Bài giảng Cơ học đất - Chương 7: Áp lực đất lên tường chắn (Trần Thế Việt)

Bài giảng Cơ học đất - Chương 7: Áp lực đất lên tường chắn (Trần Thế Việt) cung cấp đến học viên các kiến thức về các loại áp lực đất và điều kiện sản sinh ra chúng; xác định áp lực đất lên tường chắn theo lý luận của Rankine; xác định áp lực đất tĩnh; xác định áp lực đất theo lý luận của Coulomb;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

Trang 1

CThoặc bộ phận CT có nv chủ yếu là chắn giữ đất

VD:tường chắn bờ dốc, sườn đồi, mố cầu 2 bên bờ,

tường 2 bên cống nước…vv

I Khái niệm về tường chắn đất

Trang 2

I Khái niệm về tường chắn đất

retaining

wall

5

Hình 4: Ứng dụng tường chắn đất trong giao thông

highway

Trang 3

Hình 5:Ứng dụng tường chắn đất trong cảng biển

ship warehouse

II Quy ước các bộ phận của tường

Tiết 1: Mở đầu

Trang 4

Tiết 1: Mở đầu

3.1 Theo khả năng giữ ổn định chống

trượt

1 Tường trọng lực:

Sự ổn định của tường đc đảm bảo nhờ

trọng lượng bản thân tường

VL: gạch xây, đá xây, bê tông, vv

Tường trọng lựcBackfill

2 Tường bán trọng lực:

Sự ổn định đc đảm bảo do trọng

lượng bản thân tường & khối đất đắp

trên bản móng Loại tường này

Độ ổn định của tường đc đảm bảo chủ

yếu nhờ khối đất đè lên bản đáy, tùy

đk, có thể thêm các bản chống nhằm

tăng tính chống uốn của tường

4 Tường cừ (tường mỏng)

Sự ổn định của tường đc đảm bảo

bằng cách chôn chân tường vào

nền, để giảm bớt độ sâu chôn và

tăng độ cứng của tường, người ta

dùng thêm dây néo

Tường bản gócTie rod

Sheet pile Anchor

Tường mỏng

III Phân loại tường chắn

11

Retaining structures

Trang 5

Retaining structures

3.2 Theo chiều cao

Theo quyphạm tạm thời TK tường chắn đất, chia ra 3 loại:

3.4 Phân loại theo kết cấu

+ Tường liền khối

Trang 6

T2 Các loại áp lực đất và điều kiện sản

sinh ra chúng

Áp lực đất là gì? Chúng xuất hiện như thế nào?

T2 Các loại áp lực đất & điều kiện sản sinh ra chúng

17

X

Natural slope

Soil

Retaining structure Lateral pressure Exerted by Soil

Trang 7

Tại sao cần nghiên cứu về áp lực đất?

19

20

Cantilever

retaining wall

Với một số CT đất, cần thiết phải có các KC để ngăn

chặn dịch chuyển ngang của đất phía sau chúng

Braced excavation Anchored sheet pile

Tie rod

Sheet pile Anchor

Phải đánh giá được áp lực đất ngang td lên KC để có

thể thiết kết được chúng

Trang 8

I Các loại áp lực đất và đk sản sinh ra chúng

❖ Tùyđk tác dụng của tải trọng ngoài, tường chắn

đất sẽ lv trong các đk khác nhau Mỗi loại đk

làmviệc sẽ sản sinh ra 1 loại áp lực đất tương

ứng

❖Căn cứ vào xu hướng dịch chuyển của tường,

chia ra 3loại đk chính

1.1 Các điều kiện làm việc của tường

22

1 Dolực đẩy của khối đất sau tường, tường chắn co xu

thếbị đẩy về phía trướclàmkhối đắp sau tường có xu

hướng trượt xuống

Hình 4: THtường có xu hướng dịch chuyển ra xa khối đắp

23

b Do ngoại lực xô ngang lớn, tường chắn co xu thế bị

đẩy về phía khối đắplàm chođất sau tường bị ép chồi lên

Hình 7: TH tường có xu hướng dịch chuyển hướng vào khối đắp

Trang 9

c Khingoại lực td không đủ lớn để làm tường dịch chuyển,

tường đứng yên, khối đắp sau tường ở trạng thái CB

Hình 8:Tường đứng yên, khối đắp ở TT cân bằng

25

26

1.2 Thí nghiệm mô hình của Terzaghi

Terzaghiđã làm TN mô hình tìm hiểu quan hệ giữa AL

đất td lên tường & độ dịch chuyển của tường KQ TN

vẽ đc đường QH giữa AL đất td lên tường E & độ dịch

chuyển ngang 𝛥 của đỉnh tường

Quy ước:

𝛥 > 0 khi tường dịch chuyển về phía ko có đất

𝛥 = 0 khi tường đứng yên

𝛥 < 0 khi tường dịch chuyển về phía đất đắp

26

Trang 10

Nếu tường đứng yên, khối đất sau tường ở trạng thái cân

bằng tĩnh, gây ra AL đất tĩnh (áp lực đất ngưng) tác dụng

lêntường, ký hiệu là E0

28

Tường bị khối đắp đẩy về phía

trước (khối đắp ở t.thái CĐ)

Khi chuyển dich tường đủ lớn,

𝜏fđạt giá trị max; khối đắp sau

Tường bị ngoại lực xô về phía

đất(khối đất ở t.thái BĐ): Khi

Trang 11

tường luôn ở t.thái

tĩnh

Với 1 độ nghiêng vừa đủ

của tường, nêm đất 𝛥 sau

tường sẽ bị trượt xuống

Với c.động vừa đủ củatường, 1 nêm đất sẽ bịđẩy trượt lên

- Độ dịch chuyển & hướng dịch chuyển của tường có ah

trực tiếp đến tính chất & giá trị AL đất td lên tường

- Về cơ bản, Ec< Eo< Eb

- Khithiết kế & XD các Ctr chắn (như tường cừ, tường

cừ có cốt…), ta cần phải XĐ đc AL đất như 1 lực thông

Trang 12

Căn cứ độ nghiêng của lưng tường & độ xiên của mặt đất:

+ THlưng tường thẳng đứng, mặt đất nằm ngang

+ THlưng tường nghiêng, mặt đất xiên

1 TH lưng tường thẳng đứng, mặt đất nằm ngang

Khitường đứng yên, khối đất sau tường đạt TTCB tĩnh, gây

áplực đất tĩnh td lên tường Xét TTƯS của điểm M độ sâu Z

ở vị trí tiếp xúc giữa đất đắp & lưng tường

I.Trường hợp lưng tường thẳng, mặt đất nằm ngang

Trang 13

Loại đất Hệ số áp lực hông K o Tác giả

K.Terzaghi J.Najder W.A.Bishop K.Terzaghi W.A.Bishop K.Terzaghi K.Terzaghi W.A.Bishop

De Beer

Bảng 5.1: Kết quả thí nghiệm thực đo hệ số áp lực hông Ko

I Trường hợp lưng tường thẳng, mặt đất nằm ngang

Với đất hạt thô, Kođc xác định theo ct kinh nghiệm (Jaky,1944)

𝑲𝒐= 𝟏 − 𝒔𝒊𝒏𝜱′

Với sét cố kết bình thường, Brooker & Ireland (1965) đề nghị

𝑲𝒐= 𝟎 𝟗𝟓 − 𝒔𝒊𝒏𝜱′

(12.3)(12.4)Một số quan điểm khác tính hệ số áp lực hông:

Trang 14

Điểm đặt Eo đi qua trọng

tâmcủa biểu đồ cường độ

ALđất tĩnh, phương vuông

gócvới lưng tường, chiều

hướng vào lưng tường

2 THlưng tường chắn và mặt đất đắp nghiêng

E.Frankeđề nghị tính theo công thức kinh nghiệm

II TH lưng tường nghiêng góc, mặt đất xiên góc.

Trang 16

của bán ko gian ⇒ tại M ko

tồn tại các t.phần ƯS tiếp ⇒

các t.phần ƯS phápz&x

của M đều là ƯS chính Có

thế dùng vòng Mohr để biểu

diễn t.thái ƯS tại M Do M ở

t.thái CBbền nên vòng Mohr

ở bên dưới đường Coulomb

I Nguyên lý xác định áp lực đất theo Rankine

47

2 Khi khối đất có xu hướng

dãn ra

Nếu khối đất bị kéo dãn ra 2 phía

hông thìzvẫn ko đổi nhưngx

lại ↘ đến khi vòng Mohr tiếp xúc

với đường Coulomb Lúc đóx

đạt min, gọi là cường độ AL đất

Trang 17

Khitường dịch chuyển xa dần khỏi khối đất

kođổi nhưngxlại ↗

đến khi vòng Mohr tiếp

xúcvới đường Coulomb

Khitường dịch chuyển ép dần vào đất,

Trang 18

Hình 8: Nguyên lý xácđịnh áp lực đất theo Rankine

53

2 Khikhối đất sau tường đạt t.thái CBGH chủ động

hoặc bị động thì mọi điểm trong khối trượt đều ở

t.thái CBGH và thoả mãn đk CBGH

Mohr-Coulomb

II Các giả thiết cơ bản tính theo Rankine

Trang 19

II Các giả thiết cơ bản

Xét T.tháiƯS tại M trên lưng tường trơn nhẵn, mặt đất

nằm ngang Giả sử khối đắp sau tường đạt TT CBGH chủ

Trang 20

Từ biểu thức (5.11)

Hình 9: KQ tính áplực đất lên tường chắn với đất rời và đất dính

zo– độ sâu mà cường độ áp lực đất chủ động = 0

hay còn goi là độ sâu giới hạn (độ sâu nứt nẻ)

−2𝑐 𝐾 𝑐𝑑

58

59

KQ tínhvới đất dính cho thấy: Biểu đồ cường độ AL đất chủ

động td lên tường có 2 phần, 1 phần mang dấu âm và 1 phần

mangdấu dương Phần biểu đồ mang dấu âm có thể giải thích

là dolực dính có td kéo giữ tường

Trongthực tế T”, thường bỏ qua td

này nêntổng AL đất chủ động Ecđ

trên 1đv chiều dài tường đc tính =

diện tích phần biểu đồ cường độ

mangdấu dương

Trang 21

đất td lên lưng tường

+ Tínhtổng áp lực đất, XĐ phương, chiều và điểm đặt

62

63

III Xác định áp lực đất chủ động

Nội dung chính

Trang 22

Biểu đồ phân bố cường độ áp lực đất bị động như ở hình 5.11c

Kết quả tính cường độ áp lực đất bị động td lên tường chắn: (a)

cho đất rời; (b) cho đất dính

Trang 23

1 Lưng tường nghiêng, mặt đất nằm ngang

TH này dùng PP gần đúng, coi phần đất trên hoặc dưới đường

nghiêng là 1 bộ phận của tường

Lưng tường giả định

68

2 Trường hợp mặt đất đắp nằm nghiêng

IV.T” áp lực đất đv những TH thường gặp

Trang 24

3 TH mặt đất đắp chịu tải trọng phân bố đều liên tục q

Tùy quanhệ giữa thành phần lực dính c và tải trọng phân

bố đều q, ta sẽ các dạng biểu đồ phân bố áp lực đất tác

dụng lên tường khác nhau

71

4 TH đất đắp thành lớp

THđất đắp sau tường đc chia thành lớp, về cơ bản, cách tính

như TH khi mặt đất đắp chịu tải trọng phân bố đều

Trang 25

4 TH đất đắp thành lớp

THđất đắp sau tường đc chia thành lớp, về cơ bản, cách

tínhnhư TH khi mặt đất đắp chịu tải trọng phân bố đều

c =12kN/m2

(Coiđất phía trên MMN là bão

hòa hoàn toàn)

Practice makes perfect ☺

Trang 26

VD3-BTVN

Cho 1 tường chắn đất với mặt cắt ngang như sau

Tính và vẽ biểu đồ áp lực đất tác dụng lên tường theo Rankine

VD4-BTVN

Cho 1 tường chắn đất với mặt cắt ngang như sau

Tính và vẽ biểu đồ áp lực đất tác dụng lên tường theo Rankine

γ = 1.8 T/m3𝛷=140,

c =20kN/m2

H = 4mA

Trang 27

I Các giả thiết cơ bản

Lý luận AL đất Coulomb đc XĐ trên cơ sở các giả thiết sau:

1 Tường chắn tuyệt đối cứng, không biến dạng

2 Khi khối đất sau tường đạt TT CBGH (chủ động hoặc bị

động) thì khối trượt là vật rắn tuyệt đối, trượt trên 2 mặt AB

và BC

Hình1: Tính ALđất ngang theo Coulomb

I Các giả thiết cơ bản

Nguyên lýT” của lý luận Coulomb xét sự CB của

khối trượt dưới td của các lực, từ đó tìm ra tổng giá

trị, phương, chiều, vị trí điểm đặt của áp lực đất

II Nguyên lý tính toán

Trang 28

T5 Xác định áp lực đất theo lý luận của Coulomb

3.1 Phương pháp giải tích

3.2 Phương pháp đồ giải

82

Xétkhối trượt ABC, với BC là mặt trượt giả định Các

lực td lên khối trượt gồm có:

W– trọng lượng khối trượt, W = dt(ABC)*1m* γ

R– phản lực trên mặt trượt BC làm với pháp tuyến

của mặt này 1 góc 𝜑

E– Lực đẩy của đất làm với pháp tuyến của lưng

tường góc 𝛿

𝜑 - góc ma sát trong của đất đắp sau tường

𝛿 – Góc ma sát giữa lưng tường và đất đắp

Hailực R & E đều nằm dưới pháp tuyến

Trang 29

Đk này cho phép XĐ góc 𝛆ghcủa mặt trượt ~ Emax Thay

𝜀ghvào (6.7)sẽ nhận đc Emax,tức là giá trị áp lực đất

Trang 30

NX1

Ct 5.27 cho ta giátrị của tổng AL đất chủ động dọc theo

chiều cao tường, để XĐ cường độ AL đất chủ động tại độ

cao zbất kỳ ta có thể lấy đạo hàm của Ecđđối với z

Như vậy, biểu đồ cường độ áp lực đất chủ động (Pcđ)

theochiều cao tường có dạng tam giác Điểm đặt của áp

lực đất chủ động Ecđcách chântường H/3, có phương

nghiêngvới pháp tuyến của lưng tường 1 góc 𝛿

Trang 31

Nếu giả định nhiều mặt trượt khác nhau, ta sẽ vẽ

đc các đa giác lực tương ứng và XĐ đc các lực

đẩy E1; E2; …Nối các điểm mút m1; m2,…sẽ đc

đường cong biểu thị sự biến đổi của các lực đẩy E

ứng với các mặt trượt giả định Kẻ đt // với véc tơ

W vàtiếp xúc với đường cong tại m Từ m kẻ đt //

với vecto E, cắt vecto W tại n Độ dài đoạn mn là

giátrị cực đại Emax,đó là giá trị áp lực chủ động

mặt trượt thực trên hình vẽ Điểm đặt của Ecđđc XĐ gần

đúng bằng cách từ trọng tâm G của khối trượt ABC, kẻ đt

//với mặt trượt BC, cắt

Trang 32

caocủa tường

Trang 33

Hình: T” AL đất bị động theo PP giải tích

IV Xác định áp lực đất bị động

97

Như vậy, biểu đồ cường độ áp lực đất bị động (pbđ)

theochiều cao tường có dạng tam giác Điểm đặt của

áp lực đất bị động Ebđ cách chân tường bằng H/3;

phương nghiêng góc với lưng tường góc 𝛿

Cần chú ý: đây chỉ là biểu đồ phân bố áp lực đất bị

động, chỉ biểu thị giá trị cường độ chứ ko phải phương

td

98

Tương tự như đối với TH XĐ AL đất chủ động Trước tiên

cần giả thiết 1 mặt trượt bất kỳ, XĐ các lực td lên khối trượt

&dựa vào đk CB của khối trượt để → độ lớn, phương, chiều

của các lực td

Giả thiết các mặt trượt ≠, XĐ các lực lên mặt trượt giả thiết

Trang 34

Equations to keep in mind!

Định dạng
Số trang	34
Dung lượng	3,25 MB