Khái niệm về cơ học đất không bão hoà và plaxflo

• Nguyên lý ứng suất có hiệu quả Terzaghi 1920’s + ðất không bão hoà: “Matric suction” kiểm soát và khống chế các đặc tính cơ bản của đất KBH : tính thấm, độ bền và tính biến dạng... Cấu

Khái niệm về Cơ học đất không bão

hòa và plaxflow

GS Nguyễn Công Mẫn Trường đại học thuỷ lợi

Môn học tự chọn

Kn về Hệ đất bão hoà/không bão hoà

- Mô hỡnh hoá Ư S hiệu quả (Skempton -1960) - ð K cân bằng lực

uA

AA

AA

c c

• Nguyên lý ứng suất có hiệu quả (Terzaghi (1920’s)

+ ðất không bão hoà:

σ’ = σ - [ua - χ (ua - uw)]

* Bishop - Henkel –1962:

uw- áp suất nước lỗ rỗng

ua- áp suất khí lỗ rỗng

χ - hệ số, phụ thuộc chủ yếu

độ bão hoà, một phần vào

khung cấu trúc của đất: đất

khô χ = 0; đất bão hoà χ = 1 Quan hệ giữa thông số χ và độ bão hoà của đất bụi Bearhead

Bishop và nnk, 1960

1,0 0,8 0,6 0,4 0,2

Kn về Hệ đất bão hoà/không bão hoà

• Nguyên lý ứng suất có hiệu quả (Terzaghi (1920’s)

+ ðất không bão hoà:

“Matric suction” kiểm soát và khống chế các đặc tính cơ

bản của đất KBH : tính thấm, độ bền và tính biến dạng

Kn về Hệ đất bão hoà/không bão hoà

LT Chiều cao đới BH MD

Không BH: uw và ua

Khô: u = 0

B#o hoà MD: uw < 0 B#o hoà: uw > 0

TH đập đất

Đới k hông

+u -u

Cấu trúc thành phần của đất không bão hoà

Đất b#o hoà(BH)

• Đất bão hoà chỉ

Đất không b#o hoà (KBH)

• Đất không bão hoà chứa hạt rắn, khí và nước:

môi trường 3 pha;

• Lỗ rỗng chứa cả khí và nước;

Theo S Lee Barbour, §H Saskatchewan

Ảnh hưởng của pha khí

- Khi ở trạng thái không bão hoà, đất là một hệ 4

pha: hạt đất, nước, khí và mặt ngoài căng, đồng

thời tồn tại trong lỗ rỗng của đất;

- Sự tồn tại của bọt khí làm giảm tính thấm của đất

⇒ bọt khí càng nhiều, lượng chứa nước càng ít, thì

tính thấm càng nhỏ và ngược lại Luôn tồn tại một

lượng nước trong lỗ rỗng do khí kín nhốt lại ⇒ độ

bão hòa dư (Residual saturation) [V.Genuchten]

- Mặt ngoài căng tại mặt phân cách khí - nước tạo

nên lực hút giữa các hạt đất, gọi là lực hút dính ( matric suction ) hay áp lực lỗ rỗng âm

tồn tại của mặt ngoài cĂng và sơ đồ các lực mao dẫn tác dụng lên ống mao dẫn

Nhờ có lực căng bề mặt, nhện nước không tụt vào nước, bọ bơi ngửa không bật khỏi mặt nước

a

R

T u

u ư = 2

không khí

ống thuỷ tinh mao dẫn

nước

a matric

R

T

2 u

= σ

bmatric

Ts

hạt đất

Tshạt đất

Nguyễn Công Mẫn, 1999

Các biến trạng ứng suất trong đất KBH

Y

X Z

0

0

0 (ua- uw) (ua- uw)

Tensơ cầu ứng suất

áp suất tứ phía

ð−êng bao ph¸ ho¹i Mohr Coulomb tõ kÕt quả c¾t trùc tiÕp

φ’

φ’

độ bền chống cắt theo độ hút dính Phát triển nguyên lý ƯSHQ Terzaghi

φφφφb

φφφφb

(ua- uw) tanφφφφb

c’

đường cong đặc trưng Nước - đất

TRONG VÙNG KHÔNG BÃO HOÀ

Độ ẩm dư hay độ b#o hoà dư: độ bão hoà thấp nhất khi nước trong các lỗ rỗng không liên thông

Giá trị khí vào tới hạn: độ hút dính ứng với lúc khí có thể thấmvào các lỗ rỗng lớn nhất

• Dạng của SWCC phụ thuộc phân bố cỡ lỗ rỗng trong đất

đường cong đặc trưng nước - đất – SWCC

TRONG VÙNG KHÔNG BÃO HOÀ

đường cong Nước - đất khái quát hoá

đường cong đặc trưng đất - Nước và Hàm thấm trong vùng không b#o hoà

• đường cong đặc trưng đất - Nước (SWCC)

- Mô tả lượng chứa nước trong đất theo lực hút dính

- Dạng đường cong có quan hệ với độ lớn và phân

- Dự tính từ đường cong SWCC và biểu thức GT;

- đo bằng buồng áp lực ( TEMPE - Soil moisture Equip Corp.in Santa Barbara, Calif.USA ).

Hµm thÊm trong vïng kh«ng b·o hoµ

SEEP/W ⇒ PP Green & Corey, Fredlund

& Xing vµ MH Van Genuchten

MH Hµm thÊm trong vïng kh«ng b·o hoµ

Theo van Genuchten – LT & thùc ®o

Sresidu: độ b#o hoà tàng dư

ga, gn và gl: các thông số khớp đường cong (curve fitting parameters)

MH Hàm thấm trong vùng không bão hoà

Theo van Genuchten

n l

g g

g

g

e

g e

residu p

e

S S

S

S S

ư

ư

MH Hµm thÊm trong vïng kh«ng b·o hoµ

Theo van Genuchten – HÖ Sè tµng d−

u

u m

MH lý thuyÕt van Genuchten

So s¸nh giữa PlaxFlow vµ SEEP/W

residu e

S S

S S S

MH hàm thấm V.Genuchten tuyến tính hóa

• Quan hệ tuyến tính độ bão hoà S(φp) trong vùng không bão hoà

p ps

ps p

p

p

nờu nờu

nờu

S

φ φ

φ

φ φ

φ

φ φ

0

0 1

0 1

bão hòa trong đk thủy tĩnh, dưới

p pk

p

p

rel

nờu nờu

nờu

p

φφ

φφ

0 1

MH sÊp xØ van Genuchten

Harr (1962)

min max

max

e e

[ ðường kính hiệu quả D10, mm ]

Chú thích: Tung độ - HS thấm, K (cm/s) có độ chặt tương đối Dr = 40%;

Hoành độ - ðường kính hiệu quả D10, mm.

Phân loại đất theo PP tam giác Feret

Cơ học đất, 1970 – L.Q.An, N.C Mẫn, N.V Quỳ NXB ðH và THCN

H

HYPRES là hệ PL đất quốc tế được lập theo một dự án do EU tài trợ PlaxFlow

đã dùng bộ dữ liệu này suy ra các thông số thuỷ lực để mô hinh hoá các NC về môi trường và quy hoạch sử dụng đất’ [ Hy draulic Pr operties of E uropean S oil]

Phân loại đất theo hệ HYPRES

1àm = 10 -4 mm

Lùa chän th«ng sè thuû lùc theo hÖ HYPRES

Ba nhóm dữ liệu phân loại đất

• USDA: United State Department of

Hypres – dùng cho MH sấp xỉ van

hạt

sét (< 2

àm)

% hạt cát ( 50 - 2000 àm )