bài tập lớn cơ học đất

Nền đất : Đề số Số liệu địa chất của các lớp MNNtừ mặt đất m Tải trọng tính toán chân cột cốt mặt đất Số hiệu Dày m Số hiệu Dày m Số Tm 3.. Lớp đất số 1 Số hiệu Độ ẩm tự nhiên W % Gi

BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC ĐẤT Đề số 60

I/ SỐ LIỆU :

1 Công trình :

Tải trọng tính toán chân công trình tại cốt mặt đất :

No = 64.8 [T] Mo = 8.5 [Tm]

2 Nền đất :

Đề

số

Số liệu địa chất của các lớp

MNN(từ mặt đất) (m)

Tải trọng tính toán chân cột (cốt mặt đất )

Số hiệu

Dày (m)

Số hiệu

Dày (m)

Số

(Tm)

3 Các lớp đất

a Lớp đất số 1

Số

hiệu

Độ ẩm

tự nhiên

W %

Giới hạn nhão

Wnh %

Giới hạn dẻo

Wd %

Dung trọng tự nhiên  (T/m3)

Tỷ trọng hạt



Góc ma sát trong

(độ)

Lực dính c Kg/cm2

Kết quả thí nghiệm nén ép e-p với áp lực nén p (Kpa)

Kết quả xuyên tĩnh

qc (MPa)

Kết quả xuyên tiêu chuẩn

N

b Lớp đất số 2

Số

hiệu

Thành phần hạt (%) tương ứng với các cỡ hạt

sét

Đường kính cỡ hạt (mm)

>10 10-5 5-2 2-1 1-

0.5

0.5- 0.25

0.25- 0.1

0.1- 0.05

0.05- 0.01

0.01-0.002

< 0.002

Độ ẩm

tự nhiên

W %

Dung trọng tự nhiên  (T/m3)

Tỷ trọng hạt



Góc ma sát trong

(độ)

Sức kháng xuyên tĩnh

qc (MPa)

Kết quả xuyên tiêu chuẩn

N

c Lớp đất số 3

Số

hiệu

Độ ẩm

tự nhiên

W %

Giới hạn nhão

Wnh %

Giới hạn dẻo

Wd %

Dung trọng tự nhiên ɣ T/m3

Tỷ trọng hạt



Góc ma sát trong  (độ)

Lực dính c Kg/cm2

Kết quả thí nghiệm nén ép e-p với áp lực nén p (Kpa)

Kết quả xuyên tĩnh

qc (MPa)

Kết quả xuyên tiêu chuẩn

N

II/ Yêu cầu:

1 Lập trụ địa chất ( xác định tên và trạng thái đất),chọn chiều sâu đặt móng

a Một số tiêu chuẩn của đất

 Tiêu chuẩn và độ chặt của đất cát

Cát sỏi ,cát to,cát vừa e < 0.55 0.5 ≤ e ≤ 0.7 e > 0.70

Cát nhỏ e < 0.60 0.60 ≤ e ≤ 0.75 e > 0.75 Cát bụi e < 0.60 0.60 ≤ e ≤ 0.8 e > 0.80

 Phân loại đất rời theo cấp khối: Phân loại đất theo quy phạm Việt Nam TCVN 9362: 2012

Số thứ tự Tên đất Căn cứ để phân loại

1 Tảng lăn Cát hạt có d > 200mm chiếm trên 50%

2 Dăm cuội Cát hạt có d > 10mm chiếm trên 50%

3 Sỏi sạn Cát hạt có d > 2mm chiếm trên 50%

4 Cát sạn Cát hạt có d > 2mm chiếm trên 25%

5 Cát thô Cát hạt có d > 0.5mm chiếm trên 50%

6 Cát vừa Cát hạt có d > 0.25mm chiếm trên 50%

7 Cát nhỏ Cát hạt có d > 0.1mm chiếm trên 75%

8 Cát bụi Cát hạt có d > 0.1mm chiếm ít hơn 75%

 Tiêu chuẩn đánh giá trạng thái của đất dính Tên đất và trạng thái của nó Độ sệt B

Á cát

Á sét và sét

 Bảng phân loại độ chặt của cát theo thí nghiệm SPT Trị số N

theo SPT

Độ chặt tương đối

Trạng thái của cát

Góc

o

qc (kG/cm2)

10 - 30 0.4 - 0.6 Chặt vừa 35 - 40 40 - 120

BẢNG TRA HỆ SỐ Ko

l/b

0 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 0.4 0.960 0.968 0.972 0.974 0.975 0.976 0.8 0.800 0.830 0.848 0.859 0.866 0.870 1.2 0.606 0.652 0.682 0.703 0.717 0.727 1.6 0.499 0.496 0.532 0.558 0.578 0.593

2 0.336 0.379 0.414 0.441 0.463 0.481 2.4 0.257 0.294 0.325 0.352 0.374 0.392 2.8 0.201 0.232 0.260 0.284 0.304 0.321 3.2 0.160 0.187 0.210 0.232 0.251 0.267 3.6 0.130 0.153 0.173 0.192 0.209 0.224

4 0.108 0.127 0.145 0.161 0.176 0.190 4.4 0.091 0.107 0.122 0.137 0.150 0.163 4.8 0.077 0.092 0.105 0.118 0.130 0.141 5.2 0.066 0.079 0.091 0.102 0.112 0.123 5.6 0.058 0.069 0.079 0.089 0.099 0.108

6 0.051 0.060 0.07 0.078 0.087 0.095 6.4 0.045 0.053 0.062 0.070 0.077 0.085

 Tiêu chuẩn phân loại đất dính Tên đất Chỉ số dẻo Lượng chứa nhóm hạt sét (%)

b Xác định tên và trạng thái đất

 Lớp đất số 1

Số

hiệu

Độ ẩm

tự nhiên

W %

Giới hạn nhão

Wnh %

Giới hạn dẻo

Wd %

Dung trọng tự nhiên  (T/m3)

Tỷ trọng hạt



Góc ma sát trong

(độ)

Lực dính c Kg/cm2

+ Chỉ số dẻo A = Wnh - W d = 28.5- 21.7 = 6.8 (%)

 Theo tiêu chuẩn phân loại đất dính, A = 6.8% < 7% => Đất cát pha ( á cát)

+ Độ sệt B = W W 22.8 21.7

d

nh d

 Theo tiêu chuẩn đánh giá trạng thái của đất dính

0 < B < 1 Đất ở trạng thái dẻo

1.89



Kết quả xuyên tĩnh qc = 3.17(MPa) > 0.5 (MPa)

Kết quả xuyên tiêu chuẩn N =22 > 4  Đất tốt

Góc ma sát trong  (độ) = 20o15 >10o

 Kết luận : Đất cát pha ( á cát) ở trạng thái dẻo, đất tốt

Kết quả thí nghiệm nén ép e-p với áp lực nén p (Kpa)

Kết quả xuyên tĩnh

qc (MPa)

Kết quả xuyên tiêu chuẩn

N

 Lớp đất số 2

Số

hiệu

Thành phần hạt (%) tương ứng với các cỡ hạt

sét

Đường kính cỡ hạt (mm)

>10

10-5

5-2 2-1

1- 0.5

0.5- 0.25

0.25- 0.1

0.1- 0.05

0.05- 0.01

0.01-0.002

< 0.002

Độ ẩm tự

nhiên W %

Dung trọng

tự nhiên  (T/m3)

Tỷ trọng hạt 

Góc ma sát trong (độ)

Sức kháng xuyên tĩnh

qc (MPa)

Kết quả xuyên tiêu chuẩn N

Đường kính

hạt (mm) >1 > 0.5 > 0.25 > 0.1 > 0.05 > 0.01 > 0.002 < 0.002 Hàm lượng

+ Các hạt có đường kính d > 0.1 mm chiếm 31.3+37.5 = 69 %

-Tra bảng phân loại đất rời theo cấp khối

Ta có d > 0.1 chiếm 69 % < 75%, kết luận  Cát bụi

- Theo kết quả của thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT và thí nghiệm xuyên tĩnh CPT

ta có :

c

N q



Đất cát ở trạng thái chặt vừa, đất tốt

+ Hệ số rỗng .(1 w) 2.63 1 (1 0.178)

1.82

n

e 



 Kết luận : Cát bụi ở trạng thái chặt vừa, đất tốt

 Lớp đất số 3

Số

hiệu

Độ ẩm

tự nhiên

W %

Giới hạn nhão

Wnh %

Giới hạn dẻo

Wd %

Dung trọng tự nhiên ɣ T/m3

Tỷ trọng hạt



Góc ma sát trong  (độ)

Lực dính c Kg/cm2

Kết quả thí nghiệm nén ép e-p với áp lực nén p (Kpa)

Kết quả xuyên tĩnh

qc (MPa)

Kết quả xuyên tiêu chuẩn

N

+ Chỉ số dẻo A = Wnh - W d = 37.4 – 29.6 = 7.8 (%)

 Theo tiêu chuẩn phân loại đất dính

17% > A = 7.8% > 7% => Đất sét pha ( á sét)

+ Độ sệt B = W W 24.5 29.6

d

nh d

 Theo tiêu chuẩn đánh giá trạng thái của đất dính

B = -0.654 < 0 => Đất ở trạng thái rắn ( cứng )

+ Hệ số rỗng .(1 w) 2.69 1 (1 0.245)

1.93

n

e 



Kết quả xuyên tĩnh qc = 5.56 (MPa) > 0.5(MPa)

Kết quả xuyên tiêu chuẩn N =25 > 4  Đất tốt

Góc ma sát trong  (độ) = 19o55 >10o

Kết luận : Đất sét pha ( á sét) ở trạng thái rắn ( cứng ),là đất tốt

c Nhận xét đất nền :

Đất nền gồm 3 lớp đất, đều là đất tốt

- Lớp 1: Đất cát pha ( á cát) ở trạng thái dẻo

- Lớp 2: Cát bụi ở trạng thái chặt vừa

- Lớp 3: Đất sét pha ( á sét) ở trạng thái rắn ( cứng )

d Chọn chiều sâu đặt móng

Qua kết quả phân loại đất và trạng thái của 3 lớp đất trên, móng thiết kế là móng nông , ta thấy lớp đất 1 là Đất cát pha ( á cát) ở trạng thái dẻo, đất tốt có chiều dày là 2.4m

là lớp đất tốt nên ta chọn chiều sâu móng là 1.5m lớp ớ đấp này

HÌNH TRỤ ĐỊA CHẤT

2 Xác định kích thước đáy móng (bxl ) theo điều kiện p tp ≤ [p]

 Từ kết quả thí nghiện CPT và SPT

 c là lực dính , c = 0.21 Kg/cm2 = 2.1 T/m2, ɣ1= 1.89 T/m3

 Với tc

= 20o15 , Ta nội suy được các giá trị A,B,D như sau :

Trị số tiêu chuẩn góc ma sát trong tc

 Chọn b = 1.7

 Chiều sâu chôn móng là hm = 1.5 (m)

 Theo TCXD 9362-2012 ,cho phép tính toán trị số áp lực tiêu chuẩn của nền đất

khi vùng biến dạng dẻo phát sinh đến độ sâu bằng ¼ bề rộng móng b

 Biểu thức tính toán theo tiêu chuẩn TCXD 9362-2012

tc

k



 Trong đó Rtc là cường đọ tiêu chuẩn của đất nền

- m1,m2 là hệ số điều kiện làm việc của đất nền và công trình, chọn

m1 = 1.2, m2 = 1

- ktc : hệ số tin cậy các chỉ tiêu cơ lý của đất( ktc = 1 nếu thí nghiệm thực hiện trên nguyên dạng, ktc= 1,1 nếu thí nghiệm lấy theo thống kê) Ta chọn ktc = 1

- A,B,D là các hệ số phụ thuộc vào trị số góc nội ma sát trong tc

 A = 0.523 , B = 3.099 , D = 5.708

 Cường độ tiêu chuẩn

Rtc = m1 [(Ab + Bh)1 + D.c]

= 1.2[( 0.523x1.7+3.099x1.5)x1.89 + 5.708x2.1] = 26.9545 (T/m2)

1

64.8

o

N





 Với b = 1.7, chọn α=l/b= 1.15 , ta kiểm tra các điều kiện

 Kiểm tra  với điều kiện α  [1+e ÷ 1+2e)

 Với e = M

N , M = M0 = 85 Tm

 N  N0    F tb hm 64.8 2.687 2 1.5 72.861(T)    

 e = M

N = 0.117  1+ e = 1.117 , 1+2e = 1.234

Vậy 1.110 <  = 1.15 < 1.234

 Chọn KF = 1.2, KF = 1.1÷1.5

 1.2 2.687 1.67(m)

1.15

F

K F b





Vậy chọn bề rộng móng là b = 1.7 (m) , l= 2 (m)

 Kiểm tra điều kiện 2

1.2 yc

F b  F

 Với F =b.l = 3.4 (m2) , Rtc = [p] = 26.9545

2

2.705( ) 26.9545 2 1.5

yc

tb m

N

 Do móng chịu tải trọng lệch tâm nên kích thước đáy móng phải thảo mãn hai điều kiện sau đây :

 Ứng suất trung bình tại đáy móng phải nhơ hơn hoặc bằng cường độ áp lực tiêu chuẩn của nền đất

ptb ≤ Rtc  1 2[( ) 1 ]

tb m

tc

h



  64.8/(1.7x2) + 2x1.5 = 22.0588 ≤ 26.9545

 Trị số ứng suất lớn nhất tại đáy móng phải nhỏ hơn hoặc bằng 1.2 lần cường độ áp lực tiêu chuẩn của nền đất

pmax ≤ 1.2 Rtc  1.2

W

tc

R

+ M = M0 = 8.5 (Tm) , W = b.l2/6 = 1.133 (m3) , F =l.b=3.4 (m2) + N N0   F tb h m 64.8 1.7 2 2 1.5 75(T)    

pmax = 29.561( T/m2)

+ Rtc = 26.9545 (T/m2)

Vậy p

max = 29.561 ( T/m2) ≤ 1.2Rtc= 32.3454 ( T/m2)

 Kiểm tra điều kiện pmin > 0

min

75 8.5

14.5566(T/ )

W 3.4 1.133

N M

F

 Điều kiện về kinh tế 1.2 max

1.2

tc tc

R p R



max

0.08608 8.608%

tc tc

R p R

3 Tính và vẽ biểu đồ ứng suất hữu hiệu phân bố trong nền do tải trọng bản thân

và tải trọng ngoài gây ra

a Tính toán ứng suất hữu hiệu phân bố trong nền do tải trọng bản thân

 Tại mặt đất z = 0 => z = 0

 Tại lớp đất 1: Đất cát pha ở trạng thái dẻo, là loại đất tốt + Tại đáy móng z1 = 1.5

z1 = ɣ1.h1= 1.5x1.89 = 2.835 ( T/m2 ) + Tại độ sâu z2 = 2.4

z2 = z1 + ɣ1.h2 = 2.835+ 0.9x1.89 = 4.536 ( T/m2 )

 Tại lớp đất 2: Cát bụi ở trạng thái chặt vừa , là loại đất tốt

+ Tại độ sau z3 = 3.7 z3 =z2 + ɣ2.h3 = 4.536 + 1.82x1.3 = 6.902 ( T/m2 )

+ Tại độ sâu z4 = 5.9 Mực nước ngầm nằm tại vị trí z3 =3.7(m) Ứng suất hữu hiệu tại độ sâu này bị ảnh hưởng của mực nước ngầm vì lớp đất này là đất cát bụi

2

2.63 0.702

bh

e

T m e

z4 = z3 + ɣbh.h4 = 6.902 + (1.958 -1)x2.2 = 9.0096 ( T/m2 )

 Tại lớp đất 3: Đất sét pha ở trạng thái chặt rắn cứng nên không ảnh

hưởng bởi mực nước ngầm

Dự kiến phạm vi ảnh hưởng lún 3b=5.1 (m) nên ta chỉ cần tính toán ứng suất hữu hiệu phân bố trong nền do tải trọng bản thân đến độ sâu z5 =6.6(m) + Tại độ sâu z5 = 6.6 ( lớp đất 3)

z5 =z4 + ɣ3.h5 = 9.0096 + 0.7x1.93 = 10.361 ( T/m2 )

b Tính toán ứng suất do tải trọng ngoài

 Ứng suất gây lún tại tâm đáy móng

648

3.4

o

N

 Ứng suất gây lún của các điểm nằm trên trục O được tính với ứng suất gây lún

ở đáy móng phân bố đều bằng pgl = ptb-1.hm =22.0588 -2.835=19.224 (T/m2)

 Phân chia các lớp phân tố

 Ta chia chiều cao nền đất thành các lớp nhỏ, mỗi lớp có chiều cao thỏa mãn 0.25b ≤ hi ≤ 0.4b  0.425 ≤ hi ≤ 0.68

Ở lớp đất 1dày 2.4m, chiều sâu chôn móng là 1.5m ,còn lại 0.9m ta chia thành 3 lớp nhỏ có chiều dày là h1 = h2 = h3 = 0.3(m)

Ở lớp thứ 2, chiều dày là 3.5m, ta chia thành 6 lớp nhỏ, 4 lớp dày 0.325(m)

và 4 lớp dày 0.55(m)

Ở lớp thứ 3, do xét vùng lún có chiều dày 3b = 5.1(m) tính từ đáy móng , nên ta coi như lớp thứ 3 được xét ở độ sâu h =5.1+1.5- (2.4+3.5) = 0.7m Ta lấy 1 lớp phân tố dày 0.7m

 Dùng hệ số Ko để tính ứng suất gây lún ,ta có bảng:

Điểm Độ sâu h từ đáy

móng(m)

Độ sâu z

từ mặt đất (m)

l/b 2.z/b ɣ

(T/m2) K0 bt(T/m2) ∆gl=K0xp

ɣ1=1.89

1.000 2.835 19.224

ɣ2 =1.82

0.547 5.128 10.513

ɣđn

=0.958

0.175 7.429 3.371

 Đối với đất thường, móng được xem là tắt lún ở độ sâu z khi:

0.2

Ở lớp phân tố thứ 11, có ∆gl=1.497 < 0.2bt = pbt 1.802

Do đó tắt lún ở phân tố có độ sâu h= 5.9 (m) tính từ mặt đất, vậy nên ta

tính độ lún đến lớp phân tố thứ 11

c Biểu đồ ứng suất gây lún :

4 Dự báo độ lún ổn định tại tâm móng

 Ta sử dụng phương pháp cộng lún cho lớp đất có thí nghiệm p-e :

i i

e e

e





 Trong đó: e1i là hệ số rỗng của đất tại điểm giữa lớp đang xét, ứng với ứng suất do trọng lượng bản thân

e2i là hệ số rỗng của đất tại điểm giữa lớp đang xét, ứng với ứng suất do trọng lượng bản thân và tải trọng ngoài

 Các hệ số e1i , e2i được tính dựa trên biểu đồ nén ép e-p ở lớp 1 ,điều kiện tắt lún tại cuối phân tố 11, nên phân tố 12 ở lớp 3 không tính lún

 Từ lớp phân tố thứ 4 đến lớp phân tố thứ 11, độ lún được tính bằng :

1i

osi

E



 



Trong đó :

- Chọn = 0.8, vì lớp 2 là lớp đất cát bụi có qc= 6.5(MPa) > 2.0 (MPa) => chọn α = 2.5

- Eosi = α.pc => Eosi = 2.5x650 = 1625 (T/m2)

E = 5x10-5 P2 - 0.0039P + 0.7253 0.65

0.66 0.67 0.68 0.69 0.7 0.71 0.72

Áp lực p( T/m 2 )

Đường cong p-e nén lún lớp đất 1

Kết quả thí nghiệm nén ép e-p với

áp lực nén p (T/m2) của lớp đất 1

 Bảng tính lún :

Lớp

phân

tố

Chiều

dày

lớp

phân

tố

hi

Độ sâu

z1i

(m)(tính

từ đáy móng đến đáy lớp phân tố)

Ứng suất do trọng lượng bản thân tại đáy lớp phân tố

Z0i

(T/m2)

Ứng suất tăng thêm tại đáy lớp phân tố

∆i=

K0i.pgl

(T/m2)

Ứng suất tăng thêm tại tâm lớp phân tố

∆1i

(T/m2)

Ứng suất do trọng lượng bản thân tại tâm lớp phân tố

p1i

(T/m2)

Ứng suất tổng tại tâm lớp phân tố

p2i

=p1i +

∆1i

(T/m2)

Hệ số rỗng

e1i (tương ứng

p1i)

Hệ số rỗng

e2i (tương ứng

p2i)

Độ lún si

(m)

0 2.835 19.224

1 0.3 0.3 3.402 18.800 19.012 3.119 22.130 0.7136 0.6635 0.0088 2 0.3 0.6 3.969 16.501 17.651 3.686 21.336 0.7116 0.6649 0.0082 3 0.3 0.9 4.536 13.566 15.034 4.253 19.286 0.7096 0.6687 0.0072 4 0.325 1.225 5.128 10.513 12.040 4.832 16.872 0.0019 5 0.325 1.55 5.719 8.208 9.361 5.423 14.784 0.0015 6 0.325 1.875 6.311 6.300 7.254 6.015 13.269 0.0012 7 0.325 2.2 6.902 4.370 5.335 6.606 11.941 0.0009 8 0.55 2.75 7.429 3.371 3.870 7.165 11.036 0.0010 9 0.55 3.3 7.956 2.530 2.951 7.692 10.643 0.0008 10 0.55 3.85 8.483 1.888 2.209 8.219 10.429 0.0006 11 0.55 4.4 9.010 1.497 1.693 8.746 10.439 0.0005 Vậy tổng độ lún tổng cộng tại tâm móng là: S = 0.032 (m)=3.2 (cm) < Sgh = 8 (cm) => Thỏa mãn điều kiện độ lún giới hạn của móng đơn ………

………

………

………