bài tập môn địa kỹ thuật

Chương 6: Áp lực đất lên tường chắn6.1 Khái niệm6.2 Các loại áp lực đất và điều kiện sản sinh ra chúng6.3 Xác định áp lực đất tĩnh6.4 Xác định áp lực đất chủ động và bị động theo RankineI. Các giả thiết cơ bảnII. Nguyên lý xác địnhIII. Xác định áp lực đất chủ độngChương 6: Áp lực đất lên tường chắn6.1 Khái niệm6.2 Các loại áp lực đất và điều kiện sản sinh ra chúng6.3 Xác định áp lực đất tĩnh6.4 Xác định áp lực đất chủ động và bị động theo RankineI. Các giả thiết cơ bảnII. Nguyên lý xác địnhIII. Xác định áp lực đất chủ độngChương 6: Áp lực đất lên tường chắn6.1 Khái niệm6.2 Các loại áp lực đất và điều kiện sản sinh ra chúng6.3 Xác định áp lực đất tĩnh6.4 Xác định áp lực đất chủ động và bị động theo RankineI. Các giả thiết cơ bảnII. Nguyên lý xác địnhIII. Xác định áp lực đất chủ độngChương 6: Áp lực đất lên tường chắn6.1 Khái niệm6.2 Các loại áp lực đất và điều kiện sản sinh ra chúng6.3 Xác định áp lực đất tĩnh6.4 Xác định áp lực đất chủ động và bị động theo RankineI. Các giả thiết cơ bảnII. Nguyên lý xác địnhIII. Xác định áp lực đất chủ động

Trường đại học thủy lợi

Khoa: Công Trình

Bộ môn: Địa kỹ thuật

Hà nội, ngày 18 tháng 11 năm 2012

- Chương trình đào tạo ngành: Ngành Công nghệ Kỹ thuật Xây dựng, Kỹ thuật Công

trình biển, Kỹ thuật Tài nguyên nước, Kỹ thuật hạ tầng và PTNT, Cấp thoát nước, Thuỷ điện và Năng lượng Tái tạo, Thuỷ văn tài nguyên nước

- Đánh giá: Điểm quá trình: 30% (cho điểm giải bài tập, điểm thái độ học tập và điểm

thi hết tín chỉ tại từng nhóm)

Điểm thi kết thúc: 70% (thi viết thời gian làm bài 90 phút,bài thi có dọc phách)

- Môn tiên quyết:Cơ học cơ sở I-Mã số MECH 213, Cơ học cơ sở II-Mã số MECH224

- Môn học trước: Sức bền vật liệu I –MS:CE214 và Cơ học chất lỏng –MS:FLME214 Nội dung tóm tắt môn học (Tiếng Việt):

Trang bị sinh viên kiến thức cơ bản về Địa kỹ thuật bao gồm sự thành tạo của đất đá, tính chất vật lý của đất, tính chất cơ học, phân bố ứng suất, sức chịu tải của nền đất, áp lực đất lên vật chắn, tính độ lún của nền đất, tính toán móng nông trên nền tự nhiên

Nội dung tóm tắt môn học (Tiếng Anh)

Contents: Original of soil, Basic Soil properties, strength of soil, water in soil, stress distribution, bearing capacity of shallow foundation, lateral Earth pressure, consolidation and consolidation settlement, shallow foundation design

Cán bộ tham gia giảng dạy:

Các giáo viên của Bộ môn

Tài liệu tham khảo chính thức

[1].Bộ môn Địa kỹ thuật- Bài giảng Địa kỹ thuật - 2011

Tài liệu tham khảo:

[1] HOLTZ và KOVACS - Giới thiệu về địa kỹ thuật-Bản dịch 2009 của Bộ môn

[2] GS.TSKH Cao Văn Chí, PGS.TS Trịnh Văn Cương – Cơ học Đất – Nhà xuất bản xây dựng,

Hà nội, 2004

[3] R.Whitlow - Cơ học Đất – 2 tập Bản dịch Nhà xuất bản Giáo dục, Hà nội, 1996

[4] Bộ môn Địa kỹ thuật – Bài giảng Nền Móng – 2012

NỘI DUNG CHI TIẾT MÔN ĐỊA KỸ THUẬT

II Trạng thái và các dạng tồn tại của khoáng vật

III Tính chất vật lý của khoáng vật

IV Phân loại khoáng vật

1.2 Đất đá và các đặc trưng cơ bản của đất đá

2 Chỉ tiêu gián tiếp

II Các chỉ tiêu trạng thái vật lý của đất

5.0

2.0

2.5

- Chỉ tiêu đánh giá trạng thái

3 Trạng thái và các chỉ tiêu đánh giá trạng thái của đất dính

- Khái niệm

- Giới hạn Atterberg và các chỉ số

2.3 Phân loại đất

I Mục đích và vai trò của phân loại đất

II Giới thiệu các hệ thống phân loại đất

I Khái niệm tính ép co, biến dạng của đất

II Quan hệ giữa biến thiên thể tích ∆V và hệ số rỗng e dưới tác

dụng của tải trọng

III Thí nghiệm ép co không nở hông và định luật ép co

1 Thí nghiệm ép co không nở hông

2 Định luật ép co

3 Các trường hợp cố kết của đất nền và áp lực cố kết trước

IV Thí nghiệm bàn nén tại hiện trường và nguyên lý biến dạng

tuyến tính

1 Thí nghiệm bàn nén

2 Nguyên lý biến dạng tuyến tính

V Xác định các đặc trưng biến dạng của đất

1 Xác định hệ số nở hông μ0

2 Xác định hệ số áp lực hông K0

3 Xác định mô đun biến dạng E0

VI Quá trình ép co của đất dính bão hòa nước và sự chuyển hóa

ứng suất trong quá trình cố kết thấm

1 Khái niệm

2 Sự chuyển hóa ứng suất trong quá trình cố kết thấm

VII Những nhân tố ảnh hưởng đến tính biến dạng ép co biến dạng

1 Thí nghiệm cắt đất trực tiếp

2 Định luật Coulomb

III Tiêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb

1 Ứng suất tại một điểm và vòng Mohr ứng suất

2 Lý thuyết phá hoại Mohr

3 Tiêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb

1 Thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn

2 Quy luật chung về tính đầm chặt

III Các nhân tố ảnh hưởng đến tính đầm chặt

3.5 Bài tập chương III

0.5

2.0

IV Xác định ứng suất trong đất

4.1 Các loại ứng suất trong đất và các giả thiết cơ bản

I Các loại ứng suất trong đất

II Các giả thiết cơ bản

4.2 Xác định ứng suất bản thân

I Ứng suất bản thân trong nền đất

II Ứng suất bản thân trong công trình đất

4.3 Xác định áp suất đáy móng

I Khái niệm

II Xác định áp suất đáy móng

4.4 Ứng suất tăng thêm trong nền công trình

I Các bài toán cơ bản

II Ứng suất tăng thêm trong nền đồng chất - bài toán không gian

III Ứng suất tăng thêm trong nền đồng chất - bài toán phẳng

III Khái niệm p ;gh pgh

5.3 Xác định tải trọng biến dạng tuyến tính pgh I

I Khái niệm sự phát triển vùng biến dạng dẻo

II Xác định tải trọng po,p1/4

5.4 Xác định tải trọng phá hoại pgh II

I Khái niệm

II Phương pháp cân bằng giới hạn cố thể của Épđôkimốp

III Phương trình sức chịu tải của Tezaghi

IV Phương trình sức chịu tải tổng quát

II Tính toán độ lún cố kết có xét đến biến dạng hông

7.3 Xác định độ lún theo thời gian

I Khái niệm

II Lý thuyết cố kết thấm của Tezaghi

III Tính độ lún theo thời gian

7.4 Bài tập chương VII

5.0

0.5 2.0

2.5

1.0

VIII Móng nông trên nền thiên nhiên

IV Các loại tải trọng và tổ hợp tải trọng

V Các chỉ tiêu cơ lý của đất nền dùng để tính toán nền móng theo

TTGH

8.3 Các tài liệu cần thiết để tính toán nền móng theo TTGH

I Tài liệu về địa chất thủy văn và địa chất công trình

II Tài liệu về công trình và tải trọng

III Một số tài liệu cần thiết khác

8.4 Tính nền móng khi công trình chịu lực đẩy ngang thường

xuyên tác dụng theo TTGH

I Các hình thức mất ổn định của nền móng

II Phán đoán các hình thức mất ổn định của nền móng

III Xác định mức độ ổn định về cường độ của nền móng

IV Kiểm tra các điều kiện biến dạng

8.5 Đồ án thiết kế móng nông

8.0

0.5 2.0

LỊCH TRÌNH GIẢNG DẠY ĐẠI HỌC VÀ CAO ĐẲNG CHÍNH QUY

(SYLLABUS)

Tuần 1 Chương 1: Khoáng vật và đất đá

1.1 Khoáng vật

I Khái niệm

II Trạng thái và các dạng tồn tại của khoáng vật

III Tính chất vật lý của khoáng vật

IV Phân loại khoáng vật

1.2 Đất đá và các đặc trưng cơ bản của đất đá

I Mục đích và vai trò của phân loại đất

II Giới thiệu các hệ thống phân loại đất

Chương 3: Tính chất cơ học của đất

3.1 Tính thấm nước của đất

I Khái niệm

II Định luật thấm Darcy

Tuần Phân bổ nội dung (6 tiết 1 tuần)

III Hệ số thấm k và phương pháp xác định

3.2 Tính ép co và biến dạng của đất

I Khái niệm tính ép co, biến dạng của đất

II Quan hệ giữa biến thiên thể tích ∆V và hệ số rỗng e dưới tác dụng của tải trọng III Thí nghiệm ép co không nở hông và định luật ép co

IV Thí nghiệm bàn nén tại hiện trường và nguyên lý biến dạng tuyến tính

V Xác định các đặc trưng biến dạng của đất

VI Quá trình ép co của đất dính bão hòa nước và sự chuyển hóa ứng suất trong quá trình cố kết thấm

VII Những nhân tố ảnh hưởng đến tính biến dạng ép co biến dạng của đất

Tuần 3 3.2 Tính ép co và biến dạng của đất (tiếp)

VI Quá trình ép co của đất dính bão hòa nước và sự chuyển hóa ứng suất trong quá trình cố kết thấm

VII Những nhân tố ảnh hưởng đến tính biến dạng ép co biến dạng của đất

Bài tập chương 2

Thí nghiệm trong phòng (3 tiết)

Tuần 4 3.3 Cường độ chống cắt của đất (tiếp)

I Khái niệm

II Thí nghiệm cắt đất trực tiếp và định luật Colomb

III Tiêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb

IV.Thí nghiệm ba trục

3.4 Tính đầm chặt của đất

I.Khái niệm

II.Nguyên lý đầm chặt

Thí nghiệm trong phòng (3 tiết)

Tuần 5 Bài tập chương 3

Chương 4: Xác định ứng suất trong đất

4.1 Các loại ứng suất trong đất và các giả thiết cơ bản

I Các loại ứng suất trong đất

II Các giả thiết cơ bản

4.2 Xác định ứng suất bản thân

I Ứng suất bản thân trong nền đất

Tuần Phân bổ nội dung (6 tiết 1 tuần)

II Ứng suất bản thân trong công trình đất

4.3 Xác định áp suất đáy móng

I Khái niệm

II Xác định áp suất đáy móng

4.4 Ứng suất tăng thêm trong nền công trình

I Các bài toán cơ bản

II Ứng suất tăng thêm trong nền đồng chất - bài toán không gian III Ứng suất tăng thêm trong nền đồng chất - bài toán phẳng

Tuần 6 Chương 5: Sức chịu tải của nền đất

5.1 Khái niệm

5.2 Các giai đoạn làm việc của đất nền khi tăng tải

I Trình bày thí nghiệm bàn nén

II Các giai đoạn làm việc của đất nền

III Khái niệm p ;gh I pgh II

5.3 Xác định tải trọng biến dạng tuyến tính pgh I

I Khái niệm sự phát triển vùng biến dạng dẻo

Tuần Phân bổ nội dung (6 tiết 1 tuần)

II Tính toán độ lún cố kết có xét đến biến dạng hông

7.3 Xác định độ lún theo thời gian

I Khái niệm

II Lý thuyết cố kết thấm của Tezaghi

III Tính độ lún theo thời gian

IV Các loại tải trọng và tổ hợp tải trọng

V Các chỉ tiêu cơ lý của đất nền dùng để tính toán nền móng theo TTGH

8.3 Các tài liệu cần thiết để tính toán nền móng theo TTGH

I Tài liệu về địa chất thủy văn và địa chất công trình

II Tài liệu về công trình và tải trọng

III Một số tài liệu cần thiết khác

Bài tập chương 7

Tuần 10 8.3 Các tài liệu cần thiết để tính toán nền móng theo TTGH

I Tài liệu về địa chất thủy văn và địa chất công trình

Tuần Phân bổ nội dung (6 tiết 1 tuần)

II Tài liệu về công trình và tải trọng III Một số tài liệu cần thiết khác

8.4 Tính nền móng khi công trình chịu lực đẩy ngang thường xuyên tác dụng theo TTGH

Bài tập ôn tập Chương 8: Lún của nền công trinh

Bài 1:

Một tầng đất sét BH nước dày 5m nằm trên tầng đá ko thấm Trên tầng sét là lớp cát mỏng chịu tải trọng thẳng đứng phân bố đều liên tục p = 200 kN/m² Cho biết chỉ tiêu cơ lý của tầng sét như sau:

Hệ số thấm k = 1,4 cm/năm; hệ số rỗng ban đầu eo = 0,80; hệ số ép co a = 0,00183 cm²/N Hãy tính và vẽ biểu đồ phân bố AL nước lỗ rỗng u theo chiều sâu của tầng sét ở thời điểm sau khi tác dụng tải trọng p sáu tháng

Bài 2:

Lớp đất sét dày 12m có hai mặt thoát nước ( có nghĩa là có lớp thấm nước tốt ở trên đỉnh và dưới đáy lớp sét này) Hệ số cố kết cv = 8.0 x 10-8 m2/s Nếu công trình gây ra ứng suất thẳng đứng trung bình là 100kPa cho lớp đất sét, xác định áp lực nước lỗ rỗng dư còn lại trong lớp đất sau 5 năm tại các độ sâu 3, 6, 9 và 12m trong lớp sét

Bài 3: Cho một lớp đất sét dày 10m một mặt thoát nước, độ lún 9cm trong 3.5 năm Hệ số cố kết của đất là 0.544x10-2

cm2/s

Yêu cầu: Tính độ lún cuối cùng, và tìm thời gian khi độ lún đạt 90% độ lún cuối cùng

Bài 4

Nền đất sét BH nước dày 10m nằm trên tầng đá

ko thấm nước Mặt nền chịu tải trọng phân bố

1 St sau t = 1 năm td tải trọng p

2 Thời gian t cần thiết để Cv = 0,75

Bài 5

Tầng sét bão hòa nước dày 6m nằm trên tầng đá không thấm Trên tầng sét là lớp cát mỏng chịu tải trọng thẳng đứng phân bố đều liên tục p = 150 kPa Tính áp lực nước lỗ rỗng u tại vị trí cách mặt đất tự nhiên 3m ở thời điểm 12 tháng sau khi tác dụng tải trọng p Cho biết, tầng sét

có các chỉ tiêu cơ lý như sau K = 1.4*10-8 m/s; e0 = 0.7; a = 0.001 cm2/N

Bài tập ôn tập Chương 8: Lún của nền công trinh

Bài tập ôn tập Chương 2: Tính chất cơ học của đất

Bài 1

Sơ đồ thấm dưới đáy một đập bê tong được thể hiện như

hình P là một điểm trên đường thấm nằm cách mặt chuẩn

6m, áp lực nước lỗ rỗng tại P là 42 kPa Xác định cột nước

tổng tại P

Bài 2

Số liệu như bài 1; điểm A và C nằm ở thượng lưu và hạ lưu

hồ chứa B và D nằm tại độ sâu hB và hD tương ứng Xác định

cột nước vị trí, cột nước áp lực, và cột nước tổng tại A, B, C,

Cho cột nước giảm từ h1 → h2

Y/c: Tính hệ số thấm của mẫu đất

Bài tập Địa Kỹ Thuật 2012

Bài giải

Lập thành một biểu đồ tính như sau và điền đầy đủ các số liệu cho và kết quả đo vào (a),(b) và (d) sau đó tính toán kết quả điền vào (c),(e) và (f)

Khối lượng tổng của mẫu + hộp đựng mẫu = 462 g

Khối lượng đất khô + hộp đựng mẫu = 364 g

Khối lượng nước(a-b) = 98 g

Khối lượng hộp đựng mẫu = 39 g

Khối lượng đất khô( b-d) = 325 g

Độ ẩm (c/e) * 100% = 30.2%

Bài 2:

Cho  = 1.76 T/m3 (khối lượng riêng tổng); W = 10% ( Độ ẩm)

Yêu cầu: Xác định d (khối lượng riêng khô), e (hệ số rỗng), n (độ rỗng), S (độ bão hoà) và sat (khối lượng riêng bão hoà)

Bài giải:

Vẽ sơ đồ ba thể (Hình 2a), giả thiết rằng Vt=1 m3

Từ định nghĩa về độ ẩm và khối lượng riêng tổng, có thể xác định Ms và Mw Lưu ý khi tính toán độ ẩm được biểu thị theo số thập phân

0 , 1 /

76 , 1

m

M M V

M m

10,0

m

M

M s  s

Ms = 1,60Mg và Mw= 1,16 Mg Điền các giá trị vừa tính được vào các mục tương ứng trong sơ đồ ba thể ( hình 2b) và tiếp tục tính toán các chỉ tiêu tiếp theo

Bài tập Địa Kỹ Thuật 2012

Từ định nghĩa về ρw có thể tính tiếp Vw:

w

w w

1

16 , 0

m m

Mg

Mg M

Điền các giá trị này vào sơ đồ ba thể hình 2b

Để tính Vs, giả thiết khối lượng riêng hạt s=2.7 Mg/m3 Từ định nghĩa của s (Phương trình 2-7), có thể tính trực tiếp

Vs, hoặc:

3

3 0 , 593 /

70 , 2

6 , 1

m m

Mg

Mg M

Bài tập Địa Kỹ Thuật 2012

Khi sơ đồ ba thể đã được điền đầy, việc giải tiếp bài toán chỉ là điền đủ các số cụ thể vào các định nghĩa tương ứng đã nêu Chú ý rằng, khi tính toán phải viết ra dạng công thức, sau đó đưa các giá trị theo đúng thứ tự các số hạng đã ghi trong công thức Lưu ý thêm là nên viết cả đơn vị vào biểu thức khi tính

Việc tính toán các yêu cầu còn lại trở nên dễ dàng

Theo các công thức định nghĩa

Khối lượng riêng khô

3

1

6 , 1

m Mg m

Mg V

,0

160,0247,0

s

v

V

V V V

V e

Độ rỗng

%7,401000

,1

160,0247,0

t

v

V

V V V

V n

Độ bão hòa

%3,39100160,0247,0

160,1

w

V V

V V

V S

Khối lượng riêng bão hoà sat là khối lượng riêng của đất khi lỗ rỗng trong đất chứa đầy nước, đó cũng là khi đất bão hoà hoàn toàn với S=100% Vì thế khi thể tích khí Va chứa đầy nước, nó sẽ có khối lượng là 0.247 m3 * 1Mg/m3 hay 0.247 Mg Khi đó:

3

1

6,1)16,0247

,0(

m Mg m

Mg Mg

Mg V

M M

t

w s

là Va và Vt Để có được hai giá trị này, chúng ta phải dùng giá trị đã cho =1.76 Mg/m3 Từ định nghĩa về khối lượng riêng tổng:

ρ =1,76 Mg/m3

=

t t

t

V

Mg V

M  2,97Xác định Vt

3

3 1.688/

76.1

97.2

m m

Mg

Mg M



Vì thế: Va = Vt – Vw – Vs = 1.688 - 0.27 - 1.0 = 0.418 m3

Bài tập Địa Kỹ Thuật 2012

Cũng có thể dùng hình ví dụ 2.2c để kiểm tra lời giải còn lại của bài toán giống hệt nhau được xác định khi dùng dữ liệu của hình ví dụ 2.2b

Đưa số liệu đã cho vào sơ đồ ba thể (hình ví dụ 2a)

Giả thiết Vs=1 m3, có Ms  Vss  2700 kg Ta có thể tính trực tiếp hệ số rỗng:

242 1 0 1 1000

2700 46 0

w e

2700 1242

kg e

M M V

242 1 1000 2700





Khi đất bị ngập, trọng lượng riêng thực của đất bị giảm đi do đẩy nổi Lực đẩy nổi này chính bằng trọng lượng nước

mà đất chiếm chỗ Vì vậy khối lượng riêng đẩy nổi xác định bằng công thức:

w sat 

w w s

Khối lượng (Mg) Thể tích (m 3

)

Bài tập Địa Kỹ Thuật 2012

Bài 5: Ví dụ tham khảo 3.1:

Cho kết quả phân tích hạt và các chỉ tiêu giới hạn của 3 mẫu đất như sau:

% các hạt nhỏ hơn cỡ sàng No.4

No.10 No.40 No.100 No.200

124

47

77 NP*: Không dẻo

Yêu cầu: Phân loại 3 mẫu đất theo hệ thống phân loại đất USCS

Bài giải:

Sử dụng bảng 3-2 và hình 3.4 để phân loại đất

1 Vẽ đường cong cấp phối hạt của 3 mẫu đất , kết qủa được thể trên hình 3.1:

2 Đường cong cấp phối của mẫu 1 cho ta thấy trên 50% lượng hạt dưới sàng No.200 (60%) Như vậy, mẫu 1 là đất hạt mịn và ta cần sử dụng các giới hạn Atterberg để phân loại đất Với giá trị LL = 20 và PI = 5, mẫu 1 ở vị trí vùng gạch chéo trên biểu đồ dẻo nên đất được phân loại là CL-ML

3 Có thể nhận ra ngay mẫu 2 là đất hạt thô vì chỉ 5% lượng hạt dưới sàng No.200 Vì 97% lượng hạt dưới sàng No.4 nên mẫu 2 được coi là cát thì chính xác hơn sỏi Dựa vào bảng 3-2 và hình 3.4, do chỉ 5% lượng hạt dưới sàng No200 nên mẫu 2 nằm ở vùng ranh giới và có ký hiệu ghép đôi như SP-SM hoặc SW-SM tuỳ thuộc vào giá trị của Cu và Cc Từ đường cong cấp phối hạt, ta có kết quả D60 = 0.71 mm, D30 = 0.34 mm và D10 = 0.18 mm… Như vậy, hệ số không đều hạt Cu là:

69.318.0

71.010

)34.0()

60 10

2



x xD

PI = 0.73 (LL - 20) = 0.73 (124 - 20) = 75.9