Khái niệm về cơ học đất không bão hoà và plaxflow

Trờng đại học thuỷ lợi Môn học tự chọn Khái niệm Cơ học đất không bÃo hòa plaxflow GS Ngun C«ng MÉn PLAXIS FINITE ELEMENT CODES Kn Hệ đất bÃo hoà/không bÃo hoà ã Nguyên lý ứng suất có hiệu (Terzaghi - 1920) lực hút dính (matric suction) - Ư S có hiệu kiểm soát khống chế đặc tính (biến thiên thể tích - độ bền) đất (bÃo hoà, không bÃo hoà) - Mô hỡnh hoá Ư S hiƯu (Skempton -1960) - ð K c©n b»ng lùc σ Ac   σ σ '  A − Ac  σ = σ '+  − A u w = + u A   A Ac  A  U σ’ σ = σ’ + uw U Ac + ðÊt b·o hoµ: σ’ = σ - uw σ - ¦ S tỉng; uw - áp suất nớc lỗ rỗng MH tiếp xúc gia hai hạt rắn Kn Hệ đất bÃo hoà/không bÃo hoà ã Nguyên lý ứng suất có hiệu (Terzaghi (1920s) + ất không bÃo hoà: 1,0 * Bishop - Henkel –1962: 0,8 σ’ = σ - [ua - (ua - uw)] uw- áp suất nớc lỗ rỗng ua- áp suất khí lỗ rỗng - hệ số, phụ thuộc chủ yếu độ bÃo hoà, phần vào khung cấu trúc đất: đất khô = 0; ®Êt b·o hoµ χ = ð−êng lý thuyÕt 0,6 0,4 0,2 ThÝ nghiƯm tho¸t n−íc 0 20 40 60 ðé b·o hoµ, S(%) 80 100 Quan hƯ thông số độ bÃo hoà đất bụi Bearhead Bishop nnk, 1960 Kn Hệ đất bÃo hoà/không bÃo hoà ã Nguyên lý ứng suất có hiệu (Terzaghi (1920s) + ất không bÃo hoà: * Fredlund , - 1993: BiÕn tr¹ng øng suÊt σ’ = σ - u a ua - uw “matric suction” ¸p suất hút dính Matric suction kiểm soát khống chế đặc tính đất KBH : tính thm, độ bền tính biến dạng Kn Hệ đất bÃo hoà/không bÃo hoà -u Đ ới k Sơ đồ hạt đất TH đập đất hôn gb Ão hoà Bán kính mặt khum 0,0002 cm 0,002 cm +u -u -h +h (1) Kh«: u = (2) Kh«ng BH: uw vµ ua 0,02 cm (3) B o hoµ MD: uw < (4) B o hoµ: uw > +u u = γw.h w LT ChiỊu cao ®íi BH MD ã Cát hạt thô: h nhỏ ã Đất bụi: h đạt 2m ã Đất sét: h đạt 20m Theo thí nghiệm Độ cao dâng mao dẫn ứng với đờng kính mặt khum kh¸c (Janssen & Dempsey, 1980) Kh¸i niƯm Cơ học đất không bÃohoà ứng suất pháp thực σ - uw §é hót dÝnh ua - uw Fredlund LT Ư.S có hiệu Terzaghi - uw ứng suất có hiệu áp lực nớc lỗ rỗng dơng Cấu trúc thành phần đất không bÃo hoà Đất b o hoà(BH) ã Đất bÃo hoà chứa hạt rắn nớc: môi trờng pha; ã Lỗ rỗng chứa đầy nớc; ã Độ bÃo hoà: Vn/Vr= 1; ã Độ chứa nớc thể tích: w= Vn/V = Vr/V = n ã Độ rỗng (n): n = Vr/V; Đất không b o hoà (KBH) Vk khí ã Đất không bÃo hoà chứa Vr Vn = Vr hạt rắn, khí nớc: V Vn nớc môi trờng pha; Vh rắn Vh ã Lỗ rỗng chứa khí nớc; Đất không BH Đất BH ã Độ bÃo hoà: Vr thể tích rỗng phân tố đất Vn/Vr< 1; V tổng thể tích phân tố đất • §é chøa n−íc thĨ tÝch: Vk ≠ KhÝ w= Vn/V Vm Mặt căng w < n Nớc Vn ã Độ rỗng (n): n = Vr/V; Vh Hạt rắn Mô hình lý thuyết Đất không BH MH dòng thấm đất không bÃo hoà Theo S Lee Barbour, ĐH Saskatchewan Tác động pha khí: ã Giảm vận tốc thấm; ã Mặt phân cách Nớc - Khí Tạo sức căng mặt hệ ã Pha thứ Khí S=1 Khí > S > Sresidu S = Sresidu S - §é b·o hoµ ; Sresidu - §é b·o hoµ d− Ảnh h−ëng cđa pha khÝ - Khi ë tr¹ng thái không bÃo hoà, đất hệ pha: hạt đất, nớc, khí mặt căng, đồng thời tồn lỗ rỗng đất; - Sự tồn bọt khí làm giảm tính thấm đất bọt khí nhiều, lợng chứa nớc ít, tính thấm nhỏ ngợc lại Luôn tồn lợng nớc lỗ rỗng khí kín nhốt lại độ bÃo hòa d (Residual saturation) [V.Genuchten] - Mặt căng mặt phân cách khí - nớc tạo nên lực hút hạt đất, gọi lực hút dính ( matric suction ) hay áp lực lỗ rỗng âm tồn mặt cng sơ đồ lực mao dẫn tác dụng lên ống mao dẫn ống thuỷ tinh mao dẫn không khÝ Ts Ts n−íc (ua − uw ) = 2Ts Rs ứng suất nén lên thành ống ứng suất nén lên thành ống Sơ đồ lực tác dụng lên ống mao dẫn Nhện nớc Mặt nớc Côn trùng bơi ngửa Ts - lực căng bề mặt nớc Rs - bán kính cong mặt khum Các côn trùng sống dới mặt căng L.J Milne & M Milne ( 1978 ) Nhờ có lực căng bề mặt, nhện nớc không tụt vào nớc, bọ bơi ngửa không bật khỏi mặt nớc 10 Hàm thấm vùng không bÃo hoà Có thể dự tính hàm thấm từ đờng cong đặc trng nớc - đất Đất b o hoµ k = constant S=1 HƯ sè thÊm ( thang độ log10 ) k Giá tri khí vào tới h¹n - θth θ = f (uw) K = g ( ) K = h (uw) Đất không b o hoµ k = f [ S, θ, (ua – uw)] S1 Clean sand (coarse) ÷ 10-2 Sand mixture 10-2 ÷ 5x10-3 Fine sand 5x10-2 ÷ 10-3 Silty sand 2x10-3 ÷ 10-4 Silt 5x10-3 ÷ 10-5 Clay 10-6 and less Dr = emax − e emax − emin [ð−êng kÝnh hiƯu D10, mm] Chó thÝch: Tung ®é - HS thấm, K (cm/s) có độ chặt tơng đối Dr = 40%; Hoành độ - ờng kính hiệu qu D10, mm 30 Phân loại đất theo PP tam giác Feret H Cơ học đất, 1970 L.Q.An, N.C Mẫn, N.V Quỳ NXB H THCN 31 Phân loại đất theo hệ HYPRES HYPRES hệ PL đất quốc tế đợc lập theo dự án EU tài trợ PlaxFlow đà dùng d liệu suy thông số thuỷ lực để mô hinh hoá NC môi trờng quy hoạch sử dụng đất [Hydraulic Properties of European Soil] 1àm = 10-4mm 32 Lựa chọn thông sè thủ lùc theo hƯ HYPRES 33 2µ m hạ ts Ðt (< % m 0µ -5 ) Hypres – dùng cho MH sấp xỉ van Genuchten vùng không bÃo hoà i (2 bụ ht ã Standard: % ) Ba nhóm d liệu phân loại đất % ht cát ( 50 - 2000 àm ) ã USDA: United State Department of Agriculture - ã Staring: Hệ phân loại đất cđa Hµ lan 1µ µm = 10-4mm 34 35 ... n = Vr/V; Đất không b o hoà (KBH) Vk khí ã Đất không bÃo hoà chứa Vr Vn = Vr hạt rắn, khí nớc: V Vn nớc môi trờng pha; Vh rắn Vh ã Lỗ rỗng chứa khí nớc; Đất không BH Đất BH ã Độ bÃo hoà: Vr thể... tính đất KBH : tính thm, độ bền tính biến dạng Kn Hệ đất bÃo hoà /không bÃo hoà -u Đ ới k Sơ đồ hạt đất TH đập đất hôn gb Ão hoà Bán kính mặt khum 0,0002 cm 0,002 cm +u -u -h +h (1) Kh«: u = (2) Không. .. lực nớc lỗ rỗng dơng Cấu trúc thành phần đất không bÃo hoà Đất b o hoà( BH) ã Đất bÃo hoà chứa hạt rắn nớc: môi trờng pha; ã Lỗ rỗng chứa đầy nớc; ã Độ bÃo hoà: Vn/Vr= 1; ã Độ chứa nớc thể tích: