Bài giảng Địa kỹ thuật: Chương 3 - TS. Phạm Quang Tú

Bài giảng Địa kỹ thuật: Chương 3 Tính chất cơ học của đất, cung cấp cho người học những kiến thức như: tính thấm nước của đất; tính ép co và biến dạng của đất; cường độ chống cắt của đất; tính đầm chặt của đất. Mời các bạn cùng tham khảo!

8/3/2015 Nội dung CHƯƠNG III: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT (mechanical properties of soil) 3.1 Tính thấm nước đất 3.2 Tính ép co biến dạng đất 3.3 Cường độ chống cắt đất 3.4 Tính đầm chặt đất I never learn anything talking I only learn things when I ask questions Lou Holtz §3.1 TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT I Khái niệm dòng thấm đất §3.1 TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT Đất gồm hạt phân tán, khoảng rỗng chúng liên thông với nhau, tác dụng chênh lệch cột nước, nước xuyên qua lỗ rỗng đất & chảy từ vùng có áp lực cao tới vùng có áp lực thấp Hạt đất, nước, khí 8/3/2015 §3.1 TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT Tính thấm đất khả đất cho nước qua §3.1 TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT Vấn đề nước - Làm giảm hiệu tích nước hồ chứa - Ảnh hưởng đến thi công nước chảy vào hố móng Tác động dịng thấm - Gây xói ngầm học đáy cơng trình→ biến dạng thấm - Chảy đất, mạch đùn, mạch sủi chỗ dịng thấm gradien thấm đạt giá trị giới hạn Jgh - Làm ổn định mái dốc thấm ngược §3.1 TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT §3.1 TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT Phân loại: Dịng thấm: ổn định khơng ổn định, tương ứng với điều kiện số biến đổi theo thời gian Dòng thấm Địa kỹ thuật sinh trường ứng suất dịng khơng ổn định mơi trường có lỗ rỗng thay đổi theo thời gian Dịng thấm phân ra: chiều; chiều; chiều Tùy vận tốc dòng chảy: chảy tầng, chảy rối, trạng thái độ loại 8/3/2015 §3.1 TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT Phương trình Bernoulli v12 p v2 p   z1    z  g pw g g pw g Nội dung định luật Constant total head Darcy dựa vào kết thí nghiệm với đất cát trạng thái chảy tầng vận tốc thấm & gradien thủy lực tỷ lệ với Năng lượng tổng (hay cột nước tổng) hệ tổng cột nước vận tốc, cột nước áp lực cột nước v2 2g  u z pw g 10 H §3.1 TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT II Định luật thấm Darcy §3.1 TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT §3.1 TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số thấm Lưu lượng dòng thấm chảy qua mt ct bt k: Ô Kớch thc & cp phối hạt (mức độ hạt) Vậy, viết lại định luật Darcy dạng Theo công thức kinh nghiệm q – lưu lượng thấm đơn vị thời gian qua mặt cắt A A – diện tích mặt cắt, vng góc với dịng thấm (m2) k – h s thm Darcy (m/s) Ô H s rng AH hạt bụi & hạt sét đến hệ số thấm K” 12 11 Nhân tố ảnh hưởng có tính chất quyt nh n k Ô bóo hũa S Ô Các đặc tính chất lỏng; độ nhớt, đại lượng phụ thuộc vào nhiệt độ, tỷ trọng 8/3/2015 §3.1 TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT §3.1 TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT Phạm vi ứng dụng định luật Darcy Với đất sét chặt, cản trở nước màng bao quanh, quy luật thấm đổi khác so với định luật thấm Darcy Phạm vi ứng dụng định luật Darcy Nhiều kết thí nghiệm cho thấy định luật Darcy với số loại đất định -Với sỏi khối đắp đá cấp phối hở, dịng thấm rối định luật Darcy khơng có giá trị -Với đất mịn (đất sét) gradient thủy lực thấp, mối quan hệ v i phi tuyến v = k2(i-io) với i  i1 v = k1i n với i < i1 14 13 n hệ số, phụ thuộc loại đất i0: độ dốc thủy lực ban đầu §3.1 TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT §3.1 TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT Thí nghiệm cột nước khơng đổi III Hệ số thấm phương pháp xác định Th tớch nc thu c thi gian t Ô Thí nghiệm phịng: dùng thiết bị máy đo thấm, trường hợp: Cột nước khơng đổi (đất có tính thấm lớn) Theo Darcy Cột nước giảm dần (đất có tính thấm bé) Q: tổng thể tích nước (m3) thời gian t (s) Cột nước giảm dần A: Diện tích mặt cắt ngang mẫu 15 Cột nc khụng i 16 Ô Thớ nghim hin trng: Thng sử dụng thiết bị bơm thí nghiệm: 8/3/2015 §3.1 TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT VD1 18 17 - Một mẫu đất hình trụ trịn, đường kính 8cm, dài 20cm, thí nghiệm với thiết bị đo thấm có cột nước khơng đổi Cột nước 75cm trì suốt thời gian diễn thí nghiệm Sau phút thí nghiệm, thu tổng cộng 910 cm3 nước - Yêu cầu: Tính hệ số thấm mẫu đất? §3.1 TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT §3.1 TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT Thí nghiệm với cột nước giảm dần - Diện tích mặt cắt ngang mẫu - 19 - Vậy hệ số thấm mẫu đất Cột nước thay đổi theo thời gian Tại thời điểm t cột nước h Sau dt, thể tích nước thấm qua mẫu đất dQ ứng với cột nước ống (tiết diện a) hạ xuống dh 20 - Bài giải 8/3/2015 §3.1 TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT §3.1 TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT Ta có lưu lượng chảy vào mẫu dh đất qin   a dt Lấy tích phân vế PT h1 a  Dấu (-) biểu thị Q thấm qua mẫu tăng h hạ thấp Ở thời điểm t, cột nước h, Gradient thủy lực đó: h2 t dh A  k  dt h L t1 (Với t t2 – t1 Tính theo Log 10: Theo định luật Darcy k  2,3 Do q = const, nên dh h a k A L dt aL h log 10 A t h2 §3.1 TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT 22 21 Trong đó: a – diện tích ống đo áp A, L – diện tích chiều dài mẫu đất ∆t – thời gian để cột nước ống đo áp giảm từ h1 đến h2 §3.1 TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT VD2 Các nhân tố ảnh hưởng đến kết thí nghiệm thấm phịng Thí nghiệm cột nước giảm dần tiến hành với cát lẫn sỏi thu kết sau: a = 6.25 cm2; h1 = 160.2 cm; A = 10.73 cm2; h2 = 80.1 cm; L = 16.28 cm; t = 90s Cho cột nước giảm từ h1 → h2 Yêu cầu: Tính hệ số thấm mẫu đất - Sự tồn bọt khí làm đất khơng hồn tồn bão hòa, độ bão hòa < 100% - Sự dịch chuyển hạt mịn mẫu thí nghiệm - Sự thay đổi nhiệt độ, đặc biệt thí nghiệm với thời gian dài 23 - Cấu trúc tự nhiên mẫu đất thí nghiệm khó đảm bảo 8/3/2015 Kiểm tra: 20 phút §3.2 TÍNH ÉP CO & BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT Môn: Địa kỹ thuật 1/ Xuất phát từ công thức định nghĩa, chứng minh công thức:   s (1  W ) 1 e  s (1  W )  MT M s  M w  VT Vv  Vs   M s / Vs  M w / Vs  s  M w M s / Vs M s  Vv / Vs  Vs / Vs 1 e  Gs  w 2,72.9,81   15,51kN / m 1 e  0.72 Gs  w (1  W ) 2,72.9,81.(1  0,12)   17,38kN / m 1 e  0.72 Trọng lượng nước thêm vào  sat    19,62  17,38  2,24kN / m  s (1  W ) Trong đó: 1 e  sat  27  d  1 e (Gs  e) w (2,72  0,72).9,81  19,62kN / m  1 e  0.72 28  26 25 3/ Một mẫu đất có hệ số rỗng 0.72, độ ẩm 12%, tỷ trọng Gs = 2.72 Xác định: - Trọng lượng thể tích khơ đất? - Trọng lượng thể tích tự nhiên đất? - Trọng lượng nước cần thêm vào để làm cho mẫu đất bão hòa? 8/3/2015 §3.2 TÍNH ÉP CO VÀ BiẾN DẠNG CỦA ĐẤT §3.2 TÍNH ÉP CO VÀ BiẾN DẠNG CỦA ĐẤT 30 - Đất gồm hạt xếp cách tự nhiên ⇒ cốt đất có tính lỗ rỗng - Trong lỗ rỗng chứa nước khí - Chỗ tiếp xúc hạt có liên kết với I Khái niệm tính nén lún (ép co) biến dạng đất S     A S W S S S S S S S A S W 29 S     §3.2 TÍNH ÉP CO VÀ BiẾN DẠNG CỦA ĐẤT §3.2 TÍNH ÉP CO VÀ BiẾN DẠNG CỦA ĐẤT Khi chịu tác dụng tải trọng, trước hết cốt đất bị biến dạng tức thời, sau liên kết hạt đất bị phá vỡ, tiếp đến hạt dịch chuyển bị dồn nén ⇒ lỗ rỗng bị thu hẹp lại, V mẫu giảm đất chặt lại Tính chất gọi tính nén lún đất Compactive effort 31 - Như vậy: Biến thiên thể tích đất chịu tải trọng thể tích lỗ rỗng thu hẹp V  Vv - Hiện tượng ép co xảy thời gian định sau kết thúc Trong q trình này, phận nước khí đất đồng thời bị ép ngồi + water = 32 8/3/2015 §3.2 TÍNH ÉP CO VÀ BiẾN DẠNG CỦA ĐẤT §3.2 TÍNH ÉP CO VÀ BiẾN DẠNG CỦA ĐẤT Theo mối liên hệ ba thể: + Thể tích hạt đất Vs1 có V1 thể tích mẫu đất ban đầu: II Quan hệ biến thiên thể tích ( V) & hệ số rỗng (e) + Thể tích hạt đất Vs2 có V2 thể tích mẫu đất sau bị nén: Do thể tích phần hạt đất ln khơng đổi: 33 34 §3.2 TÍNH ÉP CO VÀ BiẾN DẠNG CỦA ĐẤT §3.2 TÍNH ÉP CO VÀ BiẾN DẠNG CỦA ĐẤT Cũng viết (2.1) dạng biến thiên thể tích tương đối (2.2) → Đặt : biến thiên hệ số rỗng Với  v   x   y   z (lý thuyết đàn hồi) εx: biến dạng theo phương x; εy: biến dạng theo phương y; εz: biến dạng theo phương z; Hay: Như vậy, “Biến thiên thể tích đất tỷ lệ bậc với biến thiên hệ số rỗng” 35 36 8/3/2015 §3.2 TÍNH ÉP CO VÀ BiẾN DẠNG CỦA ĐẤT §3.2 TÍNH ÉP CO VÀ BiẾN DẠNG CỦA ĐẤT Thí nghiệm nén khơng nở hơng a Khái niệm: Thí nghiệm dùng để nghiên cứu tính ép co đất Trong thí nghiệm này, mẫu đất nén lún theo chiều thẳng đứng, khơng phình bên hơng III Thí nghiệm nén khơng nở hơng định luật ép co 37 38 §3.2 TÍNH ÉP CO VÀ BiẾN DẠNG CỦA ĐẤT §3.2 TÍNH ÉP CO VÀ BiẾN DẠNG CỦA ĐẤT Khi thí nghiệm, mẫu đất đưa vào hộp, & mẫu đặt đá thấm để bị nén nước đất thoát qua đá thấm Đất bị nén điều kiện gọi nén khơng nở hơng b Mục tiêu thí nghiệm – Mơ q trình nén lún đất tác dụng tải trọng ngồi – Xác định thơng số môđun đất nén không nở hông – Dự đoán độ lún lớp đất trường cách đánh giá đặc trưng nén mẫu nguyên dạng tiêu biểu Tấm gia tải Đá thấm Mẫu đất TN Đá thấm 39 40 10 8/3/2015 §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT Ứng suất điểm vòng Mohr ứng suất Đất vật thể rỗng, rời, → để áp dụng lý thuyết ứng suất điểm vật thể liên tục cần phải coi ứng suất đất lực đơn vị diện tích Xét khối đất chịu tác dụng nhóm lực F1; F2; …; Fn Tại thời điểm tính tốn, giả thiết lực tác dụng mặt phẳng chiều §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT Lực tổng hợp đặt phân tố (O) khối đất Phân tích hợp lực thành lực thành phần có chiều: + pháp tuyến + tiếp tuyến Trên mặt phẳng qua điểm O tạo với phương ngang góc α Quy ước dấu: + Lực ứng suất pháp gây nén dương + Lực cắt dương gây mômen theo chiều kim đồng hồ quanh điểm phía ngồi phần tử 122 121 + Góc quay tương ứng coi dương §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT Xét phân tố đất O: Giả thiết khoảng cách AC = đơn vị, có chiều dày vng góc với mặt phẳng trang giấy = đơn vị Tổng hình chiếu lực theo phương ngang & phương đứng: Giải hệ PT thu được:    x sin2   y cos2    x   y  x  y    ( x   y ) sin  cos     x  y cos2 sin 2 Bình phương vế sau cộng lại: 124 123 Đây PT vịng trịn với bán kính (σx – σy)/2; tâm điểm ((σx + σy)/2; 0) Vòng tròn vẽ hệ trục (τ ~ σ) gọi vòng tròn Morh ứng suất, đặc trưng cho trạng thái ứng suất điểm cân 31 8/3/2015 §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT VÌ σx; σy ứng suất (σ1 = σx; σ3 = σy) nên   1    cos 2 sin 2 (1) (2) 126 125   1   1   §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT Các tốn tính ứng suất thường gặp Có thể xác định (σ1, σ3) theo thành phần σx; σy;  y  x xy Trường hợp x y thuộc mặt phẳng   y  x     xy2     Góc nghiêng ứng suất σ1 so với phương đứng (phương ứng suất σy) θ xác định theo công thức  xy 1   x tg 2  2 xy  y  x 127 tg  Các tọa độ (,) Hình xác định PT.1 Cũng từ phương trình này, thấy tọa độ tâm vịng trịn Mohr [(1 + 3)/2, 0], với bán kính (1 3)/2 128  1;3  Tính ứng suất pháp σα; & ứng suất cắt τα mặt phẳng nghiêng góc biết thành phần ứng suất (σ1; σ3) Có TH xảy 32 8/3/2015 §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT Trường hợp tổng quát x y không thuộc mặt phẳng §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT Phương pháp đồ giải: Phương pháp vào điểm vòng tròn Mohr gọi điểm cực (điểm gốc mặt phẳng)  Phương pháp giải tích Điểm cực (pole):  Phương pháp đồ giải Bất kỳ đường thẳng vẽ qua điểm cực cắt vòng tròn Mohr điểm, điểm cho biết trạng thái ứng suất mặt phẳng nghiêng phương không gian với đường thẳng 130 129 “cực vịng trịn Mohr ứng suất điểm nằm vòng tròn Mohr cho từ điểm vẽ đt // với mặt phẳng cần xác định ứng suất, đường thẳng cắt vịng trịn Mohr giá trị σ, cần tìm” §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT 132 131 Nghĩa là: biết trạng thái ứng suất σ & τ mặt phẳng khơng gian, ta vẽ đường thẳng song song với mặt phẳng qua điểm có tọa độ (σ,τ) vịng trịn Mohr Điểm cực giao điểm đường thẳng với vịng trịn Mohr 33 8/3/2015 §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT Tiêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb 3.1 Lý thuyết phá hoại Mohr Năm 1900, Mohr đưa tiêu chuẩn phá hoại cho vật liệu, ông cho rằng: vật liệu bị phá hoại ứng suất cắt mặt phẳng phá hoại đạt đến hàm ứng suất pháp mặt đó, nghĩa  ff  f  ff  133 134 Chỉ số f liên quan đến mặt phẳng chịu tác dụng ứng suất (trong trường hợp mặt phá hoại), số f thứ nghĩa “tại lúc phá hoại” §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT 3.2 Điều kiện cân giới hạn Mohr – Coulomb Nếu biết thành phần ứng suất thời điểm phá hoại, dựng vòng tròn Mohr đặc trưng cho trạng thái ứng suất phần tử Phần ta đề cập ĐL Coulomb cường độ chống cắt đất thể Pt Coulomb (2.31): Nếu làm TN  phá hoại với số mẫu loại & dựng vòng tròn Mohr Do vòng Mohr vẽ thời điểm phá hoại  tìm đường bao phá hoại ứng suất cắt (đường bao phá hoại Mohr) – QH ứng suất cắt & ứng suất pháp thời điểm phá hoại f σ.tg c 2.31 Ta vẽ đường giới hạn Coulomb Một điểm M đất gồm thành phần ứng suất x , z , xz ứng suất 1 , 3 Một vòng tròn Mohr biểu diễn trạng thái ứng suất điểm M (Failure area) 135 (safe) 136 34 8/3/2015 §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT • Điểm M trạng thái cân đàn hồi vịng trịn Mohr ứng suất (A) nằm đường Coulomb • Nếu tăng tải trọng đến giá trị giới hạn làm xuất mặt trượt đó, điểm M trạng thái Cân Bằng GH, vòng Mohr ứng suất (B) tiếp xúc với đường Coulomb Điểm tiếp xúc (I) thể ứng suất mặt trượt αf &  αf thỏa mãn phương trình Coulomb  Y Y X X Các phân tố đất vị trí khác  X ~ failure Y ~ stable 137 138 §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT Người ta chứng minh rằng: Cùng với trình tăng tải, Vịng trịn Mohr lớn dần lên… Phương mặt trượt hợp với MP ngang góc 45 + /2 Y 45 + /2 GL GL 45 + /2   c Y c c Y c  c 90+ c c+ Và cuối phá hoại xuất hiệt vòng Mohr chạm đường bao phá hoại 139 140 35 8/3/2015 §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT Ta biết: góc mặt phá hoại so với mặt ứng suất lớn nhất: Vịng trịn Mohr xét tới  & ’ v v’ h X =  f  45o  u h’ X + X h’ Các ứng suất pháp & tiếp mặt trượt u  f  1 3 1 3  f  effective stresses   1 3 2 cos2 f sin2 f total stresses v’ h v u 142 §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT 3.4 Hệ số an toàn đất (HSAT) 3.3 Tiêu chuẩn phá hoại Mohr–Coulomb qua thành phần ứng suất 1 f   f Xét: Một phần tử đất xác định trạng thái cân bền: + Vòng tròn Mohr nằm đường Coulomb + Khơng thỏa mãn phương trình CB giới hạn Mohr – Coulomb Trong TH f sức kháng cắt huy động mặt phá hoại tiềm – MP nghiêng góc αf so với mặt ứng suất nhỏ ff cường độ chống cắt vốn có (ứng suất cắt mặt phá hoại thời điểm phá hoại) Vì chưa đạt tới mức phá hoại, lại độ bền dự trữ, nên định nghĩa HSAT vật liệu sau: 1 f   f R  sin   sin    sin   1 f   f D  f   f  2c ctg  c cot  Biến đổi & đưa dạng:  f   f tan  45     2c tan  45    Đặt:  2  2   m  tan  45   2  HSAT (FS) = Tiêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb biểu thị qua thành phần ứng suất 1f & 3f : ff (vốn có) f (tác dụng)  f  m f  2c m Ngô Văn Linh – Bộ mơn Địa Kỹ thuật 143 144 36 8/3/2015 §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT Năm 1930, A Casagrande bắt đầu nghiên cứu phát triển TN nén mẫu hình trụ để khắc phục số nhược điểm TN cắt trực tiếp Ngày nay, TN thường gọi thí nghiệm ba trục Tuy so với TN cắt trực tiếp phức tạp dùng phổ biến IV Thí nghiệm ba trục 145 Nguyên lý thí nghiệm ba trục minh họa hình • Tải trọng dọc trục đặt vào thơng qua piston • Đo biến thiên V mẫu TN TN thoát nước biến đổi U TN khơng nước • Ta kiểm sốt nước ngấm vào thoát khỏi mẫu, với số giả thiết điều chỉnh đường ứng suất tác dụng lên mẫu TN • Về bản, giả thiết ứng suất mặt biên mẫu ứng suất • Mặt phá hoại khơng phải mặt bắt buộc – mẫu TN bị phá hoại tự mặt yếu nào, hay xảy dạng cong đơn giản piston (to apply deviatoric stress) O‐ring impervious  membrane porous  stone soil sample at failure  perspex cell 146 §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT Buồng cắt TN ba trục failure plane Sơ đồ thí nghiệm trục water cell pressure back pressure pedestal pore pressure or volume change 147 148 37 8/3/2015 §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT Các điều kiện nước thí nghiệm ba trục Các điều kiện nước TN ba trục mơ hình TH thiết kế tới hạn riêng cần cho phân tích ổn định thực tế xây dựng Chúng thường ký hiệu chữ Chữ cho biết điều xảy trước cắt – mẫu có cố kết hay khơng Chữ thứ hai biểu thị điều kiện thoát nước suốt trình cắt Chú ý: axial = chênh lệch ứng suất lớn ứng suất nhỏ nhất; gọi chênh lệch ứng suất (hay ứng suất lệch)  2 = 3 = cell ; cell = ứng suất buồng Và 1 = cell + axial 149 150 §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT Có đường nước cho phép TN ba trục: Đường thoát nước Trước cắtTrong cắt  Khơng cố kếtKhơng nước (UnconsolidatedUndrained)  Cố kếtKhơng nước (ConsolidatedUndrained  Cố kếtThốt nước (ConsolidatedDrained) §3.4 TÍNH ĐẦM CHẶT CỦA ĐẤT (Compaction of soil) Ký hiệu UU CU CD 151 152 38 8/3/2015 §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT I.1 Khái tính đầm chặt & mục đích việc đầm chặt đất KN: Tính đầm chặt q trình nén chặt đất tác dụng lực học Mục đích đầm chặt đất I Khái niệm tính đầm chặt đất Đầm chặt nhằm gia cường tính chất kỹ thuật đất Ngồi chúng cịn có lợi ích: + Ngăn ngừa giảm thiểu độ lún + Làm tăng cường độ chịu lực & ổn định đất đầm + Tăng sức chịu tải đất đầm + Kiểm soát q trình thay đổi thể tích đất gây tượng: VD đóng băng, trương nở & co ngót 153 154 §3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT Chú ý: Trong trình đầm chặt, lỗ rỗng đất giảm khí, hạt bị nén chặt lại, khối lượng riêng đất tăng lên Thể tích nước đất bị thay đổi khơng đáng kể q trình đầm II Nguyên lý đầm chặt đất 156 155 39 8/3/2015 §3.4 TÍNH ĐẦM CHẶT CỦA ĐẤT §3.4 TÍNH ĐẦM CHẶT CỦA ĐẤT II.1 Nguyên lý đầm chặt đất Protor(1933) chứng tỏ rằng, đầm chặt hàm tham số: (1)Dung trọng khô (2)Độ ẩm (3)Công đầm (4)Loại đất (cấp phối hạt & có mặt khống vật sét…) Công đầm đánh giá lượng học tác dụng lên khối đất Ngồi trường, cơng đầm đánh giá số lần di chuyển lăn /1 đơn vị thể tích đất Trong phịng thí nghiệm, PP đầm nén đầm động, đầm trộn & đầm tĩnh thường áp dụng Trong đó, PP đầm nén dùng nhiều cách cho đầm rơi tự nhiều lần lên mẫu đất đựng cối đầm Khối lượng đầm, chiều cao rơi tự do, số lần đầm, số lớp đất đầm & thể tích cối đầm xác định cụ thể 157 §3.4 TÍNH ĐẦM CHẶT CỦA ĐẤT 158 §3.4 TÍNH ĐẦM CHẶT CỦA ĐẤT Hiệu đầm chặt đất đánh giá lượng riêng γdry độ ẩm tối ưu Wc đất sau đầm 159 Thí nghiệm nén tiêu chuẩn phịng thí nghiệm Thí nghiệm đầm chặt tiêu chuẩn phịng TN dựa theo nguyên lý Proctor (1933) thường gọi TN Proctor để xác định đường cong đầm nén, từ tính độ ẩm tối ưu & dung trọng khô lớn đất tương ứng với công đầm định 16 40 8/3/2015 §3.4 TÍNH ĐẦM CHẶT CỦA ĐẤT §3.4 TÍNH ĐẦM CHẶT CỦA ĐẤT a Dụng cụ TN nén đất phòng (d) - Soil grains densely packed - good strength & stiffness d,max - low permeability optimum water content hammer Proctor tiêu chuẩn: Water content Proctor cải tiến: • lớp • lớp • 25 đập cho lớp • 25 đập cho lớp • KL búa 2.495 kg • KL búa 4.536 kg kg cao hammer • 2.7 Chiều rơi búa: 304.88 mm • 300 mm drop • Chiều cao rơi búa: 457 mm 1000 ml compaction mould Hình 1: Đường cong đầm nén đất 161 162 §3.4 TÍNH ĐẦM CHẶT CỦA ĐẤT §3.4 TÍNH ĐẦM CHẶT CỦA ĐẤT b Trình tự TN Tiến hành TN cho số mẫu đất loại khác độ ẩm Sau ta xác định dung trọng ướt & độ ẩm thực tế mẫu đất đầm chặt, tính tốn dung trọng khơ mẫu đất Khi xác định dung trọng khơ & độ ẩm tương ứng mẫu đất, biểu diễn lên hệ trục toạ độ & vẽ đường cong gọi đường cong đầm nén Dụng cụ thí nghiệm 163 164 41 8/3/2015 §3.4 TÍNH ĐẦM CHẶT CỦA ĐẤT c Phân tích kết TN (d) Điểm đỉnh đường cong đóng vai trị quan trọng Tương ứng với giá trị lớn dung trọng khô ρd max độ ẩm tối ưu wopt (lượng chứa nước tối ưu, OMC) Nhưng ý, dung trọng khô lớn cho công đầm & phương pháp đầm cụ thể dung trọng khơ lớn đạt ngồi thực tế d,max Wopt Hình 2: Kết TN đầm nén số loại thí nghiệm W 166 165 §3.4 TÍNH ĐẦM CHẶT CỦA ĐẤT §3.4 TÍNH ĐẦM CHẶT CỦA ĐẤT Note: Theo kết thí nghiệm, tăng cơng đầm dung trọng khơ lớn tăng lên & độ ẩm tối ưu giảm xuống Đường thẳng qua điểm đỉnh đường cong đầm nén với giá trị công đầm khác gần song song với đường cong bão hồ 100% Nó gọi đường tối ưu Vậy đường cong đầm nén lại có hình dạng đặc trưng trên? ??? ? 167 168 42 8/3/2015 §3.4 TÍNH ĐẦM CHẶT CỦA ĐẤT §3.4 TÍNH ĐẦM CHẶT CỦA ĐẤT Trường hợp W đất nhỏ, cho thêm nước vào đất kích thước màng nước bao quanh hạt đất tăng dần lên ⇒ kích thước hạt đất tăng, có màng nước bôi trơn nên hạt đất dễ dàng di chuyển & xếp lại khiến mẫu đất chặt Tuy nhiên, tới độ ẩm dung trọng đất tăng & nước bắt đầu thay vị trí đất cối đầm Do ρw cường độ trạng thái ướt tối ưu Cường độ trạng thái ướt tối ưu phụ thuộc chút vào kiểu đầm có khác kết cấu đất Nếu ngâm mẫu đất vào nước, hình dạng đất thay đổi tính trương nở, đặc biệt đất trạng thái khô tối ưu Cường độ đất không đổi đất trạng thái ướt tối ưu & tăng lên đáng kể đất trạng thái khô tối ưu Quy luật chung tính đầm nện Kết cấu & tính chất đất dính đầm chặt phụ chủ yếu vào PP đầm, cơng đầm, loại đất & W đất Thông thường W đất đầm chặt liên hệ mật thiết với W tối ưu tương ứng với kiểu đầm chặt Với cơng đầm, ta tăng W kết cấu đất phân tán Đất trạng thái khơ tối ưu ln có xu hướng kết tụ trạng thái ướt tối ưu lại dễ dàng phân tán 173 174 §3.4 TÍNH ĐẦM CHẶT CỦA ĐẤT - Đặc tính máy đầm: + Khối lượng, kích thước + Tần số làm việc phạm vi thay đổi tần số - Đặc tính đất đầm chặt: + Dung trọng ban đầu + Kích thước hình dạng hạt + Độ ẩm - Quy trình thi cơng: + Số lần đầm + Chiều dày lớp đất + Tần suất làm việc động + Tốc độ di chuyển III Các nhân tố ảnh hưởng tới tính đầm chặt đất 175 176 44 8/3/2015 §3.4 TÍNH ĐẦM CHẶT CỦA ĐẤT Chú ý Các đặc tính máy đầm ảnh hưởng tới độ lớn ứng suất & chiều sâu phạm vi làm việc lực rung, dung trọng ban đầu tác động lớn tới hiệu đầm chặt Sau chọn máy đầm, quy trình thi cơng nhân tố định hiệu đầm chặt (BS7) 177 45 ... hiệu 92 23 8 /3/ 2015 ? ?3. 3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT ? ?3. 3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT I Khái niệm cường độ chống cắt đất (Shear strength of soils) 93 94 ? ?3. 3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT ? ?3. 3 CƯỜNG... ? ?3 1 ? ?3  f  effective stresses   1 ? ?3 2 cos2 f sin2 f total stresses v’ h v u 142 ? ?3. 3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT ? ?3. 3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT 3. 4 Hệ số an toàn đất (HSAT) 3. 3... giao điểm đường thẳng với vịng trịn Mohr 33 8 /3/ 2015 ? ?3. 3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT ? ?3. 3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT Tiêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb 3. 1 Lý thuyết phá hoại Mohr Năm 1900, Mohr