BÀI GIẢNG CƠ HỌC ĐẤT

CHƯƠNG MỞ ĐẦUCHƯƠNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT CHƯƠNG 3: ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT CHƯƠNG 4: BIẾN DẠNG VÀ ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT CHƯƠNG 5: SỨC CHỊU

Trang 1

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT

CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT

CHƯƠNG 3: ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT

CHƯƠNG 4: BIẾN DẠNG VÀ ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT

CHƯƠNG 5: SỨC CHỊU TẢI CỦA ĐẤT

CHƯƠNG 6: ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN

1 TẠI SAO PHẢI NGHIÊN CỨU CƠ HỌC ĐẤT?

2 CƠ HỌC ĐẤT LÀ GÌ ?

3 ĐỐI TƯỢNG MÔN HỌC ?

4 NHIỆM VỤ MÔN HỌC ?

5 ĐẶC ĐIỂM MÔN HỌC ?

1 TẠI SAO PHẢI NGHIÊN CỨU CƠ HỌC ĐẤT?

Ỵ Đất làm nền cho công trình – bộ phận “kết cấu” tiếp nhận

tải trọng bên trên truyền xuống, là nơi tiến hành công trình

ỴXây dựng công trình trên đất ⇒ tác động lên đất những ngoại

lực, năng lượng làm thay đổi nó ⇒ cần phải biết những biến đổi

cơ học trong đất ⇒ đưa ra giải pháp nền móng đảm bảo cho công

trình (trong đó có cả nền đất) an toàn và thuận lợi trong thi công

và sử dụng, đồng thời giá thành rẻ

2 CƠ HỌC ĐẤT LÀ GÌ ?

Cơ học đất là môn khoa học nghiên cứu các quá trình cơ họcxảy ra trong đất dưới ảnh hưởng của các tác dụng bên trong và bênngoài, tìm ra các quy luật tương ứng và vận dụng các quy luật đóđể giải quyết các vấn đề có liên quan tới việc sử dụng đất vào cácmục đích của công trình

Các quy luật được đưa ra bằng thực nghiệm, bằng toán học gầnđúng Ỉ các biểu thức tính toán để ứng dụng vào việc xây dựng cáccông trình và điều kiện kỹ thuật đảm bảo cho công trình (và nềnđất) làm việc an toàn và bình thường

Trang 2

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

3 ĐỐI TƯỢNG MÔN HỌC

Là đất mềm của vỏ trái đất dùng làm nền công trình và môi

trường xây dựng của công trình

4 NHIỆM VỤ MÔN HỌC

Ỵ Xác định các quy luật cơ bản của các quá trình cơ học xảy ra

trong đất và các đặc trưng tính toán của đất

Ỵ Nghiên cứu trạng thái ứng suất- biến dạng của đất ở các giai

đoạn biến dạng khác nhau của nó

Ỵ Giải quyết các vấn đề cường độ chịu tải và ổn định của các

khối đất, cũng như vấn đề áp lực của chúng lên vật chắn

5 ĐẶC ĐIỂM MÔN HỌC

Ỵ Đối tượng nghiên cứu rất phức tạp ⇒ Phải sử dụng một số quyluật đặc thù bên cạnh việc áp dụng các kết quả của các ngành cơhọc khác

Ỵ Thí nghiệm xác định các đặc trưng tính toán của đất có vaitrò hết sức quan trọng Các tính chất và đặc trưng của đất thay đổirất nhiều tuỳ theo lịch sử tồn tại của nó trước đó và điều kiện thựctế của môi trường xung quanh

Ỵ Phương pháp nghiên cứu: PP lý thuyết; PP thực nghiệm, baogồm các thí nghiệm trong phòng, thí nghiệm hiện trường và theodõi biến dạng của các công trình ( PP quan trắc)

Trang 3

CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT

–CHƯƠNG MỞ ĐẦU

–CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT

–CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT

–CHƯƠNG 3: ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT

–CHƯƠNG 4: BIẾN DẠNG VÀ ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT

–CHƯƠNG 5: SỨC CHỊU TẢI CỦA ĐẤT

–CHƯƠNG 6: ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN

1.1 QUÁ TRÌNH THÀNH TẠO ĐẤT1.2 CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT1.3 KẾT CẤU VÀ CƠ CẤU CỦA ĐẤT1.4 CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT1.5 THÀNH PHẦN HẠT, CẤP PHỐI CỦA ĐẤT1.6 PHÂN LOẠI ĐẤT

1.7 ĐẦM CHẶT ĐẤT1.8 TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT

1.1.1 Phong hoá

Là quá trình phá hoại và làm thay đổi thành phần của đá gốc

do tác dụng vật lý, hoá học, sinh vật thuộc các yếu tố khác nhau

Có ba loại phong hoá: Phong hoá vật lý, phong hoá hoá học

và phong hoá sinh vật

_ Tất cả đất mềm đều có nguồn gốc từ đá rắn

_ Quá trình hình thành đất là kết quả của 3 quá trình liên tiếp

Phong hoá Ỉ Chuyển dời Ỉ Trầm tích

a Phong hoá vật lý

Do sự biến đổi về nhiệt độ, làm đá gốc bị nứt, vỡ vụn thành những hạt

to nhỏ không đều nhau Ỉ đất rời: đá dăm, cuội, sỏi

Hạt có góc cạnh và có kích thước lớnThành phần khoáng vẫn giống đá gốc

Ỉ Hạt đất rời

Trang 4

b Phong hoá hoá học

Do nước, Oxy và các muối, axít hoà tan trong nước (H2CO3)

gây ra phản ứng hoá học làm biến đổi thành phần khoáng của

đá gốc cũng như SVPH vật lý làm cho đá bị vỡ vụn thành

những hạt khoáng rất nhỏ Ỉ đất dính: cát pha, sét pha, sét

c Phong hoá sinh vật

Do các loại động thực vật sống trên mặt đất phá hoại các lớp

đất, đá mềm Ỉ đất hữu cơ, đất than bùn, đất bùn

1.1.3 Các loại trầm tích và đặc điểm của sản vật trầm tích

9Là sản phẩm phong hoá do nước mưa, tuyết, trọng lực cuốn trôi từ trên núi cao đến lưng chừng hoặc xuống tận chân dốc

9Đặc điểm : đất rời không ổn định, hay bị trượt theo lớp đá gốc bên dưới, thành phần không đồng nhất, chiều dày tăng dần

1.1.3 Các loại trầm tích và đặc điểm của sản vật trầm tích

Bồi tích

9Là sản vật phong hoá lắng đọng tạo thành các thung lũng cổ

hoặc mới, có bề dày rất lớn từ hàng chục đến hàng trăm mét

9Có tính phân lớp, từ các lớp đất rời bên dưới đến các lớp đất

dính bên trên

Trầm tích châu thổ

9Là sản phẩm phong hoá đặc trưng bởi sự tồn tại một số lớp hạt

bụi trong lớp đất sét hoặc bùn chưa được nén chặt do độ ẩm lớn

9Tầng đất dày, có tính nén lún lớnỈkhi xây dựng công trình

bên trên cần có biện pháp xử lý nền

Phong tích: hình thành do gió, rời xốp và đồng nhất về t/p hạt

Tóm lại, sự hình thành đất bao gồm các quá trình phong hoá, chuyển dời và trầm tích Quá trình tạo thành đất phụ thuộc vào các yếu tố: bản chất đá gốc, điều kiện phong hoá, địa hình, địa mạo và cách thức vận chuyển

Câu hỏi: Theo các anh, chị thì đất ở Đồng bằng sông Cửu Long vàĐồng bằng Sông Hồng chủ yếu là loại đất gì? Tại sao?

Đá gốc Phong hoá

Chuyển dờiVà lắng đọng

Trang 5

1.2 CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT

• Mô hình 3 pha của đất

Phần lớn thể tích đất là các hạt rắn, phần thể tích còn lại là lỗ

rỗng, trong lỗ rỗng chứa nước và khí

ỈMô hình đất gồm 3 pha: rắn (hạt đất), lỏng (nước) và khí

a Thành phần khoáng:

_ Phụ thuộc vào thành phần đá gốc và tác dụng phong hoá+ Khoáng vật nguyên sinh

+ Khoáng vật thứ sinh+ Chất hoá hợp hữu cơ

1.2.1 Pha rắn

b Thành phần hạt

Trong đất các hạt có kích thước khác nhau từ vài cm Ỉ vài ‰

mm nên không thể xác định kích thước riêng của từng hạt mà

xác định theo kích thước của từng nhóm hạt

Dựa trên kích thước, chia thành hai nhóm chính: hạt thô và hạt

mịn

Bảng 1.1

c Hình dạng hạt:

Aûnh hưởng đến đất hạt thô (từ hạt cát trở lên) nhưng không

ảnh hưởng đến đất hạt mịn (hạt sét hay hạt keo)

1.2.1 Pha rắn

d So sánh đất hạt thô và đất hạt mịn

Khả năng chịu tải kémTính thấm kémCác đặc tính về cường độvà sự thay đổi thể tích bị ảnh hưởng bởi độ ẩmTính chất kỹ thuật được kiểm soát bởi yếu tố khoáng vật hơn là kích thước hạt

Khảnăng chịu tải caoKhảnăng thoát nư ùc tốt

Cư øng độ và sự thay đổi thể tch không bị ảnh hư ûng bởi ộẩmKích thư ùc và cấu trúc hạt quyết định tính chất kỹ thuật

Không nén được khi ởtr/thái chặt Sựrung động làm thay đổi thểtch khi ởtrạng thái rời

Hạt mịn Hạt thô

Trang 6

1.2.2 Pha lỏng

Nước

trong đất

Nước trong khoáng vật

Nước kết hợp

mặt ngoài

Nước tự do

Nước hút bám

Nước liên kết

Nước liên kết mạnh Nước liên kết yếu Nước mao dẫn

Nước trọng lực

1.2.2 Pha lỏng

a Nước trong khoáng vật của đất:

Là nước ở trong mạng tinh thể khoáng vật của đất, tồn tại dưới dạng phân tử (H2O) hoặc Ion (H+, OH-), coi như một bộ phận củakhoáng vật Ỉ không ảnh hưởng tới tính chất cơ – lý của đất

b Nước kết hợp mặt ngoài:

Tạo nên bởi tác dụng của lực hút điện phân tử giữa hạt sét (-) và phân tử nước có tính chất lưỡng cực

+ Nước hút bám: là loại nước bám rát chặt vào mặt ngoài của hạt

đất Nước ở thể rắn và chui cả vào mạng tinh thể khoáng vật

Ỉxem như một phần của hạt rắn, do đó không ảnh hưởng tớitính chất đất

1.2.2 Pha lỏng

b Nước liên kết:

• Nước liên kết: là loại nước bao ngoài nước hút bám, bao gồm

Nước liên kết mạnh: ở xa hạt sét hơân một chút so với nước hút

bám Là lớp nước bám tương đối chặt ở bề mặt hạt Không có ảnh

hưởng nhiều đến tích chất của đất

Nước liên kết yếu: là lớp nước liên kết ngoài cùng của hạt đất,

nước vẫn còn bị giữ ở bề mặt hạt nhưng lực hút yếu dần cho đến

không còn ảnh hưởng Vành nước liên kết có ảnh hưởng đến tính

chất đất, nó làm cho đất có tính dẻo, tính dính

1.2 CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT1.2.2 Pha lỏng

c Nước tự do

Là loại nước nằm ngoài phạm vi tác dụng của lực điện phân tửcủa hạt đất, bao gồm:

Nước mao dẫn :

Độ cao mao dẫn: hc= Tcos.d

nγα

Vùng từ mặt nước ngầm đến chiều cao hcđược gọi là đới bão hoà nước mao dẫn

Độ dâng lên của nước mao dẫn thay đổi theo sự lên xuống của mực nước ngầm

Trang 7

1.2.2 Pha lỏng

c Nước tự do

Nước mao dẫn :

Aùp lực mao dẫn:

Là áp lực phụ thêm do nước mao dẫn gây ra cho hạt đất trong

đới bão hoà nước mao dẫn, làm tăng thêm trong lượng của đất

Tại bề mặt của đới bão hoà, áp lực này có giá trị:

•_ Nước trọng lực ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất cơ – lý củađất và chúng ta phải nghiên cứu các vấn đề sau đây:

• Khả năng hoà tan và phân giải của nước

• Aûnh hưởng của áp lực thuỷ tĩnh đối với đất

• Aûnh hưởng của lựïc thấm do sử chuyển động của nước trong đấtđối với tính ổn định của đất

1.2.3 Pha khí

Khí tồn tại trong lỗ rỗng của đất (khí tự do) hoặc hoà tan trong

nước, khí tự do bao gồm hai dạng khí kín và khí hở

a Khí kín :

Là khí không thông thương với khí quyển bên ngoài Có ảnh

hưởng lớn tới tính chất cơ học của đất, đặc biệt là đất dính.

b Khí hở :

Là khí có thông thương với khí quyển bên ngoài Khí hở không

có ảnh hưởng gì đáng kể đến các tính chất của đất

• Ảnh hưởng của khí đối với các tính chất của đất là không đáng

kể và khó tính toán Ỉ Trong cơ học đất cổ điển, người ta bỏ qua

vai trò của pha khí, coi đất là bão hoà lý tưởng (đất 2 pha)

1.3.1 KẾT CẤU CỦA ĐẤT:

• Là sự sắp xếp của các hạt đất hoặc các đám hạt đất có độ lớn vàhình dạng khác nhau trong quá trình trầm tích

• Kết cấu hạt: các hạt sắp xếp theo một quy luật nhất định, dưới tác dụng của tải trọng các hạt sẽ chuyển vị và đạt đến trạng thái ổn định trong một thời gian ngắn, kết cấu này chủ yếu ở đất cát

• Kết cấu tổ ong:do sự lắng đọng tựa lên nhau giữa các hạt sét, hình dạng dẹt , kích thước nhỏ hơn nhiều so với hạt cát hình thành nên kết cấu tổ ong rời xốp không ổn định

• Kết cấu bông: do các hạt keo có kích thước rất bé (d<0.001 mm) lơ lững trong nước rồi liên kết với nhau thành các đám hạt để tạo nên kết cấu bông, kết cấu này rất không ổn định và thường gặp ở trầm tích biển

Trang 8

Kết cấu hạt Kết cấu tổ ong Kết cấu bông

tích

• Cơ cấu ngang: các lớp đất nằm song song với mặt đất

• Cơ cấu xiên: các lớp đất nằm xiên với mặt đất.

• Cơ cấu hỗn hợp: tập hợp nhiều lớp đất nằm xiên theo mọi

chiều, nhiều lớp xen kẻ Ỉ dễ làm cho công trình bị nghiêng

1.4.1 Các chỉ tiêu vật lý:

1.4 CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT

Không khíNướcHạt rắn

Va Vw Vs

Vv

V

Wa Ww Ws

W

Wv

VVQWQMTổng

VNQtếVNQtếVNQtế

Thể tíchTrọng lượng

Khối lượngPha

1.4.1 Các chỉ tiêu tính chất1.4 CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT

Δ

GsTỷ trọng hạt

γn

γwDung trọng nước

γh

γsDung trọng hạt

nnĐộ rỗng

γ’,γđn

γbDung trọng đẩy nổi

eeHệ số rỗng

γbh

γsatDung trọng bão hoà

GSĐộ bão hoà

γk

γdDung trọng khô

WwĐộ ẩm

γ, γwγDung trọng tự nhiên

VNQtếVN

Qtế

Thể tích Tên

Ký hiệu Tên

d: dry ; sat: saturated ; b: bouyant ; S: degree of saturation; e:

Trang 9

1.4.1 Các chỉ tiêu tính chất

Các chỉ tiêu vật lý cơ bản và các chỉ tiêu vật lý khác

Độ rỗngTrọng lượng

Dung trọng khô

Tỷ trọng hạt Dung trọng tự

nhiên

Công thứcTên

V

W

=γV

Ws

d=γ

w s

G =γ γ

s

wW

W

w =

w v

V S V

=

s

v V V

e = V

V

n = v

• * Các công thức quan hệ

γ’= γsat - γw

γs = Gs.γw

1)w1.G

γ+γ

=1e

d

s −γ

G e

γ

+

e1

en+

Va

Vw

Vs

Vv V

Wa Ww Ws

W Wv

Không khíNướcHạt rắn

Sr.e 1

Trang 10

1.4.4 Các chỉ tiêu trạng thái

a.Đất cát

Đất cát có hai trạng thái độc lập nhau là: độ chặt và độ ẩm

• Chỉ tiêu đánh giá độ chặt của đất:

Độ chặt tương đối

Dr= Bảng 1.3

emax- hệ số rỗng của đất ở trạng thái rời nhất

emin- hệ số rỗng của đất ở trạng thái chặt nhất

e - hệ số rỗng tự nhiên của đất

e, e max , e min đều được xác định từ các thí nghiệm

min max

maxe e e e

−

a.Đất cát

• Chỉ tiêu đánh giá độ chặt của đất:

Hệ số rỗng tự nhiên e (Quy phạm Liên Xô cũ)

Bảng 1.4

Ngoài ra người ta còn p.loại t.thái của đất rời qua TN xuyên

+ Xuyên tiêu chuẩn SPT Bảng 1.4a

+ Xuyên tĩnh CPT Bảng 1.4b

Chỉ tiêu đánh giá độ ẩm của đất:

Đôï ẩm của đất được đánh giá theo độ bão hoà S (hoặc G)

Bảng 1.5

b.Đất dính

Đối với đất dính không thể tách rời trạng thái độ chặt riêng rẽ

với trạng thái độ ẩm Đất sét có trạng thái độ cứng, là sự kết hợp

của hai yếu tố chặt và ẩm

Các giới hạn Atterberg

Giới hạn co, Ws :

Giới hạn dẻo,WP(Wd, PL )

Giới hạn nhão,WL(Wnh, LL)

V

Vo

S c c.cắt 170 1,7 0

Như ư Dính

Chịu lực tốt Cứng

_ WL: Độ ẩm giới hạn khi đất chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng thái nhão Khi này đất không còn khả năng hút ẩm, đất chảy tự

do dưới tác dụng của trọng lượng bản thân

_ Hiệu số IP = WL– WP= Φ gọi là chỉ số dẻo (plasticity index) của đất, đặc trưng cho tính dẻo của đất

Trang 11

b Đất dính

• Thí nghiệm xác định W P ,W L

Thí nghiệm xác định W P

b.Đất dính

• Thí nghiệm xác định W P ,W L Thí nghiệm xác định W L

b.Đất dính

_ Theo G.s Atterberg:

Khi đất có: w < wP : trạng thái cứng

Khi đất có: wP< w < wL : trạng thái dẻo

Khi đất có: w > wL : trạng thái nhão

_ Theo TCXD 45-78, dùng chỉ tiêu độ sệt B(IL)- là sự kết hợp giữa

trạng thái độ chặt và độ ẩm để đánh giá trạng thái của đất dính

Độ sệt: IL = hoặc B=

Hàm lượng tích luỹ p(%) của một cỡ hạt d (mm) là hàm lượngphần trăm các hạt nhỏ hơn hoặc bằng d(mm) Ỉ biểu diễn cấp phối hạt

Tập hợp hàm lượng tất cả các cỡ hạt chứa trong một loại đấtgọi là thành phần hạt hay là cấp phối hạt của đất

Cấp phối hạt thường được biểu diễn dưới dạng bảng tính hoặcdưới dạng đường cong cấp phối Cấp phối hạt là hình ảnh chophép ta hình dung khá rõ ràng về đất

Trang 12

1.5 THÀNH PHẦN HẠT, CẤP PHỐI CỦA ĐẤT

1.5.1 Thí nghiệm phân tích thành phần hạt

Gồm 2 thí nghiệm: thí nghiệm sây sàng và thí nghiệm lắng đọng

a.Thí nghiệm rây sàng

• Áp dụng với những hạt có kích thước ≥ 0.1mm

Rây hạt thô: Rây 3” ; Rây 2” ; Rây 1” ; Rây ; Rây

Rây hạt mịn:

No 4; No 10; No 20; No 40; No 60; No 80; No 100; No 200

Chú thích:

Rây 1” có nghĩa là mắt lưới ô vuông kích thước 1”

Rây No200 có nghĩa là trên một inch vuông có 200 lỗ rây

Bảng 1.2

4

3"

83"

1.5.1 Thí nghiệm phân tích hạt

a Thí nghiệm rây sàng

1.5.1 Thí nghiệm phân tích hạt

b Thí nghiệm lắng đọng

• Áp dụng với những hạt có kích thước

từ 0.1 đến 0.002 mm

• Tính toán:

Dựa vào Định luật Stokes: v =

Khoảng cách từ tâm bầu đến mặt thoáng

Ỉvận tốc chìm lắng Ỉ đường kính hạt di

Dung trọng của dung dịch ở trọng tâm

bầu Ỉ được hàm lượng của những hạt ≤ di

2 w

s d18μγ

−γ

1.5.1 Thí nghiệm phân tích hạt

Trong thí nghiệm lắng đọng hàm lượng của những hạt ≤ ditính

ra từ thí nghiệm là so với lượng đất làm thí nghiệm lắng đọng Chúng ta còn phải tính hàm lượng của những hạt ≤ dinày theokhối lượng cả mẫu đất tổng

Trang 13

1.5.2 Biểu diễn kết quả cấp phối hạt

• a Bảng tính: Ví dụ thành phần cấp phối hạt của một loại đất

620

3247

5775

100

Hàm lượng tích luỹ cỡ hạt có đường kính <= d (mm)

10094

8068

5343

25

Hàm lượng cỡ hạt có đường kính > d (mm)

614

1215

1018

25

<0,0020,01-0,0020,05-0,01

0,1-0,050,25-0,10,5-0,25

2-0,5

Hàm lượng (% trọng lượng đất khô) các hạt đường kính d (mm)

1.5.2 Biểu diễn kết quả cấp phối hạt

• b Đường cong cấp phối log(d) và hàm lượng tích luỹ p(%)

1.5.3 Các đặc trưng của đường cong cấp phối

D10 – đường kính hạt có hàm lượng tích luỹ 10%

• Hệ số đồng nhất: C u =

Cu < 3: cỡ hạt đồng đều

3 ≤ Cu≤5: cỡ hạt tương đối không đồng đều

5 ≤ Cu : cỡ hạt không đồng đều

• Hệ số cấp phối: C g =

10

60

DD

10 60

2 30

DD

D

×

(uniformity coefficient)

(coefficient of curvature)

Trang 14

Các điều kiện của một mẫu đất cấp phối tốt:

+ Nếu : Cu > 4 – Với sỏi sạn hoặc Cu > 6 – Với cát

Và 1< Cg < 3

ỈĐất cấp phối tốt, đường cong cấp phối có dạng thoai thoải, nền đất

có nhiều loại nhóm hạt khác nhau

+ Nếu Cu < 4 – Với sỏi sạn hoặc Cu < 6 – Với cát

ỈĐất cấp phối kém, đường cong cấp phối có dạng dốc đứng, đất nền

chỉ có 1 hoặc 2 loại nhóm hạt

+ Nếu Cg < 1 hoặc Cg >3

ỈĐất cấp phối kém, đường cong cấp phối có dạng bậc thang, nền đất

vắng mặt một vài nhóm hạt

• Các tên gọi thường gắn liền với các quy định, quy ước mà vẫn được thoả thuận sử dụng trong một phạm vi nào đó Nó là “ngôn ngữ” của thông tin về nền đất trong xây dựng công trình

1.6.2 Tiêu chuẩn phân loại

• Cấp phối hạt của đất Ỉ đất rời

• Các giới hạn Atterberg của đất Ỉ đất dính

1.6 PHÂN LOẠI ĐẤT

1.6.3 Phân loại đất theo QPXD 45 -78

a Đất rời

Căn cứ vào hàm lượng cỡ hạt Độ lớn và thành phần cấp phối

hạt có khả năng phản ánh được đầy đủ các tính chất cơ học của

đất

Bảng 1.7

b Đất dính

Căn cứ vào chỉ số dẻo IPvì nó phản ánh tương đối toàn diện

các nhân tố ảnh hưởng tới tính chất của đất dính

Bảng 1.8

Ngoài ra còn phân loại theo hàm lượng hạt sét

1.6.4 Một số loại đất đặc biệt

a Đất bùn: dựa vào w và e: Khi (w > w L ) hay I L >1, và

_ Khi e ≥ 0,9: bùn á cát_ Khi e ≥ 1,0: bùn á sét_ Khi e ≥ 1,5: bùn sét

b Đất lún ướt, đất trương nở: dựa vào chỉ số

_ Khi s < 0,1 Ỉ đất lún ướt

_ Khi s > 0,3 Ỉ đất trương nở

Với e, eL: hệ số rỗng ở trạng thái tự nhiên và ở giới hạn chảy

c Đất hữu cơ và than bùn: dựa vào hàm lượng hữu cơ I hc

_ Khi Ihc< 30% Ỉ đất nhiễm hữu cơ

_ Khi 30 ≤ Ihc≤60% Ỉ đất than bùn, và Ihc>60% Ỉ than bùn

1

L

e e s e

−

= +

Trang 15

1.6.5 Phân loại đất theo TCVN 5747 – 95

Đối với các nước khác nhau có thể có sự phân loại khác

nhau, ngay trong một nước, các ngành khác nhau - do có mục

đích sử dụng khác nhau- có thể có cách phân loại khác nhau.

Sỏi sạn Cát sạn Cát thô

Cát vừa nhỏCát Cát bụi

1.7.1 Các định nghĩa

•_ Đầm chặt đất là cho tải trọng động tác dụng lặp đi lặp lại sao

cho nền đất được nén chặt nhất

• _ Nén chặt đất là làm giảm đi thể tích lỗ rỗng bằng cách làm

cho các hạt đất xích lại gần nhau

• _ Ứng dụng: các công trình đất đắp, lõi chống thấm của đập,

nền đường, đường băng sân bay

• _ Các phương thức đầm chặt: Xe lu,Tạ rơi, Rung sâu, Nổ mìn

•_ Dưới tác động cơ học như rung, nén, nện các hạt đất trong đất

dịch chuyển sắp xếp lại tạo ra một kết cấu chặt hơn, tính thấm và

tính nén lún giảm, tính chống cắt tăng

1.7 ĐẦM CHẶT ĐẤT

1.7.1 Các định nghĩa

•_ Các yếu tố ảnh hưởng đến việc đầm chặt đất là:

Cấp phối của đất; Độ ẩm của đất; Công đầm nén

• _ Với một cấp phối nhất định và một công đầm nhất định thì cómột giá trị độ ẩm tốt nhất để khi đầm đất sẽ đạt được độ chặt khả

dĩ lớn nhất và nó được đánh giá qua dung trọng khô Đường quan hệ γkvà W được gọi là đường cong đầm chặt

•_ Hệ số đầm chặt : K=

γd–trọng lượng riêng khô của đất đạt được tại công trường

γd max - trọng lượng riêng khô lớn nhất của đất đó, xác định bằng thí nghiệm đầm chặt trong phòng

max d

d tc

d

γ

=γγ

Trang 16

1.7.2 Thí nghiệm đầm chặt – Proctor

• Có hai loại:TN Proctor chuẩn và TN Proctor cải tiến

• Chế bị đất với nhiều độ ẩm khác nhau đồng thời đầm chặt với

những công khác nhau Ỉ đường cong đầm chặt khác nhau

ỈWoptvà γdmaxứng với các công đầm khác nhau (A=M.h.n, kNm/m3)

TN Proctor bình thường TN Proctor cải tiến

Cối đầm Quả đầm Cối đầm Quả đầm

D=6” =15.24 cm D=2”= 5.08 cm D=4” =10.16 cm D=2”= 5.08 cm

H=5” =12.70 cm M= 2.496 kg H=11.70 cm M= 4.54 kg

V=2317 cm3 V=926.8 cm3

h rơi: 30.5 cm, Số lớp đất đầm:3

Số lần đầm /lớp:55 h rơi: 45.7 cm, Số lớp đất đầm:5 Số lần đầm /lớp:25

1.7.2 Thí nghiệm đầm chặt – Proctor

γd

Wopt W(γd)max

• Công đầm càng lớn thì γdmaxcàng lớn nhưng Woptcàng nhỏ

• Các đường cong đầm chặt nằm bên trái đường cong no nước Ỵ

Khí không thoát ra toàn bộ dưới tác dụng của đầm, và thường khi

đất được đầm chặt tới trạng thái tốt nhất thì G ≅ 0.8

• Với đất cát sạch đường cong đầm gần như nằm ngang, hiệu quả

đầm chặt rất ít Loại đất này chỉ đạt độ chặt cao với năng lượng

đầm rung hoặc với lực ngấm của nước từ trên xuống

• Ỉ TN Đầm chặt: cho ta 2 thông số gì ? Ý nghĩa ?

•Bảng 1.17 – 1.20

1.7.3 Đầm chặt đất tại hiện trường

Trang 17

CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT

–CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT

–CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT

–CHƯƠNG 3: ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT

CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG 2.2 TÍNH THẤM CỦA ĐẤT 2.3 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT 2.4 TÍNH CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Là tính chất liên quan đến sự chuyển động của hạt đất, nước,

khí và biến dạng của khung hạt dưới tác dụng của ngoại lực

Khi chuyển động: vị trí tương đối giữa các phân tố đất không

thay đổi

Khi biến dạng: bên trong khung hạt sẽ xuất hiện ứng suất làm

cho vị trí tương đối giữa các hạt đất bị thay đổi

CHĐ nghiên cứu các quá trình cơ học xảy ra trong đất dưới tác

dụng của ngoại lực và nội lực Vì vậy, nói đến tính chất cơ học

của đất là nói đến các vấn đề biến dạng, độ bền và độ ổn định

của đất khi chịu tác dụng của ngoại lực và nội lực

Do đất là vật thể 3 pha nên tính chất cơ học của đất có những

tính chất đặc thù như: Tính thấm, tính nén lún và tính chống cắt

2.2 TÍNH THẤM CỦA ĐẤT

Tính thấm của đất là tính chất để cho nước chảy qua các lỗ rỗng của nó Dòng nước chảy qua đất gọi là dòng thấm

Tính thấm của đất là 1 đặc tính quan trọng của đất cần được chú ý khi nghiên cứu các tính chất cơ học của nó Nó ảnh hưởng tới quá trình lún theo thời gian của đất và khi nước thấm qua đất còn xuất hiện áp lực thuỷ động, gây ra hiện tượng xói đùn đất nền, sụt lở mái dốc, vỡ đê, đập

Trang 18

•2.1.1 Định luật thấm

• Với hầu hết các loại đất dòng thấm trong đất là được xem như

dòng chảy tầng Ỉ Dòng thấm tuân theo định luật Darcy:

LH

H1− 2

dLdH

•2.1.1 Định luật thấm

• Đối với đất dính:

Quy luật thấm diễn ra phức tạp Do đất dính có nước kết hợp,

có tính nhớt nên quá trình thấm được diễn tả qua nhiều giai đoạn

ĐL thấm viết cho đất dính như sau: v = kt.(I – I’)

•2.1.2 Hệ số thấm

• Hệ số thấm k là một đặc trưng quan trọng để đánh giá tính thấm của đất

• Hệ số thấm của đất biến đổi trong một khoảng rất rộng

< 10-6Sét

10-3– 10-5Sét lẫn bột

10-2– 10-3Cát mịn

1 – 10-2Cát thô

1 – 100 Sỏi sạch

Hệ số thấm k (cm/s)Loại đất

Trang 19

•2.1.2 Hệ số thấm

• Thí nghiệm xác định hệ số thấm k

a A

•2.1.2 Hệ số thấm

•a Các yếu tố ảnh hưởng tới tính thấm

Bọc khí kín trong đất

•2.1.2 Hệ số thấm

•b Một số công thức thực nghiệm ước lượng hệ số thấm

•_Theo Allen Hazen:

•_Theo Cassagrande:

•_Theo Kozeny Carman:

•_ Theo Huang- Drnevich

•_Theo các tác giả khác:

3

2.1

e

k C

e

=+

2 0,85

k = k

3.1

n e

k C

e

=+

•2.1.2 Hệ số thấm

•c Hệ số thấm tương đương của khối dất nhiều lớp

• Thấm ngang Thấm đứng

i i n

h.kk

∑

=

i i i d td

kh

hk

Trang 20

Tính nén lún của đất là khả năng giảm thể tích của nó (do

giảm thể tích lỗ rỗng) dưới tác dụng của tải trọng

Trong quá trình tính toán chúng ta phải dự báo được những

biến dạng của nền đất (biến dạng của công trình) dưới tác dụng

của tải trọng công trình truyền xuống Ỵ Phải chú ý tới tính nén

lún và biết được các chỉ tiêu biến dạng của nền đất

Các đặc trưng nén lún của đất:

Hệ số nén a, hệ số nén tương đối ao(hệ số nén thể tích mv)

Hệ số nền k, module biến dạng E, hệ số nở hông μ

Chỉ số nén Cc, Chỉ số nở Cs

Hằng số cố kết Cv

2.3 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

Nghiên cứu tính bền của nền đất khi chịu tải trọng để đảm bảo công trình xây nên làm việc an toàn, không bị sụp đổ hay pháhoại đồng thời thoả mãn yêu cầu về mặt kinh tế

Sự phá hoại của đất có thể xảy ra ở cả hai dạng:

Hình thành mặt trượt rõ rệt và cả khối đất bị trượt ra ngoài kéo theo sự đổ vỡ hoặc nghiêng lệch của công trình

Nền bị lún nhiều, lún rất nhanh với độ lún lệch lớn làm công trình bị đổ vỡ, hư hỏng

2.4 TÍNH CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT

•2.3.1 Cơ chế phá hoại của đất

• Tiến hành nén đất có nở hông người ta thấy:

Mẫu bị biến dạng theo cả chiều đứng lẫn chiều ngang

Mẫu bị phá hoại với sự hình thành của các vết nứt nghiêng

ỴHình thức phá hoại của đất là phá hoại cắt Ở những điểm phá

hoại trong mẫu đất thí nghiệm các hạt đất bị trượt lên nhau và

các mặt trượt lân cận nối liền với nhau tạo thành các vết nứt hay

là mặt trượt

•2.3.2 Thuyết bền Coulomb và các đặc trưng chống cắt của đất

Đất chống cắt được là nhờ các yếu tố:

- Lực ma sát trên bề mặt các hạt, được gọi là ma sát trong

- Lực hóc (gài móc) giữa các hạt với nhau

- Lực dính: lực dính keo nhớt, lực dính liên kết cứng, lực dính giả

Đối với đất hạt thô lực ma sát và lực hóc là hai yếu tố chủ yếu

tạo thành sức chống cắt

Đối với đất hạt mịn sức chống cắt phụ thuộc chủ yếu vào lựïc dính

Trang 21

•2.3.2 Thuyết bền Coulomb và các đặc trưng chống cắt của đất

• Theo Coulomb, Sức chống cắt của đất được xác định như sau:

• s =σ tgϕ + c

•Trong đó:

• ϕ- góc ma sát trong của đất, tính bằng độ

c – lực dính của đất, kN/cm2, với đất cát c= 0

ϕvà c là hai đặc trưng chống cắt của đất

Trang 22

CHƯƠNG 3: ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT

–CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT

–CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT

–CHƯƠNG 3: ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT

3.1 KHÁI NIỆM CHUNG 3.2 ỨNG SUẤT HIỆU QUẢ, ÁP LỰC NƯỚC LỖ RỖNG 3.3 ỨNG SUẤT DO TẢI TRỌNG BẢN THÂN

3.4 ỨNG SUẤT DO TẢI TRỌNG NGOÀI 3.5 ỨNG SUẤT TRONG NỀN KHÔNG ĐỒNG NHẤT,KHÔNG ĐẲNG HƯỚNG

3.6 ỨNG SUẤT THUỶ ĐỘNG DO DÒNG CHẢY THẤM3.7 ỨNG SUẤT TIẾP XÚC

CHƯƠNG 3: ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT

3.1.1 Ứng suất, Tenseur ứng suất

TTƯS của một phân tố đất được xác định bởi các thành phần: σx,

σy, σz, τxy, τyz, τzy

Ký hiệu ứng suất: chỉ số đầu chỉ mặt phẳng chứa thành phần ứng

suất và cũng chính là phương thẳng góc với mặt đó, chỉ số thứ hai chỉ

phương tác động của ứng suất

Các thành phần ứng suất được viết dưới dạng ma trận 3 hàng – 3 cột được gọi là tenseur ứng suất

σx τyx τzx σxx τyx τzx σ11 τ21 τ31[σ]= σij = τxy σy τzy = τxy σyy τzy = σ12 σ22 τ32

τxz τyz σz τxz τyz σzy σ13 τ23 σ33

Chú ý dấu của ứng suất trong cơ học đất:

USP: nén +UST: + (quay ngược chiều kim đồng hồ với điểm chuẩn nằm trong phân tố)

σ

Trang 23

Tensuer ứng suất cầu và tenseur ứng suất lệch:

– ứng suất trung bình Tenseur ứng suất cầu diễn tả các TTƯS cùng giá trị nén theo mọi

3.1.2 Vòng tròn Mohr ứng suất

Vòng tròn Mohr ứng suất là quỹ tích các điểm (σ,τ ) trên các mặt phẳng đi qua điểm đang xét

• Bài toán phẳng

τxz 0 σz

Bài toán phẳng

σ xz

σ

x

z zx τ

x σ zx τ

τzxz σ

Cực: Tại điểm có σ,τ: vẽ // với mặt mà σ tác động, cắt vòng tròn tại cực

Cực nối với σ3là mặt tác động của σ3, nối với σ1là mặt tác động của σ1

Trang 24

σ xz

σ

x

z zx τ

x σ zx τ

τzx z σ

Bài toán đối xứng trục: σ1 ≠ σ2= σ3≠0

3.1.3 Các loại ứng suất phải xác định

Ứng suất do tải trọng bản thân đất gây nên

Ứng suất do tải trọng ngoài gây nên (ứng suất phụ thêm)

Ứng suất thuỷ động do dòng thấm trong đất gây nên

Ứng suất tiếp xúc (áp lực do tải trọng ngoài) tại đáy móng công

trình

Do đất là vật thể nhiều pha, cho nên ứng suất trong đất bao gồm ứng suất tiếp nhận bởi các hạt rắn (ƯS hữu hiệu-σ’) và ứng suất truyền dẫn bởi nước (áp lực nước lỗ rỗng u)

Định đề Terzaghi: σ = σ’+ u

Trang 25

Ứng suất tổng σ có thể tính toán được dựa theo dung trọng các lớp

đất hoặc theo các công thức tính toán ứng suất do tải trọng ngoài

Aùp lực nước lỗ rỗng u có thể đo được

Ưùng suất hữu hiệu σ’ là ứng suất quy ước và được tính từ ứng suất

tổng và áp lực nước lỗ rỗng

CÁC GIẢ THIẾT:

•Mặt đất nằm ngang và tính chất của đất không thay đổi theo phương ngang Ỵ ƯS địa tĩnh

• Do coi đất là vật thể bán vô hạn nên bất kỳ mặt phẳng thẳng đứng nào cũng là mặt phẳng đối xứng Ỵ τxy= τyz= τzy= 0

3.3.1 ƯS địa tĩnh theo phương thẳng đứng

• Coi đất là vật thể bán vô hạn nên bất kỳ mặt phẳng thẳng đứng

nào cũng là mặt phẳng đối xứng Ỵ τxy= τyz= τzy= 0

Ứng suất tổng:

σz= ; trong đó: γ(z) – dung trọng của đất

Áp lực nước lỗ rỗng (với các lớp đất nằm dưới MNN) :

uz= γw .zw ; với zwlà độ sâu tính từ MNN hoặc mặt thoáng đến

3.3 ƯS DO TẢI TRỌNG BẢN THÂN

a Nền đồng nhất

σz= γ zÁp lực nước lỗ rỗng

uz= 0Ứng suất hữu hiệu: σz’= σz

Trang 26

b Nền đất nằm dưới sông hay hồ ao

c Nền nhiều lớp

σz= γ1.h1 +γ2.h2 +γ3.(z-h1-h2)Áp lực nước lỗ rỗng

uz= 0Ứng suất hữu hiệu:

σz’= σz = ∑

=γn 1

i i ih

d Nền nhiều lớp, có mực nước ngầm trong đất

Với các lớp đất sét cứng nằm dưới MNN, hệ số thấm rất nhỏ, trong điều kiện trong nền đất chỉ có 1 MNN, người ta bỏ qua áp lực nước lỗ rỗng trong các lớp đất này

Khi MNN thay đổi, ứng suất hữu hiệu trong nền đất cũng thay đổi theo Ỵ nền đất lún

Trang 27

e Trong nền có nước mao dẫn

Trong đới mao dẫn, áp lực

nước lỗ rỗng âm, do đó nó làm

tăng ứng suất hữu hiệu tác dụng

lên đất trong vùng này

uz= – γw .zw ; 0 ≤ zw ≤ hc

3.3.2 ƯS địa tĩnh theo phương ngang

σ’x= σ’y= Ko.σ’z với Ko- hệ số áp lực ngang của đất

σx=σ’x+ uTheo kết quả của lý thuyết đàn hồi: Ko=ξ = Theo các kết quả thí nghiệm và đo đạc:

Với đất cát:

Công thức Jaky: Ko=1- sin ϕ’

với ϕ’là góc ma sát trong điều kiện cắt thoát nước

Đất sét cố kết thường:

3.4 ỨNG SUẤT DO TẢI TRỌNG NGOÀI

Coi nền là một bán không gian đàn hồi, đồng nhất, đẳng hướng và

biến dạng tuyến tính

A.BÀI TOÁN KHÔNG GIAN

3.4.1 Bài toán cơ bản – Tác dụng của lực tập trung

Lực tập trung thẳng đứng tác dụng trên mặt đất

Lực tập trung nằm ngang tác dụng trên mặt đất

Lực tập trung đặt trong đất

Ỵ Cơ sở để tính ứng suất trong trường hợp tại trọng phân bố trên

những diện tích và theo những hình dạng khác nhau

a.Lực tập trung thẳng đứng tác dụng trên mặt đất (Boussinesq)

Kết quả3.4 ỨNG SUẤT DO TẢI TRỌNG NGOÀI

Trang 28

a Lực tập trung thẳng đứng tác dụng trên mặt đất(Boussinesq)

2 22

r1

1.2

3k

=2

Nhiều lực tập trung P1, P2,

P3,…Ỵ phương pháp cộng tác

b Lực tập trung nằm ngang tác dụng trên mặt đất

5

2

xz 2

Q 3 π

= σ

b Lực tập trung thẳng đứng nằm trong đất (Mindlin)

3.4.2 Lực phân bố đều trên diện chịu tải chữ nhật

Dựa trên bài toán BoussinesqKết quả:

Các điểm nằm trên trục thẳng đứng đi qua tâm diện chịu tải:

+

+++

++π

=

2 2 1 2 1 2 2 1 2 2 1

2 2 1 2 1 1 2

2 1 2 1

1 o

zlbzlzb

z2lbzlbz

lbz

lbarctg2k

2

bb

;2

Trang 29

Các điểm nằm trên trục thẳng đứng đi qua góc diện chịu tải:

+++

++

+++

−++

++π

2 2 2 2 2 2 2 2

2 2 2 2

2 2 2 g

zlb

z2lb.lbzlbz

zlbblz2lbzlb

z

zlbblz2

+++

+

−+

++π

=

1nm

2nm.1nmnm

1nmmn21nmnm

1nmmn

2 2 2

2 2

z

ln

;z

b

Với:

Điểm bất kỳ: sử dụng phương pháp điểm góc

3.4.3 Lực phân bố tam giác trên diện chịu tải chữ nhật

Dựa trên bài toán Boussinesq

Kết quả:

Các điểm nằm trên trục thẳng

đứng đi qua góc có cường độ tải

trọng lớn nhất:

3.4.4 Lực phân bố đều trên diện chịu tải hình tròn

Các điểm nằm trên trục thẳng đứng đi qua tâm:

σo= ktr.p Bảng 3.8

Trang 30

3.4.5 Lực phân bố bất kỳ trên diện chịu tải bất kỳ

Dựa trên bài toán Boussinesq, nguyên lý cộng tác dụng

Chia diện chịu tải ra n mảnh nhỏ, xem tải trọng trên các mảnh đó

như một lực tập trung tương đương Pitác dụng tại trọng tâm của mỗi

3.4.6 Tính ứng suất theo phương pháp tháp lan toả

=σ

ztg2lztg2b

Pz

P

σ

Với góc lan toả có độ dốc 2:1

3.4.7 Tải trọng ngang phân bố đều trên diện chịu tải HCN

Dựa trên bài toán lực tập trung nằm ngang

Kết quả:

Các điểm nằm trên trục thẳng

đứng đi qua góc:

σz= (±) kH.p

Bảng 3.9

B BÀI TOÁN PHẰNG

3.4.8 Tải trọng đường thẳng – Bài toán Flamant

2 2 2

3

z

p + π

= σ

2 2 2

2

z x

p + π

= σ

2 2 2

2

z.x

p+π

=τ

Trang 31

3.4.9 Tải trong phân bố đều hình băng

Dựa trên bài toán Flamant

1 1

3.4.9 Tải trọng phân bố đều hình băng

Với các điểm nằm trên mặt phẳng thẳng đứng đi qua tâm tải trọng:

Phương của các ƯS chính tại một điểm bất kỳ trùng với phương của phân giác trong và phân giác ngoài của góc nhìn 2β từ điểm đó tới hai mép của tải trọn

Góc β tính theo đơn vị radian.

Trang 32

3.4.10 Tải hình băng phân bố dạng tam giác

Dựa trên bài toán FlamantKết quả:

σz= kz.p

σx= kx.p

τzx= kzx.p

Bảng 3.11& 3.123.4 ỨNG SUẤT DO TẢI TRỌNG NGOÀI

x b P

z Xác định P

z

σ

x b/2

P b/2 z Xác định σPx;τPzx

3.4.11 Tải hình băng phân bố gãy khúc

a Tải phân bố hình tam giác đối xứng

3.4.11 Tải hình băng phân bố gãy khúc

b Tải phân bố hình thang

Trên trục đối xứng:

=

a

ba

ba.p

⎢⎣

⎡α +α + απ

a

b

p

.a

Trang 33

3.4.12 Tải trọng ngang phân bố đều hình băng

3.5.1 Phân bố ứng suất dưới trong nền không đồng nhất: 2 lớp 3.5 ƯS DƯỚI NỀN Ko ĐỒNG NHẤT, Ko ĐẲNG HƯỚNG

a Tầng trên mềm, tầng dưới cứng:

_ Có hiện tượng tập trung ứng suất, nghĩa là ứng suất trong lớp đất mềm tăng lên (lớn hơn so với nền đất mềm đồng nhất không cótầng cứng)

0,822 1

z

p h

- Đối với trường hợp tải trọng đường thẳng trong bài toán phẳng:

Theo Biô khi μ = 0,5, ứng suất thằng đứng trên mặt tầng cứng là-Trong khi đối với nền đồng nhất và đẳng hướng thì ta có:

3.5.1 Phân bố ứng suất dưới nền 2 lớp

b Tầng trên cứng, tầng dưới mềm:

_ Có hiện tượng phân tán ứng suất, nghĩa là ứng suất trong lớp đất

mềm giảm xuống (nhỏ hơn so với nền đất mềm đồng nhất không có

- Đối với trường hợp lực tập trung P

Theo Biô, ứng suất thằng đứng trên mặt tầng đất yếu ở độ sâu h là

-Trong khi đối với nền đồng nhất và đẳng hướng thì ta có:

3.5 ƯS DƯỚI NỀN Ko ĐỒNG NHẤT, Ko ĐẲNG HƯỚNG

3.5.2 Phân bố ứng suất trong nền không đẳng hướng

ox

oz z z

Trang 34

3.6 ỨNG SUẤT THUỶ ĐỘNG DO DÒNG CHẢY THẤM

3.6.1 Khái niệm

Khi trong đất xuất hiện

dòng thấm Ỵ uz thay đổi

trong khi σz không đổi Ỵ

σ’zthay đổi

Xét một dòng chảy ổn định từ P đến Q:

Ỵdus= I.γw.ds Với dòng chảy ổn định I = const

Ỵus= I.γw.s – là lượng áp lực nước lỗ rỗng thay đổi do dòng thấm

gây ra

w

s. 1 ds

du ds

dh I

γ

=

3.6.2 Gradien thuỷ lực giới hạn

Aùp lực thấm làm thay đổi ƯS hiệu quả tác dụng lên hạt đất

Khi dòng thấm chảy từ trên xuống dưới theo phương thẳng đứng: us< 0, áp lực nước lỗ rỗng trong đất giảm, ứng suất hữu hiệu tăng

Khi dòng thấm chảy từ dưới lên trên theo phương thẳng đứng: us> 0, áp lực nước lỗ rỗng trong đất tăng, ứng suất hữu hiệu giảm

Nếu vận tốc thấm lớn, gradien thuỷ lực của dòng thấm lớn thì áp lực thấm có thể triệt tiêu ƯS hữu hiệu và thậm chí đẩy bùng hạt đất

Xét trạng thái ứng suất của mẫu đất

Bình cấp áp lực nước ở vị trí II:

Trang 35

Khi σ’= 0 các hạt đất tại A bắt đầu lơ

lửng được:

σz’= γ’.L - γw.h = 0 ⇔

• Ic được gọi là Gradien thuỷ lực giới

hạn, khi I > Iccác hạt đất sẽ di chuyển

thẳng đứng từ dưới lên trên theo dòng

chảy, gọi là hiện tượng cát sôi

Bình cấp áp lực nước ở vị trí III: u

giảm Ỵ σz’tăng Hiện tượng này làm

đất chặt lại Ỵ ứng dụng đặc điểm này

để đầm chặt đất rời như cát sỏi

_ Khi có dòng nước thấm chảy bên trong khối đất thì ngoài áp lực nước lỗ rỗng thuỷ tĩnh tác dụng lên hạt đất còn có áp lực thuỷ động do dòng nước thấm gây ra

_ Áp lực thuỷ động do dòng chảy thấm gây ra: pđ=

γw.i.Lthấm_ Xét dòng chảy thấm có gradient thuỷ lực I với chiều cao cột nước áp h trên chiều dài dòng thấm L đi qua lớp đất, có chiều

+ Từ trên xuống: u = ut– h.γwỈtăng ƯSHH+ Từ dưới lên: u = ut+ h.γwỈgiảm ƯSHH

a b Mẫu đất

2 2

1 Mẫu đất

3.6.3 Tính toán áp lực thấm do dòng chảy

Phần lớn các công trình đều truyền tải trọng xuống đất qua móng

Aùp lực do tải trong công trình truyền xuống đất nền thông qua đáy

móng, gọi là áp lực đáy móng hay ứng suất tiếp xúc

Sự phân bố áp lực tiếp xúc phụ thuộc vào các yếu tố sau:

Độ cứng của móng

Loại đất nền: đá, đất dính hoặc đất rời và trạng thái của chúng

Thời gian cố kết (đối với đất hạn mịn)

Kích thước và tỷ lệ các cạnh của móng

3

3 1 10

h

a E

- Sự p.bố ứng suất dưới móng có độ cứng hữu hạn là phức tạp nhất

Trang 36

3.7.2 Phân bố ứng suất dưới đáy móng dựa theo lý thuyết đàn hồi:

a Đối với móng cứng:

_ Dưới tác dụng của toàn bộ áp lực đáy móng trên diện tích dF, chuyển vị

của M:

_ Đối với móng cứng chuyển vị w của điểm M sẽ có dạng đường thẳng

w = A.x + B.y + D

_ Kết hợp với các phương trình cân bằng lực dọc P, momen Mx, My

Rồi giải hệ phương trình để xác định ứng suất đáy móng

3.7 ƯS TIẾP XÚC DƯỚI ĐÁY MÓNG

∫∫ −ξξη+ξ −ηηπ

=

d.d)

,(pC

1w

∫∫ −ξξη+ξ −ηηπ

=

d.d)

,(pC

1w

) p q ( b dx

z d

b Phân bố ứng suất dưới đáy móng có độ cứng hữu hạn:

-Dưới tác dụng của toàn bộ áp lực đáy móng trên diện tích dF, chuyển

vị w của M:

- Đối với móng có độ cứng hữu hạn ta coi móng như dầm chịu uốn, phương trình vi phân độ võng của dầm có dạng :

Trong đó: qx– tải trọng bên ngoài, phân bố theo chiều rộng b của móng

px– phản lực ở đáy móng (chưa biết)

- Giải 2 phương trình (1) và (2) ta sẽ tìm được áp lực đáy móng p(x)

(1)

(2)

•Phương pháp Gorbunov Pôxadov :

2

L x L

a 4 a

=

•Phương pháp Jêmoskin: Xem móng liên kết với nền đất bằng hệ thanh

siêu tĩnh cách nhau một đoạn c, tìm nội lực trong các thanh siêu tĩnh xi

Ỉphản lực đáy móng: pi= xi/c có dạng bậc thang

•Phương pháp Ximvulidi

•Phương pháp Winkler

p(x) = k y(x)

x l

ξ =

3.7.3 Ứng suất dưới đáy móng theo kq nghiên cứu thực nghiệm

ƯS tiếp xúc khi nền là đất cứng

Trang 37

3.7.3 Ứng suất dưới đáy móng theo kq nghiên cứu thực nghiệm

ƯS tiếp xúc khi nền là đất dính

ƯS tiếp xúc khi nền là đất cát

3.7.3 Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm

3.7.4 Cách tính gần đúng

Với móng tuyệt đối cứng: ƯS tiếp xúc được chấp nhận là phân bố

tuyến tính

Tải tập trung đặt đúng tâm:

Tải tập trung đặt lệch tâm:

Với móng mềm: ƯS tiếp xúc thường được giả thiết là tỷ lệ với

chuyển vị thẳng đứng của đáy móng hay biến dạng đàn hồi của đất

F

N p

y

y x

x

I

M I

Trang 38

CHƯƠNG 4: BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT NỀN

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT

CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT

CHƯƠNG 3: ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT

CHƯƠNG 4: BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT NỀN

CHƯƠNG 5: SỨC CHỊU TẢI CỦA ĐẤT NỀN

CHƯƠNG 6: ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN

CHƯƠNG 4: BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT NỀN

• 4.1 KHÁI NIỆM

• 4.2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

• 4.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH ĐỘ LÚN ỔN ĐỊNH

• 4.4 TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN

4.1 KHÁI NIỆM

Biến dạng theo phương thẳng đứng của nền đất được gọi là độ

lún của nền đất

Ảnh hưởng lên công trình xây dựng

Làm hư hỏng các công trình kỹ thuật hạ tầng, các hệ thống

thiết bị kỹ thuật Ỵ công trình bị giảm tính năng hoặc mất tính

năng sử dụng

Lún lệch gây nên ứng lực phụ trong kết cấu bên trên làm nứt

gãy kết cấu, giảm tính bền vững, ổn định của công trình

Gây nên tâm trạng hoang mang của người sử dụng công trình

4.1 KHÁI NIỆM

Các dạng lún của nền đất:

Độ lún tức thời SiĐộ lún cố kết ScĐộ lún từ biến Ss

Trang 39

4.2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

•4.2.1 Thí nghiệm nén không nở hông

•a Thí nghiệm nén không nở hông

t

e1

e3 e

Tốc độ nhanh

Tốc độ chậm e

eoef

Tthái đầu

Tthái cuối e

eo ef

Tthái đầu

Tthái cuối e

eo

e1

e2 e3 e4 e

Trang 40

Để xác định biến dạng hồi phục của

đất ta tiến hành lần lượt theo từng cấp

Việc giỡ tải có thể từ cấp cuối cùng

hoặc từ một cấp tải nào đó rồi lại tăng

tải tiếp

Quá trình nén đầu tiên gọi là đường

nén nguyên thuỷ

Quá trình nén lại sau khi giỡ tải gọi

là đường nén lại

e2 e1

p1 Log p e

e2

e1

Nén Nở e

•b Các chỉ tiêu nén lún

Δσ’

h2 Rỗng Hạt

h1

S

e2

e1Hệ số rỗng

S = h1– h2Độ lún

h2

h1Chiều cao

σ’2σ’1

ƯS hữu hiệu

TT cuối

TT đầuChỉ tiêu

e1e2

Tthái đầu Tthái cuối e

Hệ số nén a (cm2/kg):

1 1

eV

S)

e(1

e1

ee

Tthái đầu Tthái cuối e

α

Hệ số nén tương đối a o – Hệ số nén thể tích m v

Module biến dạng E (kg/cm2):

Trong thí nghiệm mẫu không biến dạng ngang Ỵ εx=εy=0 và : σx= σy

)e1

ee

1

ama

1 1

σ

⇒1z x

1

21(E)2(E

1E

z x z x y z

ν

−σ

=νσ

−σ

=σ+σν

−σ

=ε

⇒

Định dạng
Số trang	86
Dung lượng	3,14 MB