Cơ học đất nâng cao 02

Bài giảng bổ ích về cơ học đất, mang lại cho bạn đọc nhiều kiến thức hay và sâu sắc về nền móng, cơ học đất.Với mục đích cho các bạn nhiều tài liệu hơn để nghiên cứu, tài liệu được biên soạn theo dạng trình chiếu nên các bạn dể hiểu hơn về nội dung.

Trang 1

1 Tên môn học:

Cơ học đất nâng cao

(Advanced Soil Mechanics)

Bài giảng A Prof Dr CHÂU NGỌC ẨN

Trang 2

Tính chất vật lý của đất

(tự đọc)

Trang 5

Với đất hạt thô để phân tích cở hạt thí nghiệm rây với bộ rây chuẩn theo thứ tự rây có mắc rây lớn đặt bên trên và nhỏ dần xuống dưới, dưới cùng là đáy rây.

Kích thước mắc lưới nhỏ nhất thuận tiện cho chế tạo là 74 micromét (một inche được chia thành 200 mắc lưới nên còn được gọi là rây số 200) hoặc 50micromét (cho các nước dùng hệ đo chiều dài là mét) Rây có mắc lưới nhỏ hơn rất khó chế tạo và kém hiệu quả khi rây, vì các hạt đất có điện tích thường gắn chặt vào các cọng lưới làm giảm kích thước mắc lưới

Trang 7

Trang 8

Để phân tích cở hạt thành phần mịn, các phòng thí nghiệm thường sử dụng phương pháp lắng đọng các hạt đất trong nước và đo trọng lượng riêng của hổn hợp đất – nước và suy ra hàm lượng cở hạt đất nhờ định luật Stokes, được phát biểu: “Một hạt hình cầu rơi tự

do trong bán không gian chất lỏng sẽ nhanh chóng đạt đến vận tốc giới hạn không đổi” có công thức như sau:

trong đó

 s trọng lượng riêng của hạt

 w trọng lượng riêng của nước

 độ nhớt của nước

D đường kính hạt đất

Trang 9

Có thể sử dụng đất khô đã giả nhỏ bằng chày cao su (100g đất qua sàng số 10 hoặc 50g đất qua sàng số 200) trộn đều với khoảng 1000cc nước (có thêm hóa chất phá cợn để tách rời tất cả các hạt đất với nhau) để có được một hỗn hợp đất nước đưng trong một ống thủy tinh hình trụ, có vạch xác định 1000cc Lắc thật đều cả về mật độ và hạt độ hỗn hợp đất nước trên, nghĩa là trong bất kỳ một cc hỗn hợp có một lượng đất bằng nhau và trong lượng đất này có đầy đủ tất cả các loại cở hạt.

Xét một cm 3 hỗn hợp đất và nước ở độ sâu Z dưới mặt nước và lưu ý đến một cở hạt đường kính D 1 , thời gian để hạt D 1 rơi từ mặt nước đến độ sâu Z, với vận tốc

v 1 tính theo công thức (I.1), là t 1 =Z/v 1 Trong cm3 đang khảo sát ở thời điểm t 1 có loại hạt lớn nhất là D 1 và đầy đủ các cở hạt nhỏ hơn D 1 Do các hạt lớn hơn D 1 rơi nhanh hơn D 1 nên nếu cùng rơi từ mặt nước thì đến thời điểm t 1 đã chìm sâu hơn

Z, còn các hạt nhỏ hơn D1 rơi chậm hơn nên vẫn còn đầy đủ trong đơn vị thể tích đang khảo sát, trong khoảng thời gian  t một lượng hạt có đường kính D 2 < D 1 rời khỏi thể tích đơn vị đang khảo sát thì cũng có một lượng tương tự rơi bù vào từ bên trên, vì đất phân bố đều theo mật độ và hạt độ trong hỗn hợp đất – nước.

Trang 10

Gọi M là trọng lượng hạt đem làm thí nghiệm lắng đọng, ở thời điểm khởi đầu thí nghiệm lúc vừa mới lắc đều hỗn hợp, thì một đơn vị thể tích (1cm 3 ) chứa M/V lượng hạt (V là thể tích hỗn

hợp), lượng hạt này chiếm một thể tính là M/(V  s ) và thể tích nước trong một đơn vị thể tích là [1-M/(V  s )] Như vậy, ban đầu một đơn vị thể tích hỗn hợp có trọng lượng là

 i = M/V + [1-M/(V  s )]  w

Vào thời điểm t 1 tại độ sâu Z trong một đơn vị thể tích, chỉ còn các hạt bằng và nhỏ hơn D 1 Gọi N’ D1 là hàm lượng các hạt nhỏ hơn D 1 , trọng lượng hạt trong đơn vị thể tích đang khảo sát là N’D1M/V lượng hạt này chiếm một thể tính là N’ D1 M/(V  s ) và thể tích nước trong một đơn vị thể tích là [1- N’D 1 M/(V  s )] Do đó, vào thời điển t1 ở độ sâu Z, một đơn vị thể tích hỗn hợp có trọng lượng là

 Z = M/V + [1- N’D 1 M/(V  s )]  w

Như vậy, nếu vào thời điểm t1 đo được trọng lượng riêng dung dịch tại độ sâu Z dễ dàng tính được hàm lượng N’ D1 của cở hạt mịn hơn D 1

Trang 18

Giới hạn dẻo w p là độ chứa nước của một que đất có đướng kính 3mm bị rạn nứt khi se đất bằng tay trên mặt kính

I P < 1 đất cát; 1< I P < 7 đất á cát; 7< I P < 17 đất á sét

I P > 17 đất sét

ĐỘ SỆT

I L < 0 đất ở trạng thái cứng

0 < I L < 1 đất ở trạng thái dẻo

Trang 19

GIỚI HẠN LỎNG ( w l ) là độ chứa nước của mẫu đất trong thí nghiệm nón xuyên có độ ngập sâu 2cm

Trang 20

Unified Soil Classification

Coarse grained soils

To determine M or C use plasticity chart

Below A-line use suffix M - Silt Above A-line use suffix C - Clay

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Liquid limit 0

10 20 30 40 50 60

CL

OL ML

or CL

ML

"A " l ine

Comparing soils at equal liquid limit Toughness and dry strength increase with increasing plasticity index

Plasticity chart for laboratory classification of fine grained soils

Trang 21

Unified Soil Classification

• Fine grained soils (> 50% finer than 75 m m)

• Both letters determined from plasticity chart

Liquid limit 0

10 20 30 40 50 60

ML

"A " l ine

Trang 22

Give typical names: indicate proximate percentages of sandand gravel: maximum size:

ap-angularity, surface condition,and hardness of the coarsegrains: local or geological nameand other pertinent descriptiveinformation and symbol inparentheses

For undisturbed soils add mation on stratification, degree

infor-of compactness, cementation,moisture conditions and drain-age characteristics

Example:

Well graded gravels, sand mixtures, little or nofines

Poorly graded gravels, sand mixtures, little or nofines

gravel-Silty gravels, poorlygraded gravel-sand-silt mixturesClayey gravels, poorly gradedgravel-sand-clay mixturesWell graded sands, gravellysands, little or no finesPoorly graded sands, gravellysands, little or no finesSilty sands, poorly gradedsand-silt mixturesClayey sands, poorly gradedsand-clay mixtures

Predominantly one size or a range ofsizes with some intermediate sizesmissing

Non-plastic fines (for identificationprocedures see ML below)Plastic fines (for identification pro-cedures see CL below)

Wide range in grain sizes and stantial amounts of all intermediateparticle sizes

sub-Predominantely one size or a range ofsizes with some intermediate sizes missingNon-plastic fines (for identification pro-cedures, see ML below)

Plastic fines (for identification cedures, see CL below)

Dry strength crushing characteristics

None toslightMedium tohighSlight tomediumSlight tomediumHigh to veryhighMedium tohighReadily identified by colour, odourspongy feel and frequently by fibrous

Dilatency (reaction

to shaking)

Quick toslowNone to veryslowSlowSlow tononeNoneNone to veryhigh

Toughness (consistency near plastic limit)

None

Medium

SlightSlight tomediumHighSlight tomedium

Inorganic silts and very fine sands,rock flour, silty or clayeyfine sands with slight plasticityInorganic clays of low to mediumplasticity, gravelly clays, sandyclays, silty clays, lean claysOrganic silts and organic silt-clays of low plasticityinorganic silts, micaceous ordictomaceous fine sandy orsilty soils, elastic siltsInorganic clays of highplasticity, fat claysOrganic clays of medium tohigh plasticity

Peat and other highly organic soils

Give typical name; indicate degreeand character of plasticity,amount and maximum size ofcoarse grains: colour in wet con-dition, odour if any, local orgeological name, and other pert-inent descriptive information, andsymbol in parenthesesFor undisturbed soils add infor-mation on structure, stratif-ication, consistency and undis-turbed and remoulded states,moisture and drainage conditions

Example

Clayey silt, brown: slightly plastic:

small percentage of fine sand:

numerous vertical root holes: firmand dry in places; loess; (ML)

Field identification procedures

(Excluding particles larger than 75mm and basing fractions on

estimated weights)

Group symbols 1

Typical names Information required for

describing soils

Laboratory classification criteria

C =D Greater than 4D

60 10 U

C = (D ) Between 1 and 3

D x D -30

10 c 2 60

Not meeting all gradation requirements for GWAtterberg limits below

"A" line or PI less than 4Atterberg limits above "A"

line with PI greater than 7

Above "A" line with

PI between 4 and 7are borderline casesrequiring use of dualsymbols

Not meeting all gradation requirements for SW

C =D Greater than 6D

60 10 U

C = (D ) Between 1 and 3

D x D -30

10 c 2 60

Atterberg limits below

"A" line or PI less than 4Atterberg limits above "A"

line with PI greater than 7

Above "A" line with

PI between 4 and 7are borderline casesrequiring use of dualsymbols

Highly organic soils

Unified soil classification (including identification and description)

Silty sand, gravelly; about 20%

hard angular gravel particles12.5mm maximum size; roundedand subangular sand grainscoarse to fine, about 15% non-plastic lines with low drystrength; well compacted andmoist in places; alluvial sand;

(SM)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Liquid limit 0

10 20 30 40 50 60

ML or CL

"A" l

ine

CI

CL-ML

Trang 23

Biểu đồ phân loại đất theo đường A trên hệ trục giới hạn lỏng và chỉ số dẻo.

C (Clay = đất sét)

M (Mjala = silt = đất bột, bụi)

O (Organic = hữu cơ )

H (high = dẻo cao)

L (dẻo thấp)

Trang 25

• Compaction reduces settlements under working loads

• Compaction increases the soil strength

• Compaction makes water flow through soil more difficult

• Compaction can prevent liquefaction during earthquakes

Trang 26

Factors affecting Compaction

• Water content of soil

• The type of soil being compacted

• The amount of compactive energy used

Trang 27

Laboratory Compaction tests

• Equipment

collar (mould extension)

Cylindrical soil mould

Hammer for compacting soil Handle

Base plate

Sleeve guide

Trang 28

Laboratory Compaction tests

• Equipment

collar (mould extension)

Cylindrical soil mould

Hammer for compacting soil Handle

Trang 30

Presentation of results

• The object of compaction is to reduce the void ratio, or to

increase the dry unit weight.

• In a compaction test bulk unit weight and moisture content are measured The dry unit weight may be determined as follows

Trang 31

Trang 32

Trang 33

From the graph we determine the optimum moisture content ,

m opt that gives the maximum dry unit weight , (  dry ) max

Trang 35

Sands and Gravels

For (cohesionless)soils without fines alternative specifications are often used These are based on achieving a certain relative density.

e = current void ratio

e max = maximum void ratio in a standard test

e min = minimum void ratio in a standard test

Trang 36

Sands and Gravels

For (cohesionless)soils without fines alternative specifications are often used These are based on achieving a certain relative density.

e = current void ratio

e max = maximum void ratio in a standard test

e min = minimum void ratio in a standard test

I d = 1 when e = e min and soil is at its densest state

I d = 0 when e = e max and soil is at its loosest state

Trang 37

Sands and Gravels

We can write I d in terms of  dry because we have

Trang 38

Sands and Gravels

dry

  

dry dry dry

Trang 39

Sands and Gravels

dry

  

dry dry dry

Trang 40

Sands and Gravels

dry

  

dry dry dry

The maximum and minimum dry unit weights vary significantly from soil to soil, and therefore you cannot determine dry unit weight from I d

Định dạng
Số trang	44
Dung lượng	1,66 MB