Bài giảng cơ học đất

: là môn khoa học liên quan đến tương tác giữa tải trọng và nền đất, nước trong đất, quan hệ ứng suất, biến dạng, cường độ… Giải quyết các vấn đề liên quan tới việc sử dụng đất vào mục đ

4 ĐỀ BTL + HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM GEO.NUCE.EDU.VN

Không thí nghiệm + báo cáo TN: thì điểm quá trình = 0

2

2

TÀI LIỆU THAM KHẢO MÔN HỌC

2 Vũ Công Ngữ, Nguyễn Văn Thông, “Bài tập Cơ học đất”,

1 Phan Hồng Quân, “Cơ học đất”, nhà xuất bản Giáo dục 2012

3 R Whitlow “Cơ học đất” Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội 1999.

4 Nguyễn Đình Tiến, “Bài giảng Cơ học đất”, ĐHXD Hà nội

3

3

Trong lĩnh vực xây dựng thường dùng đất làm nền bộ phận

“kết cấu” tiếp nhận tải trọng bên trên truyền xuống.

Vì vậy với kỹ sư xây dựng, đất là nơi tiến hành xây dựng công trình

Làm nền cho các công trình;

Làm vật liệu XD cho các CT (đê đập, đất đắp nền đường…);

Làm môi trường trong đó XD các CT (đào đường hầm, cống ngầm, kênh, mương…)

1 Đối tượng nghiên cứu: đất thiên nhiên được tạo thành

do kết quả phong hóa các đá ở trên cùng của vỏ quả đất.

Đã có rất nhiều sự cố trong xây dựng do thiếu hiểu biết hoặc đánh giá không đúng về đất

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

4

4

2 CƠ HỌC ĐẤT LÀ GÌ? : là môn khoa học liên quan đến

tương tác giữa tải trọng và nền đất, nước trong đất, quan hệ

ứng suất, biến dạng, cường độ…

Giải quyết các vấn đề liên quan tới việc sử dụng đất

vào mục đích công trình.

1 Xác định các quy luật cơ bản của các quá trình

cơ học xảy ra trong đất và các đặc trưng tính

toán tương ứng của đất.

3 Nghiên cứu sự làm việc của công trình (độ lún,

sức chịu tải, ổn định…) & các giải pháp công trình.

2 Đưa ra các mô hình nền nghiên cứu trạng thái

ứng suất - biến dạng của đất.

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

3 Phương pháp nghiên cứu

- Xây dựng lý thuyết dựa trên những giả thiết nhất định  mỗi lý thuyết có những phạm vi ứng dụng nhất định.

- Vận dụng toán học phải lấy điều kiện địa chất làm cơ sở.

- Thí nghiệm và quan trắc thực tiễn.

- Coi trọng thực nghiệm: Do đất luôn thay đổi  nên phải chọn biện pháp thử nghiệm thích hợp  chọn chỉ tiêu.

Thí nghiệm gồm:

+ Thí nghiệm hiện trường + Thí nghiệm trong phòng + Theo dõi biến dạng ( quan trắc lún)…

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

4 Lịch sử phát triển

Coulomb (1736-1806) 1773

1925: Terzaghi  viết cuốn cơ học đất trên cơ sở vật lý của đất 

coi cơ đất  môn độc lập

VNam: phòng thí nghiệm đầu tiên  1956.

Đất có nguồn gốc trực tiếp/gián tiếp từ đá gốc: Đá macma, đá trầm tích, đá biến chất

b Phong hóa hóa học:

 ĐN: Do tác nhân hóa học gây ra: sự tác dụng giữa các khoáng chất: nước, muốn, axit hòa tan trong nước – tương tác với các thành phân đá gốc

- Sau khi di chuyển, do sức hút của Trái đất, các sản phẩm PH lắng

đọng lại ở 1 nơi nào đó Dần theo năm tháng hình thành những lớp

đất mà ta gặp hiện nay

13

c Phong hóa sinh học:

 ĐN: do các loại động thực vật sống trên mặt đất phá hoại các lớp

 Đặc điểm của 2 loại trên:

- Di chuyển do trọng lượng bản thân

- Chiều dày lớp đất không đồng đều

- Kích thước hạt không đều

Trầm tích biển: do nước biển

Trầm tích gió (phong tích): Do gió

Băng tích: do băng cuốn đi rồi đọng lại

15

 Đặc điểm :

- Có tính phân lớn, chiều dày các lớp lớn

- Cỡ hạt tương đối đồng đều trong 1 lớp

kích thước hạt to

kích thước hạt nhỏ, mịn, tính dẻo dính, tính thấm nhỏ

16

16

§2 Các thành phần của đất

Phần lớn thể tích đất là các khoáng vật vô cơ (hạt rắn), phần còn

lại là lỗ rỗng, trong lỗ rỗng chứa nước và khí

Mô hình đất gồm 3 pha: Rắn (hạt đất), lỏng (nước), khí

Hạt đất là thành phần chủ yếu của đất, tạo thành khung kết

Hạt bột Hạt sét

Hạt keo

Tính chất: Rời rạc, không có tính

dính, khả năng trương nở, co ngót ít, tính thấm lớn…

Tính chất: có tính

dính, trương nở, co ngót, tính thấm nhỏ…

-tiếp-Kích thước hạt d(mm)

Mục đích:

Để tách riêng nhóm hạt bất kỳ, xác định hàm lượng của

nhóm hạt đó, từ đó xác định cấp phối hạt của đất.

B1: Phơi khô mẫu đất, tán rời đất bằng chày

B2: Cân mẫu xác định tổng trọng lượng ban đầu Q

B3: Cho mẫu đất qua bộ rây thí nghiệm, sau đó lắc hoặc

rung cho hạt có kích thước nhỏ hơn rơi xuống dưới

B4: Cân lượng đất trên từng rây và ở ngăn đáy được Qi

→ chính là trọng lượng nhóm hạt Q(d1, d2]

19

THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH HẠT

10,0mm 5,0 2,0 1,0 0,5 0,25 0,1

Hàm lượng tích lũy p (%) của một cỡ hạt d(mm) là hàm lượng của các hạt có kích thước  d(mm).

Cấp phối hạt : của 1 loại đất là tập hợp hàm lượng tất cả các cỡ hạt chứa trong một loại đất.

Hàm lượng của các nhóm hạt trong đất (tính theo %) là tỷ

số giữa trọng lượng của cỡ hạt đó và trọng lượng đất khô.

2 1





Q d d Q d d

THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH HẠT BẰNG RÂY

Bộ chày và cối để giã đất Cân kỹ thuật

22

THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH HẠT BẰNG RÂY

22

Hệ số không đồng đều C u và hệ số độ cong C c :đặc

trưng cho mức không đồng đều về cỡ hạt của đất

d60: là kích thước hạt mà những hạt có đường kính nhỏ hơn nó chiếm 60% trong đất;

Hệ số độ cong (coefficient of curvature):

C c = [1, 3]

24

-tiếp-c2 Khoáng thứ sinh: thành phần khoáng thay đổi so với đá

gốc (do phong hóa hóa học gây ra).

kích thước rất nhỏ, góc cạnh, có cấu trúc dạng lưới lớp (dạng phiến), bề mặt mang điện tích âm (còn gọi là khoáng vật sét)

 Đặc điểm :

 Thường gặp:không hòa tan trong nước:Kaolinit, Ilit,

Montmorilonit; hòa tan trong nước:Canxit, mica trắng, thạch

Nước trong khoáng vật

Nước tự do

Nước liên kết

Nước mao dẫn Nước trọng lực

Nước hút bám Nước L.K mạnh Nước L.K yếu

Nước trong đất tồn tại dưới các dạng:

Vai trò của nước trong đất là hết sức quan trọng ???

Màng nước

LK mạnh

¼ hạt sét

Là loại nước nằm ngoài phạm vi tác dụng của lực điện phân

tử của hạt đất, di chuyển trong đất do trọng lượng bản thân hoặc do lực hút dính (lực mao dẫn).

Nước mao dẫn:

Tồn tại trong những lỗ rỗng hẹp do sức căng bề mặt giữa các vật chất có trạng thái vật lý khác nhau (hạt đất - nước)

T cos h

Vựng từ MNN đến chiều cao h c : đới bóo

hũa nước mao dẫn

Độ dõng của nước mao dẫn phụ thuộc vào

sự thay đổi mực nước ngầm

Áp lực mao dẫn:

Là ỏp lực phụ thờm do nước mao dẫn gõy ra cho hạt đất trong

đới bóo hũa mao dẫn  tăng thờm trong lượng của đất.

đất thấm nớc

Mặt đất TN h

P hải thiết kế sao cho:h>hc.

-tiếp-Tồn tại trong những lỗ rỗng của đất, giống như nước thụng

thường Nú thấm trong đất dưới tỏc dụng của trọng lực

Nước trọng lực ảnh hưởng trực tiếp tới tớnh chất cơ-lý của đất

Khả năng hũa tan và phõn giải của đất

Ảnh hưởng của ỏp lực thủy tĩnh đối với đất và cụng trỡnh

Ảnh hưởng của lực thấm tới tớnh ổn định của đất.

33

Nước trọng lực:

33

2.3 Thành phần khớ trong đất

Khớ trong đất tồn tại dưới dạng:

Nếu cỏc lỗ rỗng khụng chứa đầy nước thỡ khớ sẽ chiếm chỗ.

* Khớ hở: khớ liờn thụng với mụi trường bờn ngoài Thường

cú trong đất cỏt, khụng ảnh hưởng đến tớnh chất của đất.

* Khớ kớn: khớ khụng liờn thụng với mụi trường bờn ngoài Thường cú trong đất sột do đất cú đường rỗng chằng chịt.

Khớ kớn ảnh hưởng nhiều đến tớnh chất của đất, đặc biệt giảm tớnh thấm và tăng tớnh đàn hồi

Ngày nay, thành phần này được nghiờn cứu kỹ hơn trong lý thuyết

“Cơ học đất khụng bóo hũa”

34

34

kết cấu bụng kết cấu tổ ong

kết cấu hạt đơn

Đ3 Kết cấu và cấu trỳc của đất

3.1 Kết cấu của đất

 Kết cấu của đất: là sự sắp xếp cỏc hạt đất trong

quỏ trỡnh trầm tớch tạo thành khung kết cấu của đất.

35

3.2 Cấu trỳc của đất ( Cấu trỳc địa tầng)

Là tổng hợp cỏc yếu tố mụ tả nền đất về cấu tạo nền, tớnh chất

cơ lý trong nền.

Cấu trỳc phõn lớp:

Hỡnh thành do sự lựa chọn kớch thước, thành phần khoỏng vật trong quỏ trỡnh trầm lắng theo cỏc dạng: Lớp dày, lớp mỏng, dải xiờn, dải chộo… xen kẽ nhau liờn tục.

Cấu trỳc khối:

•Là sự sắp xếp hỗn độn, khụng theo quy luật.

•Đất cú cấu trỳc khối chặt: Tớnh biến dạng thấp, tương đối ổn định.

•Đất cú cấu trỳc khối xốp: Tớnh biến dạng cao, kộm ổn định Ít

cú ở Việt Nam

36

Chỉ tiêu vật lýlà đại lượng mô tả quan hệ về trọng lượng, thể

tích giữa các pha trong đất

  (kN/m 3 , t/m 3 )

là trọng lượng (khối lượng) một đơn vị thể tích đất

Trọng lượng riêng tự nhiên, (ký hiệu  w ):

Lấy mẫu đất vào dao vòng, gạt phẳng;

Cân mẫu và dao vòng được Q1;

Cân mẫu xác định trọng lượng Q;

Nhúng mẫu vào sáp đã nóng chảy;

Cân mẫu đã bọc sáp trong nước bằng cân thủy tĩnh Q1

Dựa vào nguyên lý Acsimet:

Thể tích của mẫu đã bọc sáp = thể tích phần nước mà đất

chiếm chỗ → thể tích đất V.

w

Q V

-tiếp-(kN/m 3 )

b,Trọng lượng riêng hạt, ( ký hiệu h ):

là trọng lượng riêng của một đơn vị thể tích hạt rắn của đất.

h

h

h

Q V

 

Cách thí nghiệm:

Sấy khô mẫu cân xác định Q h ;

Xác định thể tích V h

•Làm rời hạt đất, cho nước cùng đất vào bình có trọng lượng Q0

và thể tích V0 ,đun sôi trên bếp cát

•Để nguội, đổ đầy nước vào bình và cân được:

Q1=Q0+ Qh+(V0– V h).nTrong đó: n= 9,81kN/m³

Cân xác định trọng lượng mẫu Q = Q n + Q h

Sấy khô mẫu ở nhiệt độ 1000C  1050C đến khối lượng không đổi



Ứng với trạng thái khô : W = 0

Ứng với trạng thái bão hòa: W = W bh

Ứng với trạng thái đầm tốt nhất : W = W opt

a, Trọng lượng riêng khô , (ký hiệu  k ):

là trọng lượng riêng (khối lượng riêng) của một đơn vị thể tích đất ở trạng thái hoàn toàn khô (V n = 0).

c, Trọng lượng riêng đẩy nổi, (ký hiệu  đn ):

là trọng lượng riêng của đất thấm nước nằm dưới mực nước

ngầm Lúc đó đất ở trạng thái bão hòa nước, trọng lượng

riêng của đất bao gồm: trọng lượng đẩy nổi của đất (có kể

đến lực đẩy nổi của nước) và trọng lượng riêng của nước.

là tỷ số giữa trọng lượng riêng hạt với trọng lượng riêng của

nước ở điều kiện tiêu chuẩn

e Độ bão hòa S (G) là tỷ số giữa thể tích nước với thể tích

Ứng với trạng thái chặt nhất e min

Ứng với trạng thái xốp nhất e max

g Độ rỗng-Porosity, (ký hiệu n):là thể tích lỗ rỗng trong

e e





k1

Dựa vào công thức định nghĩa

Dựa vào mối liên hệ giữa các thành phần

trong đất (sơ đồ 3 pha hay sơ đồ đơn vị )

 

n %1

e e

e n

e n

n e m

m e Vh

Vr m n

1

; 1

51

VÍ DỤ ÁP DỤNGMột mẫu đất có: w = 15%;  w = 16,5 kN/m 3 ;  = 2.7

Xác định các đặc trưng vật lý:  k , n , e , GLời giải:

Ví dụ 2:

e e e e D

của đất cát nên thí nghiệm xuyên tĩnh và xuyên tiêu chuẩn

được dùng để khắc phục khó khăn này.

Cát to (còn gọi là cát thô), cát vừa (cát hạt trung)

Trạng thái đất rời theo hệ số rỗng e

W%

A = W ch - W d

Chảy (Nhão) Cứng

Trạng thái của đất

§5 Trạng thái và chỉ tiêu đánh giá trạng thái đất 5.2 Đất dính

Giới hạn dẻo W d (Plastic Limit PL): Khi độ ẩm trong đất đạt đến giá trị mà đất xuất hiện tính dẻo (các hạt trượt lên nhau mà không xuất hiện vết nứt - có thể nặn thành hình thù bất kỳ)

Giới hạn nhão W nh (Liquid Limit LL):Khi độ ẩm đạt đến

Wnh đất không còn khả năng hút ẩm và chảy tự do dưới trọng lượng bản thân

Trạng thái đất dính được đánh giá thông qua:

BƯỚC 2: Xác định độ ẩm của những que đất đã đạt tới TT dẻo.

Lăn mẫu đất TN bằng tay trên tấm kính nhám  tạo thành que đất có

d = 3mm , đồng thời trên thân que

có xuất hiện những vết nứt chân chim , khi đó đất đã đạt tới TT dẻo.

62

62

b Xác định độ ẩm giới hạn nhão, Wnh

* PP chùy xuyên Vaxilliev:

BƯỚC 1: Tạo mẫu tới TT chảy

BƯỚC 2: Xác định độ ẩm của

đất ở TT chảy.

Cho đất thí nghiệm vào khuôn, gạt

phẳng, thả chùy.

theo dõi: nếu sau khi thả 10s ,

chùy ngập vào mẫu đất đúng 1cm ,

khi đó đất đã đạt đến TT chảy

Thả chùyCÁC T.N XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN Atterberg

t(s)

W%

Wnh 10

64

CÁC T.N XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN Atterberg

* Phương pháp Casagrande:

BƯỚC 1:

Cho mẫu vào đĩa khum với độ dày 8mm

Dùng que gạt rạch đôi đất trong đĩa thành 2

phần (rạch vuông góc trục tay quay), rãnh đất

có khe hở ở đáy rộng 2mm, dài 40mm

nhão Đem mẫu đất đó đi xác định độ ẩm

được độ ẩm giới hạn nhão Wnh

66

+Thực tế, làm như sau:

- làm TN nhiều lần với các mẫu đất có Wi khác nhau

- mỗi lần đếm số nhát đập Ni để rãnh đất chập lại 13mm , xác định các Wi tương ứng

Kết quả TN: - có được các cặp giá trị: (Ni-Wi)

- vẽ đồ thị W=f(lgN)

W%

lgN

25 Wnh

6 PHÂN LOẠI ĐẤT XÂY DỰNG

Đất phong phú về kích cỡ hạt, hàm lượng hạt, thành phần

khoáng…  tính chất của đất cũng khác nhau nhiều  cần

phải phân loại:

Các lớp đất, loại đất phải tập hợp được những tính chất xây dựng

tương tự nhau

Giúp chúng ta hình dung và phán đoán ban đầu về đất

Cho phép chúng ta áp dụng những kinh nghiệm, định tính về

khả năng xây dựng của đất và có những dự kiến về giải pháp

Phân làm 2 loại đất cơ bản: Đất rời và đất dính

Hệ thống phân loại thống nhất USCS trong quy phạm

Mỹ (do Casagrande đề nghị)

Tiêu chuẩn Nga: hiện nay (TCXD 9362:2012);

-tiếp-Phân loại đất rờicần tiến hành thí nghiệm phân tích hạt theo

bộ rây ( 200; 10; 2; 0,25; 0,1) và xác định hàm lượng riêng củatừng nhóm hạt có đường kính lớn hơn kích thước phân loạitừlớn đến bé

6.2 Phân loại theo Tiêu chuẩn TCXD 9362:2012;

68

68

1 Tảng lăn Hàm lượng hạt d>200 mmchiếm trên 50%

2 Cuội (dăm) Hàm lượng hạt d>10 mmchiếm trên 50%

3 Sỏi (sạn) Hàm lượng hạt d>2 mmchiếm trên 50%

4 Cát sạn Hàm lượng hạt d>2 mmchiếm trên 25%

5 Cát thô Hàm lượng hạt d>0.5 mmchiếm trên 50%

6 Cát vừa Hàm lượng hạt d>0.25 mmchiếm trên 50%

7 Cát nhỏ (mịn) Hàm lượng hạt d>0.1 mmchiếm trên 75%

8 Cát bụi Hàm lượng hạt d>0.1 mmchiếm dưới 75%

Bùn nhiễm các hợp chất hữu cơ được gọi là bùn hữu cơ

Khi hàm lượng hữu cơ chiếm:

< 30%: đất nhiễm hữu cơ

Ví dụ 3:

Ví dụ 5:

Xác định tên đất.

Lời giải:

Kích thước hạt (mm) >10 [10;4) [4;2) [2;1) [1;0.5) [0.5;0.25) [0.25;0.1) <0.1 Trọng

76

76

Ví dụ 5:

CHƯƠNG 2: KHÁI NIỆM CHUNG

Các tính chất cơ học là các tính chất của đất dưới tác dụng của bản thân, tải trọng ngoài, nước ngầm …

Tính chất cơ học của đất bao gồm:

• Trong đất tồn tại các lỗ rỗng  nước có thể chảy từ vùng áp lực

nước cao tới vùng áp lực nước thấp  hiện tượng thấm trong đất

• Dòng nước chảy qua đất được gọi là dòng thấm

Ảnh hưởng của dòng thấm:

Đẩy bùng hố móng, xói ngầm, cát chảy  gây khó

khăn trong thi công, có thể dẫn đến các sự cố công

Cột nước trong ống đo gọi là cột nước áp lực.

Chiều cao từ điểm đo đến mặt nước trong ống gọi là chiều

cao cột nước áp , ký hiệu h p Chiều cao này phụ thuộc vào áp

lực nước p tại điểm đo:

A pA n

p h





Tại điểm B:

 n : trọng lượng riêng của nước,  9,81 (kN/m 3 );

p A : áp lực nước tại điểm A;

h : chiều cao cột nước áp tại điểm A.

 Kéo dài ống đo đến một mặt chuẩn nào đó → cột nước trong ống đo gọi là cột nước tổng.

 Chiều cao từ mặt chuẩn đến mặt nước trong ống gọi là

chiều cao cột nước tổng , ký hiệu H

 Cột nước và chiều cao cột nước từ vị trí điểm đo đến mặt chuẩn gọi là cột nước và chiều cao cột nước thế năng ,

ký hiệu h z

-tiếp-H: chênh cao cột nước giữa 2 điểm A và B.

Điều kiện cần để có dòng chảy giữa hai điểm A và B là:

H  0

H = (HA– HB)



Theo Bernouli:

Cột nước tổng tại 1 điểm: H = h p + h z + h v

h z = cao trình của cột nước so với 1 mặt chuẩn;

h p = u/ n cột nước do áp lực nước lỗ rỗng;

h v = v 2 /2g cột nước do vận tốc dòng thấm v gây ra;

Tổng cột nước tại điểm A:

Tổng cột nước tại điểm B:

-tiếp-g

v h p

zA n

A A

zB n

B B

3 Gradient thủy lực I ( Độ dốc thủy lực)

Gradient thủy lực là cường độ trung bình sự thay đổi chiều

cao cột nước tổng trên một đơn vị chiều dài.

L

H

I  

dH I dL



H: độ chênh cột nước tổng giữa 2 điểm đang xét;

L: khoảng cách giữa 2 điểm đang xét.

* Trường hợp tổng quát viết dưới dạng vi phân:

-tiếp-Nếu I = 0: Không có hiện tượng thấm

Nếu I càng lớn  dòng thấm càng mạnh và ngược lại

4 Định luật thấm Darcy

Vận tốc thấm của nước trong đất, v (cm/s, mm/s): là lượng nước thấm qua 1 đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian.

Hệ số thấm k phụ thuộc loại đất , được xác định bằng thí

nghiệm (trong phòng, hiện trường) hoặc tra bảng

Diện tích thấm A bao gồm cả cốt đất nên: v thực > v

Đối với đất hạt thô (đất rời): I > 0 là xuất hiện dòng thấm.

Đối với đất hạt mịn (đất dính): I phải lớn hơn I* nào đó mới xuất hiện dòng thấm I* gọi là gradient thủy lực ban đầu của đất.

Tuy nhiên, rất khó xác định I* nên thực tế khi tính toán, thay đường cong 0 - 1 - 2 - 3 bằng đường 0 - 1’ - 2 - 3, với 1’ là giao của đường 3 - 2 với trục hoành.

Gọi I : gradient thủy lực ban đầu quy ước.

I 0

I* Io I’

1 1’

2

3Đất hạt thô Đất hạt mịn

BIỂU ĐỒ QUAN HỆ GIỮA VẬN TỐC THẤM &

GRADIENT THỦY LỰC

Định luật Darcy viết lại: v = k.(I – I 0 ).

Điều kiện đủ để xuất hiện dòng thấm: I > I 0

v = k.(I – I 0 )

v = k.I

THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH HỆ SỐ THẤM

Hệ số thấm k xác định bằng thí nghiệm thấm với vận tốc thấm qua mẫu đất dưới một gradient thủy lực khác 0.

Thí nghiệm thấm cột nước không đổi thích hợp cho các loại đất

có tính thấm cao - đất rời

Cách thí nghiệm:

Mở van K1, K2; điều chỉnh K2 sao cho lưu lượng ra q = const

Đo chênh cao cột nước H = h 1 – h 2 Kết quả TN: Kết quả thí nghiệm là cặp giá trị {H, Q} hay {H, q} Hệ số thấm xác định theo công thức:

Nước cấp

Lớp lọc

H

L At

Khi mở 1 cặp van bất kỳ  cột nước trong ống đo cũng là nguồn cấp nước thấm qua mẫu.

Cao trình mực nước ra không đổi  gradient thủy lực giảm dần.

Chiều cao cột nước tại thời điểm t bất kỳ là h(t), gradient thủy lực của dòng thấm qua mẫu là:

  h t 

i t L

L

Nước cấp vào ống đo

Sau thời gian dt, lượng nước thấm qua mẫu là:

Lượng nước này chính là tổn hao cột nước trong khoảng thời gian đó:

Cân bằng lượng nước ta có:

.

-tiếp-Cách thí nghiệm:

)

)

t h

dh a L A k dh a dt A

h t

dh a dt L A k

L

A

k

Đo chiều cao cột nước tại các thời điểm khác nhau t 1 , t 2

 Kết quả: Cặp số liệu (h 1 , h 2 ) là chiều cao cột nước trong

ống đo tại thời điểm t 1 , t 2

(1)

-tiếp-Hệ số thấm xác định theo công thức:

) (

lg 3 , 2 ) (

ln

1 2 2 1

1 2 2 1

t t A h

h L a t

t A h

h L a k

L : chiều dài của mẫu thí nghiệm.

a : diện tích tiết diện của ống đo;

A : diện tích tiết diện của mẫu đất;

h 1 , h 2 : lần lượt là chiều cao cột nước trong ống đo tại thời điểm

t 1 , t 2 Trong đó:

-tiếp Do TN trong phòng mẫu ít, không đủ đặc trưng  Làm hiện

trường bằng hút nước trong lỗ khoan

- Bố trí 2 giếng: giếng quan trắc và giếng bơm hút

- Do lưu lượng ở giếng bơm hút , quán sát độ hạ thấp mực

nước ngầm ở giếng quan trắc

- Khi lưu lượng bơm không đổi, mực nước ở các giếng

không đổi  đạt trạng thái ổn định.

- Phân tích tính toán Kt

 Xem các tài liệu chuyên sâu.

6 Hệ số thấm tương đương của nền nhiều lớp

Giả sử nền có n lớp đất với chiều dày mỗi lớp là h i Hệ số thấm ngang tương ứng k hi

)(1 1

i n i i n i

i v bh q

h 2 , kh2

n

i i hi tđ

ng tđ

h

h k I H b

q I

v k

1 1

h

H k I k v

1

tđ

n

i i

k

h v H

i ik

h v h H

1 1

n

i i đ

t đ

k h

h k

1 1

Một mẫu đất tiết diện ngang F = 103 cm 2 , chiều cao mẫu h =

20 cm Thí nghiệm thấm cột nước áp không đổi H = 55cm

Sau thời gian t = 6 phút, lưu lượng thấm qua là Q = 14,5 cm 3.

Xác định hệ số thấm của mẫu đất?

Lời giải:

Ví dụ 2:

Công thức xác định hệ số thấm từ TN cột nước áp không đổi

F: diện tích mặt cắt ngang mẫu đất, cm2

A: diện tích tiết diện ngang của mẫu.

Lực thấm cho một đơn vị thể tích được gọi là Áp lực thấm j, được xác định:

-tiếp-vì

n

A H

A L

A H A L

J

.

.

Nếu gradient thủy lực I tăng, áp lực thấm jtăng đến thắng

được trọng lượng bản thân các hạt  các hạt bị đẩy nổi lơ

lửng: hiện tượng “đất sôi”

Gradient thủy lực khi xuất hiện hiện tượng đất sôi (j =  đn

) gọi là gradient thủy lực tới hạn I c :

a Hiện tượng xói ngầm:

-tiếp-đn n

n

n c

b Điều kiện xói ngầm:

Hiện tượng xói ngầm xảy ra khi:

I j

Cát tường cừ

J

hcK

HI

NM

Q

MN trên

-tiếp-II TÍNH BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT

Dưới tác dụng tải trọng  nền đất bị biến dạng.

Do tải trọng công trình thường nhỏ  ( BD hạt đất + BD của

nước trong lỗ rỗng ) là không đáng kể  bỏ qua.

Giả thiết cơ bản:Biến dạng của đất chủ yếu là do giảm thể

tích lỗ rỗng (V r giảm) và coi V h = const

1 Thí nghiệm bàn nén và đặc điểm biến dạng của đất

a Nguyên lý thí nghiệm: ở độ sâu nghiên cứu đặt 1 bàn nén

đủ cứng Qua bàn nén truyền tải trọng lên nền đất đồng thời theo dõi độ lún của bàn nén.

h m

Bàn nén P

b Sơ đồ thí nghiệm :

1.1 Thí nghiệm bàn nén hiện trường

* Thiết bị TN gồm: bàn nén (tấm nén); bộ phận gia tải; thiết

* Sơ đồ TN:

-tiếp-Kích thủy lực Bàn nén

Hình dạng: hình tròn hoặc hình vuông;

Diện tích bàn nén thường là: A = 1m 2

 Hệ gia tải gồm: kích thủy lực và đối tải:

- Kích thủy lực: năng lực = (1,5  2,0) tải dự kiến sử dụng.

- Đối tải: dầm đỡ gắn chặt vào neo xoắn Số lượng dầm và neo tùy thuộc vào tải trọng.

 Hệ đo lún: có độ chính xác 0,01mm; bố trí tối thiểu 2 chiếc đối xứng qua bàn nén.

-tiếp-Tải tăng dần (hoặc giảm dần) từng cấp Mỗi cấp tải được

giữ không đổi Tải thẳng đứng P i → áp lực nén p i :

c Cách thí nghiệm :

i i

P p

A



A: diện tích của bàn nén

p i → S i = f(t)

Thời gian t đủ lớn (t = ): S i → S i (dần ổn định): tăng tải;

hoặc tăng không ngừng: dừng thí nghiệm.

Ở mỗi cấp, duy trì tải đến khi đạt ổn định lún qui

ước:độ lún của bàn nén  0,01mm sau khoảng thời gian 1h với

0

S Biểu đồ quan hệ (p, t); (S, t) Biểu đồ quan hệ (p, S) S

-tiếp-Xác định môđun biến dạng của đất E 0 ứng với một cấp tải

nào đó:

2 0 0

S: độ lún của đất (khi thí nghiệm) tương ứng với cấp tải p;

b: cạnh của bàn nén vuông hoặc đường kính của bàn nén tròn;

Tải trọng ứng với sự thay đổi đột ngột tốc độ lún được coi là tải

trọng giới hạn P gh Tải trọng cho phép tác dụng lên nền lấy bằng (0,7  0,8)P gh

-tiếp-VÍ DỤKết quả thí nghiệm bàn nén kích thước 70,7 x 70,7 cm

1.50 104.1 1.75 177.0

3 2 1

S

P

Khi P nhỏ,thì đường cong gần như là đường thẳng (quan hệ

giữa P-S là tuyến tính),.

Độ lún S ban đầu chủ yếu là do sự giảm thể tích lỗ rỗng, sau

đó thêm biến dạng trượt ngang (nở hông) hình vẽ

Khi tải trọng lớn P  P gh ,mặt trượt

liên tục được hình thành; đẩy khối đất

trượt trồi lên hay ép nó xuống sâu và

sang bên Lúc này quan hệ giữa P-S là

quan hệ phi tuyến.

1.2 Các đặc điểm biến dạng

Thí nghiệm dỡ tải và nén - dỡ:

Đường nén và đường dỡ không trùng nhau → biến dạng của đất gồm 2 phần:

Phần phục hồi lại được khi

dỡ tải: biến dạng đàn hồi (S đh ).

Phần không phục hồi lại được khi dỡ tải: biến dạng dư (S dư ).

Thông thường: S dư >> S đh

Nhưng càng nén với p0<< Pghthì thành phần Sdưcàng giảm và Sđhcàng tăng

TN 0 nén-dỡ S

Thí nghiệm nén trùng phục : Thí nghiệm nén đất dưới tải

trọng p1, rồi dỡ tải, lặp lại quá trình đó nhiều lần với tải p1không

đổi thì quan hệ (p, S) có dạng như bên.

Biến dạng dư và biến dạng đàn

hồi đều giảm nhưng biến dạng dư

giảm nhanh hơn.

Số lần nén - dỡ đủ lớn, cuối cùng

chỉ còn biến dạng đàn hồi → đất

đạt TTGH nén chặt dưới tải p 1

Khi tải vượt quá p 1 , biến dạng dư

lại xuất hiện và làm tương tự → đất

2.1 Sơ đồ thí nghiệm nén không nở ngang

P

Đá thấm

Mẫu đất

Nắp truyền lực Đồng hồ đo c.vị

- Hộp nén:đủ cứng (để mẫu không biến dạng ngang khi TN);

- Nắp truyền lực (tấm nén):truyền tải trọng tập trung thẳng

đứng P thành ứng suất nén phân bố đều  lên mẫu;

- Đồng hồ đo biến dạng:độ chính xác 0,01mm (gắn trực

tiếp lên trên nắp truyền lực;

- Dao vòng:dùng để lấy mẫu thí nghiệm;

- Đá thấm:để thoát nước (nằm ở trên và dưới mẫu)

2.3 Trình tự thí nghiệm

- Tải trọng đứng bắt đầu thí nghiệm  0 (p 0 ) thường gần với áp

lực tự nhiên (.z với z là độ sâu lấy mẫu).

- Khi mẫu đất được lấy bằng biện pháp kỹ thuật tốt, bảo quản

và chế bị tốt  hệ số rỗng e 0 lúc đầu thí nghiệm sẽ  hệ số

rỗng của đất ở hiện trường.

2.4 Kết quả thí nghiệmMỗi cấp ta thu được cặp số liệu ( i , S i ) → ( i , e i ) nhờ giả thiết

V h = const.

) 1

o

i o

h

S e

S i : độ lún ổn định cấp tải thứ i;

h 0 : chiều cao ban đầu của mẫu;

e 0 : hệ số rỗng ban đầu của mẫu Kết quả thí nghiệm được biểu diễn bằng đồ thị quan hệ giữa ứng suất nén  và hệ số rỗng e dưới 2 dạng:

Độ dốc của đường cong de/d

biểu thị mức độ biến dạng của

nền đất.

Thực tế, người ta dùng độ dốc

trung bình của đường cong trên

1 khoảng thay đổi nào đó của

ứng suất làm đặc trưng biến

dạng gọi là hệ số nén lún a

trong khoảng thay đổi của ứng

suất nén từ  1 -  2:

1 2 2 1 2

1 1

1

i i i

-tiếp-Hệ số nén lún a là đại lượng đặc trưng cho tính nén lún

của đất Đất có hệ số nén càng lớn tính biến dạng càng cao

S V

a V e

a

1 1

.

1 1

A: diện tích tiết diện mẫu;

Thay e = a. ta có:

e 1 : hệ số rỗng trước khi gia tăng ứng suất ;

e : hệ số rỗng sau khi gia tăng ứng suất .

Trong đó:

-tiếp-Nếu sự thay đổi ứng suất  = 1 thì m v = V khi V = 1 hay m v

chính là lượng thay đổi của thể tích đơn vị khi ứng suất tăng

1 đơn vị và được gọi là hệ số nén thể tích.

b Đường cong nén e = f(lg), Chỉ số nén C c của đất

Độ dốc đường cong biểu thị mức độ biến dạng của nền đất Chỉ số nén C c

Đường cong dỡ tải

lg

e

- Từ đồ thị cho thấy đất có tính nở thấp.

- Kết quả nén lại sẽ khôi phục

dần trạng thái trước đó theo

đường cong nén lại có độ dốc

C s nhỏ hơn C c rất nhiều

 chỉ số nén lại C s

* Theo kinh nghiệm:

C s = (1/10 – 1/5)C c

c Thí nghiệm mẫu ở độ sâu h trong nền đất

Ở trạng thái tự nhiên (tĩnh), phân tố đất đất tại độ sâu h chịu tác dụng của trọng lượng bản thân các lớp đất bên trên: Ứng suất nén theo phương đứng (hay còn gọi ứng suất lớp phủ)  v = h; hệ số rỗng tự nhiên tương ứng e v

Lấy mẫu, ứng suất giảm về 0  đất trải qua quá trình dỡ tải làm mẫu bị nở ra, hệ số rỗng xác định theo các chỉ tiêu vật lý

là hệ số rỗng ban đầu e 0 = e v + e Do đất có tính nở thấp nên coi e v  e o :

Dưới đây là đường cong nén đất thực tế

Khi nén mẫu dưới ứng suất nén    v  đường cong nén lại với độ dốc C s

Khi ứng suất nén  >  v : đường cong nén dần trở lại với

đường cong nén nguyên thủy.

Điểm B( v , e v ) biểu thị đất ở trạng thái tự nhiên;

Điểm A(0, e o ): đất sau khi nở ra do giảm ứng suất vì lấy mẫu (điểm bắt đầu thí nghiệm nén);

-tiếp-Đoạn BA: đường cong nở do giảm ứng suất;

Đoạn AD: đường cong nén lại;

Đoạn ADEC: đường cong nén nguyên thủy đối với mẫu

đã giảm ứng suất;

Đoạn BC: đường cong nén thực sự của đất.

Điểm B phụ thuộc độ sâu lấy mẫu.

Kéo dài 2 đoạn AD và EC cắt nhau tại điểm F với ứng suất

nén lớn nhất mà phân tố mẫu đất tại độ sâu lấy mẫu trải qua

trong quá khứ  c (p c ) gọi là ứng suất tiền cố kết (áp lực

tiền cố kết).

-tiếp-Tùy theo quan hệ  c và  v mà ta phân biệt các trạng thái

cố kết như sau:

 c =  v : đất cố kết bình thường ( NC : normally Consolidated )

 c <  v : đất chưa cố kết ( UC : Under Consolidated ).

 c >  v : đất quá cố kết ( OC : Over Consolidated )

 c : Ứng suất theo phương đứng lớn nhất mà đất từng chịu trong quá khứ (xác định bằng TN)

 v : Ứng suất theo phương đứng hiện tại của đất.

c v





 Cả  c và  v đều phụ thuộc vào độ sâu lấy mẫu, gần

đúng coi tỷ số giữa  c và  v không đổi cho một lớp đất,

không phụ thuộc vào độ sâu lấy mẫu gọi là hệ số quá cố

kết OCR (Over Consolidated Ratio):

Ngoài a , để mô ta biến dạng của đất, ta còn dùng Eo – Mô đun biến dạng của đất.

-a cho biết khả năng biến dạng của đất nhiều hay ít.

-Eo cho biết khả năng chống lại tác dụng của nén lún.

-E # Eo như thế nào?

+ E là mô đun đàn hồi chỉ xét đến biến dạng thuần túy đàn hồi

+ Eo là mô đun biến dạng có xét đến cả biến dạng đàn hồi

và biến dạng dư của đất.

d Mođun nén lún của đất E n

Giả thiết đất là 1 vật thể đàn hồi đẳng hướng, được đặc trưng

bởi mođun đàn hồi E và hệ số biến dạng 

Thí nghiệm nén 1 trục: biến dạng ngang tương đối theo hai

phương x và y:  x =  y = 0 Theo định luật Hook:

z z

S h

z z

Ứng suất nén  , (kPa) 50 100

Độ lún , S (mm) 0.96 1.39

200 400 800 1.75 2.08 2.24

VÍ DỤ 1Thí nghiệm nén không nở ngang 1 mẫu đất trong phòng

thu được kết quả:

Yêu cầu: Vẽ đường cong nén e = f() và xác định hệ số

nén của đất khi ứng suất thay đổi từ  1 = 75 kPa   2 =

o

i o

h

S e

Dựa vào kết quả tính, vẽ đường cong e - p

VÍ DỤ 2Một mẫu đất có trọng lượng riêng  w = 18 kN/m 3 , tỷ trọng hạt  = 2,7, độ ẩm tự nhiên W = 12%, hệ số poisson  0 = 0,3 Thí nghiệm nén không nở ngang cho kết quả:

Yêu cầu: Vẽ đường cong nén e = f(p) và xác định hệ số nén,

hệ số nén thể tích m v , mô đun biến dạng của mẫu đất đó.Lời giải:

3 Cố kết thấm của đất sét bão hòa nước3.1 Khái niệm

- Hiện tượng cố kết của nền là hiện tượng lún của nền kéo dài theo thời gian dưới tác dụng của tải trọng không đổi.

- Đất càng nhiều hạt mịn  thời gian cố kết càng dài →

cố kết của đất sét chính là đối tượng cần nghiên cứu kỹ.

+ Đất sét bão hòa nước khi chịu tải trọng, để xảy ra biến dạng thì nước phải được thoát ra khỏi lỗ rỗng + Với đất dính: kích thước hạt nhỏ, lỗ rỗng bé  nước thoát ra chậm → quá trình cố kết diễn ra dài.

Cố kết = cố kết sơ cấp + cố kết thứ cấp

Cố kết sơ cấp (cố kết thấm): là cố kết liên quan đến

thoát nước khỏi lỗ rỗng  Cố kết thấm chiếm chủ yếu.

- Cố kết thấm được nghiên cứu bởi Lý thuyết cố kết

thấm 1 chiều của Terzaghi.

Cố kết thứ cấp: là cố kết không do thoát nước khỏi lỗ

rỗng Cố kết thứ cấp chiếm phần nhỏ (thường bỏ qua).

- Cố kết thứ cấp được nghiên cứu, tính toán thông qua Lý

thuyết từ biến.

Cơ chế hiện tượng cố kết thấm của sét bão hòa được

Terzaghi giải thích dựa trên mô hình cố kết thấm.

-1 bình chứa đầynước được đóng kín bằng pittông

Ống

đo áp

Nước

Pittông

-Ống đo ápđể đo áp lực nước

 Quá trình chuyển hóa ứng suất:

 h

- Ngay sau khi tăng tải, quan sát thấy hiện tượng sau:

 Lò xo không biến dạng  chưa chịu lực;

Nước trong ống đo tăng đến chiều cao h  nước trong bình chịu áp lực dư có cường độ bằng .

Chính tác dụng của tải trọng  làm cho cột nước trong ống dâng lên chiều cao h = / n

toàn bộ tải trọng ngoài  do nước tiếp thu

Giai đoạn 2 (Mở van thoát nước A): nước trong bình

thoát ra qua van A, đồng thời quan sát thấy hiện tượng:

- Cột nước trong ống đo giảm  áp lực lên nước giảm;

- Lò xo bị nén lại làm cho nắp bình dần lún xuống  lò xò

đã chịu tải và tải trọng tác dụng lên lò xo tăng dần.

Tải trọng ngoài  do cả nước và lò xo cùng chịu

-tiếp-Giai đoạn 3 (Duy trì mở van): Khi thời gian đủ lớn thì:

- Chiều cao cột nước giảm về bằng mức nước trong bình,

nước trong bình thôi thoát ra

- Lò xo bị nén tối đa và pittông dừng lún.

Nước trong bình không chịu áp lực dư nữa, toàn

bộ tải trọng ngoài do lò xo tiếp nhận.

-tiếp-b Nhận xét:

Nếu kích thước van thoát nước lớn  nước chảy ra nhanh

và áp lực bên trên truyền ngay đến lò xo.

Nếu kích thước van rất nhỏ hẹp  nước thoát ra chậm  sau thời gian dài biến dạng của lò xo mới ổn định Kích thước van càng nhỏ thì lò xo nén xuống càng chậm

Và đây được coi là hiện tượng đặc trưng của đất sét vì trong đất sét các lỗ rỗng thường rất nhỏ.

-tiếp-c Giải thích hiện tượng

Nướcđóng vai trò nhưnước trong lỗ rỗng

Lò xođóng vai trò nhưhạt đất (cốt đất).

Van thoát nướcđóng vai trò nhưcác lỗ rỗng trong đất;

Tải trọng đóng vai trò nhưtải trọng công trình tác dụng

lên đất.

Theo mô hình cố kết thấm của Terzaghi thì ở đây:

Giải thích: Khi tiếp nhận tải , toàn bộ tải trọng ngoài sẽ do nước

trong lỗ rỗng chịu tạo ra áp lực nước lỗ rỗng dư Theo thời gian,

áp lực nước  nước thoát ra khỏi lỗ rỗng  tạo ra dòng thấm

trong đất.

Nước thoát ra khỏi lỗ rỗng  cốt đất dần tiếp nhận tải trọng và

xảy ra biến dạng Vì nước trong đất thoát ra chậm nên quá trình

này đòi hỏi cần có thời gian  quá trình lún theo thời gian.

-tiếp-* Trong lý thuyết cố kết thấm:

Áp lực nước dư gọi là áp lực nước lỗ rỗng u ;

Ứng suất trung bình trong cốt đất gọi là ứng suất hữu hiệu ’ (ứng suất này làm cho lò xo bị lún chứ không phải

do áp lực nước);

 là ứng suất tổng do tải trọng ngoài gây ra.

Tại mọi thời điểm: ứng suất tổng = ứng suất hữu hiệu + áp lực nước lỗ rỗng hay  = ’ + u.

Quá trình cố kết thấm là quá trình chuyển áp lực nước lỗ rỗng thành ứng suất hữu hiệu (áp lực nước lỗ rỗng giảm dần, ứng suất hữu hiệu tăng dần).

a Đặt vấn đề:

3.3 Lý thuyết cố kết thấm 1 chiều của Terzaghi

Bài toán cố kết thấm 1 chiều: Khảo sát biến dạng của một

lớp đất sét bão hòa nước có chiều dày hữu hạn h nằm trên

nền đá cứng không thấm nước, chịu tác dụng của tải trọng

phân bố đều cường độ p trên bề mặt.

Vấn đề cần giải quyết: Xác định ứng suất hữu hiệu ’(z, t) và

xác định độ lún của nền tại thời điểm t nào đó S(t) kể từ khi

nước

z

Sét bão hòa

Cát

Đá không thấm, không nén được

3.3 Lý thuyết cố kết thấm 1 chiều của Terzaghi

 Sơ đồ bài toán cố kết thấm 1 chiều (thoát nước 1 biên, n = 1)

-tiếp-Sơ đồ bài toán cố kết thấm 1 chiều

(thoát nước 2 biên, n =2)

-tiếp-Nền đất là sét bão hòa nước  quá trình cố kết là do thoát nước gây ra (tốc độ nén lún của đất hoàn toàn phụ thuộc vào tốc độ thoát nước, ngoài ra không phụ thuộc vào yếu tố nào khác).

Các hạt đất và nước trong các lỗ rỗng không bị thay đổi thể tích (xem như không nén được) Sự thay đổi thể tích tương ứng sự thay đổi hệ số rỗng;

 Hệ số thấm k v và các đặc trưng biến dạng (m v , a) của đất không đổi trong quá trình cố kết: k v = const, m v = const.

 Biến dạng của đất cũng như quá trình thoát nước lỗ rỗng chỉ xảy ra theo chiều thẳng đứng.

c Phương trình vi phân cố kết thấm một chiều

Khảo sát 1 khối phân tố ở độ sâu z có chiều dày dz, diện

tích đáy = 1 đơn vị tại thời điểm t

Kết hợp giả thiết : lượng nước thoát ra khỏi phân tố bằng

lượng giảm thể tích lỗ rỗng trong khoảng thời gian dt: Q =

V r

dV t n dV dt t

n t n dt dA z v dt dA

( ) (

z u k z

v z

u k z

h k z i k z v

o v

o v v v

) ) (

t e t e t n



 ( ) ( )

11

e tb : hệ số rỗng tự nhiên trung bình của đất.

Với k v = const, m v = const  C v = const

(2)

trở thành PTVP đạo hàm riêng biến là z và t

-tiếp-* Xác định nghiệm của phương trình (2):

* Điều kiện biên:

Với t = 0 (ngay sau khi đặt tải): u = p với z;

v 2

C 1

( , ) sin sin exp

h n

i n

v i

z p t z

24expsin4),

-tiếp-* Xác định ứng suất hữu hiệu ’(z,t)

Do nền có chiều dày hữu hạn nên tổng ứng suất do tải

trọng ngoài p gây ra như nhau tại z: (z,t) = p

Xét phân tố đất có chiều dày dz ở độ sâu z Tại thời điểm

t, ứng suất hữu hiệu ’(z,t) = (z,t) – u(z,t).

4 '( , ) 1 sin exp

4

vC z

Biến dạng lún của lớp phân tố dz: S = m v ’(z,t)dz.

Độ lún của toàn bộ nền tại thời điểm đó

Tại thời điểm t = : ’ =  = p , độ lún cuối cùng S :

-tiếp-S = mv.p.h

* Xác định độ cố kết U(t) Gọi U(t) là độ cố kết của nền tại thời điểm t:

Gọi T v là nhân tố thời gian và đặt:

(4)

2

v v

Tập số liệu {S i , t i } ứng với cấp tải trọng nén không đổi p j

S i : độ lún của mẫu tại thời điểm t i (phút) kể từ khi bắt đầy

giá tải trọng nén p j

Quan hệ S = f(t) :

-tiếp-4.2 Phương pháp Casagrande Kết quả biểu diễn dạng S = f(lgt) gồm 2 đoạn thẳng nối với nhau bằng 1 đoạn cong Giao 2 đoạn thẳng biểu thị sự kết thúc cố kết thấm theo Terzaghi ứng với U = 100%.

t



h: chiều dài đường thoát nước

thoát 1 chiều: h = ho;

thoát 2 chiều: h = ho/2

h o : chiều cao ban đầu của mẫu;

t 50 : thời gian mẫu cố kết 50%.

thoát 2 chiều: h = ho/2

h o : chiều cao ban đầu của mẫu;

t 90 : thời gian mẫu cố kết 90%.

số nén thể tích m v = 0,01 cm 2 /kG, hệ số thấm k z = 10 -8 cm/s.Lời giải

2

v v

III TÍNH CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT

1 Khái niệm chung

* Khi xây dựng công trình, nếu nền đất bị phá hoại  công trình cũng bị phá hoại (mất ổn định) → việc nghiên cứu tính bền là rất quan trọng.

a Tính bền

Mặt trượt

Đất bị đẩy trồi

Mặt trượt

Giữa tính bền và sự phá hoại có mối quan hệ chặt chẽ Sự

phá hoại của đất đưa đến sự mất ổn định cho công trình.

-tiếp-→ sự phá hoại trên gọi là phá hoại trượt (phá hoại cắt).

Cần nghiên cứu cơ chế và các dạng phá

hoại của đất.

-tiếp-b Cơ chế phá hoại trượt của đất Thí nghiệm nén 1 chiều có nở ngang để nghiên cứu cơ chế phá hoại trượt:

Mẫu sét hình trụ có h/d = (1,5  2,0) chịu ứng suất nén có cường độ :

-tiếp-b Cơ chế phá hoại trượt của đất

Khi ứng suất nén  tăng dần: mẫu bị biến dạng cả phương

đứng và phương ngang.

Khi ứng suất nén đủ lớn: mẫu xuất hiện vết nứt nghiêng và

2 phần mẫu trượt lên nhau theo mặt nghiêng tương ứng.

P

Vết nứt

Xuất hiện vết nứt → mẫu bị phá

hoại cắt Ở những điểm phá hoại, đất

bị trượt lên nhau và các mặt trượt tại

các điểm lân cận nối liền nhau tạo

 Tại mọi điểm trong vùng biến dạng dẻo cũng xảy ra hiện tượng trượt lên nhau nhưng do liên kết giữa các hạt đất là liên kết keo nhớt nên không xuất hiện vết nứt rõ rệt

Kết luận chung: xảy ra hiện tượng trượt kể trên là do tại vị trí của vết trượt ứng suất cắt cực đại vượt quá khả năng chống cắt của đất.

2 Thuyết bền Mohr – Coulomb về sức chống cắt

của đất

-tiếp Lực ma sát xuất hiện khi đất có xu hướng trượt lên nhau

tương tự ma sát 2 vật thể thông thường Lực ma sát tỷ lệ

thuận với lực nén vuông góc với mặt trượt bởi hệ số ma sát.

(, c) : đặc trưng chống cắt của đất, xác định bằng thí nghiệm;

 : ứng suất nén tạo ra ma sát đơn vị (do tải trọng gây ra, phụ thuộc vào điểm khảo sát).

Trạng thái cân bằng bền khi:  < s ;

Trạng thái cân bằng giới hạn (CBGH) khi:  = s Lưu ý: Với đất không xảy ra  > s

Nếu gọi  max là ứng suất cắt lớn nhất có thể có trên 1 mặt phẳng nào đó qua điểm đang xét M thì theo Mohr tính bền của đất được đảm bảo khi:  max  s = tg + c

0

Bước 2

Tiến hành các TN trong điều kiện khác nhau

Dao vòng

và mẫu đất

Chốt định vị Đá thấm

Nắp truyền lực

Quả cân

Móc treo

Vũng ứng biến

-tiếp-Mẫu nguyờn dạng được chuyển từ dao vũng vào hộp cắt.

Bước 1: gia tải thẳng đứng P tạo ra

ứng suất nộn định trước  (với mỗi

A

 

Để xỏc định được đặc trưng chống cắt phải TN khụng dưới 3

trị số ứng suất nộn khỏc nhau  i (thường 4  6 cấp) Mỗi cấp

Cặp số liệu { i ,  fi ( max i )} với  fi là ứng suất cắt khi mẫu bị

phỏ hoại cũng chớnh là sức chống cắt s i của đất ứng với ứng

suất nộn  i  ( i ,  fi )  ( i , s i )

Biểu diễn đồ thị quan hệ s = f() Cỏc đặc trưng chống cắt (, c)

được xỏc định bằng đo trực tiếp hoặc tớnh toỏn.

-tiếp-d Ưu nhược điểm

Thiết bị đơn giản, thao tỏc dễ dàng;

Giỏ thành thiết bị và chi phớ thớ nghiệm rẻ

Chỉ TN được với chế độ cắt nhanh (do khụng đo được ỏp lực nước lỗ rỗng)  (, c) theo ứng suất tổng;

Khi TN mẫu chuyển vị theo phương ngang  diện tớch mẫu giảm yếu  ứng suất khụng phải

là hằng số;

Ứng suất cắt phõn bố khụng đều

Đất bị cắt theo một mặt phẳng định trước nờn mặt phẳng cắt chưa chắc là mp yếu nhất.

VÍ DỤ 1Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp của 1 mẫu đất cho kết quả:

Dựa vào các cặp số liệu (,) ta vẽ đồ thị xấp xỉ s = f()

như trong hình vẽ dưới đây:

VÍ DỤ 1



(kPa)

61 93 119 140

a- §Êt tèt chÆt b- H¬i qu¸ cè kÕt

(dßn) qu¸ cè kÕt C¾t tõng phÇn Ch¶y dÎo

 Một mẫu đất hình trụ được gia tải cho đến phá hoại

 Thí nghiệm cón tên là “3 trục”

vì mẫu đất chịu tác dụng của 3 ứng suất chính – được giả thiết hoặc điều khiển được

Thanh

piston

Đo áp lực nước lỗ rỗng và lượng

Đo áp lực

buồng

 Trong quá trình cắt, ứng suất chính,  1

bằng áp lực tác dụng bởi cần piston ( = P/A) cộng với áp lực buồng (confining stress),  3

 Lực tác dụng bởi cần Piston,  1 -  3 được gọi là độ chênh ứng suất (deviator stress)

 Ứng suất chính,  2 =  3 và bằng áp lực buồng.

 Khi phá hoại mặt phẳng cắt nghiêng

1 góc /4  /2 với phương ứng suất chính nhỏ nhất  3 và lớn nhất  1