Chuong 2 p3(mac) SV(1)

Xác định các đặc trưng kháng cắt độ bền của đất BÀI 3 TÍNH CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT Mái dốc Móng tròn Mặt phá hoại Tải trọng CT Công trình Móng Nền đất Tải trọng Lún S 1 Lún nền đất 2 Phá hoại

Trang 1

BÀI 3:TÍNH CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT 1 Định luật Coulomb

2.Thuyết bền Morh-Coulomb Khái niệm chung

3 Xác định các đặc trưng kháng cắt (độ bền) của đất

BÀI 3 TÍNH CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT

Mái dốc

Móng tròn

Mặt phá hoại

Tải trọng CT Công trình

Móng

Nền đất

Tải trọng

Lún S

(1) Lún nền đất (2) Phá hoại nền

 Mất ổn định tổng thể do trượt

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

Thí nghiệm nén 1 chiều có nở ngangđể 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 s:

A

P



s A: diện tích tiết diện mẫu

P

h

d

Nắp gia tải

b Cơ chế phá hoại trượt của đất

Mẫu sét cứng

* Khi ứng suất nén s tăng dần: mẫu bị biến dạng cả

phương đứng và phương ngang.

* Khi ứng suất nén đủ lớn: trên mẫu xuất hiện vết nứt

nghiêng và 2 phần mẫu trượt lên nhau theo mặt nghiêng

tương ứng.

- 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

thành vết nứt.

P

Vết nứt

b Mẫu sét mềm

* Khi tải trọng đủ lớn: trên mẫu không xuất hiện vết nứt nhưng mẫu bị biến dạng dẻo không tắt dần theo thời gian và cuối cùng bị phá hoại hoàn toàn.

- Phá hoại cắt của đất theo các mặt trượt phân tố ở mỗi điểm trong vùng phá hoại chỉ thể hiện dưới dạng chảy dẻo của toàn bộ đất trong vùng đó.

c Kết luận:

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.

Trang 2

a Lực ma sát của đất: 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.

j s j

tg A

Ptg A

T

ms  

T: lực gây trượt;

Tms: lực ma sát.

Tms= P.fms= Ptgj Lực ma sát đơn vị sms: P

Q

T

Tms

a

fms: hệ số ma sát; j: góc ma sát trong của đất; s:

ứng suất pháp tác dụng trên mặt đang xét

1 Định luật Coulomb

b Lực dính của đất: Các hạt đất có thể gắn kết với nhau chống lại lực kéo tách rời chúng nhờ lực dính.

- Lực dính = (loại đất) và coi có giá trị như nhau tại mọi điểm theo mọi hướng.

- Lực dính đơn vị c: Lực dính trên 1 đơn vị diện tích.

c Biểu thức Coulomb:

* Sức chống cắt s trên 1 mặt phẳng nào đó là khả năng của đất chống lại ứng suất cắt theo mặt phẳng đó trên 1 đơn vị diện tích: s = sms+ c = stgj + c

(j, c): đặc trưng chống cắt của đất, xác định bằng TN;

s: ứng suất nén tạo ra ma sát đơn vị (do tải trọng gây

ra, phụ thuộc vào điểm khảo sát).

* Sức chống cắt s theo ứng suất hữu hiệu Terzaghi:

s = (s - u)tgj’ + c’ = s’.tgj’ + c’

d Đường sức chống cắt Coulomb

s

tmax

s

tmax

s

j

c

Đồ thị mô tả quan hệ s = f(s): đường sức chống cắt

Coulomb.

j

c

tmax

s

Đất dính thuần túy

s  c  cu

0

* Điều kiện bền được thiết lập trên cơ sở so sánh ứng suất cắt và sức chống cắt trên cùng một mặt phẳngnào đó

- Trạng thái cân bằng bền khi:t < s;

- Trạng thái cân bằng giới hạn (CBGH) khi:t = s Lưu ý:Với đất không xảy rat > s

* Gọi tmax(tf) là ứng suất cắt lớn nhất có thể có trên 1 mặt phẳng nào đó qua điểm đang xét Mthì theo Mohr tính bền của đất được đảm bảo khi:tmax s = stgj + c

t

s

tf= stgj + c

t = f(sx, sz)

s B

s A

B(sB, tB): tB< sB.tgj + c A(sA, tA): tA= sA.tgj + c

2.Thuyết bền Morh-Coulomb

Trên mặta: s(a) = {sa, ta}:

os2 sin 2

xz c

a

os2 sin 2 2

x z

xz c

a

sa

t a

sz

sx sx

txz

zM

xM

x

z

M(xM, zM)

sx

sz

txz

y

Xét phân tố tại điểm M(x,z) trong đất

s(M) ={s x , s z , t xz }

2.Thuyết bền Morh-Coulomb

Trên mặta:

Lực kháng trượt

os2 sin 2

xz

c

a

os2 sin 2 2

xz

c

a

s s

a

sa

ta

sz

sx

txz

a

Lực dính c

sa

ta

Ma sát j

sa= satgj + c

.

Cân bằnggiới hạnxảy ra khi ta= sa

Cân bằng“bền” khi ta< sa

Mô phỏng

s(a) = {sa, ta}:

Lực gây trượt

Trang 3

os2 sin 2

xz

c

a

s s s s

s     a t  a

os2 sin 2

2

xz

c

a

s s

t   a t  a

VÒNG TRÒN MORH ỨNG SUẤT

M(x,z)

ta

sa

a

sa

Biểu diễn {sa, sa, ta} trên mặt phẳng (s,t)

1 3 ² ² 1 3 ²

.

Ptr đường tròn:

1 3

2

Rs s

1 3

2

Oss

Ptr đường thẳng

t

s

sa= sa.tgj + c

a

ta

sa

Vòng Mohr của điểm M

c

R

s1, s3:ứng suất chính

j

t

s Điểm M2: ở TT CBGH

Điểm M1: ở TT ỔN ĐỊNH

j s

tg

c

c Điểm M3: ở TT PHÁ HOẠI

.

sa  satg j  c

Đường tròn:

Đường thẳng (sức kháng cắt)

Không thay đổi theo điểm

M ( c, j)

Thay đổi tùy vị trí điểm M phụ thuộc szM,sxM, txzM

w

' u

s  s 

Lựcstác dụng

lên đất

Gây ứng suất tác

dụng lên khung

đất

s

Nước

Hạt đất

Khí Gây ứng suất tác

dụng lên nước

'

Nước Không nén được Không có kháng cắt

Khung đất

Có biến dạng

Có sức kháng cắt

s  s tg j  c

Sức kháng cắt của đất có

được nhờ liên kết giữa các

hạt đất

Ứng suất hữu hiệus’

Biến dạng của đất (lún, biến dạng thể tích, )

Độ bền cắt (sức kháng cắt)

gây ra

3 Xác định các đặc trưng kháng cắt (độ bền) của đất:

 Thí nghiệm xác định:

• Thí nghiệm cắt trực tiếp (cắt phẳng)

• Thí nghiệm cắt gián tiếp (nén ba trục)

 Các bước khi TN cắt

• Bước 1:Nén

• Bước 2:Cắt

 Các chế độ cắt

Để kiểm soát được ảnh hưởng của điều kiện thoát nước, các điều kiện liên quan đến áp lực u được đơn giản hóa theo 3 chế độ sau:

• TN vớiu = 0;

• TN vớis’ = 0;

• TN trung gian:u = 0 khi chịu lực nén nhưng u  0 khi chịu lực cắt

3 Xác định các đặc trưng kháng cắt (độ bền) của đất:

Chọn phuơng pháp thí nghiệm phù hợp phản ánh

đúng với trạng thái làm việc của đất nền trong thực tế

Chế độ cắt: là chế độ kiểm soát/khống chế áp lực nước

lỗ rỗng trong các giai đoạn thí nghiệm cắt:

• Cắt chậm (CD: Consolidated Drained Test):cố kết hoàn

toàn khi chịu lực nén, sau đó cắt rất chậm để nước tiếp

tục thoát: j’, c’(jCD, cCD)

• Cắt nhanh (UU: Unconsolidated Undrained Test) : nước

không được thoát ra khi chịu lực nén và cắt: ju, cu

(jUU, cUU)

• Cắt nhanh cố kết (CU: Consolidated Undrained Test):

nước thoát hết dưới tác dụng của lực nén nhưng chịu

cắt nhanh trong điều kiện không thoát nước: jcu, ccu

Tấm gia tải

Bi thép

Vòng ứng biến

S

Đá thấm

A/ Thí nghiệm cắt phẳng (cắt trực tiếp)

Sơ đồ nguyên lý: P

T

Bước 1: Gia tải đứng  ứng suất nén Bước 2: Gia tải cắt T tạo ra ứng suất cắt t

T tăng  mẫu bị phá hoại Kết quả: từ s = P/A, tf= T/A → {s, tf} hay {s, s} trong đó s = tf

Trang 4

Bước 2: Gia tải cắt T tạo ra ứng suất cắt t

T tăng  mẫu bị phá hoại

Bước 1: Gia tải đứng  ứng suất nén

P

Tấm gia tải

Bi thép

Vòng ứng biến

S

Đá

thấm

T

Kết quả: từ s = P/A, tf= T/A → {s, tf} hay {s, s} trong đó s = tf

Thiết bị thí nghiệm cắt phẳng

Hộp cắt phẳng

s(tf)

s

j c

s3

s2

tf2 tf1

s1

k i tg

k i fk fi



s s t t j

• Cách 1: Đoj, c trên đồ thị

j s

c i  fi  i

o Cách xác định j, c

• Cách 2: Tính trị trung bình

từ các giá trịj, c theo công thức sau:

Kết quả và xử lý kết quả

o Mỗi mẫu thu được (s, s), nhiều mẫu {si, si}, i = 1,n

o Vẽ đồ thị (s, s)

1

s

3 1

ss t

 BÀI 3 TÍNH CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT

B/ Thí nghiệm 3 trục

* Nguyên lý TN:TN thực hiện trên máy

3 trục tạo raáp lực nén lên mẫu theo 3

phương vuông góc, ứng suất nén

chính theo các phương có thể thay đổi

cho đến khi mẫu bị phá hoại (thường

giữ nguyên ứng suất nén theo

phương ngang)

s1 =s+ s3

s1

s3

s 2 = s3

s

* Sơ đồ thí nghiệm

Xả khí

Mũ cứng

Màng cao su

Back Pressure

Đá thấm

u

s3

s1

Trang 5

Ứng suất lệch,s = q

Áp lực

buồng s3

Các biến ứng suất

s3= s & s1= s + s3

Mẫu đất

Bơm nước tạo

áp lực buồng s Áp lực nước

lỗ rỗng

Thiết bị đo sự thay đổi thể tích mẫu

Thiết bị đo lực

dọc tạo s

Biến dạng thể tich q

B/ Thí nghiệm 3 trục

Sơ đồ nguyên lý:

BÀI 3 TÍNH CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT THÍ NGHIỆM 3 TRỤC (Triaxial Test)

Cách thực hiện thí nghiệm nén ba trục:

• Bơm nước vào buồng để tạo áp lực buồng,

s → s1= s3= s Duy trì áp lực buồng trong suốt quá

trình thí nghiệm

• Gia tải dọc để tạo số gia ứng suất dọc,s1, cho đến khi

mẫu phá hoại ta ghi nhận được cặp số liệu(s1, s3)f

trong đó :

o s1= s + s

o s3= s

• Thay mẫu, thí nghiệm với trị áp lực buồng khác

• Kết quả: {s1i, s3i}, i=1,n

t

s (kPa)

s3

s 1

t

s (kPa)

s 3

s1

s3

s 3

s

 Cách thực hiện thí nghiệm nén ba trục:

tf

s c

j

s11

32

Xử lý kết quả:

• Với mỗi cặp (s1i, s3i) vẽ một vòng tròn Morh trên

hệ trục tf– s

• Vẽ đường bao các

vòng tròn Morh 

đường sức kháng

cắt

• Xác định j, c từ

đường sức kháng

cắt

BÀI 3 TÍNH CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT f Ưu, nhược điểm

* Ưu điểm:

- Đất bị cắt theo mặt yếu nhất  tình hình phá hoại của đất gần với thực tế hơn.

- Diện tích mặt cắt không thay đổi trong quá trình TN.

- Ứng suất trên mặt cắt của mẫu được phân bố đều hơn.

- Thực hiện được các chế độ cắt khác nhau.

- TN này ngoài xác định được (j, c) còn xác định được môđun biến dạng Eo, môđun biến dạng thể tích Ett, hệ số

nở ngang o, hệ số nén ngang  (Ko).

* Nhược điểm: - Giá thành cao.

- Thiết bị phức tạp, thao tác khó khăn, người TN cần có chuyên môn cao.

- Khối lượng mẫu đất đòi hỏi nhiều hơn.

Trang 6

Ví dụ: Thí nghiệm cắt đất bằng máy 3 trục với 3 mẫu đất.

Khi mẫu đất bị phá hoại đo được các ứng suất giới hạn:

Yêu cầu :Xác định thông số sức chống cắt (j, c) và góc

nghiêngacủa mặt trượt so với phương ứng suất chính

lớn nhất

280 Mẫu số 2

Mẫu số 3

Lớn nhất

Mẫu số 1

500 720

100 200 300

BÀI 3 TÍNH CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT Phân loại thí nghiệm 3 trục

Có mở van thoát nước không?

yes no

Mẫu cố kết

Consolidated

Mẫu ko cố kết

U nconsolidated

Có mở van thoát nước không?

yes no

Thoát nước Drained

Ko thoát nước Undrained

Dưới áp lực xung quanh sc

sc

Bước 1

Ứng suất lệch (s = q)

Gia tải cắt

Bước 2

sc+ q

Không cố kết – Không thoát nước:

Unconsolidated-undrained (UU or Q)Test

Cố kết – không thoát nước:

Consolidated-undrained (CU or R) Test

Cố kết – thoát nước:

Consolidated-drained (CD or S) Test

Có 3 loại thí nghiệm:

Phân loại thí nghiệm 3 trục

a Không cố kết – Không thoát nước (UU):

• Thí nghiệm này được gọi là thí nghiệm cắt nhanh, s3và s được gia tải nhanh và đất không có thời gian để cố kết

• Thí nghiệm được thực hiện với tất cả các van thoát nước được đóng lại (không cho thoát nước)

• UU là thí nghiệm ngắn hạn cho đất sét, thu được kết quả :

  = ’ = 0

 s = cu= Su= (s1- s3)/2 (gọi là cường độ kháng cắt không thoát nước của đất sét)

• Tính chất cu, juthu được trong thí nghiệm UU dùng để kiểm tra sự ổn định của công trình TRONG quá trình thi công

(Đắp nhanh, đất bão hòa nước,…) thường kiểm tra với đất sét

Ứng suất cắt,t

cu

Đường bao phá hoại, t=cu

Ứng suất phápshoặcs’

Thí nghiệm UU cho đất sét

a Không cố kết – Không thoát nước (UU):

ju= 0

Cu: lực dính không

s  s



b Cố kết – Không thoát nước (CU):

• Gia tảis3và đợi cho đến khi mẫu đất cố kết

• Van thoát nước của mẫu đất được mở khi cố kết nhưng đóng lại khi cắt đất

• Mẫu đất phải cố kết xong mới thực hiện cắt

• Thí nghiệm này có thể mô tả cường độ dài hạn, cũng như ngắn hạn cho đất dính nếu như áp lực nước lỗ rỗng được ghi lại trong quá trình cắt đất (phá hoại)

• Thí nghiệm này có đặc điểm: cT≠ c’ và jT= j’

• Số liệu thu được có thể là:

c’, j’ and u (ứng suất hữu hiệu)

cT, jT(ứng suất tổng)

Trang 7

(s d ) fa

sor s’

(sd)fa

j T

Đường bao phá hoại

Mohr - Coulomb khi

Đường bao phá hoại

Mohr - Coulomb khi

dùng ứng suất hữu

hiệu

j’

Ứng suất hữu hiệu tại mặt phá hoại

s’1 = s3+ (sd)f - uf

s’ 3 = s3 - uf

uf

b Cố kết – Không thoát nước (CU):

c Cố kết – Thoát nước (CD):

• Gọi là thí nghiệm cắt chậm

• Van thoát nước mở suốt quá trình thí nghiệm

• Mẫu đất cố kết hoàn toàn trước khi tiến hành cắt mẫu

• Gia tải ở tốc độ chậm để việc sắp xếp lại các hạt đất không làm gia tăng áp lực nước lỗ rỗng trong đất (có thể kéo dài 2 tuần)

• Do là không có áp lực nước lỗ rỗng nên ứng suất tổng và ứng suất hữu hiệu là bằng nhau

• Thí nghiệm này mô tả sự làm việc lâu dài của đất dính

t

sor s’

j = j’

C’

N°

2 e

c Cố kết – Thoát nước (CD):

N°

1 e

' c ' ' tg '

BÀI 4: TÍNH ĐẦM CHẶT CỦA ĐẤT

BÀI 4 TÍNH ĐẦM CHẶT CỦA ĐẤT

1 Nguyên lý cải tạo đất bằng đầm chặt:

Đầm chặt là tác động cơ học làm giảm thể tích lỗ rỗng

trong đất

• VR tiếp xúc hạt–hạt tăng ma sát tăng  cường độ tăng

• VR hệ số rỗng giảm  tính biến dạng giảm

Đầm chặt làm đất “tốt” lên

• Cấp phối đất

• Công đầm

• Độ ẩm khi đầm

Cấp phối tốt :

Có nhiều cỡ hạt khác nhau → có thể sắp xếp “hợp lý” để

có VRnhỏ

Công đầm thích hợp

Có thể dễ dàng làm các hạt dịch chuyển đến vị trí gần nhau

→ VR.Công đầm thể hiện qua trọng lượng thiết bị và số lần đầm:

oTrọng lượng thiết bị có thể thay đổi trong phạm vi hẹp;

nén chặt

Độ ẩm khi đầm

oĐộ ẩm thấp : ma sát giữa các hạt lớn → khó dịch chuyển

oĐộ ẩm cao : làm phát sinh áp lực nước lỗ rỗng → hiệu quả

đầm thấp

oĐộ ẩm thích hợp : làm giảm ma sát giữa các hạt khi di

chuyển → dễ dàng đầm chặt đồng thời không tạo ra áp lực nước lỗ rỗng cản trở sự dịch chuyển

 Sự thay đổi độ ẩm tương đối dễ dàng → cần tìm ra độ ẩm thích hợp!

Trang 8

(%) 100

max

k t k

K

g

 Trong đó:

• gk.t: trọng lượng riêng khô đạt được do thi công

• gkmax: trong lượng riêng khô lớn nhất được xác định trong

phòng thí nghiệm

Chất lượng thi công đạt yêu cầu khi K  [K] theo yêu cầu thiết

kế

2 Ứng dụng:

Độ ẩm thích hợp: gọi là độ ẩm tối ưu, Wopt, được dùng

để hướng dẫn thi công

Độ chặt lớn nhất: thể hiện qua trọng lượng riêng khô lớn

nhất, gkmax, được dùng để đánh giá chất lượng thi công

thông qua hệ số đầm nén, K, xác định theo công thức:

H Tấm chặn

Bàn đầm Quả búa

Tấm đáy Thân cối Vành trên

Thanh dẫn

H

Mẫu đất TN

3 Thiết bị thí nghiệm đầm chặt: Cối đầm

 Proctor cải tiến của AASHTO:

V = 926.8cm3, Q = 4.54kG, H = 45.7cm

→ e = 27.5 kG.cm/cm3

 Việt nam tiêu chuẩn:

V = 1000cm3, Q = 2.5kG, H = 30.0cm

→ e = 5.6 – 9.0 kG.cm/cm3

 Proctor tiêu chuẩn:

V = 2317cm3, Q = 2.5kG, H = 30.5cm

→ e = 5.4 kG.cm/cm3

Một số loại cối đầm thông dụng:

4 Cách thực hiện:

• Chuẩn bị đất làm nhiều phần, mỗi phần có độ ẩm khác nhau

• Mỗi phần chia làm vài phần nhỏ (3 hoặc 5 tùy theo kiểu cối)

• Cho từng phần nhỏ vào cối, san đều, đầm với số nhát nhất định

• Tháo vành trên, cắt ngang thân cối, cân xác định trọng lượng

• Lấy mẫu trong đất sau đầm (trong khối đất) xác định độ ẩm W

• Lặp lại với các phần có độ ẩm khác nhau đã chuẩn bị (ở bước 1)

Kết quả:

• Mỗi mẫu sau đầm xác định g = Q/V và W

• Với n mẫu, có n cặp giá trị {gi, Wi}, i = 1,n

i

i i k

W



 1

g g

• Vẽ đồ thị gk= f(W)

• Xác định

gkmax- Wopttrên đồ thị

Khoảng W thích hợp cho thi công

gkmax

Wopt

gk

W

Ứng với S = 1

Xử lý kết quả:

• {gi, Wi} → {gki, Wi} :

Loại đất

Giá trị trung bình

gkmax(kN/m3) Wopt(%) Cát cấp phối tốt (SW)

Cát cấp phối xấu (SP) Sét pha cát (SC) Cát pha lẫn bụi (ML) Sét tính dẻo thấp (CL) Sét tính dẻo cao (CH)

22 18 19 17 18 15

7 12 15 17 15 25

BÀI 4 TÍNH ĐẦM CHẶT CỦA ĐẤT 4.5 gkmaxvà Woptcủa một số loại đất:

Định dạng
Số trang	8
Dung lượng	1,05 MB