Chuong3 ung suat trong dat

 Định nghĩa: Ứng suất là cường độ của nội lực trên một đơn vị diện tích: Xét 1 điểm M thuộc đất nền ở độ sâu z, chịu tác dụng bởi 1 tải trọng p trên mặt đất.. Điểm M chịu 1 áp lực tác

Chương 3:

ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT

2. Ứng suất hiệu quả, áp lực

nước lỗ rỗng

3. Ứng suất do tải trọng bản

thân

4. Ứng suất do tải trọng ngoài

 Định nghĩa: Ứng suất là cường độ của nội lực

trên một đơn vị diện tích:

Xét 1 điểm M thuộc đất nền ở độ sâu z, chịu tác dụng bởi 1 tải trọng p trên mặt đất Điểm M chịu 1 áp lực tác dụng lên các mặt của nó, gọi là các ứng suất tại điểm M.

Đơn vị của ứng suất: kN/m2, Pa, kPa, Mpa, kG/cm2.

1.KHÁI NIỆM CHUNG

p lim

 Mục đích nghiên cứu:

Tính toán ổn định và sức chịu tải của nền và móng công trình

Xác định được phạm vi nén của đất nền nhằm phục vụ cho việc tính lún

 Đặc điểm của ứng suất:

Phụ thuộc trị số của lực tác dụng

Phụ thuộc tọa độ điểm đang xét

Phụ thuộc tới mặt phẳng xét ứng suất

Các loại ứng suất trong đất

 Ứng suất do tải trọng bản thân đất

nền;

 Ứng suất do tải trọng ngoài;

 Ứng suất thuỷ động do dòng thấm trong đất;

 Ứng suất tiếp xúc tại đáy móng công trình

Ký hiệu ứng suất: chỉ số đầu chỉ mặt

phẳng chứa thành phần ứng suất và cũng

chính là phương thẳng góc với mặt đó, chỉ

số thứ hai là phương tác động của ứng suất

2 ỨNG SUẤT HỮU HIỆU – ÁP LỰC

NƯỚC LỖ RỖNG

Ứng suất tại một điểm trong đất gồm hai thành phần:

 Ứng suất tác dụng lên khung hạt → ứng suất hữu hiệu σ’;

 Ứng suất tác dụng lên nước trong lỗ rỗng→ ứng suất trung hoà (áp lực nước lỗ rỗng) u;

Theo định đề Terzaghi, ứng suất tổng σ tại một điểm trong nền đất:

σ = σ’+ u

3.1 Ứng suất theo phương thẳng

đứng (z)

 Ứng suất tổng do trọng lượng bản thân

đất theo phương thẳng đứng tại một điểm bất kỳ cách mặt đất ở độ sâu z, γ(z) –

dung trọng của đất thay đổi theo độ sâu z;

 Áp lực nước lỗ rỗng (các lớp đất nằm

dưới mực nước ngầm - MNN):

bt

A = z = = ∫

0

γσ

σσ

3 ỨNG SUẤT DO TẢI TRỌNG BẢN

THÂN

d Nền nhiều lớp (có MNN trong đất )

 Ứng suất tổng

σz = γ 1 h 1 + γ 2 (z – z w - h 1 )+γ 2sat (h 1 + h 2 + z w - z) +γ 3 (z- h 1 – h 2 )

 Áp lực nước lỗ rỗng

u z = γ w z w

 Ứng suất hữu hiệu

σ’ z = σz - u z

e Một số trường hợp đặc biệt của mực nước ngầm

Công thức thực nghiệm tính gần

đúng chiều cao mao dẫn:

Trong đó: e – hệ số rỗng của đất

- D10 – Đường kính hữu hiệu chiếm 10% thành phần hạt

- C – hệ số kinh nghiệm biến đổi theo thành phần hạt và hình dạng hạt (C=10 -> 40)

10

.D e

C

h c =

10

.D e

C

h c =

10

.D e C

h c =

Trong đới mao dẫn, áp

lực nước lỗ rỗng âm,

do đó nó làm tăng

ứng suất hữu hiệu

tác dụng lên đất trong

vùng này

uz = – γw zw ; 0 ≤ zw ≤ hc

Nước có áp xuất hiện trong những lớp đất chứa nước bị kẹp giữa 2 tầng cách nước

(tầng không thấm nước)

Khi đó, ứng suất tổng:

Trong đó: H – Chiều cao cột nước có áp

H

h i w i

3.2 Ứng suất theo phương ngang (x)

Ứng suất theo phương ngang, σ’ h tác

động lên khung hạt là ứng suất chính

nhỏ nhất

σ’ h = K 0σ’ v

σx = σh = σ’ h + u x

K0: hệ số áp lực ngang ở trạng thái tĩnh của

đất cố kết thường (NC).

 Theo kết quả của lý thuyết đàn hồi:

 Theo Jaky (áp dụng cho đất rời): K 0 = 1 – sinϕ’

với ϕ’ là góc ma sát trong điều kiện cắt thoát nước.

 Theo Alpan (áp dụng cho đất dính hoặc đất loại

sét cố kết thường):

0

K

hệ số thấm rất nhỏ, trong điều kiện trong nền đất chỉ có 1 MNN, người ta bỏ qua áp lực nước lỗ rỗng trong các lớp đất này.

suất hữu hiệu do trọng lượng bản thân của lớp đất nào phải tính với trọng lượng riêng đẩy nổi của lớp đất đó.

nền đất cũng thay đổi theo  nền đất lún.

phương (u x = u z ).

thân)

Bài tập 2.3, 2.4 trang 58, 59,60 (Sách

“Cơ học đất” - Võ Phán và cộng sự – NXB XD 2011).1

4 ỨNG SUẤT DO TẢI TRỌNG NGOÀI

A BÀI TOÁN KHÔNG GIAN

Lực tập trung (Bài toán cơ bản):

đất (Bài toán Bussinesq).

pp tháp lan tỏa

chữ nhật.

5 2

; 1

1 2

3

y x

r z

=

π

2 z

z

Pk

=σ

 Khi nền có nhiều lực tập trung P1, P2, P3,…

M

 Áp dụng phương pháp cộng tác dụng:

Kết quả khảo sát

b Lực tập trung nằm ngang tác

dụng trên mặt đất

Lực tập trung nằm ngang ngay trên mặt

đất thông thường là: lực hãm ôtô, lực va đập tàu, bến cảng,…

Bảng giá trị hệ số k h

4.2 Tải trọng phân bố

 Tính toán với móng của công trình thủy lợi, cầu đường có l/b =< 20; công trình xây dựng dân dụng l/b =< 7 thì xem là bài toán không gian

4.2 Tải trọng phân bố

a Tải phân bố đều trên diện hình chữ nhật

 Áp dụng công thức của Boussinesq

 Ứng suất thẳng đứng của điểm nằm trên trục đi qua tâm diện chịu tải:

σz = k 0 p

 Ứng suất thẳng đứng của điểm nằm trên trục đi qua góc diện chịu tải:

σz = k g p

k0, kg: các hệ số theo (l/b và z/b) (tra bảng);

 Đối với các điểm không nằm trên trục qua tâm hoặc qua góc → sử dụng phương

Phương pháp điểm góc

 Tính ứng suất tại điểm M nằm bên trong diện chịu tải.

tải đi qua M, gồm có AA1MD1; A1BB1M; MB1CC1; D1MC1D

trên.

ABCD,

σz, M = p[k gAA1MD1 + k gA1BB1M + k gMB1CC1 + k gD1MC1D ]

σ

ztg l

ztg b

 Các điểm nằm trên

trục thẳng đứng đi qua

góc:

σz = (±) kH.p

kH: hệ số (tra bảng) theo

(l/b, z/b).

37

38

B BÀI TOÁN PHẲNG

Tải trọng đường thẳng (bài toán Flamant)Tải trọng hình băng phân bố đều

Tải trọng hình băng phân bố dạng tam giác vuông

Tải trọng hình băng phân bố dạng gãy khúc

3 z

)zx

(

z

p

2

+π

=σ

2 2 2

2 x

)zx

(

z

x

p

2

+π

=σ

2 2 2

2 zx

)zx

(

z

x

p

2

+π

=τ

4.4 Tải trong phân bố đều hình băng

Dựa trên bài toán Flamant

=

2

1 )

( 2

sin 2

1

p

2 2

1 1

( 2

sin 2

1

p

2 2

1 1

=

τ

β2 lấy dấu (+) khi điểm M nằm ngoài hai đường thẳng đứng đi qua mép tải trọng Kết quả cũng có thể viết dưới dạng

σz = kz.p

σx = kx.p

τzx = kzx.p

θ

β

βπ

σ

β

βπ

σ

22

22

22

3 1

3

1

p

sìn p

sìn p

=+

Với các điểm nằm trên mặt phẳng

thẳng đứng đi qua tâm tải trọng: β1= β2 = β

=

σx 3 p 2 sin2

Trạng thái ứng suất chính

Phương của các ƯS

chính tại một điểm bất

kỳ trùng với phương

của phân giác trong và

phân giác ngoài của

góc nhìn 2β từ điểm đó

tới hai mép của tải

46

4.6 Tải hình băng phân bố gãy khúc

a Tải phân bố hình tam giác đối xứng

p

α

− α +

α +

α π

b Tải phân bố hình thang

Trên trục đối xứng:

=

a

b a

b

a

p

a

p

α + α

+

α π

=

Phần lớn các công trình đều truyền tải trọng xuống đất qua móng Aùp lực do tải trọng công trình thông qua đáy móng

truyền tới đất nền được gọi là áp lực tiếp xúc

Sự phân bố áp lực tiếp xúc phụ thuộc vào các yếu tố sau:

Độ cứng của móng

Loại đất nền: đá, đất dính hoặc đất rời và trạng thái của chúng

Thời gian cố kết (đối với đất hạn mịn) Kích thước và tỷ lệ các cạnh của móng

5 ƯS TIẾP XÚC DƯỚI ĐÁY

MÓNG

ƯS tiếp xúc khi nền là đất cứng

Móng

cứng Móng chịu uốn

ƯS tiếp xúc khi nền là đất dính

Móng

cứng Móng chịu uốn

ƯS tiếp xúc khi nền là đất cát

5.2 Cách tính gần đúng

Với móng tuyệt đối cứng: ƯS tiếp

xúc được chấp nhận là phân bố tuyến tính

Tải tập trung đặt đúng tâm:

Tải tập trung đặt lệch tâm:

Với móng mềm: ƯS tiếp xúc thường được giả thiết là tỷ lệ với chuyển vị

thẳng đứng của đáy móng hay biến dạng đàn hồi của đất nền (nền biến dạng

cục bộ Winkler, )

N p

y

y x

x

I

M I

M

±

±

=

 Tóm tắt chương

bày bằng powerpoint

=> thuyết trình trên lớp

=> gửi email cho Giáo viên

6 TÓM TẮT CHƯƠNG & BÀI

TẬP