine cho chịu tải trọng hình băng Tải trọng phân bố hình băng 09/08/2016 + Đối với đất rời: + Đối với đất dính: 4.2.3 Các phương pháp thí nghiệm xác định sức chống cắt đất - Thí nghiệm cắt trực tiếp (Direct shear test) - Thí nghiệm nén trục (Triaxial compression test: Undrained – Unconsolidated, Undrained – Consolidated, Drained – Consolidated) - Thí nghiệm nén đơn (Unconfined compression test) - Thí nghiệm xuyên (động) tiêu chuẩn (SPT) - Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT) - Thí nghiệm cắt cánh (Vane test) * Thí nghiệm cắt trực tiếp (Direct shear test) Máy cắt trực tiếp (máy củ) 09/08/2016 * Thí nghiệm cắt trực tiếp (Direct shear test) Máy cắt trực tiếp - Cắt mẫu đất (dày 30 cm) cho lần thí nghiệm với cấp tải trọng khác - Cho máy cắt với tốc độ mm/min đến mẫu bị phá hoại; ghi lại giá trị () ứng với lúc đồng hồ đo ứng lực ngang đạt giá trị max - Vẽ biểu đồ quan hệ  (kG/cm2)  (kG/cm2) Quan hệ lực cắt áp lực thẳng đứng - Xác định giá trị c  phương pháp hình học 09/08/2016 - Xác định giá trị c  phương pháp bình phương cực tiểu - Xác định giá trị c  phương pháp bình phương cực tiểu - Xác định giá trị c  hàm LINEST Excel tan=LINEST(1:3,1:3,1) =DEGREES(ATAN(tan)) c=IF ((1/3)*(( 1+2+3)tan(1+2+3))>0,(1/3)*((1+2+3)tan(1+2+3)),0) Chuyển kết thập phân  sang giá trị độ Phút => =((-INT())*60 Độ + phút => =CONCATENATE(ROUND(độ,0),“o”,ROUND(phút,0 ),”’”) 09/08/2016 Kết tính tốn c  Excel * Thí nghiệm nén trục (Triaxial Compression Test) + Cắt (nén) nhanh không cố kết / Undrained– Unconsolidated (UU): Giá trị cuu  uu + Cắt (nén) nhanh cố kết / Undrained–Consolidated (CU): Giá trị ccu &  cu ; c’ ’ áp lực nước lổ rỗng u + Cắt (nén) chậm cố kết / Drained – Consolidated (CD): Giá trị c’ ’ Máy nén ba trục 09/08/2016 Mẫu đất buồng nén Thiết bị gọt mẫu * Thí nghiệm UU Biểu đồ quan hệ ứng suất lệch biến dạng 09/08/2016 Biểu đồ vòng Mohr * Thí nghiệm CU Biểu đồ quan hệ ứng suất lệch biến dạng Quan hệ áp lực nước lỗ rỗng biến dạng 10 09/08/2016 Biểu đồ vòng Mohr * Thí nghiệm CD Biểu đồ vòng Mohr Phương pháp giải tích tốn học (pp bình phương cực tiểu) để xác định c,  thí nghiệm trục 11 09/08/2016 * Thí nghiệm nén đơn (Unconfined Compression Test) Mẫu đất có dạng hình trục, chiều cao lần đường kính, nén thẳng đứng khơng có áp lực xung quanh Sức chịu nén đơn (1 trục) áp lực nén lên mẫu lúc bị trượt, qu Sức chống cắt khơng nước hay lực dính khơng nước cu = qu/2 Góc ma sát  u = 00 Thí nghiệm phù hợp với đất sét bảo hòa hồn tồn ( u = 00) Vòng Mohr thí nghiệm nén đơn 12 09/08/2016 * Thí nghiệm xuyên tĩnh CPT (Cone Penetration Test) - Dựa vào sức kháng xuyên qc , xác định góc ma sát  đất cát qc (105 Pa) 10 20  (độ) độ sâu m sâu 2m 28 26 30 28 40 70 120 200 32 34 36 38 30 32 34 36 300 40 38 - Dựa vào sức kháng xuyên qc , xác định lực dính khơng nước đất sét  : ứng suất thân đất điểm xét A : diện tích mũi xuyên (10 cm2) * Thí nghiệm xuyên (động) tiêu chuẩn SPT (Standard Penetration Test) Đất rời N (SPT) Trạng thái Góc ma sát 50 Rất chặt > 450 13 09/08/2016 Đất dính N (SPT) 30 > 50 Sức chịu nén đơn qu (bar-kG/cm2) Rất mềm (nhão) < 0,2 Mềm (dẻo nhão) 0,2  0,5 Rắn vừa (dẻo mềm) 0,5  Rắn (dẻo cứng) 12 Rất rắn (nửa cứng) 24 Cứng >4 Trạng thái Rất cứng * Thí nghiệm cắt cánh chữ thập (Shear Vane Test) - Đo moment tác động từ trục xoay M, mẫu đất bị trượt thì: - Sức chống cắt khơng nước: 4.3 Sức chịu tải đất 4.3.1 Các dạng phá hoại đất 14 09/08/2016 P < PIgh : lún nén chặt đất PIgh  P  PIIgh : xuất vùng biến dạng dẻo, làm việc P > PIIgh : bị phá hoại trượt k : hệ số an toàn 4.3.2 Xác định tải trọng giới hạn PIIgh 4.3.2.1 Phương pháp tính dựa mức độ phát triển vùng biến dạng dẻo (bán không gian biến dạng tuyến tính) - Xét điểm M, độ sâu z, ứng suất thẳng đứng trọng lượng thân đất nền: - Ứng suất theo phương ngang trọng lượng thân đất nền: - Ở trạng thái cân giới hạn:  = 0,5 => ứng suất phương 15 09/08/2016 - Ứng suất tải trọng ngồi gây M - Vậy ứng suất M: - Kết hợp với phương trình cân dz/d = * Theo Puzurievski: zmaz = ; P0 < PIgh * Theo Maslov: zmax = b tan * Theo Iaropolski: khu vực cân giới hạn phát triển tới độ sâu lớn 16 09/08/2016 * Theo QPVN (TCXD 45-70, 45-78) : khu vực biến dạng dẻo b/4 - Pgh = R (Rtc  RII) (45-70) (45-78) m : hệ số điều kiện việc m1 : hệ số điều kiện làm việc đất & móng; 0,85  1,0 m2 : hệ số đồng đất nền; 0,9  1,0 ktc : hệ số tin cậy; lấy từ thí nghiệm; 1,1 lấy từ số liệu thồng kê  : trọng lượng riêng đất đáy móng  * : trọng lượng riêng đất đáy móng h = Df : độ sâu chơn móng Nếu có mực nước ngầm phải tính đẩy R0 : cường độ chịu tải đất ứng với b = 1m, h = 1m 4.3.2.2 Phương pháp tính dựa giả thuyết cân giới hạn điểm * Theo Prandtl ,  = * Theo Terzaghi - Móng băng: Pgh = 0,5 N  b + Nq  h + Nc c - Móng tròn, bk R: Pgh = 0,6 N  R + Nq  h + 1,3 Nc c - Móng vng cạnh b: Pgh = 0,4 N  b + Nq  h + 1,3 Nc c N , Nq , Nc : hệ số phụ thuộc vào  17 09/08/2016 •Theo Sokolovski: cho móng nơng có Df/b < 0,5; móng chữ nhật với tải trọng phụ q= h -Móng nơng đặt đất dính: h = Df  0, c  Pgh = PT (c +  tan) + q PT : hệ số không thứ nguyên, phụ thuộc vào ,  x  b - Móng nơng đặt đất cát: h = Df  0, c = Pgh = q (PT tan + 1) * Theo Berezanxev: - Bài toán phẳng: - Bài tốn khơng gian đối xứng trục (móng tròn đk d) - Cơng thức dùng gần cho móng vng, cạnh b 18 ... Test) Đất rời N (SPT) Trạng thái Góc ma sát 50 Rất chặt > 45 0 13 09/08/2016 Đất dính N (SPT) s : khơng xảy đất đất bị phá hoại trước đạt đến ứng suất Các dạng đường sức chồng cắt theo loại đất 4. 2.2 Điều kiện