Bài giảng Cơ học đất - Chương 6: Xác định độ lún của nền công trình (Trần Thế Việt)

Bài giảng Cơ học đất - Chương 6: Xác định độ lún của nền công trình (Trần Thế Việt) cung cấp đến học viên các kiến thức về xác định độ lún của nền công trình, xác định độ lún cố kết ổn định, xác định độ lún cố kết theo thời gian, tính toán độ lún cố kết một hướng, tính toán độ lún cố kết có xét đến biến dạng hông,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

Trang 1

“Remember Yesterday, Dream about Tomorrow but Live Today”

Trang 2

Nguyên nhân gây lún ???

Thời gian lún dài hay ngắn phụ thuộc:

1 Quá trình phávỡ liên kết của đất,

2 Quá trìnhdịch chuyển của các hạt & thu hẹp lỗ rỗng,

3 Quá trình thoát nước lỗ rỗng… nhanh hay chậm

Trang 3

I Tính toán lún cố kết một hướng

gặp khimặt nền chịu tải trọng phân bố đều rải ra vô

hạn.TH này, ƯS tăng thêm 𝜎zsẽ phân bố dọc theo

chiều sâu, đất nền chỉ c.vị thẳng đứng; ko có c.vị ngang

7

1 Tính độ lún ổn định cố kết một hướng

Thực tế? Nếu bề rộng móng Ctr >>; đất nền đồng chất có

chiều dày H tương đối mỏng (H/b < 0.5) ⇒ƯS cũng gần

như phân bố đều theo chiều sâu&đất nền có thể xem

như chịu nén ko nở hông

8

1 Tính độ lún ổn định cố kết một hướng

Theo q.hệ giữa các pha của đất, sau khi kết thúc cố kết, thể

tíchphần hạt rắn vẫn ko đổi, thể tích phần rỗng giảm 1 lượng

𝛥e, nếu dùng KQ TN nén ko nở hông:

Trang 4

Như vậy: từ c.thức :

Nhưng XĐ Δe ntn?

Để tính độ lún

cố kết ổn định chỉ cần xác định Δe hoặc

Trang 5

Dựa vào quan hệ giữa ưs td & biến đổi hệ số rỗng, có thể

𝜎’1: giátrị ưs lớp phủ thẳng đứng đang tồn tại 𝜎’vo

𝜎’2:Gồm cả ưs lớp phủ thẳng đứng đang tồn tại 𝜎’vo

vàưs tăng thêm 𝛥𝜎’vdo công trình

o c c

e

H C

chiều dày 10m, độ ẩm tự nhiên là 45% Tầng sét có

trọng lượng riêng bão hòa là 18 kN/m3, Gs= 2.68.

Dưới tác dụng của tải trọng bề mặt, độ tăng ứng

suất thẳng đứng tại giữa tầng đất có giá trị 28

kN/m2 Xác định độ lún của tầng sét nói trên biết

rằng mực nước ngầm nằm ngang bề mặt đất Đất

sét có Cc= 0.49.

Trang 6

Một tầng đất sét yếu, cố kết bình thường có chiều

dày 10m, độ rỗng n = 0.5; Tầng sét có trọng lượng

riêng bão hòa là 20 kN/m3, Gs=2.7, giới hạn chảy là

70% Dưới tác dụng của tải trọng bề mặt, độ tăng

ứng suất thẳng đứng tại giữa tầng đất có giá trị 15

kN/m2 Xác định độ lún của tầng đất sét nói trên,

biết rằng mực nước ngầm nằm ngang bề mặt đất.

Cho biết với sét cố kết bình thường:

Cc=0.009 (LL-10).

16

2 Tính lún cố kết ổn định cho đất cố kết bình thường

I Tính toán lún cố kết một hướng

Khi các tínhchất cố kết hay hệ số rỗng biến đổi lớn

theochiều sâu hoặc có sự khác biệt rõ rệt giữa các

Trang 7

3 Tính lún cô kết ổn định cho đất quá cố kết

+ Sự thay đổi b.dạng trên đường

cong nén lại từ đk hiện trường

ban đầu

+ Sự thay đổi b.dạng trên đường

cong nén nguyên sơ từ giá trị ’p

tới các giá trị cuối cùng của (ef,

' ' ' '

log1log

p v vo p o o c vo vo p vo

'

log1log

v vo o

o c vo p o

Trang 8

Thực tế, ít gặp đất nền chịu nén ko nở hông Khi mặt

nền chịu tải trọng Ctr, 1 điểm bất kỳ trong nền sẽ chịu 3

t.phần ƯS tăng thêm pháp tuyếnx,y,zcó td gây

biến dạng 3 hướng: thẳng đứng & hông

II Tính toán độ lún cố kết có xét đến BD hông

22

Theo ĐL Hooke, biến dạng tương đối theo các

phương của phân tố đất có kích thước dx, dy, dz do 3

thànhphần ứs tăng thêm pháp tuyếnx,y,zgây ra là:

23

Biến dạng thể tích tương đối

 = x+ y+ z, gọi là tổng ứng suất tăng thêm

Trong Ch.II, khi xétmẫu đất bị ép co do thu hẹp lỗ rỗng là

chủ yếu thì

Biến dạng theo phương đứng

24

Trang 9

Lớp đất có chiều dày H, độ lún sẽ là: S = ezH, hay

(6.14)

(6.14) là C.thức tính độ lún ổn định của 1 lớp đất nền có

chiều dày H trong đk b.dạng 3 hướng (bài toán ko gian)

Để tính lún theo công thức (6.14), cần có giá trị e2XĐ từ

TN nén cónở hông Tuy nhiên TN này khá phức tạp, nên

Trong TH b.dạng 2 hướng (bài toán b.dạng phẳng) ex

0, ez 0 và ey= 0,độ lún ổn định S của đất nền chiều

dày H:

Trong đó ’ = x+ z

(6.16)

Trang 10

Bài toán biến dạng phẳng

Trang 11

Trìnhtự tính lún khi nền nhiều lớp: Trình tự tính toán gồm

8bước như sau

1 XĐ tải trọng Ctr, tính & vẽ biểu đồ phân bố AS đáy móng

2 Tính và vẽ biểu đồ phân bố ƯS bản thân zđdọc theo

đường thẳng đứng đi qua điểm tính lún (vẽ từ đáy móng)

3 Xác định áp suất gây lún ptl

Do time đào hố móng để XD Ctr lâu, hố móng của CTTL

luôn bị ngập nước nên đất nền đã bị phình nở khi đào

hố móng Như vậy AS đáy móng chính là AS gây lún

ptl= p

31

4- Tính vàvẽ biểu đồ ứs tăng thêm thẳng đứngzdọc

theođường thẳng đứng đi qua điểm tính lún

5 Xácđịnh chiều dày chịu nén của nền Ha

Theo quyphạm thiết kế nền các công trình thủy lợi chiều

sâuchịu nén là chiều sâu tại đó có

✓ Cần chia chiều dày chịu nén Hathành nhiều lớp mỏng, mỗi lớp

có chiều dày hi Khi chia cần tuân thủ các nguyên tắc sau:

✓ Mặt phân lớp hiphải trùng với các mặt ranh giới sau đây: mặt

phân tầng của các lớp đất tự nhiên, mặt nước ngầm, mặt

nước mao dẫn, mặt đáy móng và mặt giới hạn dưới của chiều

dày chịu nén Ha

✓ Các lớp gần đáy móng có chiều dày hibé hơn các lớp xa đáy

móng để đảm bảo trong phạm vi mỗi lớp ứng suất zđều

phân bố đường thẳng

✓ Chiều dày mỗi lớp

𝐻𝑖≤𝐻𝑎10

Trang 12

7 Tính độ lún lớp thứ i (Si)

8 Tính độ lún tổng cộng

34

T3 Xác định độ lún cố kết theo thời gian

35

I Lý thuyết cố kết thấm của Terzaghi

36

Trang 13

Quá trình cố kết thấm của đất chính là quá trình

nc quá trình lún theo thời gian, cần biết 1 trong 2

loại ứs trên (Hiện nay để giải bài toán này thường

tìm ứs trung hoà Un).

Để tìm Un, dựa vào lý luận cố kết thấm của đất.

37

Khilớp đất bão hoà nước chịu nén dưới td của tải

trọng phân bố đều, nằm giữa 2 tầng thoát nước

hoặc nằm giữa 1 tầng thoát nước và 1 tầng ko thoát

nước thì nước trong đất sẽ bị ép thoát ra ngoài chủ

yếu theo phương thẳng đứng Lớp đất bị ép co trong

đk thoát nước như vậy gọi là cố kết thấm một

✓Đất nền đồng chất & bão hoà nước

✓Trong quá trìnhcố kết, bản thân nước và hạt đất coi

như ko ép co được

✓Lớp đất chỉ bị ép co và thoát nước theo phương đứng

✓Tốc độ lún của đất chỉ phụ thuộc tốc độ thoát nước

trongđất

✓Tínhthấm nước của đất tuân theo ĐL Darcy

✓Hsthấm & hs ép co của đất chịu nén là hằng số trong

quá trìnhcố kết thấm

Trang 14

1.2 PT vi phân cố kết thấm 1 hướng & nghiệm của PT

Xét 1 phântố đất tại độ sâu z có thể tích 11dz

40

Vìđất BH nước, nước trong lỗ rỗng & hạt đất ko bị ép co ⇒

V.nước thoát ra khỏi phân tố đất trong khoảng thời gian dt

chính =độ giảm Vvcủa nó trong khoảng thời gian đó

ápdụng ĐL Darcy và quan hệ giữa các pha trong đất

w -trọng lượng riêng của nước (0,01 N/cm³)

NX: Cvtỷ lệ thuận với hệ số thấm k và tỷ lệ nghịch với hệ

số ép co a ⇒ Cv đặc trưng cho mức độ cố kết của đất Đất

Trang 15

NX

Đất sét có tính dẻo thấp: Cv= 1*105÷ 6*104cm2/năm

Đất sét có tính dẻo vừa : Cv= 6*104÷ 3*104cm2/năm

Đất sét có tính dẻo cao : Cv= 3.104÷ 6*103cm2/năm

𝐶𝑣= 𝐾(1 + 𝑒𝑜)

𝑎𝛾𝑤

43

Đây là PT vi phân cố kết thấm 1 hướng của đất BH nước

Kết hợp đk ban đầu & đk biên của bài toán ⇒ nghiệm riêng

Khi t = 0 , tại mọi z: u = p

Khi t =  , tại mọi z: u = 0

Điều kiện biên:

Tại z = H với mọi t: q = 0

Tại z =0 với mọi t : u = 0

𝜕𝑢

𝜕𝑡 = 𝐶𝑣

𝜕2𝑢

𝜕𝑧2

Trang 16

m - Số nguyên dương lẻ 1,3,5

z -Độ sâu của điểm đang xét

N - Nhântố thời gian

H - Kc thoátnước lớn nhất

➢ TH có 1 mặt thoát nc thì H = chiều dày lớp đất

➢ TH có 2 mặt thoát nc thì H = 1/2 chiều dày lớp đất

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

tiêucơ 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 vàvẽ biểu đồ phân bố AL nước lỗ rỗng u theo

chiều sâu của tầng sét ở thời điểm sau khi td tải trọng p 6

tháng

Yêu cầu:

47

VD1

Áplực nước lỗ rỗng U(z,t)tại độ sâu z bất kỳ

(chỉ lấy 1 số hạng đầu của chuỗi, tức là lấy m =1)

Trong đó: P = 200 kN/m2; H = 5m;

48

Trang 18

II Tính độ lún theo thời gian

52

C8 LÚN CỦA NỀN ĐẤT

II Tính độ lún theo thời gian

1 Độ cố kết của đất nền

Tỷ số giữa độ lún ở thời điểm t nào đó trong quá trình đang

lún (St) vàđộ lún ở thời điểm quá trình lún đã kết thúc (S),

Đây là CT cơ bản thường dùng để XĐ độ cố kết của nền đất

Làdiện tích của biểu đồ AL nước lỗ rỗngabc vàbiểu đồ ứs hiệu quả aedc trên hình6-12ở thời điểm t

Diện tích biểu đồ ứs tổng aedb trên hình 6-12 ở thời

điểm t = (là thời điểm quá trình cố kết đã chấm dứt)

54

Trang 19

Nhận xét

Qtphụ thuộc tỷ số của diện tích biểu đồ AL nước lỗ rỗng

abc &biểu đồ ứs tổng aedb Rõ ràng Qttăng theo t cố kết,

từ Qt= 0ở thời điểm t = 0 → Qt= 1ở thời điểm t =

Nếu biết biểu đồ AL nước lỗ rỗng & ứs hiệu quả, đk thoát

Trongthực tế XD, trên cơ sở phân tích tính chất và

đk thoát nước 1 hướng của đất nền,đặc điểm của

tải trọng CTvàtình hình phânbố ứs trong đấtcóthể

phân ra5 TH cố kết cơ bảnsauđây của bài toán cố

gây ra trongđất phân bố đều

theochiều sâu

2 Độ cố kết của đất nền trong các TH cơ bản

Trang 20

2.1 Trường hợp 0 (TH-0)

Thay (6.25) vào (6.29)rồi lấy

tích phân:

Vìchuỗi (6.30) hội tụ nhanh (N

nhau là nhântố time N phải bằng nhau:

CT (6-32) chothấy tỷ số thời gian cố kết = bình phương tỷ số

k/c thoátnước max Với đk thoát nước 1 mặt, kc thoát nc

max H1, H2cũng chính là chiều dày của lớp đất nền

60

Trang 21

Khi xét tới số mặt thoát nước (hình 6.14c), đất nền thoát

nước hai mặt nên k/cách thoát nước max chỉ bằng H2/2,

dođó (6.32) trở thành:

Rõ ràngthời gian cố kết t2của lớp đất nền thoát nước 2

mặt chỉ bằng 1/4 thời gian cố kết t1của đất nền có cùng

chiều dày nhưng chỉ thoát nước 1 mặt

61

Đất nền là loại trầm tích mới chưa

ổn định dưới td của trọng lượng bản

thân Biểu đồ phân bố ứs ép co

trong nền theo chiều sâu có dạng

tam giác, với cạnh đáy ở mặt ko

dưới td của trọng lượng bản thân

Chiều dày lớp đất nền tương đối lớn,

k.thước đáy móng tương đối bé Phân

bố ứs ép co trong nền do tải trọng

ngoài p gây ra códạng tam giác giảm

dần theo chiều sâu

Độ cố kết của đất nền

(6.36)

Trang 22

Theo nguyên lýđó, xem độ lún St2ở thời điểm t của TH-2

(hình 6.13c)tương đương với hiệu số độ lún của TH-0 &

Đất nền cố kết chưa hoàn toàn dưới

tdcủa trọng lượng bản thân Biểu

đồ ưs ép co do tải trọng ngoài gây

ra trong nền phân bố đều hoặc

phân bố hình thang với đáy lớn ở

mặt ko thoát nước, đáy bé ở mặt

thoátnước Theo nguyên lý cộng td,

Trang 23

Đất nền đã cố kết ổn định dưới td của

trọng lượng bản thân Chiều dày lớp

đất nền ko lớn Biểu đồ phân bố ứs ép

co dotải trọng ngoài gây ra trong nền

códạng hình thang với đáy lớn ở mặt

thoát nước, đáy bé ở mặt ko thoát

nước Theo nguyên lý cộng td:

St4= Sto- St1

67

NX

KQ n.cứu cho thấy Qtlà 1 hàmsố của nhân tố time N

và Để tiện T” thường lập bảng trị số N và Qtcho 5

THcố kết cơ bản ( với các ≠) để tra cứu KQ T” cho ở

Bảng 6.1

Trên đây là những TH cố kết cơ bản trong đk thoát

nước 1 mặt Nếu gặp TH thoát nước 2 mặt có thể đưa

TH Khi có haimặt thoát nước

Trang 24

Trong TH đất nền có 2 lớp I & II 6.16 thì tiến hành T” độ cố kết Qt và độ

lún Stcho các lớp riêng rẽ sau đó cộng KQ với nhau Khi T” cần lưu ý lớp

I là TH thoát nước 1 mặt và thoát ở mặt đáy lớp do đó cần T” theo TH-3.

Còn lớp II là TH thoát nước 2 mặt cần T” theo TH-0.

Thực tế thường gặp hai dạng bài toán sau khi tính toán

độ lún của nền theo thời gian

Bài toán thứ nhất: Cho biết thời gian t, yêu cầu tính độ

cố kết Qt và độ lún St.

Bài toán thứ 2: Cho biết độ cố kết Qthoặc độ lún St, yêu

cầu xác định thời gian t cần thiết để đất nền đạt được độ

cố kết hoặc độ lún nói trên.

2 Tính toán độ lún theo thời gian

71

Bài toán thứ nhất: Cho biết thời gian t, yêu cầu tính độ

cố kết Qt và độ lún St.

B1: Tính hệ số cố kết Cv;

B2: Tính nhân tố thời gian N.

B3: Xác định trường hợp cố kết cơ bản hoặc trị số α

B4: Tính Qt theo các công thức tương ứng hoặc tra bảng

theo N và α

B5: Tính độ lún St.

72

Trang 25

Bài toán thứ hai: Cho biết độ cố kết Qthoặc độ lún St,

yêu cầu xác định thời gian t cần thiết để đất nền đạt

được độ cố kết hoặc độ lún nói trên

B1: Tính độ cố kết Cv

B2: Xác định trường hợp cố kết cơ bản hoặc trị số α

B3: Tra Bảng 6.1 XĐ nhân tố thời gian N nhờ Qt và α

B5: Tính thời gian t từ N tra đc.

73

VD6.6

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

Mặt nền chịu tải trọng phân bố cục bộ p = 235,4 kN/m², ứs ép co do

tải trọng p gây ra trong nền có dạng phân bố như hình.

Cho các đặc trưng cơ lý đất nền:

Hệ số rỗng ban đầu e 1 = 0,8.

Hệ số ép co a = 0,0025 cm²/N

Hệ số thấm k = 2,0 cm/năm.

Hãy xác định:

1 S t sau t = 1 năm td tải trọng p.

2 Thời gian t cần thiết để Q t = 0,75.

4 Đổi tầng thoát nước xuống dưới, tính S t sau 1 năm đặt tải?

1 Xác định độ lún St

a Xác định độ lún ổn định S:

Trong đó

Định dạng
Số trang	26
Dung lượng	1,6 MB