Bài giảng môn học địa kỹ thuật phần 2 geotechnical engineering part 2

Khái niệm về dòng thấm trong đất Đất là MT phân tán có tính rỗng, dưới td của chênh lệch cột nước, nước có thể xuyên qua lỗ rỗng trong đất & c.động từ nơi có MN cao tới nơi có MN thấp..

Trang 1

Geotechnical Engineering

THUYLOI UNIVERSITY

Division of Geotechnical Engineering

GV : PHAN KHÁNH LINH ADD : P 416 - A1 – ĐHTL MOBI :

EMAIL : phankhanhlinh@tlu.edu.vn

Trang 2

CHƯƠNG II: TÍNH CHẤT CƠ

HỌC CỦA ĐẤT (mechanical properties of soil)

I never learn anything talking I only learn things when I ask questions

Lou Holtz

Trang 3

 Cường độ L.kết giữa các hạt nhỏ hơn nhiều so

với cường độ bản thân hạt

 Dưới tác dụng của tải trọng, tính rỗng của đất

thay đổi → tính chất cơ học của đất thay đổi theo

Trang 5

T1 TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT

Trang 6

I Khái niệm về dòng thấm trong đất

Đất là MT phân tán có tính rỗng, dưới td của chênh lệch cột nước, nước có thể xuyên qua lỗ rỗng trong đất & c.động từ nơi có MN cao tới nơi có MN thấp

Hạt đất, nước, khí

Trang 7

Hiện tượng dưới td của chênh lệch cột nước, nước có khả năng c.động xuyên qua lỗ rỗng liên thông nhau trong đất gọi là hiện tượng thấm của đất Tính chất bị nc thấm qua gọi là tính thấm của đất

I Khái niệm về dòng thấm trong đất

Trang 8

1 Ảnh hưởng của thấm

 Giảm hiệu quả tích nước của hồ chứa

 Ảh đến thi công do nước chảy vào hố móng

2 Ảnh hưởng của lực thấm J = w.i

 Gây xói ngầm cơ học dưới đáy CT

 Chảy đất, mạch đùn, mạch sủi tại chỗ dòng thấm

thoát ra khi gradien thấm đạt giá trị giới hạn igh

 Làm mất ổn định mái dốc do thấm ngược

II Ý nghĩa của việc nghiên cứu về dòng thấm

Trang 9

1 PT Bernoulli – Năng lượng của dòng thấm:

 Động năng: Do vận tốc

 Áp lực nước lỗ rỗng

 Thế năng: Do chênh cao với

mặt chuẩn

III Tính toán dòng thấm trong đất

Tổng năng lượng của dòng thấm tại 1 điểm gồm

Z g

Trang 10

+𝑪ộ𝒕 𝒏𝒄 𝒄𝒂𝒐 độ

Tổng cột nc = Cột nc áp lực + cột nước cao độ

𝑯 = 𝒖

𝜸𝒘 + 𝒁

1 PT Bernoulli – Năng lƣợng của dòng thấm:

Trang 12

Năm 1856, Darcy dựa

Nội dung định luật

2 Định luật Darcy

Trang 13

Theo ĐL bảo toàn khối lượng trong cơ học CL, với

q – lưu lượng thấm trong 1 đv thời gian qua mặt cắt A

A – diện tích mặt cắt T”, vuông góc với dòng thấm (m 2 )

k – hệ số thấm Darcy (m/s)

Trang 14

Chú ý

 Khi i = 1 thì v = k, ⇒ k là vận tốc thấm khi

gradien thủy lực bằng đơn vị

 Q.hệ tuyến tính giữa v & i đã đc thực tế chứng

minh Đó là ĐL thấm cơ bản của nước trong đất- ĐL Darcy

Trang 15

IV Hệ số thấm và phương pháp xác định

) TN trong phòng: dùng thiết bị máy đo thấm, 2TH

 Cột nước không đổi (đất có tính thấm lớn)

Trang 16

Thể tích nc thu đc trong thời gian t

(m 3 ) trong thời gian t(s)

A: Diện tích MC ngang của mẫu

1 Thí nghiệm cột nước không đổi

Trang 18

VD1

- Một mẫu đất hình trụ tròn, đường kính 8cm, dài

20cm, được thí nghiệm với thiết bị đo thấm có cột nước ko đổi Cột nước 75cm được duy trì trong suốt thời gian diễn ra TN Sau 1’ TN, thu đc tổng cộng

Trang 19

2 Thí nghiệm cột nước giảm dần

Trang 20

với cột nước trong ống

(tiết diện a) hạ xuống dh

Trang 21

Ở thời điểm t, cột nc khi đó là h,

Gradien thủy lực khi đó:

Trang 22

Lấy tích phân 2 vế PT trên

,

2

h

h t

A

aL k

Trang 23

TN với cột nước ko đổi phù hợp với đất có tính thấm lớn (k

Trang 25

Geotechnical Engineering

THUYLOI UNIVERSITY

Division of Geotechnical Engineering

GV : PHAN KHÁNH LINH ADD : P 416 - A1 – ĐHTL MOBI :

EMAIL : phankhanhlinh@tlu.edu.vn

Trang 26

CHƯƠNG II: TÍNH CHẤT CƠ

HỌC CỦA ĐẤT (mechanical properties of soil)

I never learn anything talking I only learn things when I ask questions

Lou Holtz

Trang 27

T2 TÍNH ÉP CO & BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT

Trang 28

I Khái niệm về tính ép co & biến dạng của đất

Trang 29

- Đất gồm các hạt sắp xếp 1 cách tự nhiên ⇒ cốt đất có

tính rỗng;

- Trong lỗ rỗng chứa nước và khí

- Chỗ tiếp xúc giữa các hạt có liên kết với nhau

Trang 30

I Khái niệm về tính ép co & biến dạng của đất

Khi chịu tải:

1 cốt đất bị biến dạng tức thời ,

2 liên kết giữa các hạt đất bị phá vỡ, các hạt dịch chuyển

do bị dồn nén

3 L ỗ rỗng bị thu hẹp , V mẫu ↓, đất chặt lại

Tính chất như vậy gọi là tính ép co của đất

Trang 31

- Như vậy: Biến thiên thể tích của đất khi chịu tải

trọng chính là do thể tích lỗ rỗng thu hẹp

- Hiện tượng ép co xảy ra trong 1 thời gian nhất định

sau đó mới kết thúc Trong quá trình này, 1 bộ phận

nước và khí trong đất đồng thời bị ép ra ngoài

I Khái niệm về tính ép co và biến dạng của đất

Trang 32

II QH giữa biến thiên thể tích (𝛥V)

& hệ số rỗng (e)

Trang 33

II QH giữa biến thiên thể tích (𝛥V) & hệ số rỗng (e)

Theo mối liên hệ giữa ba thể:

Trang 34

II QH giữa biến thiên thể tích & hệ số rỗng (e)

Trang 35

II QH giữa biến thiên thể tích (𝛥V) & hệ số rỗng (e)

Cũng có thể viết (2.1) dưới dạng biến thiên thể

εx: biến dạng theo phương x;

εy: biến dạng theo phương y;

ε : biến dạng theo phương z;

(2.2)

Trang 36

III TN ép co không nở hông & định luật ép co

Trang 37

III TN ép co không nở hông và định luật ép co

3.1 Thí nghiệm ép co không nở hông

Trang 38

Dự đoán lún của nền ở hiện trường bằng cách

đánh giá các đặc trưng nén của mẫu nguyên dạng tiêu biểu

Trang 39

Trang 41

(Thí nghiệm với đất bùn tại vịnh San Francisco ở độ sâu -7,3m)

Trang 42

NX: 2 đồ thị đều có 2 đoạn gần như thẳng nối tiếp với đường cong

chuyển tiếp trơn Ưs tại điểm chuyển tiếp chỉ ra giá trị ứs lớp phủ thẳng đứng max mà mẫu đất này từng chịu trong quá khứ- Ưs cố kết trước 𝝈’p

Trang 43

OCR=1, nghĩa là σ’p = σ’vo  Đất cố kết bình thường (NC)

OCR>1, nghĩa là σ’p > σ’vo  Đất quá cố kết (OC)

Trang 44

Xác định áp lực

quá cố kết 𝝈’p

PP phổ biến nhất là

của Casagrande,

Trang 45

3.2 ĐL ép co ko nở hông & các đặc trưng ép co của đất

ĐL ép co ko nở hông đc

lập ra / cơ sở p.tích

đường cong ép co (e ~ P)

Trang 46

Khi biến thiên của AL ko lớn

Trang 47

III TN ép co không nở hông & định luật ép co

Trang 48

Trang 49

Trang 50

Khi KQ TN đc biểu thị theo

Trang 51

Khi KQ TN đc biểu diễn bằng

quan hệ (e ~ log σ‟v) thì độ

dốc của đường cong ép co

nguyên sinh đc gọi là chỉ số

nén Cc

, 1

, 2

2

1 ,

1

, 2

2

1 ,

log

log log

e d

de C

v c

Trang 52

, 2



 1



Trang 53

Trang 54

Nếu KQ TN đc biểu thị = quan hệ (𝜺v ~ log σ‟vc) thì độ dốc

C rε ( tỷ số nén lại)

o

r r

e

C C



 1



Trang 55

Trang 56

Trang 57

Với đất sét có độ nhạy thấp đến trung bình, Terzaghi &

Peck (1967) đề nghị

Cc = 0.009(LL – 10)

Trang 58

3.3 TN bàn nén tại hiện trường & nguyên lý biến dạng tuyến tính

3.3.1 Nhược điểm của TN trong phòng

 Cần mẫu đất nguyên dạng

 Liên kết - kết cấu

 Độ ẩm tự nhiên

 Ko phù hợp với đk lv thực tế của đất nền

Trang 59

 Tiến hành ở địa điểm XD, những vị trí quan trọng nhất

3.3 TN bàn nén tại hiện trường & nguyên lý bd tuyến tính

3.3.2 Một số chú ý

Trang 60

p II gh

TN bàn nén tại hiện trường

3.3 TN bàn nén tại hiện trường & nguyên lý bd tuyến tính

Trang 61

theo p tăng, QH S ~ p trong nền là

phi tuyến Khi p → p II

gh b/d dẻo chiếm ưu thế, độ cong càng lớn

khi p = p II

gh , vùng dẻo phát triển hoàn toàn, nền ở t.thái CB GH Nếu

p tăng rất nhỏ, nền bị phá hoại

3.3.2 Kết quả TN bàn nén ngoài hiện trường

Trang 63

3.3.3 Nguyên lý biến dạng tuyến tính

So sánh đặc tính bd của 2 VL:

 Thép (VL đàn hồi)

 Đất (VL rời)

(Áp lực ~ Biến dạng) QH bậc nhất

→ Trong giai đoạn bd tuyến tính,

các biểu thức của “lý thuyết đàn

hồi” có thể vận dụng cho đất

(ĐL Hooke – ĐL liện hệ BD ~ ƯS)

Trang 64

3.3.3 Nguyên lý biến dạng tuyến tính

Theo ĐL Hooke, khi phân tố đất là đàn hồi, đẳng hướng

E o & o: môđun bd & hệ số nở hông của đất

x , y , z : các ứs pháp td lên phân tố đất theo phương x, y, z

x, y , z là các bd tương đối của phân tố đất theo phương x, y, z

Trang 65

IV Xác định các đặc trưng biến dạng của đất

Trang 66

Trang 67

x o

Trang 68

E0 là 1 đặc trưng bd quan trọng của đất, có ý nghĩa

⩯ môđun đàn hồi Ee nhưng khác về bản chất:

Trang 69

4.4.1 XĐ môdun biến dạng E 0 từ TN nén ko nở hông

2

1

z y

x o

o z

y x

Trang 70

4.4.1 XĐ môdun biến dạng E 0 từ TN nén ko nở hông

2

Trang 71

VD

Một loại đất khi TN ép co ko nở hông trong phòng thí nghiệm với chiều cao ho= 2,54cm cho kết quả sau:

P(kN/m2) 100 200 300 400 S(mm) 1,24 1,71 2,10 2,35

Yêu cầu:

Tính các hệ số rỗng ei & vẽ qh e~p trong TN ép co ko

nở hông, cho eo=0,814, o = 0.4

Tính mô đuyn biến dạng của đất theo ứng với cấp tải

Trang 72

4.4.2 XĐ môdun biến dạng E 0 từ TN bàn nén

Khi p  pI

gh , lý thuyết đàn hồi đã chứng minh đc độ lún của 1 bàn nén tròn đặt trên mặt bán ko gian bd tuyến tính:

d

P E

Trang 73

m

o o

2

1  



Trang 74

IV Cố kết của đất dính bão hòa nước & sự chuyển hóa ứng suất trong quá trình cố kết thấm

saturated clay

Trang 75

4.1 Khái niệm về tính ép co của đất bão hòa nước Xét TH biến dạng của lớp đất chịu nén 1 hướng

Khi chịu tải trọng, đất bị ép co do:

+ Biến dạng của các hạt đất + Nước & khí trong các lỗ rỗng của đất bị ép co + Nước và khí bị ép thoát ra khỏi lỗ rỗng

Trang 76

4.1 Khái niệm về tính ép co của đất bão hòa nước

Trang 77

Trang 78

 Khả năng thoát nc nhỏ, quá trình ép co đc đánh giá =

tốc độ thoát nc khỏi lỗ rỗng của đất

Quá trình ép co của đất dính bão hòa nước còn gọi quá

Trang 79

Cố kết thấm là quá trình phụ thuộc vào thời gian, sự khác nhau về tốc độ lún phụ thuộc vào sự khác nhau về tính chất thấm của đất

Notice

Trang 80

Đất dính bão hòa nước gồm 2 pha:

- Pha rắn: gồm các hạt đất → khung kết cấu (cốt đất)

- Pha lỏng (nước): chiếm đầy thể tích lỗ rỗng trong đất

4.1.2 Sự ép co trong đất dính bão hòa nước

Hai pha này dưới td của áp lực sẽ có phản ứng ≠:

cột nước và→ sự thấm trong đất, gọi là áp lực nc lỗ

rỗng hoặc áp lực trung hòa (u)

Mô hình cố kết thấm của Terzaghi

Trang 81

Dụng cụ TN

Trang 82

- Lò xo: tượng trưng cho

khung cốt đất tạo nên bởi

các hạt đất chồng lên nhau

- Nước trong bình: tượng

trưng cho nc chiếm đầy lỗ

rỗng trong đất

- Các lỗ đục/ nắp: tượng

trưng cho lỗ rỗng trong đất

liên thông ra bên ngoài

Mô hình cố kết thấm Terzaghi

Trang 83

Áp lực nước lỗ rỗng (ứng suất trung hòa) U

Td AL σ lên nắp bình, nếu khóa

van nước để nc trong bình ko

độ cao cột nc dâng lên trong ống

Trang 84

Áp lực nước lỗ rỗng ( ứng suất trung hòa) U

Vậy: hễ có nc tồn tại trong lỗ rỗng thì áp lực nc lỗ

rỗng xuất hiện và cản trở sự nén chặt đất Do vậy,

AL nc lỗ rỗng U còn gọi là AL ko hiệu quả hoặc

ƯS trung hòa

Trang 85

Ứng suất hiệu quả

ngoài, nc thoát càng nhiều, mực nc trong ống đo

áp càng hạ thấp, nắp bình hạ & bd của lò xo càng lớn

 Khi nc trong lỗ rỗng thoát dần ra, u sẽ tiêu tan dần

để chuyển hóa thành ưs hiệu quả σ’ td vào lò xo:

σ’ = σ - u; làm lò xo bd

 σ„ có td nén chặt đất nên gọi là AL nén chặt hay

ƯS có hiệu quả

Trang 86

Có thể nói, quá trình cố kết của đất dính bão hòa nước về mặt cơ học là quá trình chuyển hóa từ áp lực nước lỗ rỗng dư sang ứng suất hiệu quả

Kết luận

Trang 87

1 Các nhân tố chủ quan

2 Các nhân tố khách quan

4.2 Nhân tố ảnh hưởng đến tính ép co & biến dạng của đất

Trang 88

Các nhân tố chủ quan

Liên kết kết cấu của đất: nếu LK-KC bị phá hoại thì tính ép co & BD của đất lớn, nếu LK-KC chưa bị phá hoại thì tính ép co & BD của đất sẽ nhỏ hơn

Loại đất khác nhau thì tính ép co & BD của đất sẽ khác nhau Đất dính nói chung BD > đất rời

Độ chặt ban đầu của đất có ah đến tính ép co &

BD Đất rời có độ chặt ban đầu càng lớn thì tính ép

co & BD càng nhỏ

Trang 89

Ảh của tải trọng động: Tải trọng động làm cho đất cát được nén chặt mạnh

Trang 90

T3 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT

(Shear strength of soils)

Trang 91

“Điều gì giữ cho các kết cấu đất được ổn định?”

Trang 92

1.1 Sự phá hoại đất khi chịu tải

Khi ứs hiệu quả > cường độ LK bên trong giữa các hạt tại những điểm (vùng) nào đó trong khối đất, sự trượt (cắt) xuất hiện phá hoại tính liên tục của đất

I Khái niệm về cường độ chống cắt

Trang 93

Những sự phá hoại này có liên quan tới KN độ bền chống cắt hay ứs max mà VL có thể chịu đc (𝜏 f )

Trang 94

1.2 Khái niệm cường độ chống cắt của đất

ĐN: 𝜏f là lực chống trượt lớn nhất trên một đơn vị diện

Trang 95

Trang 96

Slope failure from a coal mine in Australia

Trang 97

Trang 98

Vậy 𝜏f phụ thuộc vào những yếu tố

nào ??

Trang 99

1.3 Yếu tố ảnh hướng đến tính chống cắt của đất

 Ứng suất pháp tác dụng tại mặt trượt

 Lực ma sát bề mặt giữa các hạt

 Lực liên kết (LK keo nc, LK kết tinh) giữa các hạt

 Lực cản do sự sắp xếp xen cài vào nhau giữa các hạt

I Khái niệm về cường độ chống cắt

Trang 100

II Thí nghiệm cắt trực tiếp và định luật

Coulomb

Trang 101

2.1 Thí nghiệm cắt đất trực tiếp

Dụng cụ TN: 1 hộp cắt đc chia làm 2 nửa theo p.ngang, 1 nửa

Trang 102

TN với mẫu cát: chuẩn bị hộp cắt, cho cát vào hộp

Trang 103

Trang 104

Mẫu TN cắt trực tiếp sau khi cắt

Trang 105

Quy trình TN:

 Đặt mẫu đất giữa 2 tấm đá thấm

 Nén mẫu bằng tải trọng thẳng đứng P

 Kéo nửa hộp dưới bằng lực T đủ lớn

 Tăng T đến khi mẫu bị phá hoại trượt, T gọi là Tgh

Trang 106

Tiến hành TN với ít nhất 3 mẫu đất cùng loại ứng với áp lực pháp tuyến P1; P2; P3 Đất sẽ bị cắt với 3 giá trị ứng suất cắt 𝜏

1 ; 𝜏2; 𝜏3; sẽ vẽ đc quan hệ (σ ~ 𝜏)

Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp với đất cát

Trang 107

KQ này thể hiện PT đường Coulomb với đất rời

Định dạng
Số trang	222
Dung lượng	17,45 MB