Với một độ nghiêng hay độ chuyển dịch vừa đủ của tường, nêm đất tam giác sau tường sẽ bị trượt xuống, áp lực đẩy khi đó được gọi là áp lực đất chủ động lên tường, σ’ ha hay lực chủ độn
Trang 1Khái niệm về tường chắn đất
Trong thực tế xây dựng, biện pháp tường chắn được dùng trong
trường hợp cần giữ khối đất ở trạng thái cân bằng
Ví dụ: - tường chắn bờ dốc hoặc sườn đồi hai bên đường làm chỗ
tựa cho mái đất (H a,b), giữ cho mái đất không bị sụt xuống
-Các mố cầu ở hai bờ vừa để đỡ dầm cầu vừa dùng để chắn đất
(H c) - Tường bên của các cống nước vừa là một bộ phận thân
cống vừa dùng để chắn đất (H d)
(c)
(d)
Trang 2 Tường chắn giữ cho khối đất ở trạng thái
cân bằng và tiếp nhận áp lực của đất Do
đó cần phải xác định được áp lực đất lên
tường chắn để tính toán thiết kế kết cấu
tường, đảm bảo tường ổn định về trượt,
Cơ sở phân loại: chủ yếu dựa vào hình dạng, cấu tạo và điều kiện làm
việc của tường Có thể phân chia tường chắn thành các loại như Hình
vẽ bên
1 Tường trọng lực: có kích thước lớn, vật liệu thường là đá xây hoặc
bê tông Sự ổn định của tường được đảm bảo nhờ trọng lượng bản
thân tường Loại công trình này không kinh tế đối với tường cao
Phân loại tường chắn
Trang 3PGS TS NGUYỄN HữU THÁI – NGÀNH ĐịA Kỹ THUậT CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT - 2013
Nói chung tường chắn có chiều dài lớn so với chiều rộng (l/b >10)
do đó khi tính toán áp lực đất lên tường chắn chỉ cần lấy chiều dài
bằng đơn vị để xét và xem là bài toán phẳng
4 Tường trụ chống: Tương tự như
tường côngxon nhưng được bố trí
thêm trụ chống gắn kết thân tường
với bản đáy, nhằm tăng cường khả
năng chống uốn của tường
6
PGS TS NGUYỄN HữU THÁI – NGÀNH ĐịA Kỹ THUậT CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT - 2013
Tường có thể không chuyển vị (Hình a) Áp
lực hông của đất lên tường tại các độ sâu
bằng một lực, được gọi là lực đẩy, E đẩy
(hoặc áp lực đẩy σ’hđ) mang tính chủ động
Với một độ nghiêng (hay độ chuyển
dịch) vừa đủ của tường, nêm đất tam giác
sau tường sẽ bị trượt xuống, áp lực đẩy khi
đó được gọi là áp lực đất chủ động lên
tường, σ’ ha (hay lực chủ động E a)
§5.2 Các loại áp lực đất
tác dụng lên tường
nêm đất trượt hướng trượt
Trang 4PGS TS NGUYỄN HữU THÁI – NGÀNH ĐịA Kỹ THUậT CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT - 2013
Với chuyển dịch vừa đủ của
tường, một nêm đất sẽ bị đẩy trượt
Để làm rõ Bản chất của biến thiên áp lực hông của đất tại một độ
sâu nào đó, ta hãy nghiên cứu thí nghiệm mô hình của Terzaghi.
Trường hợp vì một nguyên nhân nào đó làm tường dịch chuyển hoặc
quay quanh cạnh sau về phía đất, có xu thế ép đất lên phía trên Khi đó
đất sản sinh một lực chống lại và được gọi là lực chống, E chống (hoặc
σa<σo<σp
E a <E o <E p
Độ chuyển dịch tương đối:
p
H H
Trang 5PGS TS NGUYỄN HữU THÁI – NGÀNH ĐịA Kỹ THUậT CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT - 2013
Xét trường hợp lưng tường thẳng đứng mặt đất đắp nằm ngang
Một tường thẳng đứng có chiều cao H, chắn một loại đất đồng
chất có trọng lượng đơn vị là γ Xét một phân tố đất tại độ sâu z
nào đó dưới mặt đất, ứng suất thẳng đứng và ngang là: σ'v, σ'h
(2) (1)
0,40 0,43 ÷0,45
0,40 0,50 0,37 0,80 0,70 ÷0,75
0,48 ÷0,66
0,40 ÷0,65
K.Terzaghi J.Najder W.A.Bishop K.Terzaghi W.A.Bishop K.Terzaghi K.Terzaghi W.A.Bishop
De Beer
Bảng 5.1: Kết quả thí nghiệm thực đo hệ số
áp lực hông Ko
Loại đất Hệ số áp lực hông K o Đất cát
Đất á sét nhẹ Đất á sét Đất sét
Trang 6PGS TS NGUYỄN HữU THÁI – NGÀNH ĐịA Kỹ THUậT CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT - 2013
Biểu đồ phân bố áp lực đất tĩnh σocó dạng tam giác và do đó lực
đất tĩnh tính bằng:
điểm đặt cách đáy tường H / 3.
2 2
1
H K
z q K K
o o
o v o o
γ
γσ
Tổng lực P0 trên đơn vị dài của tường cho trong Hình 5.3a bây
giờ có thể nhận được từ diện tích biểu đồ áp lực cho trong Hình
5.3b và bằng:
P0= P1+ P2= qK0H + γH2K0Trong đó P1– diện tích hình chữ nhật 1
P2– diện tích hình tam giác 2
Vị trí đường tác dụng của tổng lực, P0, có thể nhận được bằng
cách lấy mômen theo đáy tường Như vậy,
Chú ý: Ta có thể tính toán cho trường hợp đất sau tường gồm
nhiều lớp đất khác nhau, có mực nước ngầm
0
2 1
32
P
H P H P z
Trang 7PGS TS NGUYỄN HữU THÁI – NGÀNH ĐịA Kỹ THUậT CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT - 2013
I Các giả thiết cơ bản
Rankine căn cứ trạng thái ứng suất trong vật thể bán không gian
vô hạn và điều kiện cân bằng giới hạn tại một điểm trong bán
không gian đó và dùng phương pháp giải tích để xác định áp lực
của đất lên tường chắn, với các giả thiết sau:
1) Mặt đất nằm ngang, lưng tường thẳng đứng và không có ma
sát (trơn nhẵn)
2) Khi suất hiện áp lực đất chủ động (hoặc bị động) thì mọi điểm
trong khối đất đắp sau tường đều đạt trạng thái cân bằng giới
dịch chuyển về phía trước
(Δx > 0), áp lực của đất lên
tường tại độ sâu bất kỳ sẽ
giảm
II Xác định áp lực đất chủ động
Δx N , σ’ h P < K o σ’ o; trong khi σ’vkhông đổi =γ z
Nghiên cứu trạng thái ư/s tại một điểm ở độ sâu z sát lưng tường:
Hình 5.6a
σ’ v
σ’ h
σ’ v =const
Trang 8PGS TS NGUYỄN HữU THÁI – NGÀNH ĐịA Kỹ THUậT CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT - 2013
Các vòng Mohr tương ứng với chuyển vị Δx = 0 và Δx > 0 của
tường được nêu theo thứ tự là (a) và (b) trong Hình 5.6b Nếu
chuyển vị của tường tiếp tục tăng, cuối cùng vòng tròn Mohr tương
ứng (c) sẽ tiếp xúc với đường bao Mohr – Coulomb, xác định bởi
phương trình: τf = c’ + σ’ tan φ’, tức là phân tố đạt trạng thái CBGH
(chủ động)
Vòng tròn (c), biểu thị điều kiện phá hoại của khối đất (vòng Mohr
ưsgh); khi đó ứng suất hông bằng σ’ a , gọi là áp lực chủ động
αf
Hình 5.6a
σ’ v
Các đường trượt (mặt trượt) trong khối đất sẽ tạo góc
với đường ngang như nêu trong Hình 5.6a
Phương trình liên hệ các ứng suất chính thuộc vòng Mohr ứng suất
giới hạn là (xem CT, Chương 2):
' 45 tan 2 3 1
φφ
σ
Trang 9Trong đó: K a= tan 2 (45 o -φ’/2) = hệ số áp lực chủ động Rankine
Từ (5.11d), có thể vẽ biểu đồ biến thiên áp lực chủ động theo độ
sâu tường cho trong Hình 5.6c :
2 2
σ
a a
v
a′ = σ ′ K − 2 c ′ K
a a
giảm theo độ sâu và bằng
không tại độ sâu z = z c,
z c thường gọi là độ sâu kéo nứt, vì ứng suất kéo trong đất rốt cuộc sẽ
gây vết nứt dọc theo mặt tiếp giáp giữa đất và tường (do đất không chịu
kéo) Như vậy đoạn tường z ctrên thực tế không chịu áp lực đất
Chỉ đoạn tường H-z c chịu biểu đồ ALĐ dương (phần diện tích gạch
ngang (A) trong Hình 5.6c).
K
c z
v K γHK
σ ′ = − 2c′ K a
a
K c′
− 2
a a
a′ =γHK −2c′ K
σ
a a
v′=0 ,σ′=−2c′ K
σ
a a
a′=γzK −2c′ K
Trang 10PGS TS NGUYỄN HữU THÁI – NGÀNH ĐịA Kỹ THUậT CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT - 2013
Tổng lực chủ động Rankine trên đơn vị dài của tường = diện tích
phần biểu đồ A :
Nếu dùng các thông số độ bền chống cắt theo ứng suất tổng (c,
φ), có thể suy ra một phương trình tương tự như PT (5.11b) như
Trạng thái ứng suất này được
minh họa bởi vòng Mohr a
Bây giờ nếu tường bị đẩy về
phía khối đất một độ lớn ∆x,
và ép đất, ứng suất ngang sẽ
tăng, trong khi ứng suất thẳng
đứng tại độ sâu z vẫn không
đổi (=γz), nghĩa là phân tố đất
bị nén theo phương ngang
III Xác định áp lực đất bị động
Nghiên cứu trạng thái ư/s tại
một điểm ở độ sâu z sát lưng
tường:
Hình 5.10
Tường quay theo điểm này
Hướng chuyển dịch của tường
τf = c’+ σ’ tanφ’
Trang 11τf = c’ + σ’ tan φ’
Vòng Moh
r ứng suất tĩnh
Ứng suất cắt
σ’ h b Hình 5.11
σ’ h = σ’ p
e
σ’ h d
Tiếp đó, trạng thái ứng suất có thể được biểu thị bởi vòng tròn Mohr c, lúc này
σ’ h > σ’ v
σ’ h c
Khi σ’ h =σ’ v, vòng Mohr chỉ là một điểm
(trạng thái ư/s thủy tĩnh)
∆x vẫn tăng, ứng suất tại độ sâu z cuối cùng sẽ đạt trạng thái như biểu thị
bởi vòng tròn Mohr e tiếp xúc với đường bao phá hoại Mohr - Coulomb,
nghĩa là đất sau tường đã đạt trạng thái CBGH bị động Ứng suất ngang,
σ’ h , tại điểm đó được gọi là áp lực bị động Rankine, σ’ h = σ’ p
Đối với vòng tròn Mohr e, ứng suất chính lớn nhất làσ’1= σ’ p,và ứng suất
chính nhỏ nhất σ’3= σ’ v Thay những đại lượng đó vào PT (5.11a) được:
Ứng suất pháp Ứng suất cắt
σ’ h b
vòng Mohr ư/s giới hạn (t/xúc với đường Coulomb)
τf = c’ + σ’ tan φ’
σ’ h c
σ’ h
σ’ v → σ’ 3
→ σ’ 1
Phân tố nén hông
Trang 12 Lực bị động trên đơn vị dài của tường có thể được xác định từ
diện tích biểu đồ áp lực, hay
Các độ lớn xấp xỉ của chuyển động của tường, ∆x, cần để phát
triển trạng thái phá hoại trong điều kiện bị động như sau:
Nếu khối đắp sau tường là đất rời (c’ = 0), thì từ PT (5.21), lực
bị động trên đơn vị dài tường sẽ là:
p p
bi động, ∆x
Cát chặt Cát xốp rời Sét cứng Sét mềm yếu
0,005H 0,01H 0,01H 0,05H
Trang 13PGS TS NGUYỄN HữU THÁI – NGÀNH ĐịA Kỹ THUậT CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT - 2013
1 Trường hợp mặt đất đắp chịu tải trọng phân bố đều q
Trong trường hợp có q, khi phân tố đất sau tường ở trạng thái
ư/s giới hạn sẽ thỏa mãn CT (5.11b)
trong đó σ’ v= γ z + q
thay vào CT (5.25), ta có:
a a
a
Như vậy, áp lực chủ động σ’ a bao
gồm 3 đại lượng, do trọng lượng của
đất (γ), lực phân bố (q), và lực dính
đơn vị c’.
Để tính lực chủ động của đất lên
tường, cần vẽ biểu đồ phân bố σ’ a
σ’ v
IV Xác định áp lực đất trong một số trường hợp
26
PGS TS NGUYỄN HữU THÁI – NGÀNH ĐịA Kỹ THUậT CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT - 2013
Sau khi có được biểu đồ phân bốσ’ a, ta có thể tính lực chủ động
Trang 14PGS TS NGUYỄN HữU THÁI – NGÀNH ĐịA Kỹ THUậT CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT - 2013
2 Trường hợp đất sau tường gồm nhiều lớp hoặc có mực
nước ngầm
Có thể phân thành các đoạn tường ứng với các lớp đất, sau đó
tính ALĐ cho từng đoạn tường riêng biệt Khi tính cho đoạn
tường ở dưới thì phải coi lớp đất trên như một tải trọng phân bố
đều (nghĩa là, đưa về trường hợp q ≠ 0 để tính)
Hình 5.15a, b
q = γ1 h 1
Tính cho đoạn tường AB:
Tính cho đoạn tường BC: coi trọng lượng lớp đất bên trên có chiều
dày h 1 như một tải trọng phân bố đều liên tục trên mặt lớp đất h 2
Trang 15PGS TS NGUYỄN HữU THÁI – NGÀNH ĐịA Kỹ THUậT CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT - 2013
I Các giả thiết cơ bản
Lý luận áp lực đất Coulomb (Năm 1776) tính áp lực hông của đất lên
tường chắn với khối đắp là đất rời, xét tới ma sát lưng tường Lý
luận được xây dựng trên cơ sở các giả thiết sau:
§5.5 Xác định áp lực đất theo lý
luận của Coulomb
1 Tường chắn tuyệt đối cứng
(không biến dạng)
2 Khi khối đất sau tường đạt
trạng thái cân bằng giới hạn
(chủ động hoặc bị động) thì
khối trượt là vật rắn tuyệt đối,
trượt trên hai mặt AB và BC
Nguyên lý t.t.: xét sự cân bằng của khối trượt dưới tác dụng của các
lực, từ đó tìm ra tổng giá trị, phương chiều, điểm đặt của áp lực đất
1 Phương pháp giải tích
xét một tường chắn có mặt lưng tường nghiêng góc α với mặt đứng
Khối đắp là đất rời nghiêng với mặt ngang góc β Đặt δ là góc ma sát
giữa đất và lưng tường
ABC là khối trượt (ở trạng thái CBGH), BC là mặt trượt giả định Các
lực tác dụng lên khối trượt gồm có: W, R, E; các góc ma sát δ, ϕ ,
Hình 5.17
Hướng chuyển dịch của tường
Ψ = 90° -δ-α
Trang 16PGS TS NGUYỄN HữU THÁI – NGÀNH ĐịA Kỹ THUậT CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT - 2013
z W - trọng lượng khối trượt ABC.
z δ- góc ma sát giữa lưng tường và đất đắp.
z ϕ- góc ma sát trong của đất đắp sau tường (φ).
Hai phản lực R và E đều nằm dưới pháp tuyến
μϕ
hoặc
Theo nguyên lý phản tác dụng, thay vì xác định trực tiếp lực đất tác
dụng lên tường ta có thể x/đ phản lực của tường lên đất, nghĩa là
đưa về bài toán phân tích ổn định của khối đất sau tường
Điều kiện để khối trượt ABC cân bằng là đa giác lực phải khép kín
(hình 5.17b) Từ đa giác lực nhận được:
Ψ= 90°-α-δ
Thay biểu thức (5.24) vào công thức (5.23) ta có:
Trong đó γ, H, α, β, ϕ, δ đã biết còn ε là góc nghiêng của mặt
trượt giả định để xét cân bằng khối trượt (góc xác định vị trí mặt
trượt BC giả định) Rõ ràng với các mặt trượt giả định khác nhau
sẽ nhận được các giá trị áp lực đẩy E khác nhau, như vậy E là
hàm số của ε,
E = f ( ε )
(5.25)
) sin(
) sin(
cos
) sin(
) cos(
) cos(
2
1
2 2
ψϕεβεα
ϕεαεβαγ
cos
) cos(
) cos(
2
1
2 2
β ε α
α ε β α γ
) sin(ε − ϕ = ψ + ε − ϕ
W E
) sin(
) sin(
ϕεψϕε
−+
−
= W
Trang 17PGS TS NGUYỄN HữU THÁI – NGÀNH ĐịA Kỹ THUậT CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT - 2013
Giá trị cực đại Emax của hàmE chính là áp
lực chủ động tác dụng lên tường chắn cần
tìm Mặt trượt BC tương ứng với áp lực cực
đại Emaxlà mặt trượt nguy hiểm nhất
Muốn xác định Emaxcần dùng phương pháp tìm
cực trị hàm E = f(ε) với điều kiện:
Điều kiện này cho phép xác định góc εghcủa mặt trượt ứng với
giá trị cực đại Emax Thay εgh đó vào công thức (5.25) sẽ nhận
2
) cos(
) cos(
) sin(
) sin(
1 ) cos(
cos
) ( cos
− +
+ +
−
=
β α δ
ϕ δ
α α
α ϕ
PGS TS NGUYỄN HữU THÁI – NGÀNH ĐịA Kỹ THUậT CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT - 2013
Trong trường hợp lưng tường thẳng đứng (α = 0) mặt tường trơn
Khi β > ϕ, giá trị trong √… mang dấu âm vô
nghĩa về mặt toán học Trên thực tế, với đất cát, ϕ = góc nghỉ tự
nhiên, vì thếβ không thể > ϕ
Góc δ phụ thuộc vào ϕ, β, α; vì thế cần được x/đ bằng thí
nghiệm Có thể tra bảng sẵn với đất phù hợp
Khi β = α = δ = 0 trùng với công thức của Rankine
1γ 2 2 ϕ
H
Trang 18PGS TS NGUYỄN HữU THÁI – NGÀNH ĐịA Kỹ THUậT CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT - 2013
Từ công thức (5.26), để tìm cường độ áp lực đất chủ động tại độ cao
z bất kỳ của tường có thể lấy đạo hàm E đối với z, ta có:
Biểu đồ phân bố cường độ áp lực đất chủ động (σa) theo chiều cao
tường có dạng tam giác (Hình 5.13a) Áp lực đất chủ động E a tác
dụng lên tường tại điểm cách chân tường bằng H/3, phương tác
dụng nghiêng một góc δ so với pháp tuyến của lưng tường
a a
a
dz
d dz
dE
γγ
Giả định nhiều mặt trượt khác nhau (hình 5.14a) sẽ vẽ được các
tam giác lực tương ứng và xác định được những lực đẩy E1,E2 ,
tương ứng (hình 5.14b) Nối các điểm mút m1,m2, sẽ được
đường cong biểu thị sự biến đổi của các lực đẩy E ứng với các
mặt trượt giả định Kẻ đường thẳng song song với vectơ W và tiếp
xúc với đường cong tại m Từ m kẻ đường song song với các
vevtơ E cắt vectơ W tại n Độ dài (nm) là giá trị cực đại Emax= Ea
Hình 5.14
Trang 19PGS TS NGUYỄN HữU THÁI – NGÀNH ĐịA Kỹ THUậT CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT - 2013
III. Xác định áp lực đất bị động
1 Phương pháp giải tích
Hình 5.16a là sơ đồ tính toán áp lực chống và áp lực đất bị động
của đất tác dụng lên tường Trong đó phản lực R và áp lực chống
E đều ở phía trên pháp tuyến của mặt trượt
Xét điều kiện cân bằng khối trượt ABC và dùng phương pháp tìm
PGS TS NGUYỄN HữU THÁI – NGÀNH ĐịA Kỹ THUậT CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT - 2013
Dùng phương pháp tìm cực trị đối với hàm (5.29) sẽ
nhận được:
Trong đó: γ- trọng lượng riêng của đất đắp.
H - chiều cao tường chắn.
K p- hệ số áp lực đất bị động theo lý luận Coulomb:
) ( ) ' sin(
)
ϕ ε ψ ϕ ε
f W
+ +
2
) cos(
) cos(
) sin(
) sin(
1 ) cos(
cos
) ( cos
αϕ δ ϕ βδ
α α
α ϕ
Trang 20Ψ’ = 90° - (α-δ)
Áp lực đất bị động Ebđ tác dụng tại điểm cách chân tường một
khoảng H/3, phương tác dụng nghiêng với pháp tuyến lưng tường
một góc δ
Kết quả nghiên cứu cho thấy dùng lý luận Coulomb để tính toán
áp lực đất bị động với giả thiết mặt trượt phẳng dẫn đến sai số rất
lớn, bởi vì mặt trượt thực tế rất cong (Hình 5.17), khác xa mặt
trượt giả thiết Do đó kết quả tính toán lớn hơn nhiều so với thực
tế Với đất đắp ϕ = 16°, sai số 17%, ϕ = 30°, sai số 2 lần, ϕ =40°
sai số 7 lần Mặt khác δ càng lớn, sai số càng lớn Vì vậy khi xác
định áp lực bị động cần xét mặt trượt cong
Hình 5.17
Trang 21PGS TS NGUYỄN HữU THÁI – NGÀNH ĐịA Kỹ THUậT CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT - 2013
Kết thúc chương 6
Trang 221 Đặc điểm biến dạng của đất
Đất biến dạng do nhiều nguyên nhân, ví dụ: đất co ngót do mất
nước hoặc dãn nở do hút nước, đất bị biến dạng do các lực
Các lực gây b/d có thể là tải trọng ngoài (đ/v đất quá cố kết hoặc
cố kết bình thường) hoặc bao gồm cả tải trọng ngoài và tải trọng
bản thân (đ/v đất chưa cố kết) Việc xác định biến dạng của đất do
tải trọng có ý nghĩa lớn đối với thực tế thiết kế móng công trình Ở
đây ta chỉ xét biến dạng của đất do tải trọng
Tổng biến dạng của khối đất dưới tác dụng của tải trọng bao gồm
các b/d sau:.
z Biến dạng đàn hồi: của cốt đất, của nước màng mỏng, của bọc
khí
z Biến dạng dư: là do giảm thể tích rỗng, trượt tương hỗ giữa
các hạt, phá hoại liên kết kết cấu và hạt đất B/d dư chiếm
phần chủ yếu trong tổng biến dạng
Trang 23PGS TS NGUYỄN HữU THÁI – NGÀNH ĐịA Kỹ THUậT CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT - 2013
Biến dạng thẳng đứng của nền đất
được gọi là độ lún, ký hiệu (S) Theo
kết quả t/n bàn nén như sau:
S p
S d độ lún không hồi phục (độ lún dư).
Hiện tượng lún của nền không xảy ra tức thời, mà kéo dài trong
một thời gian rồi mới kết thúc Vì vậy ngoài việc xác định độ lún
cuối cùng hay ổn định còn phải xét quá trình lún theo thời gian,
nhất là đối với đất dính Ký hiệu:
S - gọi là độ lún ổn định;
S t - gọi là độ lún theo thời gian, hay độ lún chưa ổn định.
4
PGS TS NGUYỄN HữU THÁI – NGÀNH ĐịA Kỹ THUậT CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT - 2013
Khi đất trầm tích chịu tải trọng, chẳng hạn do công trình hay do
khối đắp thì biến dạng của đất nền sẽ xuất hiện Độ lún tổng
theo phương đứng tại bề mặt đặt tải gồm 3 thành phần, có thể
viết:
Trong đó: s i = độ lún tức thời (không phụ thuộc thời gian)
s c = độ lún cố kết (phụ thuộc thời gian)
s s = độ lún thứ cấp (phụ thuộc thời gian)
s c i
Lún tức thời (còn gọi là lún đàn hồi) xảy ra trong hay ngay sau xây
dựng công trình Trạng thái ƯS~BD của khối đất bão hòa không
thoát nước tương tự trạng thái của vật thể đàn hồi, và có biến dạng
tương đối nhỏ
Trang 24PGS TS NGUYỄN HữU THÁI – NGÀNH ĐịA Kỹ THUậT CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT - 2013
Lún cố kết (lún sơ cấp) là quá trình phụ thuộc thời gian, xuất hiện
trong các loại đất hạt mịn bão hoà nước, những loại đất này có hệ
số thấm nhỏ Tốc độ lún phụ thuộc vào tốc độ thoát nước lỗ rỗng
trong đất
Về mặt cơ học, giai đoạn cố kết sơ cấp là Giai đoạn chuyển hóa
từ ứng suất trung hòa u sang ư/s có hiệu quả σ’
Lún thứ cấp (còn gọi là lún từ biến) cũng phụ thuộc vào thời gian,
xuất hiện dưới tác dụng của ứng suất hiệu quả không thay đổi và
cũng không có sự thay đổi về áp lực nước lỗ rỗng (không kèm theo
thoát nước lỗ rỗng)
z Lún thứ cấp hầu như xảy ra sau khi kết thúc quá trình lún cố
kết, về mặt cơ học, khi đó: u = 0 σ’ = σ.
Trong nội dung môn học chỉ giới hạn học lún cố kết
2 Ý nghĩa thực tế của tính toán lún
Dưới tác dụng của tải trọng công trình và
trọng lượng bản thân, Nền đất sẽ bị biến
dạng làm cho công trình xây dựng trên
đó bị lún Trong nhiều trường hợp tuy tải
trọng ngoài tác dụng lên nền chưa vượt
quá sức chịu tải của nó nhưng do lún
quá lớn hoặc chênh lệch lún quá lớn của
nền đất cũng gây ra sự cố cho công trình
xây dựng ở trên như nứt nẻ, nghiêng,
đổ Vì vậy việc đánh giá biến dạng lún
của nền đất có ý nghĩa thực tiễn to lớn
trong thiết kế công trình
Trang 25PGS TS NGUYỄN HữU THÁI – NGÀNH ĐịA Kỹ THUậT CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT - 2013
I. Tính toán độ lún cố kết một hướng
Hình 6.2 thể hiện một lớp đất có chiều dày H bao gồm cả phần hạt
đất và phần rỗng Từ quan hệ pha ở chương 3, có thể giả thiết thể
tích của phần hạt là Vs= 1, vì thế thể tích phần rỗng là e ovà là hệ
số rỗng ban đầu Sau khi kết thúc cố kết, mẫu đất có hình dạng
như hình bên phải của hình 6.2 Thể tích phần hạt rắn vẫn giữ
nguyên không đổi, nhưng thể tích phần rỗng giảm đi một lượng
Δe Từ đó, có thể xác định biến dạng đứng của lớp đất chính là
lượng thay đổi chiều cao chia cho chiều cao ban đầu của mẫu
§6.2 Xác định độ lún cố kết ổn định
Hình 6.2: Tính toán lún theo sơ đồ 3 pha
8
PGS TS NGUYỄN HữU THÁI – NGÀNH ĐịA Kỹ THUậT CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT - 2013
Tương tự Ct (2.11c),ở Ch.2, Quan hệ giữa biến dạng và hệ số
rỗng được thể hiện trên Hình 6.2, nghĩa là :
v o o
o o Vol
e
e H
s H
H V
=Δ
=Δ
Giải được độ lún s tính theo hệ số rỗng:
h Lưu ý: Phương trình 6.1b chỉ dựa vào quan hệ giữa các pha và
ứng dụng được cho cả đất cát và đất sét
o v o o
H H
Trang 26m v
1
a) Quan hệ,εv% với σ’vc
o v o
o c
, 2
H C
s
+
, 1
, 2
log
σσ
e
(6.4)
đường cong cố kết lại
‘điểm gãy’ thể hiện ưs
Ư/s σ’2= σ’vo+ Δσv , ứng suất tăng
thêm do công trình, thay vào (6.5)
được: