Cơ học đất nâng cao

Ph©n tÝch tû träng kÕ... Nó không dùng trong xây d ng móng... Định luật Darcy Phương dòng thấm Đất Phương dòng thấm... Tầng đất thấm nước Mực nước Mực nước Đá Ph ng trỡnh 2.11, suy t

N m 2012

M C L C:

CH NG 1 TÍNH CH T V T LÝ C A T 3

1.1 M đ u 3

1.2 Phân b c h t 3

1.3 Gi i h n c h t đ t 5

1.4 Các quan h tr ng l ng - th tích 6

1.5 ch t t ng đ i 9

1.6 Các gi i h n Atterberg 11

1.7 Các h phân lo i đ t 12

CH NG 2 TÍNH TH M N C C A T 21

2.1 nh lu t th m Darcy 21

2.2 Th m n đ nh 24

2.3 ng su t hi u qu 26

2.4 C k t 29

CH NG 3 XÁC NH LÚN C A N N 34

3.1 Tính toán đ lún c k t ban đ u 34

3.2 T c đ c k t theo th i gian 35

3.3 c k t do gia t i t ng d n 41

CH NG 4 TÍNH CH NG C T C A T 44

4.1 b n ch ng c t 44

4.2 Thí nghi m nén không h n hông 49

4.3 Các đ ng ng su t 51

4.4 C ng đ kháng c t c a đ t cát 65

4.5 Nh ng đ c tr ng ng suât - bi n d ng và c ng đ c a đ t dính bão hoà 89

CH NG 5 KHÁI NI M V C H C T KHÔNG BÃO HÒA & TR NG THÁI T I H N C A T 132

5.1 Khái ni m v c h c đ t không bão hòa 132

CH NG 1 TÍNH CH T V T LÝ C A T

1.1 M đ u

Khi thi t k n n móng công trình nh nhà , c u đ ng và đê đ p th ng c n các

ki n th c v (a) t i tr ng truy n t k t c u ph n trên xu ng h móng (b) đi u ki n đ a ch t

đ t n n (c) tính ch t ng su t - bi n d ng c a đ t mang h móng và (d) yêu c u c a các quy t c, quy ph m, tiêu chu n… xây d ng i v i k s n n móng, hai y u t (b) và (c)

là vô cùng quan tr ng vì chúng thu c l nh v c c h c đ t

Các tính ch t đ a k thu t c a m t lo i đ t nh phân b c h t, tính d o, tính nén ép

và tính ch ng c t, có th xác đ nh đ c t trong phòng thí nghi m Trong th i gian g n đây

đã nh n m nh t i vi c xác đ nh hi n tr ng các tính ch t v đ b n và tính bi n d ng c a đ t,

vì quá trình này tránh đ c s xáo đ ng m u đ t khi kh o sát hi n tr ng Tuy nhiên, trong

nh ng đi u ki n nh t đ nh, không ph i t t c các thông s c n thi t đ u có th xác đ nh đ c

vì đi u ki n kinh phí Trong nh ng tr ng h p nh v y, ng i k s ph i có nh ng gi đ nh

v các tính ch t c a đ t có đ c đ chính xác các thông s c a đ t - dù là chúng đ c xác

đ nh trong phòng hay hi n tr ng ho c đ c gi đ nh - ng i k s ph i hi u th u đáo nh ng nguyên lý c b n c a c h c đ t ng th i ph i th y r ng ph n l n các công trình xây d ng trên đ t tr m tích không đ ng ch t Do v y, ng i k s ph i có m t s hi u bi t th u đáo v

đ a ch t c a khu v c, đó là ngu n g c và b n ch t c a đ a t ng c ng nh các đi u ki n đ a

ch t thu v n K thu t n n móng là m t s ph i h p khéo léo c a c h c đ t, đ a ch t công trình, và suy đoán riêng có đ c t kinh nghi m th c t m t m c đ nào đó, k thu t n n móng có th đ c g i là m t l nh v c ngh thu t

Khi xác đ nh lo i móng nào là kinh t nh t, ng i k s ph i xem xét t i tr ng c a k t

c u ph n trên, đi u ki n đ t n n và đ lún cho phép Nói chung, có th phân các móng nhà và

c u làm hai lo i ch y u sau: (1) móng nông và (2) móng sâu Trong h u h t lo i móng nông,

đ sâu đ t móng có th đ u b ng ho c nh h n t ba đ n b n l n chi u r ng móng Móng

c c và móng đúc t i ch thu c lo i móng sâu Chúng đ c ch n dùng khi l p ph n trên có

s c ch u t i th p và khi dùng móng nông s gây h h i l n ho c m t n đ nh k t c u công trình

Ch ng này ch y u là ôn l i nh ng tính ch t đ a k thu t c b n c a đ t, bao g m các v n đ v phân b c h t, tính d o, phân lo i đ t…

1.2 Phân b c h t

Trong b t k kh i đ t nào, c h t th ng thay đ i r t l n phân lo i đ t đ c

h p lý, ta ph i bi t đ c phân b c h t c a nó Phân b c h t c a đ t h t thô th ng

đ c xác đ nh b ng ph ng pháp phân tích rây i v i đ t h t m n, phân b c h t

đ c xác đ nh b ng phân tích t tr ng k M c này gi i thi u đ c đi m c b n c a các phân lo i trên Có th xem mô t chi ti t h n trong các s tay thí nghi m đ t trong phòng (Das, 2002)

Phân tích rây đ c th c hi n b ng cách l y m t l ng đ t khô, v n r i cho qua m t

b rây có l nh d n, d i đáy có m t khay h ng Cân và xác đ nh ph n tr m lu tích l ng

đ t đ c gi l i trên m i rây Ph n tr m này th ng đ c g i là ph n tr m h t nh h n (percent finer) B ng 1.1 trình bày c b rây Hoa k B rây này th ng đ c dùng phân tích

đ t cho phân lo i

B ng1.1 C rây tiêu chu n Hoa K

Hình 1.1 ng phân b c h t đ t

h t thô t phân tích b ng ph ng pháp rây

T đ ng cong phân b c h t có th xác đ nh hai thông s c a đ t h t thô: (1) h

s đ ng đ u (Cu) và (2) h s c p ph i hay h s đ cong (Cc), đ c bi u th l n l t nh sau:

2 30

D D

D

C c =

13 , 7 08 , 0

57 ,

=

c

C

Phân tích b ng ph ng pháp t tr ng k

Phân tích t tr ng k d a trên nguyên lý l ng đ ng c a các h t đ t trong n c Thí

nghi m này c n dùng 50 gam b t đ t khô cho vào 125cc tác nhân phá keo, th ng dùng

nh t là sodium hexametaphosphate 4% t đ c ngâm ít nh t là 16 gi trong tác nhân

phá keo Sau khi ngâm, đ thêm n c c t vào h n h p đ t - tác nhân phá keo r i l c k Sau đó đ m u đ t vào ng l ng thu tinh 1000 ml Cho thêm n c c t vào ng l ng

Nhi u t ch c đã c n c vào các c h t có trong đ t đ nêu lên gi i h n các c h t

s i - s n (gravel), cát (sand), b i (silt) và sét (clay) B ng 1.2 bi u th các gi i h n kích

phân lo i đ t th ng nh t (USC) do ba c quan (Quân đoàn k s , b Qu c phòng, và C c

C i t o đ t) khuy n ngh B ng này cho th y các h t nh h n 0.002 mm đ c x p vào

lo i sét Tuy nhiên, sét t nhiên có tính dính và có th cu n l i thành ng khi t Tính

ch t này gây ra b i s có m t c a các khoáng v t sét nh kaolinite, illite, và

montmorillonite Ng c l i, m t s khoáng v t nh quartz và feldspar có th có trong lo i

L G

D

w

η1

18

−

=

H×nh 1.2 Ph©n tÝch tû träng kÕ

đ t h t nh nh các khoáng v t sét, nh ng nh ng h t này không có tính dính nh các khoáng v t sét Do v y, chúng đ c g i là các h t c h t sét, mà không ph i là các h t

B i và sét (h t m n): < 0.075 mm

S i - s n: 75 mm ÷ 2mm Cát: 2 mm to 0.05 mm

B i: < 0.05 mm ÷ 0.002 mm Sét: < 0.002 mm

Trong t nhiên đ t là m t h ba pha, bao g m các h t r n, n c và không khí

(ho c khí) l p các quan h tr ng l ng - th tích, có th tách riêng ba pha nh nêu

trên hình 1.3a D a trên s đ đó có th thi t l p các quan h nêu trên

đ n v (TL V) m c a đ t [PT (1.9)] b ng TL V bão hoà (γsat) V y γ = γsat n u Vv =

Vw

Bây gi có th l p các quan h ti n d ng h n b ng cách coi m t m u đ t đ i bi u trong đó ph n h t r n l y b ng đ n v , nh nêu trong Hình 1.3b Chú ý r ng n u V = 1, thì, t PT (1.4), Vv = e và tr ng l ng h t r n là

V

W

=γ

V

W s

d =γ

e

w G

V V

W W V

v s

w s

+

+

=+

+

=

=

11γγ

e

G V V

W V

v s

s s

γγ

V

V

n= v

e e V

V V V V V V V

V V

V n

s v s s s v

v s

v v

+

= +

= +

=

=

1

T các PT (1.11) và (1.12), chú ý r ng (1.13)

N u m u đ t hoàn toàn bão hoà, nh nêu trên hình 1.3c thì Vv = e

Tr bùn và đ t có hàm l ng h u c cao, ph m vi chung các giá tr t tr ng h t

đ t (Gs) th y trong t nhiên th ng nh B ng 1.3 cho m t s giá tr tiêu bi u Trong th c

t , có th l y m t giá tr ch p nh n đ c thay cho vi c ph i ti n hành thí nghi m

B ng 1.4 gi i thi u m t s giá tr tiêu bi u v h s r ng, TL V khô và đ m

(trong tr ng thái bão hoà) c a m t s lo i đ t th ng g p t nhiên Chú ý r ng trong h u

h t đ t r i, h s r ng bi n đ i t kho ng 0,4 đ n 0,8 TL V khô c a lo i đ t này th ng

s w

w s w

e

e G V V

W

v s

w s

+

= +

+

=

1

γγγ

B ng 1.4 Giá tr tiêu bi u c a h s r ng, đ m, TL V khô c a m t s đ t

e e

D r (1.19)

Trong đó: emax - h s r ng c a đ t tr ng thái x p nh t;

emin - h s r ng c a đ t tr ng thái ch t nh t;

e - h s r ng hi n tr ng

Các giá tr emaxđ c xác đ nh trong phòng thí nghi m theo l trình thí nghi m nêu

trong Tiêu chu n ASTM (2000, D - 4254)

d

d d r

D

γ

γγ

γ

γγ

(1.20)

Trong đó: γd - TL V khô hi n tr ng;

γd(max) - TL V khô tr ng thái ch t nh t; đó là khi h s r ng là emin

γd(min) - TL V khô tr ng thái x p nh t; đó là khi h s r ng là emax

M c ch t c a đ t h t r i đôi khi có quan h v i đ ch t t ng đ i B ng 1.5 cho

t ng quan chung c a m c đ ch t và Dr đ i v i cát t nhiên, đ l n c a emax và emin

8,1

m kN m

kN V

W

=

=

=γ

/99,15100

6,121

66,0199,15

81,971,2

G e

γγ

66,01

66,0

+

=+

=

e

e n

e) bão hoà T PT (1.3b) và theo hình 1.3b, ta có:

%7,5110066

,0

71,2126,

V

v w

L i gi i:

/1,17100

9

!

64,18

+

=+

γ

Hay ( )( )

52,011

,17

81,965,2

G e

γγ

38,084,0

52,084,0min max

e e

- 4318), là đ m t i đó đ khép c a rãnh khía là 12.7 mm (1/2 in.) x y ra sau 25 l n đ p

• Gi i h n d o đ c quy đ nh là đ m t i đó dây đ t vê thành đ ng kính

B ng 1.6 cho m t s giá tr tiêu bi u c a h n ch y và h n d o m t s khoáng v t và

đ t Tuy nhiên các gi i h n Atterberg c a các đ t khác nhau bi n đ i r t l n, tu thu c ngu n

Các h phân lo i chia đ t thành các nhóm và ph nhóm d a trên các tính ch t

công trình chung nh phân b c h t, h n ch y, và h n d o Hai h phân lo i ch y u

và (2) H phân lo i đ t th ng nh t (USC) H AASHTO ch y u dùng đ phân lo i n n

đ ng b Nó không dùng trong xây d ng móng

H phân lo i đ t theo AASHTO

(1945) Theo h th ng này, đ t có th đ c x p thành tám nhóm ch y u, A-1 đ n A-8,

d a trên phân b c h t, h n ch y và ch s d o c a chúng t x p trong các nhóm A-1, A-2 và A-3 là v t li u h t thô, và trong các nhóm A-4, A-5, A-6 và A-7 là v t li u h t

m n Bùn, than bùn, và các đ t ch a h u c cao đ c x p vào A-8 Chúng đ c nh n bi t

GI = (F - 35)[0,2 + 0,005 (LL - 40)] + 0,01 (F - 15) (PI - 10) (1.22)

Khi tính ch s nhóm cho đ t thu c nhóm A-2-6 hay A-2-7, ch dùng m t ph n

H UCSS đ u tiên do Casagrande đ ngh n m 1942 và sau này đ c soát xét l i

và ch p nh n b i C c C i t o đ t Hoa K và Quân đoàn k s Hoa K H th ng này

hi n nay đ c dùng trong th c t trong các công tác đ a k thu t

B ng 1.7 H phân lo i đ t theo AASHTO

Phân lo i t ng quát (35% t ng kh i l ng m u đ t ho c ít h n qua rây s 200) V t li u h t

Phân lo i nhóm A-1-a A-1-b A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7

Rây s No 200 15 max 25

max 10 max 35 max

35 max 35 max 35 max

Không

d o Cát nh

Ch s d o (PI) 10 max 10 max 11 min 11 min

Lo i v t li u th ng dựng Th ng là đ t b i Th ng là đ t sột

Ch s x p lo i n n

aNếu PI ≤ LL -30, phân loại là A-7-5

b Nếu PI > LL -30, phân loại là A-7-6

Hình 1.5 Đồ thị dẻo Trong hệ thống thống nhất, các ký hiệu sau được dùng để nhận dạng:

lo i đ t khỏc nhau Khi phõn lo i đ t c n tỡm tờn nhúm th ng đ mụ t đ t kốm theo ký

hi u nhúm Cỏc hỡnh 1.6, 1.7 và 1.8 cho cỏc bi u đ phỏt tri n tỡm tờn nhúm theo th t cho đ t h t thụ, đ t h t m n khụng h u c , và đ t h t m n h u c

B ng 1.8 Bi u đ Phân lo i đ t theo h USCS (ASTM - 2001, D.2847 )

Tiêu chu n ký hi u và đ nh tên nhóm đ t dùng k t qu thí nghi m trong phòng a

Phân lo i đ t

Ký

hi u nhóm

a Dùng các h t đ t sàng qua rây s 3-in (75mm);

b N u trong m u l y hi n tr ng có ch a đá t ng, cu i hay c hai, thêm vào tên nhóm đ t "l n đá t ng", "l n cu i" ho c "l n đá t ng và cu i";

e Xem b ng 2.10 hay: Cu = d60/d10 và

60 10

h N u h t m n là h u c , thêm vào tên nhóm đ t "l n h t m n h u c ";

i N u trong đ t ch a ≥15% cu i, thêm vào tên nhóm đ t "l n cu i";

k N u trong đ t ch a t 15% đ n 29% các h t l n h n 75mm, thêm vào tên nhóm

"l n cát " ho c "l n s i" theo lo i nào nhi u h n;

l N u trong đ t ch a ≥ 30% các h t l n h n 75mm ph n l n là cát, thêm vào tên nhóm "l n cát ";

m N u trong đ t ch a ≥ 30% các h t l n h n 75mm ph n l n là s i, thêm vào tên nhóm "l n s i ";

n Ip ≥ 4 và đ t n m trên ho c phía trên đ ng "A";

Theo B ng 1.7, th y r ng trên 35% h t đ t l t qua rây N0 200, nên đó là v t li u

sét b i Nó có th là A-4, A-5, A-6, or A-7 i v i đ t này, LL = 31 (ngh a là LL < 40)

và PI = 12 (ngh a là PI l n h n 11), nên đ t r i vào nhóm A-6 T PT (1.22):

GI = (F200 - 35)[0.2 + 0.005(LL - 40)] + 0.01(F200 - 15) (PI - 10) nên GI = (41 - 35)[0.2 + 0.005(31 - 40)] + 0.01(41 - 15) (12 - 10) = 1.45

Do v y, đ t này thu c nhóm A - 6(l)

Hình 1.6 L u đ phân lo i đ t h t thô (Trên 50% gi l i trên Rây 200) (Theo ASTM, 2000)

Hình 1.8 L u đ phân lo i đ t h t m n ch a h u c (50% hay h n qua Rây N0 200) (Theo ASTM, 2000

1.5, ta xác đ nh đ c ký hi u nhóm đ t là SC M t khác t Hình 1.6, vì thành ph n s i

s n l n h n15%, nên tên nhóm đ t này là cát sét pha s i s n

CH NG 2 TÍNH TH M N C C A T

Khụng gian r ng, hay l r ng, gi a cỏc h t đ t cho n c ch y qua Trong c h c

đ t và k thu t n n múng, c n bi t l ng n c ch y qua trong đ n v th i gian Ki n th c này c n bi t đ thi t k cỏc đ p đ t, xỏc đ nh l ng th m ch y qua n n cỏc cụng trỡnh thu l i, và rỳt n c h múng tr c và trong khi thi cụng Darcy (1856) đ ngh cụng

th c sau (Hỡnh 2.1) đ tớnh t c đ dũng n c th m qua đ t:

v = ki (2.1) Trong ph ng trỡnh này, v = t c đ th m Darcy (đ n v : cm/sec)

k = h s th m c a đ t (đ n v : cm/sec)

i = Gradien thu l c

Hình 2.1 Định luật Darcy Phương dòng

thấm

Đất

Phương dòng thấm

Lu t Darcy [PT (2.1)] đúng v i ph n l n lo i đ t Tuy nhiên, đ i v i các lo i v t

li u nh s i s n s ch và n n đá n t n nhi u (open-graded rockfills), lu t trên không còn

đúng n a do dòng ch y r i phát sinh

Giá tr h s th m c a đ t bi n đ i trong ph m vi r ng Trong phòng thí nghi m,

có th xác đ nh b ng các thí nghi m th m c t áp không đ i ho c c t áp thay đ i Thí

nghi m c t áp không đ i thích h p cho đ t h t r i B ng 2.1 cho ph m vi bi n đ i giá tr

k c a các lo i đ t khác nhau Trong đ t h t r i, giá tr h s th m ph thu c ch y u vào

h s r ng Trong th c t , nhi u ph ng trình quan h gi a k v i h s r ng đã đ c đ

xu t cho đ t h t r i:

2 2

2 1 2







 +

=

2

2 2 1

2 1

2 1

1

1

e e e e k

=

3 2 1

3 1

2

e e e k

k (2.5)

Theo quan sát th c nghi m, Samarasinghe, Huang, và Drnevich (1982) đã đ xu t

là h s th m c a sét c k t thông th ng có th cho b i ph ng trình sau

e

e C k

Mực nước ốngđo áp

Mực nước

Đường dòng

Đường thế

Lờp đất thoát nước

Đá

Ph n l n cỏc tr ng h p th m d i cỏc cụng trỡnh thu l i, đ ng th m thay đ i

h ng và khụng đ ng đ u trong toàn vựng th m Trong tr ng h p này, m t trong nh ng

cỏch xỏc đ nh t c đ th m là dựng đ th l i th m, m t khỏi ni m d a trờn lý thuy t liờn

t c Laplace Theo lý thuy t này, trong đi u ki n th m n đ nh, dũng th m t i đi m A b t

k cú th bi u th b i ph ng trỡnh

2 2 2 2 2

2

=

∂

∂ +

∂

∂ +

∂

∂

z

h k y

h k x

h

k x y z (2.9)

Trong đú k x , k y , k z = h s th m l n l t theo cỏc ph ng x, y, z; h = c t n c t i

đi m A (ngh a là c t n c trong ng đo ỏp đ t t i A l y cao trỡnh m c n c h l u làm

chu n, nh nờu trong Hỡnh 1.11)

Nờn PT (2.9) cú d ng sau:

0

2 2 2

2

=

∂

∂+

∂

∂

z

h k x h

k x z (2.10)

Tầng đất thấm nước Mực nước Mực nước

Đá

Ph ng trỡnh (2.11), suy t ph ng trỡnh Laplace và đỳng cho dũng th m cú ỏp,

bi u th hai nhúm đ ng cong vuụng gúc nhau g i là đ ng dũng và đ ng th L i

dõng cựng m t đ cao (Hỡnh 2.3)

v l i th m, c n l p cỏc đi u ki n biờn Vớ d , trong hỡnh 2.3, m t đ t phớa

th ng l u (OO’) và h l u (DD’) là cỏc đ ng th ỏy đ p phớa d i m t đ t O’BCD

là m t đ ng dũng nh c a m t đỏ, EF, c ng là m t đ ng dũng Khi cỏc đi u ki n

cụng trỡnh, cú th đ c tớnh theo

n

N

N kh q

Khụng gian gi a hai đ ng dũng k nhau đ c g i là ng dũng (flow channel), và

khụng gian gi a hai đ ng th k nhau đ c g i là đ r i (drop) Trong Hỡnh 2.4, Nf = 2,

Nd = 7, và n =1 Khi cỏc ph n t vuụng cong đ c v ra trong l i th m, thỡ

q= max (2.13)

cỏc đi m ti p xỳc Vớ d xột m t m t g n súng AB v qua đi m A (Hỡnh 2.5a) đi qua

đi m ti p xỳc c a cỏc h t đ t M t ph ng c a m t c t đú nờu trờn Hỡnh 2.5b Nh ng ch m

Mực nước ngầm

TKĐV bão hoà = γsat

Dòng nước thấm

Hay (σ)XY = (XY - A’)u + Fs

Nên σ = (1 - a) u + σ’ (2.18)

Trong đó a = A'/XY = ph n di n tích m t c t ngang đ n v do các ti p xúc h t - h t

σ’ = F s (XY) = ph n l c đ ng t i các ti p xúc h t - h t trên m t c t ngang

hi u qu σ’ có liên quan v i ti p xúc gi a các h t đ t, nên nh ng thay đ i v ng su t

hi u qu s làm thay đ i th tích ng su t hi u qu là nguyên nhân gây ra s c ch ng ma

γγ

γ

e

G e

e

w w w s w

−

=

−+

i v i bài toán trong Hình 2.5a, 2.5b, không có dòng th m n c trong đ t Hình

2.5c cho th y tr ng h p đ n gi n c a dòng th m đi lên trong m t c t đ t i v i tr ng

w

h h h

h

h h h h

h u

γ γ γ

γ γ

γ γ

γ σ

−+

2 1 2

Hình 2.6 Biến thiên ứng suất hiệu quả trong mặt cắt đát

ứng suất hiệu quả σ’ (kN/m2

Chỳ ý r ng trong PT (2.22) h/h2 là gradien thu l c i N u gradien thu l c r t

cao, thỡ γ’ - iγw = 0, ng su t hi u qu s b ng khụng Núi cỏch khỏc, khụng cú ng su t

ti p xỳc gi a cỏc h t đ t, và đ t s b tan ró Tr ng h p này đ c g i là đi u ki n ch y

(cỏt ch y) hay phỏ ho i do đ y n i V y khi b đ y n i

e

G i

γ

γ

(2.23) Trong đú icr= građien t i h n

i v i ph n l n đ t, icr vào kho ng t 0,9 đ n 1,1, trung bỡnh vào kho ng đ n v

,01

81,965,2

s set

sat

wG

wG G

+

+

= 1

γ γ

,01

81,981,081,97,2

=+

đ tiêu tán áp su t n c l r ng d và t ng ng su t truy n lên c t đ t Theo Hình 2.7, n u

∆σ là t i tr ng đ t thêm trên m t di n r ng m t đ t, l ng t ng ng su t t ng t i đ sâu b t

k trong t ng sét s b ng ∆σ

Tuy nhiên, t i th i đi m t = 0 (ngh a là ngay sau khi ch t t i), áp su t l r ng d t i

đ sâu b t k ∆u s b ng ∆σ, hay ∆u = ∆h i γ w = ∆σ (t i t = 0)

Do v y, l ng t ng ng su t hi u qu t i

th i đi m t = 0 s là ∆σ’ = ∆σ - ∆u = 0 Theo lý thuy t , t i t = ∞, khi toàn b áp

su t n c l r ng d trong t ng sét tiêu tán h t do n c thoát vào các t ng cát

Có th ti n hành thí nghi m trong phòng trên các m u sét nguyên d ng bão hoà

n c (ASTM, D - 2435) đ xác đ nh đ lún c k t gây ra b i các l ng gia t i khác nhau

M u đ t th ng có đ ng kính 63.5 mm (2.5 in) và cao 25.4 mm (1 in) Các m u đ t trong m t vòng kim lo i, n m gi a hai viên đá th m đ t t i hai m t trên và d i m u (Hình 2.8a) R i đ t t i tr ng trên m u sao cho ng su t t ng th ng đ ng b ng σ c s

đo lún c a m u theo chu k 24 gi Sau đó, t ng t i g p đôi trên m u và có đ c s đo lún l n h n Trong su t th i gian thí nghi m, gi m u ng p trong n c Quy trình thí nghi m đ c ti p t c cho t i khi đ t gi i h n d đ nh c a ng su t trên m u sét

D a trên thí nghi m trong phòng có th l p đ th quan h bi n thiên h s r ng e lúc cu i c k t v i ng su t hi u qu th ng đ ng σ’ (Trên d th bán log, e v theo thang

s h c, và σ’ theo thang log) Quan h bi n đ i c a e theo logσ’c a m u sét đ c nêu

trên Hình 2.8b Sau khi đ t áp su t c k t d đ nh, r t i d n trên m u đ t, k t qu s cho

l trình n c a m u đ t Hình v c ng ch ra bi n thiên h s r ng trong chu k r t i T

đ ng cong e ∼ logσ’ nêu trên Hình 2.8b, có th xác đ nh ba thông s c n cho tính lún

t i đi m D Áp su t t ng ng v i đi m D là ng su t ti n c k t σc’

Tr m tích đ t t nhiên có th là c k t thông th ng hay quá c k t (ti n c k t)

N u áp su t hi u qu t ng ph hi n t i σ’ = σ0’ b ng áp su t ti n c k t σc’, đ t đó là c

k t thông th ng Còn n u σ0’< σc’, đ t là quá c k t

Có nhi u nhà nghiên c u đã l p các quan h áp su t ti n c k t σc’ v i các thông

s bi u th B H i quân Hoa k (1982) đã cho m t quan h t ng quát gi a σc’, LI và đ

nh y c a đ t sét St Hình 2.9 cho quan h gi a σc’ và LI Chú ý r ng LI là ch s ch y [đ s t] xác đ nh nh sau

PL LL

PL w LI

' 2

2 1 ' 1 '

2

2 1

log log

log

σ σ σ

σ

e e e

s , x p x c t đ ng cong phòng thí nghi m t i h s r ng b ng 0,42 e0 (Terzaghi and Peck, 1967) Chú ý r ng e0 là h s r ng c a sét hi n tr ng Bi t giá tr c a e0 và σc’ ,

Hình 2.10 L p đ ng cong nguyên s Hình 2.11 L p đ ng cong nguyên s

cho sét c k t thông th ng cho sét quá c k t

Giá tr Cc bi n thiên l n tu thu c lo i đ t Skempton (1944) đã cho m t quan h

kinh nghi m v ch s nén nh sau

' 4

4 3

σσ

e e

d c Cc

ng c k t trong phòng

Mô t đ t Cs/Cc

Ch s n c ng quy g i là ch s nén l i (recompression index)

Vi c xác đ nh ch s n quan tr ng khi d tính đ lún c k t c a sét quá nén T i

hi n tr ng, tu thu c l ng t ng áp su t, đ ng cong e ∼ logσ’c a sét quá c k t s theo

l trình abc nh nêu trong Hình 2.11 Chú ý r ng đi m a, v i to đ σ0’và e0, t ng ng

v i đi u ki n hi n tr ng tr c khi t ng áp su t i m b t ng ng v i áp su t quá nén

(Schmertmann,1953) Do v y, n u bi t e0, σ0’, σc’, Cc và Cs có th d dàng l p đ ng cong c k t hi n tr ng

C H NG 3 XÁC NH LÚN C A N N

lún c k t ban đ u m t h ng (do t i tr ng t ng thêm gây ra) c a m t t ng sét

b dày Hc (Hình 3.1a),có th đ c tính nh sau

c H c

e

e S

Chỳ ý r ng :

i v i sột c k t thụng th ng , đ ng cong e ∼ logσ’s gi ng nh đ ng cong

nờu trong Hỡnh 3.1b N u σ’= ỏp su t t ng ph hi u qu nguyờn s trung bỡnh trờn t ng

sột và ∆σ’= l ng t ng ỏp su t hi u qu trung bỡnh trờn t ng sột gõy ra b i t i tr ng gia

σ

=

∆e C c (3.2) Bõy gi , k t h p PT (3.1) và (3.2) cho

0

' 0 0

'log

c (3.3)

i v i sột quỏ c k t, đ ng cong hi n tr ng e ∼ logσ’s nh đ ng nờu trong

Hỡnh 3.1c Trong tr ng h p này, tu thu c giỏ tr c a ∆σ’, s sinh ra

Th nh t, n u σ’0 +∆σ’ < σ’c thỡ

' 0

'

logσ

'log

0

' 2

1

'log

log

c c

c

C e e e

σ

σ

σσ

=

∆+

' 0 '

0

'log

1

log

c c c c s

e

H C e

H C S

σ

σ

σσ

+

++

Hỡnh 3.2 cho th y m t t ng sột dày Hc xen k p gi a hai t ng cỏt cú tớnh th m l n

đõy ỏp su t n c l r ng d t i đi m A và th i đi m b t k t là ∆u = (∆h)γw Do đi u

biến dạng đứng

=

=+

ki n thoát n c (ch theo ph ng z) t ng sét, Terzaghi đã suy ra ph ng trình vi phân

sau

( ) ( )

2 2

z

u C

av

w v v

e e

k m

k C

γσ

(3.9)

Trong đó k = h s th m c a sét; ∆e = t ng bi n thiên c a h s r ng do l ng

t ng ng su t hi u qu ∆σ’gây ra; eav = h s r ng trung bình trong quá trình c k t ; mv

V i các đi u k n biên nêu trên, PT (3.8) cho

m

e H

Mz M

Tv = h s th i gian không th nguyên = (Cvt)/H2 (3.11)

Giá tr ∆u các đ sâu khác nhau (z = 0 đ n z = 2H) t i th i đi m b t k đã cho t

trong Hình 3.3a và b Hình 3.3c cho th y bi n thiên c a ∆u/∆u0 v i Tv và H/Hc suy t

các PT (3.10) và (3.11)

Xác đ nh giá tr hi n tr ng c a Cv g p nhi u khó kh n Hình 3.4 cho xác đ nh s

b Cv theo h n ch y ((B H i quân Hoa K , 1971)

nêu trên Hình 3.3a, đ c k t bình quân c ng có th bi u th nh sau

dz u

dz u dz

u S

S

0 0

2

0

2

0 0

2

0 0

2

12

2

u H

dz u

H u

dz u H

u U

H H

t

e M S

S U

0 2 max

22

1 (3.15)

Chú ý r ng PT (3.15) và Hình 3.5 c ng có giá tr khi t ng không th m đáy c a t ng sét

theo m t h ng Do v y chi u dài l trình th m l n nh t b ng H = Hc

Bi n thiên c a Tv theo U trong Hình 3.5 c ng có th l y g n đúng b ng

T ng th m n c cao (cát) ∆u t i t >0

∆u0 = const theo chi u sâu

T ng th m n c cao (cát)

∆u0 = const theo chi u sâu

giá tr khi U bi n thiên t 0 đén 100% Ph ng trình có d ng sau

0,375

2

6 , 5

100

%1

100

%4

n c m t phía;

Hỡnh 3.4 Ph m v giỏ tr Cv (B H i quõn Hoa K , 1971)

Hỡnh 3.5 th nhõn s th i gian v i đ c k t bỡnh quõn (∆u0 = constant)

Giới hạn chảy, LL

Mẫu đất xáo trộn:

C v trong phạm vi nén nguyên sơ

Cv trong phạm vi nén lại nằm trên giới hạn dưới này

Mẫu đất hoàn toàn chế bị lại : C v nằm dưới giới hạn trên này

a lún c k t ban đ u l n nh t hi n tr ng

b Th i gian c n đ có t ng đ lún hi n tr ng đ t 40mm (gi thi t áp su t n c

l r ng d ban đ u không đ i theo chi u sâu)

86 , 0 92 , 0 log '

1

' 2

e e

T PT (3.3),

mm m

e

H C

140

212log92,01

8,2333,0'log

0

' 0 0

=

=+

=

∆++

=

σ

σσ

b T PT (3.12), đ c k t bình quân là

( )

5,87

S

S U

H s c k t Cv có th tính t thí nghi m trong phòng T PT (3.11)

2

H

t C

v =

T i 50% c k t (Hình 3.5), T