Bài giảng Bản chất vật lý của đất Chương 1: Tổng quan kiến thức

CHƯƠNG 1: BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT

1. Quá trình phong hóa

Q

p

g

§1. Sự hình thành đất – Phân loại đất theo nguồn gốc

ầ ố ẩ

hình thành

* Định nghĩa: là quá trình phá hoại và làm thay đổi thành phần đá gốc tạo ra các sản phẩm PH dưới tác dụng vật lý, hóa học, sinh học.

Sự hình thành đất: Sự hình thành đất:

Phong hoá Phân loại: * Phân loại: ố ẩ

- Phong hóa vật lý Phong hóa vật lý - Phong hóa hóa học - Phong hóa sinh học hó Ph

Di chuyển, tích tụ Đá gốc → Sản phẩm phong hóa → Đất ấ + Quá trình tạo ra hạt đất: quá trình phong hóa (PH). + Quá trình di chuyển và tích tụ: quá trình trầm tích. Hai quá trình trên diễn ra xen kẽ, lẫn lộn → hình thành đất. Hai quá trình trên diễn ra xen kẽ lẫn lộn → hình thành đất i h h Theo quan điểm XD: chỉ nghiên cứu PH vật lý và PH hóa học.

a. Phong hóa vật lý

b. Phong hóa hóa học

, , ạ ự g y ộ, p ị p g

hó h ặt tiế ú ả

hỏ khô - Định nghĩa: PH hóa học là PH do các tác động hóa học gây ra. Yếu tố gây ra PH hóa học: nước, ôxy, axit cacbonic trong ra Yếu tố gây ra PH hóa học: nước ôxy axit cacbonic trong không khí. Tác động hóa học xảy ra trên bề mặt tiếp xúc giữa hạt đất Tá độ iữ h t đất t ê bề và môi trường → biến đổi thành phần khoáng vật gốc của hạt → đá bị vỡ vụn thành hạt rất nhỏ. thà h h t ất hỏ

- Định nghĩa: PH vật lý là PH do sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ, áp suất, và sự va chạm gây ra, làm cho đá gốc bị phá hoại ạ và vỡ vụn tạo ra sản phẩm PH vật lý. - Đặc điểm của sản phẩm PH vật lý: Đặc điểm của sản phẩm PH vật lý: + bề mặt góc cạnh, gồ ghề; + kí h th ớ t + kích thước to nhỏ không đều; đề + thành phần khoáng vật và hóa học không thay đổi hoặc

ổ ố

đá bị ỡ Hạt càng bé → diện tích bề mặt S / 1 đơn vị khối lượng càng lớn → tác động hóa học xảy ra càng mạnh → các hạt càng dễ bị chia nhỏ. ít thay đổi so với đá gốc; g g + không có khả năng kết dính.

→ được gọi là các hạt đất rời – là thành phần chính của đất rời, đại diện là cát. rời, đại diện là cát.

Monmorilonit: 800m2/g; Ilit: 80m2/g; Ilit: 80m /g; Kaolinit: 10m2/g.

- Đặc điểm của sản phẩm PH hóa học:

+ bề mặt “nhẵn nhụi”; + bề mặt nhẵn nhụi ; + kích thước hạt nhỏ, thường có kích thước hạt keo (nhỏ

hơn 2 micron); hơn 2 micron);

Phân loại theo nguồn gốc phong hóa Phân loại theo nguồn gốc phong hóa đá dăm, cuội sỏi, các loại cát. Đất rời: Đặc điểm: kích thước hạt to. ể

+ thành phần khoáng và hóa học thay đổi nhiều so với đá ạ , ạ 2 loại ốgốc;

+ có khả năng liên kết với phân tử nước tạo nên tính nhớt

ế rời rạc, không dính. g tính thấm lớn, hút nước ít. Đất dính: các loại đất sét. các loại đất sét Đất dính: Đặc điểm: kích thước hạt nhỏ, mịn. g ạ gọ ạ ẩ và có khả năng tự liên kết các hạt với nhau. → những hạt kích thước rất bé có tính dính gọi là các hạt đất dính (hạt sét) – đại diện là sét.

Thực tế: các hạt đất rời và các hạt đất dính thường lẫn Thực tế: các hạt đất rời và các hạt đất dính thường lẫn

Đất pha trộn: lỗn nhau, hạt nào chiếm ưu thế thì gọi tên theo loại đó.

khô: cứng; ẩm: dẻo. tính thấm bé, hút nước lớn. cát có ít sét : cát pha sét có ít cát : sét pha. sét có ít cát : sét pha

2- Quá trình trầm tích

Cá h t đất d ố t ôi bị à hâ th hi l

b. Di chuyển do nước cuốn trôi (bồi tích, sa tích) - Các hạt đất do nước cuốn trôi bị sàng lọc, phân chia theo ớ kích thước tùy thuộc vào vận tốc dòng chảy. - Đặc điểm: ể

p p ặ Quá trình trầm tích bao gồm sự di chuyển và tích tụ. Sự Quá trình trầm tích bao gồm sự di chuyển và tích tụ. Sự di chuyển do trọng lượng bản thân hạt đất, do nước, do gió, băng tuyết... băng tuyết... a. Di chuyển do trọng lượng bản thân hạt đất - Dưới tác dụng trọng lượng bản thân, các hạt đất có thể á h t đất ó thể D ới tá d bả thâ l ợ t

+ có tính phân lớp đều đặn về thành phần và kích thước; p + chiều dày lớp thường lớn và rất lớn; + các lớp có kích cỡ hạt khác nhau thường xen kẽ nhau và + các lớp có kích cỡ hạt khác nhau thường xen kẽ nhau và + nằm nguyên tại chỗ: đất tàn tích; + lăn từ chỗ cao xuống chỗ thấp hơn, dễ ổn định hơn theo

chủ yếu là nằm ngang hoặc gần nằm ngang. lớ ít th + tính chất của đất trong từng lớp ít thay đổi nhưng ranh + tí h hất ủ đất t h đổi h từ các sườn dốc: đất sườn tích. - Đặc điểm của 2 loại trên:

ấ ầ ế

giới giữa các lớp đất thường khó phân biệt rõ rệt. - Khi xây dựng CT trên các loại đất này cần quan tâm đến biến dạng, đặc biệt là biến dạng không đều do các dị lớp.

+ không phân lớp hoặc chiều dày lớp đất không đều; + không phân lớp hoặc chiều dày lớp đất không đều; + thành phần và kích thước hạt lộn xộn, không đều; + giữa đất và đá gốc có mặt phân cách nghiêng → CT XD C ặ à á ố iê á â ấ ó i

trên khu vực này dễ mất ổn định.

§2. Các thành phần của đất

Đất = các hạt đất + lỗ rỗng (nước, khí). Đấ ớ khí) á h đấ lỗ ỗ (

c. Các loại trầm tích khác * Trầm tích gió (phong tích): gió vận chuyển các sản phẩm Trầm tích gió (phong tích): gió vận chuyển các sản phẩm PH rất nhỏ đến các nơi xa. - Đặc điểm: Đặ điể - Trường hợp thông thường: đất gồm 3 pha - Trường hợp đặc biệt: đất gồm 2 pha

+ có tính rời xốp; + có tính đồng nhất về thành phần hạt.

+ đất khô hoàn toàn: + đất khô hoàn toàn: + đất bão hoà: à ầ hạt đất và khí hạt đất và khí hạt đất và nước. ớ í ó á ấ ộ

* Trầm tích biển: đất được hình thành do tác dụng vận Trầm tích biển: đất được hình thành do tác dụng vận chuyển của dòng nước biển. Trầm tích biển (chủ yếu là sét và bùn) có tính chất rất khác nhau. bùn) có tính chất rất khác nhau. Các thành phần hạt đất – nước – khí có tác động qua lại Cá i lẫn nhau và ảnh hưởng đến tính chất chung của cả tập hợp (tức là của đất). ấ ) ( ứ à ủ

1. Kích thước hạt đất a Định nghĩa kích thước hạt đất (mang tính quy ước vì hạt a. Định nghĩa kích thước hạt đất (mang tính quy ước vì hạt đất có kích thước và hình dạng đa dạng, bất kỳ)

ôi ấ

ạ ( ộ ố ặ ), ạ g H t đất hì h d

- Dung môi: tỷ trọng Δo, độ D Δ độ tỷ t nhớt μo. - Hạt đất: hình dạng bất kỳ, tỷ bất kỳ tỷ trọng Δ, chìm lắng trong dung Quả cầu

Vc c

Vđ đ

Hạt đất Hạt đất môi vận tốc Vđ. ôi ậ tố V

I Hạt đất: I. Hạt đất: * Hạt đất là thành phần chủ yếu của đất, tạo thành khung kết cấu của đất (cốt đất). ấ ấ - Hạt đất có đặc trưng cơ bản: kích thước hạt (độ lớn), hình dạng hạt và thành phần khoáng. - Hạt đất thường có kích thước từ vài centimet đến vài phần Hạt đất thường có kích thước từ vài centimet đến vài phần trăm hoặc vài phần nghìn milimet.

bằ tỷ t

Dung môi

kí h thủ l

- Quả cầu: đường kính d, tỷ trọng bằng tỷ trọng hạt đất Δ, h t đất Δ t chìm lắng trong dung môi vận tố V tốc Vc. * Quy ước: Vđ = Vc thì d gọi là đ ờ đường kính thủy lực của hạt ủ h t đất (gọi tắt là đường kính hạt).

ộ p ạ

- Căn cứ vào giá trị d có các tên gọi khác nhau của các loại hạt đất: đá sỏi, cát to, cát vừa, cát nhỏ, bụi, sét. hạt đất: đá sỏi cát to cát vừa cát nhỏ bụi sét

Phân loại và đặt tên nhóm hạt theo d (TCVN):

Kích thước hạt d(mm) Tên nhóm hạt

* Nhóm hạt: là tập hợp các hạt đất có kích thước thay đổi trong một phạm vi nào đó. VD: Hạt có kích thước d1 < d ≤ d2: nhóm hạt kích thước (d1, d2]. Hàm lượng nhóm hạt p(d1, d2]: là phần trăm theo trọng * Hàm lượng nhóm hạt p(d1 d2]: là phần trăm theo trọng lượng của nhóm hạt đó trong loại đất nghiên cứu (tính theo phần trăm trong tổng trọng lượng khô). phần trăm trong tổng trọng lượng khô).

10 < d ≤ 100 Hạt cuội

] ]

(

]

%100

ddp 1

2 < d ≤ 10 2 10 Hạt sỏi ỏi

Q(d d ]: trọng lượng nhóm hạt; Q(d1, d2]: trọng lượng nhóm hạt; QΣ: tổng trọng lượng của mẫu

ddQ ddQ ( ( , 1 ΣQ Q Σ

0,05 < d ≤ 2 0 05 < d ≤ 2 Hạt cát Hạt cát

đất. đất

0,005 < d ≤ 0,05 Hạt bụi

ấ

d ≤ 0,005 Hạt sét

ợ g

ý

y

* Thành phần cấp phối (thành phần hạt) của 1 loại đất: là tập hợp hàm lượng tất cả các cỡ hạt chứa trong đất ấy. ấ ấ * Hàm lượng tích lũy đến đường kính d, ký hiệu pd(%): là hàm ệ pd g lượng của 1 nhóm hạt có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng đường kính d nào đó.

h t bất kỳ

ẩ ầ

( q ổ ộ ặ g

b. Thí nghiệm thành phần hạt (TN phân tích hạt) * M đí h Để tá h iê * Mục đích: Để tách riêng nhóm hạt bất kỳ, xác định hàm á đị h hà hó lượng của nhóm hạt đó, từ đó xác định cấp phối hạt của đất. * Dụng cụ thí nghiệm: Bộ rây tiêu chuẩn - Theo Tiêu chuẩn Nga: 10 – 5 – 2 – 1 – 0,5 – 0,25 – 0,1 (mm) ) g - Theo ASTM: N°4, N°8, N°12, N°20, N°40, N°70, N°100, N 120, N 200. N°120, N°200.

Rây số N°4 có d = 4,76mm; Rây số N°200 có d = 0,074mm. ố N°200 ó d 0 074 Râ

Số rây N 4 N 8 N 12 N 20 N 40 N 70 N 100 N 120 N 200 Số rây N°4 N°8 N°12 N°20 N°40 N°70 N°100 N°120 N°200

* Cách thí nghiệm: * Cách thí nghiệm: - Phơi khô mẫu đất. - Cân mẫu xác định tổng trọng lượng ban đầu QΣ. - Cho mẫu đất qua bộ rây TN, sau đó lắc hoặc rung cho hạt ạ , y có kích thước nhỏ hơn rơi xuống dưới. - Cân lượng đất trên từng rây và ở ngăn đáy được Qi → Cân lượng đất trên từng rây và ở ngăn đáy được Qi → chính là trọng lượng nhóm hạt Q(d1, d2]. - Phần lọt qua rây cuối cùng được phân tích tiếp bằng Phần lọt qua rây cuối cùng được phân tích tiếp bằng phương pháp thủy lực (phương pháp tỷ trọng dựa vào định luật Stock kết hợp với nguyên lý tỷ trọng kế) luật Stock kết hợp với nguyên lý tỷ trọng kế)

d(mm)

4,76 2,38 1,68

0,84

0,42

0,21

0,149 0,105

0,074

Nguyên lý TN

Kết quả thí nghiệm

y ự ,

hó h t

2-0,5

<0,005

ý ỷ

Hàm lượng nhóm hạt pi(%) Hà (%) 0,25- 0,1 0 1

+ Lấy đất TN cho vào bình chứa nước; g ị + Khuấy đều dung dịch, theo dõi sự chìm lắng của các hạt đất trong bình; ọ g g y p ụ g + áp dụng: - nguyên lý tỷ trọng kế - định luật Stock: Số đọc Roi

0,1- 0,05 0 05 28

0,05- 0,01 0 01 22

0,01- 0,005 0 005 21

10 l 0,5- 0,25 0 25 6

2%

11

(*)

dv =

o Δ−Δ 18μ 18 μ

11%

Sau các thời gian: Li

3232

54

t → v = L /t → từ (*) → d ti → vi = Li/ti → từ (*) → di. - Theo dõi cho đến khi các hạt trong bình

82

92

R .

%100.

lắng hết lắng hết - Xác định:

98

p d

Δ oQ−Δ )1 ( ( ).1 Q Δ

100% Hàm lượng tích luỹ các hạt có đường kính nhỏ

Trọng tâm bầu tỷ trọng kế

18 18

ố hơn cỡ d xác định (pd(%)) RHi = Roi + ci +mi Qo: khối lượng đất TN; Δ tỷ trọng hạt của ấ đất; Δo: tỷ trọng của dung dịch.

Ứng dụng của TN phân tích hạt

Kết quả TN phân tích hạt Đường cong cấp phối hạt (tích lũy hạt) Đường cong cấp phối hạt (tích lũy hạt)

pd(%) p (%) iP' (%) 100 pd(%)

* Xác định được hàm lượng tích lũy * Xác định được hàm lượng tích lũy của đường kính dA bất kỳ pdA, hàm lượng nhóm hạt bất kỳ p(dA, dB]; lượng nhóm hạt bất kỳ p(d d ];

C u =

d d d

30 30

Cc =

40 40

* Xác định hệ số Cu, Cc: - Hệ số đồng đều 4: cấp phối tốt Cu > 4: cấp phối tốt Cu - Hệ số độ cong 10

lgd d30

2 d 30 60.dd dd 10 Cc = [1, 3]: phân phối đều đặn.

20 20

d60 d10

0.1

0.05

vậ c

Quy ước: đất có Cu > 4, Cc = [1, 3]: được coi là có cấp phối tốt, thích hợp cho sử dụng làm vật liệu XD. . ệu ợp c o sử dụ g ố , * Phân loại chi tiết đất rời (xem bài 6).

0.01 19 lgd log d

1 d60 d60

0.5 30d d30

0.25 d10 d10

2. Hình dạng hạt đất

3. Thành phần khoáng của hạt đất

h t đất ất đ d à ả h h ở ấ

* Thành phần khoáng của đất rất đa dạng phụ thuộc vào * ấ

ầ p g - Hình dạng hạt đất rất đa dạng và ảnh hưởng tới tính chất tới tí h hất Hì h d của đất. - Có 3 dạng chính: hí h Có 3 d khối 3 hiề

+ dạng khối 3 chiều; + d + dạng tấm (dạng phiến) 2 chiều; + dạng thanh (dạng kim) 1 chiều; ề - thành phần đá gốc; - tác dụng phong hóa; - lịch sử tồn tại lịch sử tồn tại Với cùng 1 loại đá gốc nhưng tác dụng PH khác nhau thì

ẽ khá - Hạt kích thước lớn: hình dạng hạt đất ảnh hưởng nhiều đến tính chất của đất. ấ ấ

ộ thà h hầ kh á thành phần khoáng sẽ khác nhau. h * Khoáng nguyên sinh: thành phần khoáng không thay đổi hoặc ít thay đổi so với đá gốc (do PH vật lý gây ra). ổ ố

ớ ỏ ấ í ì - thường gặp: fenpat, mica, thạch anh - Đặc điểm: + kích thước lớn

+ góc cạnh, rời rạc. + góc cạnh rời rạc VD: cùng 1 loại cát nhưng hạt có hình dạng góc cạnh sắc nhọn, nhờ có sự xen kẽ vào nhau mà có cường độ lớn hơn hạt có kích thước tương tự nhưng dạng tròn nhẵn. - Hạt kích thước nhỏ: dạng tấm hoặc thanh. Hình dạng hạt ít í ảnh hưởng đến tính chất XD của đất. - Đất rời: dạng khối; đất dính: dạng tấm hoặc thanh. í ối ấ ời ấ ặ ấ

II. Nước trong đất

* Khoáng thứ sinh: thành phần khoáng thay đổi so với đá gốc (do PH hóa học gây ra). (do PH hóa học gây ra).

khá à tá d - thường gặp: khoáng thứ sinh không hòa tan trong nước: Kaolinit, Ilit,Montmorilonit; khoáng thứ sinh hòa tan trong Kaolinit Ilit Montmorilonit; khoáng thứ sinh hòa tan trong nước: Canxit, mica trắng, thạch cao, muối mỏ…

- Đặc điểm:- kích thước rất nhỏ ất hỏ kí h th ớ Đặ điể ấ

- có cấu trúc dạng lưới lớp (dạng phiến), bề ạ g ,

g g

* Nước trong đất tồn tại dưới nhiều dạng, tùy theo dạng tồn tại mà tác dụng khác nhau đến tính chất của đất. đế tí h hất ủ đất h t i * V. A. Priklonxki (1955) kiến nghị: nước trong bản thân hạt đất và nước ngoài hạt đất. ấ - Nước trong bản thân hạt đất: có dạng tinh thể, có thể coi là ạ g 1 bộ phận của hạt khoáng → ít ảnh hưởng đến tính chất của đất. - Nước ngoài hạt đất: gồm nước liên kết và nước tự do. Vậy, nói đến nước trong đất chính là nói nước ngoài hạt đất. Vậy nói đến nước trong đất chính là nói nước ngoài hạt đất

20 −= 4 + Si =

mặt mang điện tích âm (còn gọi là khoáng vật sét). * Hợp chất hữu cơ * Hạt có kích thước lớn, thành phần khoáng ít ảnh hưởng đến p tính chất cơ – lý của đất; hạt có kích thước nhỏ thành phần khoáng đóng vai trò quyết định tính chất cơ – lý của đất.

* Xét tương tác giữa hạt sét – nước

1. Nước liên kết

ạ ặ ạ ị

Nước tự do

1/4 Hạt sét - Nước liên kết là nước chịu ảnh hưởng của lực hút điện p phân tử → nước liên kết chỉ tồn tại trên bề mặt hạt mịn. - Dựa vào mức độ hút bám chia nước liên kết làm 3 loại: nước màng nước liên kết mạnh nước liên kết yếu nước màng, nước liên kết mạnh, nước liên kết yếu. a. Nước màng (nước hút bám): bám rất chặt ngay ngoài hạt đất và được coi là 1 phần của hạt đất không tách ra được ít đất và được coi là 1 phần của hạt đất, không tách ra được, ít ảnh hưởng đến tính chất của đất. Đất sét chỉ có nước màng thì nó ở trạng thái rắn. thì nó ở trạng thái rắn

Nước LK mạnh Nước LK yếu

Nước liên kết

2. Nước tự do

, ị ạ ằ

y g ự g, b. Nước liên kết mạnh: bám tương đối chặt xung quanh hạt đất, chịu ảnh hưởng lớn của lực hút điện. Nước liên kết mạnh ệ ự g ảnh hưởng nhiều đến tính dính của đất. Đặc điểm: * Đặc điểm:

khác nước thông thường: - khác nước thông thường: - tỷ trọng = 1,2-1,4; nhiệt độ sôi = 105 °C.

thái ử ớ LK h ắ

Đất hỉ ó Đất chỉ có nước LK mạnh thì nó ở trạng thái nửa rắn, chưa h thì ó ở t thể hiện tính dẻo

- Độ nhớt cao; không di chuyển dưới tác dụng của áp lực. ể

ự ệ ị

c. Nước liên kết yếu: chịu ảnh hưởng yếu của lực hút điện. * Đặc điểm :

g y y - Có tính chất gần giống nước thông thường: - tỷ trọng = 1 tỷ trọng = 1

y g ủ đất khi ó đủ ớ liê kết ế * Nước tự do là nước nằm ngoài phạm vi của lực hút điện. - Nước tự do có tính chất như nước thông thường, di chuyển trong đất do trọng lượng bản thân hoặc do lực hút dính (lực mao dẫn).) a. Nước trọng lực: nước di chuyển do trọng lượng bản thân (do có áp lực). (do có áp lực). b. Nước mao dẫn: nước di chuyển do lực mao dẫn (do trong đất có nhiều lỗ rỗng nối với nhau) đất có nhiều lỗ rỗng nối với nhau) * Có 3 vấn đề cần quan tâm: + Khả năng hòa tan và phân giải của đất ấ p ự + Ảnh hưởng của áp lực thủy tĩnh đối với đất và CT. + Ảnh hưởng của lực thấm đối với sự ổn định của đất. Tính dẻo của đất xuất hiện khi có đủ nước liên kết yếu và kết ấ bị há h i Độ ẩ cấu bị phá hoại. Độ ẩm của đất khi có đủ nước liên kết yếu gọi là độ ẩm phân tử tối đa hay độ ẩm giới hạn dẻo.

III. Khí trong đất

§4 - Các chỉ tiêu vật lý của đất

đất ó 2 i C ỉ ô ả ệ ề ậ ý à

ộ ( ị Có oạ

* Nếu các lỗ rỗng không chứa đầy nước thì khí sẽ chiếm chỗ. * Khí trong đất có 2 nguồn: ồ * Khí t - Khí tự nhiên (khí trời): chiếm chủ yếu trong đất; - Khí gas: chiếm phần nhỏ * Có 2 loại khí trong đất t o g đất - Khí hở: khí liên thông với môi trường bên ngoài. - Khí kín: khí không liên thông với môi trường bên ngoài. Khí kín: khí không liên thông ới môi trường bên ngoài * Khí kín ảnh hưởng nhiều đến tính chất của đất, đặc biệt là tính biến dạng (nén lún) và tính thấm. ấ ế * Khái niệm: - Chỉ tiêu vật lý là đại lượng mô tả quan hệ về trọng lượng, về ề iê thể tích giữa các thành phần của đất. - Chia các chỉ tiêu vật lý thành 2 nhóm: + Các chỉ tiêu vật lý xác định bằng TN bắt buộc (các chỉ tiêu g ậ ý cơ bản): biểu diễn bản chất của đất. + Các chỉ tiêu vật lý tính đổi (tính toán được từ các chỉ tiêu + Các chỉ tiêu vật lý tính đổi (tính toán được từ các chỉ tiêu TN): nhấn mạnh 1 tính chất nào đó. - Để nghiên cứu tính chất vật lý của đất, người ta dùng sơ đồ Để nghiên cứu tính chất vật lý của đất người ta dùng sơ đồ 3 pha để mô tả các khối đất. Khí kín làm tăng tính đàn hồi, làm giảm tính thấm.

Mô hình 3 pha

l ợ

Trọng lượng Thể tích

Qk = 0

khí

I. Các chỉ tiêu vật lý thí nghiệm 1 Trọng lượng riêng tự nhiên của đất (t 1. Trọng lượng riêng tự nhiên của đất (trọng lượng riêng ướt hay trọng lượng thể tích đất tự nhiên) γw (kN/m3; N/cm3). N/cm ). * ĐN: là trọng lượng của một đơn vị thể tích đất tự nhiên. CT: * CT:

Vr V

w =γ

nước

V

Q Q V

Q Q

hạt

Vh

Lấy mẫu tự nhiên xác định thể tích V (bằng

Q = Q + Q + Q Q = Qk + Qn + Qh Q = Qn + Qh

Q: trọng lượng mẫu đất; V: thể tích mẫu đất. γ = 13 ÷ 22 (kN/m3) 13 ÷ 22 (kN/m ) γw * TN: - Mẫu TN là mẫu nguyên dạng, kết cấu được bảo toàn, độ ẩm được giữ đúng độ ẩm được giữ đúng. - Cách TN: dao vòng hoặc thả trong nước). d ớ ) h ặ thả t ò

V = V + V + V V = Vk + Vn + Vh V = Vr + Vh Vr = Vk + Vn

Cân xác định trọng lượng mẫu Q.

2. Độ ẩm tự nhiên của đất W (thường biểu thị bằng %)

Phương pháp dao vòng * Dụng cụ TN: Dao vòng; Cân kỹ thuật độ chính xác 0,01g Dụng cụ TN: Dao vòng; Cân kỹ thuật độ chính xác 0,01g * Cách TN: * ĐN: là tỷ số giữa trọng lượng nước chứa trong lỗ rỗng của đất với trọng lượng hạt rắn. ợ g ạ ọ g

%100 %100

W = W =

nQ hQ

ọ g ợ g g CT: * CT: ẫ - Cân dao vòng xđ trọng lượng Qo; - Xác định thể tích dao vòng V; Xác định thể tích dao vòng V; - Lấy mẫu đất vào dao vòng, gạt phẳng; - Cân mẫu và dao vòng được Q1; Qn: trọng lượng nước trong lỗ rỗng; g; Qn Qh: trọng lượng hạt đất. → Trọng lượng mẫu Q = Q1 – Qo.

Phương pháp bọc paraphin

* * TN: - Mẫu TN phải được giữ đúng độ ẩm. - Cách TN: * Dụng cụ TN: paraphin, cân thủy tĩnh Dụng cụ TN: paraphin, cân thủy tĩnh * Cách TN: - Cân mẫu xác định trọng lượng Q;

+ Cân xác định trọng lượng mẫu Q = Q + Qh + Cân xác định trọng lượng mẫu Q Qn + Qh. + Sấy khô mẫu ở nhiệt độ 105 °C ÷ 110 °C đến khối lượng

không đổi. không đổi ẫ

Nhúng mẫu vào sáp đã nóng chảy; - Nhúng mẫu vào sáp đã nóng chảy; - Cân mẫu đã bọc sáp trong nước bằng cân thủy tĩnh Q1. Dựa vào nguyên lý Acsimet: thể tích của mẫu đã bọc sáp = ể thể tích phần nước mà đất chiếm chỗ → thể tích đất V. + Cân xác định trọng lượng hạt rắn Qh.

II. Các chỉ tiêu vật lý tính đổi

h t là t iê l l

3. Trọng lượng riêng hạt γh - Tỷ trọng hạt Δ. * ĐN t * ĐN: trọng lượng riêng hạt là trọng lượng của 1 đơn vị thể ị thể ủ 1 đ tích hạt đất.

l ủ h hái h à à khô ( Tỷ trọng hạt là tỷ số giữa trọng lượng riêng hạt với trọng ố

=Δ

=γ h h

Q V V

ấ

lượng riêng của nước ở điều kiện tiêu chuẩn. γ γ * CT: h h = o γγ γ γ n

ị

1. Trọng lượng riêng khô (γk): là trọng lượng của một đơn vị thể tích đất ở trạng thái hoàn toàn khô (trọng lượng của hạt hể í h đấ ở rắn trong 1 đơn vị thể tích đất. 2. Độ rỗng của đất (n): là thể tích lỗ rỗng trong 1 đơn vị thể ể ể tích đất (biểu diễn bằng phần trăm hoặc thập phân). 3. Độ hạt (độ đặc) của đất (m): là thể tích hạt đất trong 1 đơn vị thể tích đất. 4. Hệ số rỗng của đất (e): là tỷ số giữa thể tích lỗ rỗng với thể tích hạt rắn của đất. tích hạt rắn của đất. Qh: trọng lượng hạt đất; Vh: thể tích hạt đất; γo (γn): trọng Q : trọng lượng hạt đất; V : thể tích hạt đất; γ (γ ): trọng lượng riêng của nước, γo ≈ 10 (kN/m3). * TN: * TN ẫ á đị h Q

- Sấy khô mẫu cân xác định Qh; â Sấ khô - Xác định thể tích Vh.

* Đất cát Δ = 2,6 ÷ 2,67; Đất sét Δ = 2,65 ÷ 2,74.

II. Các chỉ tiêu vật lý tính đổi (tiếp)

Các chỉ tiêu tính đổi

Công thức tính toán Công thức tính toán Công thức định nghĩa Công thức định nghĩa ẩ ầ ẩ

n )0101( )01,01(

−

γ k

γ = hW

γ wγ w 01,01 +

1. Trọng lượng riêng khô:

Q Q h =γ Vk k V

γ γ

Q Q

+ +

mon mon + γ γ +

bh bh

γ γ h h

=γ bh

bh V iê

).1

( −Δ

γ o

γγγ =− o

đn

e+1 e 1 +

γ = γ = đn

l đẩ − 2. Trọng lượng riêng bão hòa bhQ nQ V 3. Trọng lượng riêng đẩy nổi ổi 3 T . γ oh

γ. e γ e

100

bh nQ Q

5. Độ ẩm toàn phần (độ ẩm bão hòa) (Wtp, Wbh): là độ ẩm của ẩ đất bão hòa. 6. Độ bão hòa của đất (độ no nước, mức bão hòa) (S, G): là tỷ số giữa thể tích nước và thể tích lỗ rỗng. g 7. Trọng lượng riêng bão hòa (trọng lượng riêng no nước) (γbh, γ ): là trọng lượng của 1 đơn vị thể tích đất ở trạng thái (γbh, γnn): là trọng lượng của 1 đơn vị thể tích đất ở trạng thái bão hòa (các lỗ rỗng chứa đầy nước). 8. Trọng lượng riêng đẩy nổi (γđn) (trọng lượng riêng của đất 8 Trọng lượng riêng đẩy nổi (γ ) (trọng lượng riêng của đất nằm dưới mực nước ngầm): là trọng lượng của 1 đơn vị thể tích đất khi bị ngập nước tích đất khi bị ngập nước. * Lưu ý: Cùng 1 loại đất: γbh > γw > γk > γđn. 4. Độ ẩm toàn phần (độ ẩm bão hòa) 4. Độ ẩm toàn phần (độ ẩm bão hòa)

Công thức định nghĩa Công thức tính toán

II. Các chỉ tiêu tính đổi

1 −=

%100

e e 1 +

rV V V

n )0101( )01,01(

−

γ k

γ = hW

γ wγ w 01,01 +

Công thức tính toán Công thức tính toán Công thức định nghĩa Công thức định nghĩa ỗ ấ 5. Độ rỗng của đất n= 1. Trọng lượng riêng khô:

V V

Q Q h =γ Vk k V

1 1 −=

m =

1 1 1 +

h V V

γ γ

Q Q

+ +

non non + + γ γ

bh bh

γ γ h h

6. Độ hạt của đất

=γ bh

)

. γ

01,01.( +

e = e =

7. Hệ số rỗng

bh V iê

1 =−

−

).1

( −Δ

γ o

Vr Vh

γγγ =− o

γ h h γ k

đn

e+1 e 1 +

γ = γ = đn

l đẩ − 2. Trọng lượng riêng bão hòa bhQ nQ V 3. Trọng lượng riêng đẩy nổi ổi 3 T . γ oh

. Δ

( GS GS (

) )

γ. e γ e

( GS GS (

=) )

%100.

01,0 W e

W = bh

nV n rV

bhQ nQ Q h

8. Độ bão hòa 4. Độ ẩm toàn phần 4. Độ ẩm toàn phần

§5. Trạng thái của đất – Các chỉ tiêu đánh giá trạng thái của đất thái của đất

ạ g ợ g g

I. Trạng thái của đất rời 1. Trạng thái độ chặt của đất cát ấ Theo độ chặt, đất rời có 3 trạng thái: Chặt Chặt vừa Rời Theo độ chặt, đất rời có 3 trạng thái: Chặt – Chặt vừa – Rời (xốp) tương ứng với phẩm chất XD: Tốt – Vừa – Xấu. a. Đánh giá theo hệ số rỗng e a Đánh giá theo hệ số rỗng e

e = [emin, emax] e nhỏ: đất tốt ấ ố Nhận xét: e lớn: đất xấu ấ Khái niệm trạng thái của đất gắn liền với phẩm chất XD của đất. Trạng thái của đất được mô tả theo 3 khả năng đánh giá phẩm chất XD của đất: Tốt - Vừa - Xấu. Chỉ tiêu trạng thái là chỉ tiêu dùng để đánh giá trạng thái của Chỉ tiêu trạng thái là chỉ tiêu dùng để đánh giá trạng thái của đất ấ → chia đoạn [emin, emax] ra làm 3 đoạn đều nhau.

min max

Biểu diễn trên trục số

Chặt Chặt vừa Rời (xốp) Chặt Chặt ừ Rời ( ố )

e emin min emax max

Với cát thạch anh, trạng thái được đánh giá theo bảng sau:

−

Bảng phân loại trạng thái của cát thạch anh theo hệ số rỗng b. Đánh giá theo độ chặt tương đối D:

max −

max

min

ạ Loại đất

Cát thô (cát to), cát vừa Cát thô ( át t ) át ừ Rời (xốp) e > 0,7 0 7 Hệ số rỗng e ứng với trạng thái Hệ số rỗng e ứng với trạng thái Chặt vừa Chặt e < 0,55 0 55 0,55 ≤ e ≤ 0,7 0 55 ≤ ≤ 0 7

Cát nhỏ Cát nhỏ e < 0,60 e < 0,60 e > 0,75 e > 0,75 0,60 ≤ e ≤ 0,75 0,60 ≤ e ≤ 0,75 ố ỗ ấ

Cát bột (bụi, mịn) e < 0,60 e > 0,8 0,60 ≤ e ≤ 0,8

khi e = emin → D = 1;

e: hệ số rỗng tự nhiên của đất; e: hệ số rỗng tự nhiên của đất; emin: hệ số rỗng nhỏ nhất tương ứng với trạng thái chặt nhất; emax: hệ số rỗng lớn nhất tương ứng với trạng thái rời xốp ố nhất; khi e = emax → D = 0 Nhận xét: ⇒ D ∈ [0, 1]. Trong đoạn [0, 1] chia giá trị D ra làm 3 đoạn: ⇒ D ∈ [0, 1]. Trong đoạn [0, 1] chia giá trị D ra làm 3 đoạn:

thái hặt ừ

trạng thái rời (xốp); t trạng thái chặt vừa; trạng thái chặt. 0 ≤ D ≤ 1/3: 1/3 < D ≤ 2/3 1/3 < D ≤ 2/3: 2/3 < D ≤ 1:

Thí nghiệm xác định emax, emin c. Đánh giá theo kết quả xuyên tĩnh (CPT): qc (III.4 – 124)

Ta có:

1−

Δγ Δ γ o γ k

Giá trị qc (MPa) ứng với trạng thái

ể

ấ

Loại đất Rời (xốp) Chặt vừa Chặt

Sấ khô át â

á đị h t

Q

l

→ để có emax phải có γk min, để có emin phải có γk max → thực chất TN phải tạo ra γk max, γk min. TN xác định emax: - Sấy khô cát, cân mẫu xác định trọng lượng Qh; TN á đị h

ẫ - Rót nhẹ vào ống đo thể tích sao cho đất ở trạng thái xốp nhất →

Cát thô, cát vừa qc < 5 qc > 15 5 ≤ qc ≤ 15

Cát nhỏ qc < 4 qc > 12 4 ≤ qc ≤ 12

ẩ ẩ

1 −

=minγ minγ k k

e max max

Cát bụi: -ít ẩm,ẩm - no nước qc < 3 qc qc < 2 qc > 10 qc qc > 7 3 ≤ qc ≤ 10 qc 2 ≤ qc ≤ 7

ta có V ta có Vxn. TN xác định emin: - Cho ống nghiệm chứa mẫu trên lên bàn rung để nén chặt cát đến thể tích không đổi → ta có Vcn. chặt cát đến thể tích không đổi → ta có V Δ γ o kγ

min

=maxγ γ k

−

min

Q h V V xn hQ h V cn

γ Δγ Δ o γ k

max

2. Trạng thái độ ẩm của cát

d. Đánh giá theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT: N (III.2 – 117)

Trạng thái độ ẩm của cát được đánh giá qua S(G):

N Trạng thái Góc ϕ

0 – 4 Rất rời < 30

4 - 10 Rời 30 - 35

10 - 30 10 - 30 Chặt vừa Chặt vừa 35 - 40 35 - 40

0 < S ≤ 0,5: 0 < S ≤ 0 5 0,5 < S ≤ 0,8: , , 0,8 < S ≤ 1,0: (S = 1,0: (S 1 0

cát ít ẩm át ít ẩ cát rất ẩm cát bão hòa cát bão hòa hoàn toàn) á bã hò h à à )

30 - 50 ặ Chặt 40 - 45

>50 Rất chặt > 45

Khảo sát tính chất của đất sét khi ta thay đổi độ ẩm

II. Trạng thái của đất dính

Độ ẩ

g ạ ộ g ẩ

( ắ ) Dẻ

hì h à khô (

- Độ ẩm nhỏ: đất sét thể hiện tính cứng (rắn) – Tốt ( ắ ) Tốt hỏ đất ét thể hiệ tí h ứ - Độ ẩm cao: đất ở trạng thái chảy (nhão) – Xấu - Độ ẩm trung gian: đất ở trạng thái dẻo – Vừa ấ * Độ ẩm giới hạn: độ ẩm ranh giới giữa các trạng thái. - Độ ẩm giới hạn dẻo Wd (PL – Plastic limit): độ ẩm ranh giới giữa trạng thái cứng và trạng thái dẻo; - Độ ẩm giới hạn chảy Wch (Wnh) (LL – Liquid limit): độ ẩm ranh giới giữa trạng thái dẻo và trạng thái chảy; - Wd,Wch: các giới hạn Atterberg. * Biểu diễn độ ẩm trên trục số 1. Khái niệm g * Với đất dính tác động tương hỗ giữa hạt sét và nước có ảnh hưởng quan trọng đến tính chất của đất → dùng độ ẩm để đánh giá trạng thái đất dính. Tùy lượng nước mà đất ở trạng thái: Cứng (rắn) – Dẻo – Chảy (nhão). Chả ( hã ) hái Cứ - Dẻo: ta có thể tạo hình từ mẫu đất mà vẫn giữ nguyên hình d dạng (tạo hình mà không biến hình); biế hì h) - Chảy (nhão): ta tạo hình mà không giữ nguyên được hình ddạng; - Cứng: khi khô cứng, đất có thể bị bóp vỡ mà không tạo hình đđược. Dẻo Cứng (rắn) Dẻo Cứng (rắn) Chảy (nhão) Chảy (nhão)

Wch Wch

0 0

Wd Wd

Trạng thái của đất dính theo độ sệt B

* Kết hợp độ ẩm tự nhiên W với các giới hạn Atterberg để phân loại trạng thái đất dính như sau: phân loại trạng thái đất dính như sau:

Loại đất Độ sệt B Trạng thái

Cát pha trạng thái cứng (rắn); trạng thái dẻo; trạng thái dẻo; trạng thái chảy (nhão). W < Wd: Wd ≤ W ≤ Wch: W ≤ W ≤ W : W > Wch (Wnh):

hả iới h ủ đấ dí h ở iữ à iới h

Sét pha, sét Sét h ét ấ ẩ ế

B B

* Khi độ ẩ * Khi độ ẩm của đất dính ở giữa giới hạn chảy và giới hạn dẻo → đất có tính dẻo. - Phạm vi biến thiên độ ẩm trong đó đất có tính dẻo gọi là chỉ số dẻo A (PI – Plastic Index): A = Wch – Wd - Mỗi loại đất có A khác nhau→ dùng A xác định tên đất dính Độ sệt B (xác định trạng thái đất dính) * Độ sệt B (xác định trạng thái đất dính)

WW − d W − d

B < 0 0 ≤ B ≤ 1 0 ≤ B ≤ 1 B > 1 B < 0 B < 0 0 ≤ B ≤ 0,25 0,25 < B ≤ 0,5 0,5 < B ≤ 0,75 0,5 B ≤ 0,75 0,75 < B ≤ 1,0 B > 1 B > 1 Cứng (rắn) Dẻo Dẻo Chảy (nhão) Cứng (rắn) Cứ ( ắ ) Nửa cứng (nửa rắn) Dẻo cứng Dẻo mềm Dẻo mềm Dẻo chảy (dẻo nhão) Chảy (nhão) Chả ( hã )

Cách TN

2. Các thí nghiệm xác định giới hạn Atterberg: 2. Các thí nghiệm xác định giới hạn Atterberg:

- Giai đoạn 1:

g g ạ

* Các TN này là TN xác định độ ẩm của đất ở các trạng thái giới hạn (TTGH). - TN xác định các giới hạn Atterberg thường mang tính quy ước. * TN gồm 2 giai đoạn: - Giai đoạn 1: tạo mẫu đến TTGH dẻo (hoặc chảy) - Giai đoạn 2: xác định độ ẩm của đất ở TTGH. Giai đoạn 2: xác định độ ẩm của đất ở TTGH

+ tạo mẫu đến TTGH dẻo; + lăn mẫu đất TN bằng mu bàn tay + lăn mẫu đất TN bằng mu bàn tay trên tấm kính nhám đến khi tạo thành que đất có d = 3mm đồng 3mm, đồng thành que đất có d thời trên thân que có xuất hiện những vết nứt chân chim, khi đó những vết nứt chân chim, khi đó đất đã đạt tới TTGH dẻo. Giai đoạn 2: xác định độ ẩm của - Giai đoạn 2: xác định độ ẩm của những que đất đã đạt tới TTGH dẻo. dẻo Que đất ở TTGH dẻo

Phương pháp Casagrande b. TN xác định Wch (Wnh)

PP chùy xuyên Vaxilliev:

Chùy Vaxilliev nặng 76g

- Cho mẫu vào đĩa

mẫu đất

,

hù à

11mm 11mm 2mm

p ạ

p

8mm

chùy xuyên hình nón y y đất TN đất TN * Cách TN: - Giai đoạn 1: tạo mẫu đến TTGH chảy: TTGH chảy: + cho đất TN vào khuôn, gạt phẳng thả chùy gạt phẳng, thả chùy + theo dõi: nếu sau khi thả 10s, chùy ngập vào mẫu đất ẫ đất ậ 10 1cm, khi đó đất đã đạt đến TTGH hả TTGH chảy. - Giai đoạn 2: xác định độ ẩm của đất ở TTGH chảy. ẩ ấ

quả cầu thăng bằng

* Dụng cụ TN: - Các dụng cụ xác định độ ẩm - Dụng cụ Casagrande Dụng cụ Casagrande * Cách TN: khum với độ dày 8mm khum với độ dày 8mm - Dùng que gạt rạch đôi đất trong đĩa thành 2 phần (rạch vuông góc trục tay thành 2 phần (rạch vuông góc trục tay quay), rãnh đất có khe hở ở đáy rộng 2mm, dài 40mm. - Quay tay quay với vận tốc 2vòng/s đến khi khe hở khép lại. Nếu 2 phần đất chập vào nhau 1 đoạn L = 13mm sau N = 25 nhát đập → đất đạt TTGH chảy.Đem mẫu đất đó đi xác định độ ẩm được độ ẩm giới hạn chảy Wch.

I. Phân loại theo tiêu chuẩn Nga

§6. Phân loại đất

à t ỗi l i đất ó hữ thái h

A 0 ố

* Đất chia làm 2 nhóm lớn: đất rời và đất dính. Không có quy định chặt chẽ mà chủ yếu dựa vào: định chặt chẽ mà chủ yếu dựa vào: - nhận biết trực tiếp bằng mắt hoặc bằng tay (vê đất); - A ≠ 0 → đất dính. đất dí h 1. Đất dính = {sét, sét pha (á sét), cát pha (á cát)}

Phân loại đất dính theo chỉ số dẻo A = Wch – Wd.

Tên đất ấ A

SCS â ố ệ i

* Mục đích: dựa vào các dấu hiệu đặc trưng (chỉ tiêu vật lý) để gán tên và trạng thái cho mỗi loại đất → có những hình hì h để á tê dung ban đầu về phẩm chất XD của đất. * Các hệ thống phân loại hiện nay dựa vào: - Cấp phối hạt; - Các giới hạn Atterberg. Có 2 hệ thống lớn được sử dụng trên thế giới để phân loại * Có 2 hệ thống lớn được sử dụng trên thế giới để phân loại - Tiêu chuẩn Nga hiện nay (Tiêu chuẩn Liên Xô cũ); - Hệ thống phân loại thống nhất USCS trong quy phạm Mỹ ấ ố (do Casagrande đề nghị) Cát pha (á cát) Cát pha (á cát) Sét pha (á sét) Sét Sét A ≤ 7% A ≤ 7% 7% < A ≤ 17% A > 17% A 17%

3. Đất bùn và bùn hữu cơ

h t ó đ ờ i đất ời d l

2. Phân loại đất rời * Phâ l * Phân loại đất rời dựa theo hàm lượng hạt có đường kính kí h hà th lớn hơn 1 cỡ hạt đặc trưng. Wch, e Tên đất Căn cứ để phân loại

Tảng lăn Tả lă Các hạt có d > 200mm chiếm trên 50% Cá h t ó d > 200 t ê 50% hiế i là bù hữ hất hữ hiễ đ

1,1 : bùn á cát (bùn cát pha); - khi W > Wch, e > 1,1 : bùn á cát (bùn cát pha); khi W - khi W > Wch, e > 1,5 : bùn á sét (bùn sét pha), bùn sét; - Bùn nhiễm các hợp chất hữu cơ được gọi là bùn hữu cơ. Bù á h Khi hàm lượng hữu cơ chiếm: Dăm cuội Các hạt có d > 10mm chiếm trên 50%

< 30%: đất nhiễm hữu cơ

= 30 - 60%: đất than bùn = 30 - 60%: đất than bùn > 60%: than bùn

ế

ạ

Các hạt có d > 2mm chiếm trên 50% Sỏi sạn (sỏi) Các hạt có d > 2mm chiếm trên 25% 2mm chiếm trên 25% Các hạt có d > Cát sỏi (cát sạn) Cát sỏi (cát sạn) Cát thô (cát to) Các hạt có d > 0,5 chiếm trên 50% Cát vừa (cát trung) Các hạt có d > 0,25 chiếm trên 50% Cát nhỏ Các hạt có d > 0,1 chiếm trên 75% , Cát bụi (bột, mịn) Các hạt có d > 0,1 chiếm dưới 75%

1. Đất hạt thô

II. Phân loại theo hệ thống thống nhất USCS:

ấ

* 2 nhóm lớn: đất hạt thô ị ạ đất hạt mịn

ế ể

Chữ đầ tê thà h hầ h t bả

hạt mịn coi là sạch; hạt mịn coi là lẫn hạt mịn; hạt mịn coi là lẫn hạt mịn; ấ

ợ g p ạ ệ hối tốt là W ấ

Nếu p(d 0,074mm ↔ N 200) ấ ẫ * Phân loại dựa theo kết quả TN phân tích hạt theo bộ rây của ASTM. của ASTM. * Tên đất: gồm 2 chữ cái: (I.7 – 41) - Chữ đầu: tên thành phần hạt cơ bản; - Chữ sau: tên thành phần hạt lẫn hay tính chất cơ bản của loại đất. * Dựa vào hàm lượng trên rây N°200 để phân biệt đất hạt thô y ự hay đất hạt mịn: - Nếu p(d > 0,074mm ↔ N°200) > 50%: đất hạt thô 50%: đất hạt thô - Nếu p(d > 0,074mm ↔ N°200) < 50%: đất hạt mịn * Đất hạt thô có 2 nhóm: cuội sỏi và cát Dựa vào hàm lượng Đất hạt thô có 2 nhóm: cuội sỏi và cát. Dựa vào hàm lượng trên rây N°4 để phân biệt: - Nếu p(d > 4,76mm ↔ N°4) > 50%:cuội sỏi (chữ thứ nhất G) Nếu p(d > 4 76mm ↔ N°4) > 50%:cuội sỏi (chữ thứ nhất G) - Nếu p(d > 4,76mm ↔ N°4) < 50%: cát (chữ thứ nhất S) * Kết hợp với hàm lượng dưới rây N°200 để phân biệt đất ấ sạch hay lẫn hạt mịn: - Nếu p(d ≤ 0,074mm) < 5%: Nếu p(d ≤ 0,074mm) > 12%: - Nếu p(d ≤ 0,074mm) > 12%: + Với đất sạch: chữ thứ 2 tùy thuộc vào tính chất cấp phối: ấ cấp phối tốt là W; cấp phối xấu là P. Dùng Cu, Cc đánh giá hối ấ là P Dù C C đá h iá cấp phối; + Với đất lẫn hạt mịn: chữ thứ 2 tùy thuộc vào tên vật liệu lẫn: hạt bụi là M; hạt sét là C; hữu cơ là O;

2. Đất hạt mịn Biểu đồ tính dẻo LL - PI (Wch - A) i h t bả đường A:PI=0,73(LL-20) PI(A)

CH CH

40

* Chữ thứ hất tù th ộ * Chữ thứ nhất tùy thuộc vào loại hạt cơ bản: hạt bụi là M; h t b i là M à l hạt sét là C; hữu cơ là O. * Chữ thứ 2 tùy thuộc vào tính dẻo: CL

30 ch

OH và MH

20 10 10

Ví dụ: Ví dụ: ML ML OL - là L nếu đất có tính dẻo thấp: Wch < 50%; ; - là H nếu đất có tính dẻo cao: Wch > 50%. CH: đất sét có tính dẻo cao; CH: đất sét có tính dẻo cao; CL: đất sét có tính dẻo thấp;

ch) LL(Wch) (

10 20 30 40 50 60 70 80 90 10 20 30 40 50 60 70 80 90

hỉ tê l i h t ơ bả C ét M b i O h t hữ

* Tên đất hạt mịn: ab a: chỉ tên loại hạt cơ bản: C - sét ; M - bụi ;O - hạt hữu cơ ơ b: chỉ tính dẻo của đất: H- tính dẻo cao; L- tính dẻo thấp Ví dụ: CL - sét tính dẻo cao

CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT

đế í h biế d à í h ờ

* Khái niệm: Các tính chất cơ học của đất chịu ảnh hưởng nhiều của - Các tính chất cơ học của đất chịu ảnh hưởng nhiều của nước trong lỗ rỗng và khả năng giải phóng nước ra khỏi lỗ rỗng → khi nghiên cứu cần chú ý đến sự vận hành khi nghiên cứu cần chú ý đến sự vận hành lỗ rỗng của nước (sự thay đổi lượng nước → thay đổi tính chất của đất). của đất). ế

ọ ( g ặ g g ị

* Tính chất cơ học của đất - Tính cường độ - tính bền (tính chống cắt): cho biết khả - Tính cường độ - tính bền (tính chống cắt): cho biết khả năng tiếp nhận tải trọng; - Tính biến dạng: lún và lún theo thời gian; Tính biến dạng: lún và lún theo thời gian; - Tính thấm (tính chất đặc thù của đất). Tính thấm sẽ ảnh hưởng đến tính biến dạng và tính cường độ. độ ả h h ở - Ngoài 3 tính chất kể trên, đất còn có tính đầm chặt (phù hợp với cải tạo đất); tính nhạy; tính từ biến; tính ấ biến loãng và cát chảy… * Các tính chất cơ học của đất được đánh giá định lượng bằng các đặc trưng cơ học (xác định bằng TN): ) - TN trong phòng (Test in – lab): phân tích mẫu phục vụ cho việc nghiên cứu CHĐ theo mô hình cơ bản; cho việc nghiên cứu CHĐ theo mô hình cơ bản; - TN hiện trường (Test in – situ)

§1. Tính thấm của đất

IAB = ΔHAB/LAB

hĩ củ đ

2. Cột nước áp, chiều cao cột nước áp, áp lực nước tại một điểm nước tại một điểm * Khảo sát một nền đất như sau Ống đo áp Ố

Mặt đất tự nhiên

ΔHAB MNN

ấ ồ ấ ề hpB

hpA hB B hA B LAB ệ hzB h A hzA Mặt chuẩn (MSS)

I Cá đị h I. Các định nghĩa 1. Tính thấm của đất * Tính thấm của đất là tính chất của đất cho phép dòng nước chảy qua trong một điều kiện thuận lợi nào đó nước chảy qua trong một điều kiện thuận lợi nào đó. - Dòng nước chảy qua đất gọi là dòng thấm. - Trong đất tồn tại các lỗ rỗng nền tất cả các loại đất ấ ỗ ỗ trong thiên nhiên ít nhiều đều thấm nước. - Tính thấm của đất phụ thuộc vào: + Kích thước lỗ rỗng (điều kiện bên trong); g); g ( + Áp lực dòng thấm (điều kiện bên ngoài). Kích thước lỗ rỗng lớn áp lực dòng thấm lớn Kích thước lỗ rỗng lớn, áp lực dòng thấm lớn → nước nước càng dễ thấm qua đất, và ngược lại.

gọ

ý

ộ

g

ộ

ệ

h = ph =

pAh h

- Đặt vào điểm A, B (dưới MNN) trong đất các ống đo áp → nước dâng lên trong ống. Có 2 khả năng: nước trong ống bằng MNN và nước trong ống cao hơn MNN. + Cột nước trong ống đo gọi là cột nước áp lực. + Chiều cao từ điểm đo đến mặt nước trong ống gọi là + Chiều cao từ điểm đo đến mặt nước trong ống gọi là chiều cao cột nước áp, ký hiệu hp. Chiều cao này phụ thuộc vào áp lực nước p tại điểm đo: thuộc vào áp lực nước p tại điểm đo:

3. Cột nước thế, cột nước tổng và chênh cao cột nước giữa hai điểm nước giữa hai điểm - Kéo dài ống đo đến một mặt chuẩn nào đó → cột nước trong ống đo gọi là cột nước tổng. trong ống đo gọi là cột nước tổng - Chiều cao từ mặt chuẩn đến mặt nước trong ống gọi là chiều cao cột nước tổng, ký hiệu h. ệu . c ều c o cộ ước ổ g, ý - Cột nước và chiều cao cột nước từ vị trí điểm đo đến mặt chuẩn gọi là cột nước và chiều cao cột nước thế năng, ký hiệu hz. Ta có biểu thức quan hệ sau: h = hz + hp ΔHAB: chênh cao cột nước giữa 2 điểm A và B.

p γ o

Ap γ o

ΔHAB = (hA – hB)

ế

γo: trọng lượng riêng của nước, γo ≈ 10 (kN/m3); pA: áp lực nước tại điểm A; pA: áp lực nước tại điểm A; hpA: chiều cao cột nước áp tại điểm A.

* Điều kiện cần để có dòng chảy giữa hai điểm A và B là ΔHAB ≠ 0: - Nếu ΔHAB > 0 dòng chảy theo hướng từ A đến B; ế - Nếu ΔHAB < 0 dòng chảy theo hướng từ B đến A.

II. Định luật Darcy

4. Gradient thủy lực I

l l ủ đất ớ t

H Δ L L

* Gradient thủy lực là cường độ trung bình sự thay đổi ổ chiều cao cột nước tổng trên một đơn vị chiều dài.

( ); ấ g g ệ á h iữ 2 điể đ

ΔH: độ chênh cột nước tổng giữa 2 điểm đang xét; L kh ả L: khoảng cách giữa 2 điểm đang xét. ét * Trường hợp tổng quát viết dưới dạng vi phân:

Hd Δ dL dL

v = k.I

)( xi

)( xdh )( xdh dx

Khi L → 0 thì gradient thủy lực trung bình I dần tới giá trị gradient thủy lực tại một điểm i(x) trị gradient thủy lực tại một điểm i(x) >

* Vậ tố thấ * Vận tốc thấm của nước trong đất v: lưu lượng nước ớ thấm qua 1 đ.vị diện tích tiết diện vuông góc với dòng v = q/A = Q/A.t thấm: /A Q/A t thấ q: lưu lượng nước thấm qua diện tích tiết diện; Q: lượng nước thấm qua diện tích tiết diện trong thời gian t; ế t: thời gian thấm (s); A: diện tích tiết diện dòng thấm. ệ - Đất có v bé → dòng thấm trong đất là dòng chảy tầng → tuân theo quy luật Darcy về quan hệ giữa vận tốc → tuân theo quy luật Darcy về quan hệ giữa vận tốc thấm và gradient thủy lực: k: hệ số tỷ lệ hệ số thấm (cm/s; mm/s) k xác định bằng k: hệ số tỷ lệ - hệ số thấm (cm/s; mm/s), k xác định bằng TN; L Lưu ý: Diện tích thấm A bao gồm cả cốt đất: vthực > v ồ ý Diệ tí h thấ A b Do nước chỉ thấm qua lỗ rỗng: ả ốt đất vthực = v/n = v(1 + e)/e

III. Thí nghiệm xác định hệ số thấm

Sơ đồ thí nghiệm thấm cột nước không đổi

TN thấ k á đị h bằ ới ậ tố thấ Nước cấp ấ

Mực nước cố định Mực nước cố định

ấ

Nước tràn K1 K3 3 - Mở van K1, K2; điều chỉnh K2 sao cho Mở van K K ; điều chỉnh K sao cho ΔH

ớ ΔH h

L Mẫu đấtđất ố Hệ ố thấ Hệ số thấm k xác định bằng TN thấm với vận tốc thấm qua mẫu đất dưới một gradient thủy lực khác 0. 1. TN thấm cột nước không đổi ổ * TN thấm cột nước không đổi thích hợp cho các loại đất TN thấm cột nước không đổi thích hợp cho các loại đất có tính thấm cao - đất rời. * Cách TN: * Cách TN: lưu lượng ra q = const. - Đo chênh cao cột nước ΔH = h1 – h2. Đ hê h ột h * Kết quả TN: Kết quả TN là cặp giá trị {ΔH, Q} hay {ΔH, q}. Hệ số thấm xác định theo công thức:

k k

q q

Lq HA Δ

LQ HAt Δ

K2 ấ v I

g g p q đổi á d h l ột

2. Thí nghiệm thấm cột nước thay đổi * TN thấ * TN thấm cột nước thay đổi áp dụng cho loại đất có i đất ó ớ th tính thấm nhỏ - đất dính (do khó xác định được lưu lượng nước ra). lượng nước ra)

a Các ống đog

- Khi mở 1 cặp van bất kỳ → cột nước trong ống đo cũng là nguồn cấp nước thấm qua mẫu. - Cao trình mực nước ra không đổi → gradient thủy lực giảm dần. giảm dần. - Chiều cao cột nước tại thời điểm t bất kỳ là h(t), gradient thủy lực của dòng thấm qua mẫu là: gradient thủy lực của dòng thấm qua mẫu là: i(t) = h(t)/L

- Vận tốc dòng thấm, theo định luật Darcy sẽ là: ố Nước cấp vào ống đo ấ ( ) ( ) ( ) v(t) = k.i(t) = k.h(t)/L h1 h h2 h

- Sau thời gian dt, lượng nước thấm qua mẫu là: dQ = v(t).A.i(t) dQ = v(t) A i(t) L L

Tràn đó dQ thời i Mực nước cố định ố

- Lượng nước này chính là tổn hao cột nước trong kh ả khoảng thời gian đó: dQ = -a.dh dh - Cân bằng lượng nước ta có: v(t).A.i(t) = -a.dh

k k

dtA dtA . .

dha . . dha

a a

−=

⇒ ⇒

−=

Ak . L

dh th )(

th )( L

⎞ ⎞ ⎟⎟ ⎠ ⎠

y hay * Cách TN: Đo chiều cao cột nước tại các thời điểm khác nhau t1, t2. * Kết quả TN: cặp số liệu (h1, h2) là chiều cao cột nước trong ống đo tại thời điểm t1, t2. - Hệ số thấm xác định theo công thức:

dt dt

a a

−=

k k

∫ ∫

tA (

h h 1 h 2 2 )

⎛ ⎛ ⎜⎜ La ln.. ⎝ ⎝ −

−

. Ak L

dh th )(

h h 1 h 2 2 t ) 1

⎛ ⎛ ⎜⎜ La lg..3,2 ⎝ ⎝ t 1

t 1

h 1

t ( 2

Ak Ak . L

⎛ h ⎛ h 2 ⎜ ⎜⎜ t a ) ln. −=− 1 h ⎝ 1 ⎝ 1

⎞ ⎞ ⎟ ⎟⎟ ⎠ ⎠

Lấy tích phân 2 vế: Lấy tích phân 2 vế:

ố ề

L: chiều dài của mẫu thí nghiệm ; A: diện tích tiết diện của mẫu đất; A: diện tích tiết diện của mẫu đất; a: diện tích tiết diện của ống đo; h1, h2: lần lượt là chiều cao cột nước trong ống đo tại ầ thời điểm t1, t2.

III. Bảng giá trị k trung bình của một số loại đất

IV. Gradient thủy lực ban đầu – Điều kiện cần và đủ của dòng thấm đủ của dòng thấm

y ự

Tên đất ấ ố Hệ số thấm k(cm/s) ấ

Cuội sỏi sạch (không có hạt nhỏ) C ội ỏi ó h t hỏ) h (khô 10 - 100 10 100

Cát to, cát vừa, cát nhỏ sạch Cát to cát vừa cát nhỏ sạch 10-3 - 10 10 - 10 Đối ới đất h t (đất dí h) I hải lớ h I* à ị

Cát bụi, cát pha ụ , p 10-5 - 10-3 đầ

Sét pha 10-7 - 10-5 ằ Sét < 10-7

1. Gradient thủy lực ban đầu * Từ các TN thấm cho thấy: - Đối với đất hạt thô (đất rời): I > 0 là xuất hiện dòng Đối với đất hạt thô (đất rời): I > 0 là xuất hiện dòng thấm. - Đối với đất hạt mịn (đất dính): I phải lớn hơn I* nào đó mới xuất hiện dòng thấm. I* gọi là gradient thủy lực ban đầu của đất. ủ đất b - Tuy nhiên, rất khó xác định I* nên thực tế khi tính toán, thay đường cong 0 – 1 – 2 - 3 bằng đường 0 – 1’ – 2 – 3, với 1’ là giao của đường 3 - 2 với trục hoành. - Gọi Io: gradient thủy lực ban đầu quy ước.

Biểu đồ quan hệ giữa vận tốc thấm và gradient thủy lực

v Đất hạt thô Đất hạt mịn Đất h t ị ΔH 3

bh bh

v v

) )

( (

q q

= =

h1, kh1

V. Hệ số thấm tương đương của nền nhiều lớp 1 Thấm song song với các lớp đất (thấm ngang) 1. Thấm song song với các lớp đất (thấm ngang) - Giả sử n lớp đất có tổng chiều dày H. - Lớp thứ i có chiều dày Lớ thứ i ó hiề dà hi, hệ số thấm ngang khi. - I = Ii = const ∑ ∑ = ∑ ∑ q q =

hi, khi 2

)

Ik hi

( bh i

hk i hi

∑

1 =

1 = n

hk i hi

n n

k k tđ tđ

∑ i 1 == n

v tđ I

q . IHb .

1 1’ 1 1’ 0 I I* Io I’ o hn, khn h k

∑

h i

∑

1 =

ấ ấ ề ể - Định luật Darcy viết lại: v = k.(I – Io). * Điều kiện đủ để xuất hiện dòng thấm: I > Io.

h Δ i k vi h ih

Ik tđ

tđ

H ΔH Δ n

Δ⇒

1 = k

tđ tđ

ih h

2. Thấm vuông góc với các lớp đất (vuông góc) Lớp thứ i có chiều dày h hệ số thấm đứng k - Lớp thứ i có chiều dày hi, hệ số thấm đứng kvi. - Đảm bảo tính liên tục dòng chảy:vi = v = kvi.Ii = 2. Thấm vuông góc với các lớp đất (vuông góc) Vận tốc thấm trung bình tính qua hệ số thấm tương - Vận tốc thấm trung bình tính qua hệ số thấm tương đương: ∑ ih∑

∑ ∑

1 =i

Δh ΔH ΔH Δhi

H =Δ

h =Δ i

∑

h h∑ i k

1 =

vi vi

Mặt khác: h1, kv1

ih i

∑ ∑

t đ

i n

i i

ớ ổ ộ hi, kvi ậy Vậy: Δh : tổn thất cột nước Δhi: tổn thất cột nước khi qua lớp thứ I; ΔH: tổn thất cột nước ấ trên toàn bộ chiều dày các lớp đất. á ớ ấ

∑ ∑

h k1

hn, kvn

VI. Áp lực dòng thấm lên đất 1. Áp lực thấm 1 Áp lực thấm

Nước bổ sung K Đó ớ dâ Mực nước cố định O

thấ l ΔH O K

A A A A

. γ o

J J V

Mẫu đất Mẫ đất

1. Áp lực thấm - Mở van K: do chênh cao cột nước → nước thấm qua Mở van K: do chênh cao cột nước → nước thấm qua mẫu. Lực thấm J hướng lên tác động lên các hạt đất. - Đóng van K: nước dâng lên đến mức O – O và ổn định. ứ O O à ổ đị h lê đế Dòng thấm không còn chứng tỏ áp lực cột nước cân J = ΔH.A.γo bằng lực thấm: J ΔH A bằ A: diện tích tiết diện ngang của mẫu. - Áp lực thấm j là lực thấm trên một đơn vị diện tích .Δ . . γ. AH AH Δ γ o AL .

m m ấ h t nJ J g n ò D

3. Điều kiện xói ngầm

tường cừ tường cừ

MN trên

Q ầ ị

lập điều kiện xói lập điều kiện xói ΔH MN dưới ới tới h i là j) i

M N

= =

ci i

2. Gradient thủy lực tới hạn Nếu gradient thủy lực I tăng áp lực thấm j tăng đến - Nếu gradient thủy lực I tăng, áp lực thấm j tăng đến thắng được trọng lượng bản thân các hạt → các hạt bị đẩy nổi lơ lửng: hiện tượng “đất sôi” . đẩy nổi lơ lửng: hiện tượng “đất sôi” - Gradient thủy lực giới hạn xuất hiện hiện tượng đất sôi (γđn = j) gọi là gradient thủy lực tới hạn ic: t thủ l ( − bh γ o

di γγγ đn o γ o

K

Q h Q hc I Cát Cát J

γ γ đn j j

γ γ đn . I γ γ o o

a. Hiện tượng xói ngầm: Khi Q ≤ J → đất bị mất ổn định → xói ngầm b. Thiết b. Thiết ngầm: Xét khối đất hình trụ MNIK - Xét khối đất hình trụ MNIK Hiện tượng xói ngầm xảy ra khi: Q ≤ J hay γđn.V ≤ j.V V ≤ j V khi Q ≤ J h → γđn ≤ j

- Hệ số an toàn xói ngầm Fs: * Xảy ra xói ngầm: Fs ≤ [Fs] Xảy ra xói ngầm: Fs ≤ [Fs] [Fs]: hệ số an toàn cho phép.

§2. Tính biến dạng của đất

ấ ề

BD ủ đất Lú ấ ầ ế ề

ỗ ỗ ỗ ỗ

I. TN bàn nén tại hiện trường. Các đặc điểm biến dạng của đất dạng của đất 1. TN bàn nén hiện trường a. Nguyên lý thí nghiệm: Trên nền đất ở độ sâu nghiên cứu đặt 1 bàn nén đủ cứng. Qua bàn nén truyền tải trọng tăng dần theo từng cấp lên nền đất cho đến khi ấ đạt được mục đích, đồng thời theo dõi độ lún của bàn nén.

P g y hm * Khái niệm - Khi tải trọng tác dụng → nền đất bị biến dạng (BD). - Khi tải trọng tác dụng → nền đất bị biến dạng (BD) BD nén gây ra chuyển vị đứng (BD lún) là phổ biến hơn ả cả → BD của đất ≡ Lún. - BD của đất = chuyển vị đứng do BD hạt đất + BD của nước trong lỗ rỗng + BD của lỗ rỗng. + Do tải trọng CT thường nhỏ → (BD hạt đất + BD của nước trong lỗ rỗng) là không đáng kể → bỏ qua. Giả thiết cơ bản: BD của đất chủ yếu là do giảm thể tích lỗ rỗng (↓Vr) và coi Vh = const.

Bàn nén

) g ộ b. Sơ đồ và thiết bị thí nghiệm * Sơ đồ TN: * Sơ đồ TN:

Hệ dầm đỡ Kích thủy lực ọ g p ậ ;

- Bàn nén (tấm nén): là 1 tấm phẳng (bằng thép hoặc BT) có độ cứng đủ lớn nhằm đảm bảo: bàn nén không bị g ị BD do phản lực đất nền gây ra; để bàn nén luôn tiếp xúc với đất nền; tải trọng tác dụng lên đất phân bố bậc nhất. ụ g + Hình dạng: hình tròn hoặc hình vuông; + Diện tích bàn nén: A = 5000cm2 (bàn nén tròn); + Diện tích bàn nén: A = 5000cm2 (bàn nén tròn);

A = 10000cm2 (bàn nén vuông). Đồng hồ đo c.vị ị Hố đào Hố đà ố

Hệ neo (cọc neo) ( , g ự ồ y ự , ) ự Bàn nén Bàn nén

é ) bộ hậ bà i

* Thiết bị TN ồ * Thiết bị TN gồm: bàn nén (tấm nén); bộ phận gia tải; tải é (tấ thiết bị đo lún.

- Hệ gia tải gồm: kích thủy lực và đối trọng: + Kích thủy lực: năng lực = (1,5 ÷ 2,0) tải dự kiến sử dụng. + Đối trọng: dầm đỡ gắn chặt vào neo xoắn. Số lượng + Đối trọng: dầm đỡ gắn chặt vào neo xoắn. Số lượng dầm và neo tùy thuộc vào tải trọng. - Đồng hồ đo lún: có độ chính xác 0,01mm; bố trí tối Đồng hồ đo lún: có độ chính xác 0 01mm; bố trí tối thiểu 2 chiếc đối xứng qua bàn nén.

p ợ ệ (pi,

i)

d. Kết quả TN: - Mỗi cấp ta thu được cặp số liệu (pi, Si). Vẽ các biểu đồ ặp quan hệ (p, t); (S, t); (p, S). c. Cách thí nghiệm - Tải tăng dần (hoặc giảm dần) từng cấp Mỗi cấp tải - Tải tăng dần (hoặc giảm dần) từng cấp. Mỗi cấp tải được giữ không đổi. Tải thẳng đứng Pi → áp lực nén pi:

i =

P P i A

A: diện tích của bàn nén p(kPa) p1 pgh 0

ị ) ) (

i

Đường cong nén p(kPa) (kP ) pn pi p1 0 0 S1 Si i

S Sn S

+ pi → Si = f(t). - Thời gian t đủ lớn (t = ∞): Si → Si∞ (dần ổn định): tăng g i∞ ( g tải; hoặc tăng không ngừng: dừng TN. - Ở mỗi cấp, duy trì tải đến khi đạt ổn định lún quy ước: - Ở mỗi cấp duy trì tải đến khi đạt ổn định lún quy ước: độ lún của bàn nén ≤ 0,01mm sau khoảng thời gian 1h với cát; 2h với sét với cát; 2h với sét. - Tăng tải p đến khi nền bị phá hoại hay S quá lớn. - Số gia mỗi cấp:+ đất yếu: 20 - 25 (kN/m2) hay (kPa) (kP ) Số i ỗi ấ

2) h

đấ ế Biểu đồ quan hệ (p, t); (S, t) Biểu đồ quan hệ (p, S) 20 25 (kN/ + đất tốt: mỗi cấp: 40 - 50 (kN/m2)

e. Diễn dịch kết quả

) )

Xác định môđun biến dạng của đất E ứng với một cấp Xác định môđun biến dạng của đất Eo ứng với một cấp tải nào đó:

điể

ề

- Phạm vi áp dụng ít phổ biến do TN khó p ụ g p ạ

e. Diễn dịch kết quả (tiếp) * Kết quả TN bàn nén còn dùng để dự báo tải trọng giới * Kết quả TN bàn nén còn dùng để dự báo tải trọng giới hạn tác dụng lên nền dựa vào sự thay đổi tốc độ lún trong 1 khoảng thời gian đặc trưng lựa chọn. Tải trọng trong 1 khoảng thời gian đặc trưng lựa chọn Tải trọng ứng với sự thay đổi đột ngột tốc độ lún được coi là tải trọng giới hạn p Tải trọng cho phép tác dụng lên nền trọng giới hạn pcd. Tải trọng cho phép tác dụng lên nền lấy bằng (0,7 ÷ 0,8)pcd. f Ư h f. Ưu nhược điểm: * Ưu điểm: Phản ánh tương đối phù hợp tình hình làm việc của đất nền dưới tác dụng của các loại tải trọng. ấ * Hạn chế: ạ áp dụng khi nghiên cứu các lớp đất ở sâu.

2μ 1( μ 1( − o S p: cấp tải trọng tác dụng lên nền; S: độ lún của đất (khi TN) tương ứng với cấp tải p; S: độ lún của đất (khi TN) tương ứng với cấp tải p; b: cạnh của bàn nén vuông hoặc đường kính của bàn nén tròn; nén tròn; ω: hệ số hình dạng: ω = 0,88 (bàn nén vuông); ω = 0,79 (bà (bàn nén tròn); ò ) é μo: hệ số biến dạng ngang (hệ số nở ngang) = f(loại đất).

Kích thước đáy bàn nén sai khác nhiều - Kích thước đáy bàn nén sai khác nhiều

so với kích thước thật của móng.

2. Các đặc điểm biến dạng

2. Các đặc điểm biến dạng (tiếp)

p(kPa) (kP ) p(kPa) p1 pgh é

pn pn pi p1 , ọ g

t Đường cong nén ạ g S1 Si S

Sn n S S * Lún của nền tăng theo cường độ của tải trọng nén độ ủ tải t ườ theo 2 giai đoạn: - Khi tải trọng nhỏ, quan hệ giữa độ lún và tải trọng gần như tuyến tính. ế - Khi tải trọng đủ lớn, quan hệ giữa độ lún và tải trọng gần là phi tuyến.

Biểu đồ quan hệ (p, S) Biểu đồ quan hệ (p, t); (S, t)

* Lún không xảy ra tức thời mà phát triển dần theo thời gian. - Khi tải trọng nhỏ, độ ộ lún của nền tắt dần theo thời gian và đạt đến giá g trị ổn định. Khi tải trọng lớn, độ lún - Khi tải trọng lớn, độ lún của nền có thể không tắt dần mà phát triển liên dần mà phát triển liên tục, có thể nói rằng nền đất dưới đáy bàn nén đã đất dưới đáy bàn nén đã bị chảy dẻo.

2. Các đặc điểm biến dạng (tiếp)

g Nén từ 0 → p1 p1 Dỡ từ p1 → 0 ề ầ Nén từ 0 → p1. Dỡ từ p1 → 0 ⇒ 1 chu kỳ nén – dỡ

pp1 g p p1 p1 p2 p p2 p

g Sdư S S Đường cong nén g Số lần nén

Đường dỡ Sđh

* TN nén – dỡ: Đường nén và đường dỡ không g trùng nhau → biến dạng của đất gồm 2 phần: - Phần phục hồi lại được khi dỡ tải: biến dạng đàn khi dỡ tải: biến dạng đàn hồi (Sđh). - Phần không phục hồi lại - Phần không phục hồi lại được khi dỡ tải: biến dạng dư (S ) dạng dư (Sdư). - Thông thường: S S S TN nén – dỡ Sdư >> Sđh * TN nén trùng phục: TN nén đất dưới tải trọng p1, rồi dỡ tải, lặp lại quá trình đó nhiều lần với tải p1 không đổi thì quan hệ (p, S) có dạng như bên. - BD dư và BD đàn hồi đều giảm nhưng BD dư giảm nhanh hơn. dỡ đủ lớn, cuối - Số lần nén – dỡ đủ lớn, cuối cùng chỉ còn DB đàn hồi → đất đạt TTGH nén chặt dưới tải p1. đạt TTGH nén chặt dưới tải p1. - Khi tải vượt quá p1, BD dư lại xuất hiện và làm tương tự → đất xuất hiện và làm tương tự → đất đạt tới TTGH nén chặt mới. TN trùng phục

2. Thiết bị thí nghiệm

II. Thí nghiệm nén đất trong phòng: TN nén 1 chiều không nở ngang chiều không nở ngang

é (để đủ ứ biế d

1. Sơ đồ thí nghiệm

ề ề ấ

PP Nắp truyền lực Đồng hồ đo c.vị ạ g (g g , S S Hộp nén

Dao vòng Mẫu đất ấ ẫ ho Đá thấm Đá thấm Hộ - Hộp nén: đủ cứng (để mẫu không biến dạng ngang khi khi ẫ khô TN); - Nắp truyền lực (tấm nén): truyền tải trọng tập trung ắ thẳng đứng P thành ứng suất nén phân bố đều σ lên ẫmẫu; - Đồng hồ đo biến dạng: độ chính xác 0,01mm (gắn trực ự ộ tiếp lên trên nắp truyền lực; Dao vòng: dùng để lấy mẫu TN; - Dao vòng: dùng để lấy mẫu TN; - Đá thấm: để thoát nước (lót đá thấm trên và dưới mẫu)mẫu).

Bàn nén

ằ à đ d t ố liệ S ) ( (

4. Kết quả thí nghiệm - Mỗi cấp ta thu được cặp số liệu (σi, Si) → (σi, ei) nhờ ) hờ ặ Mỗi ấ t th đ giả thiết Vh = const.

( 1(

) )

−

e i i

e o o

ấ ấ ổ

ấ

3. Trình tự thí nghiệm - Khi TN mẫu đất nằm trong dao vòng và được đặt đặt Khi TN ẫ đất ò trong hộp nén (mẫu không có biến BD); - Tải trọng tác dụng lên mẫu tăng dần theo từng cấp ầ ẫ (cấp sau gấp đôi cấp trước). Mỗi cấp tải được giữ không đổi. Tải trọng nén Pi → ứng suất nén (áp lực nén) σi: ổ

S h h o

Si: độ lún ổn định cấp tải thứ i; ho: chiều cao ban đầu của mẫu; o eo: hệ số rỗng ban đầu của mẫu.

i =σ

A: diện tích của mẫu đất

ù à ổ

ải h

ợ gọ ạ g g g ị ẫ - Kết quả TN được biểu diễn bằng đồ thị quan hệ giữa Kết quả TN được biểu diễn bằng đồ thị quan hệ giữa ứng suất nén σ và hệ số rỗng e dưới 2 dạng: + Dạng e = f(σ): dùng phổ biến trong tài liệu ĐC của VN ệ ế + Dạng e = f(lgσ): dùng phổ biến ở các nước phương Tây. - Cả 2 dạng đồ thị trên đều được gọi là đường cong nén. Từ đó, xác định được các đặc trưng BD.

Pi Pi A + σi → Si = f(t). + σ → S = f(t) - Thời gian t đủ lớn (t = ∞): Si → Si∞ (dần ổn định): tăng ấ cấp tải tiếp theo. iế - Ở mỗi cấp, duy trì tải đến khi đạt ổn định lún quy ước: độ lún của mẫu ≤ 0,01mm sau khoảng thời gian 30 phút với cát; 3h với cát pha và 12h với sét, sét pha.

ấ tải khi tế

Xác định ei từ hệ số rỗng cấp cuối cùng en * Th * Thực tế sau khi nén đến cấp tải cuối cùng n, TN xác TN á ối ù é đế định lại γw-c, Wc, Δc → hệ số rỗng cấp cuối ec ≡ en: σ2 = σ1 + Δσ Δ e2 = e1 - Δe σ1 ⇒ e1

01,01(

)

γ oc

W c

1 =−

−

e c

e n

Δσ

Δ γ

+ γ

ck −

cw −

)

−

e i

1 −

SS i SS 1− i i i 1 − Sh − i o

1 −

e1 e1 ời t Δe α α e2 e * Hệ số rỗng ứng với cấp tải * Hệ số rỗng ứng với cấp tải trước đó xác định theo:

1−

e e

+ +

i i

−

1 1

−

−=−a 21

S h S S h

S S S S S

− − − −

σ σ1 * Giải theo ei-1 ta có: σ2 f(σ) Đường cong nén e = f(σ) Đường cong nén e é

e e e Δ 1 − 1 2 2 Δ − σσσ 2 1

−

a. Đường cong nén e = f(σ), hệ số nén a của đất * Độ dốc của đường e e * Độ dốc của đường cong de/dσ biểu thị eo mức độ BD của nền mức độ BD của nền đất. * Th * Thực tế, người ta tế dùng độ dốc trung bì h ủ đ ờ bình của đường cong trên 1 khoảng thay đổi nào đó của ứng đổi à đó ủ ứ suất làm đặc trưng BD BD gọi là hệ số nén i là hệ ố lún a trong khoảng th thay đổi của ứng suất ất đổi ủ ứ nén từ σ1 ÷ σ2:

a. Đường cong nén e = f(σ), hệ số nén a của đất (tiếp). TN nén – dỡ tải

e eo

V V Δ Δ V

e e Δ Δ 1 e + 1

S S h o

ố ấ ấ

V V

V V =Δ =Δ

. V V σ σ

. Δ Δ

Δ Δ

= =

mV . mV = σ σ = v

a e + 1

e2 ( ,

σ1 σ2 σ * Hệ số nén lún a là đại lượng đặc trưng cho tính nén lún của đất. Đất có hệ số nén càng lớn tính BD càng cao và ngược lại. ạ * Với 1 loại đất a là hằng không phải số, a = f(đất, σ1, Δσ). ) 1, , * TN nén – dỡ có dạng như hình bên: dạng như hình bên: Đường cong nén – dỡ e = f(σ) Hệ số nén thể tích mv (ao) của đất * Trong TN nén 1 chiều với V = const thì khi gia tăng * Trong TN nén 1 chiều, với Vh = const thì khi gia tăng ứng suất lên 1 lượng Δσ, độ lún tương ứng của mẫu là S(Δh) ứng với sự giảm thể tích là ΔV, giảm hệ số rỗng là S(Δh) ứng với sự giảm thể tích là ΔV giảm hệ số rỗng là Δe. Ta có quan hệ: V: tổng thể tích ban đầu của V: tổng thể tích ban đầu của mẫu, V = ho.A; h : chiều cao ban đầu của mẫu; ho: chiều cao ban đầu của mẫu; A: diện tích tiết diện mẫu; Thay Δe = aΔσ ta có: . a σ Δ 1 e + 1 e1: hệ số rỗng trước khi gia tăng ứng suất Δσ; e1: hệ số rỗng trước khi gia tăng ứng suất Δσ; e2: hệ số rỗng sau khi gia tăng ứng suất Δσ.

Hệ số nén thể tích mv (ao) của đất (tiếp) b. Đường cong nén e = f(lgσ), chỉ số nén Cc của đất

e ợ g y ị g ị

v

* Nếu sự thay đổi ứng suất Δσ = 1 thì mv = ΔV khi V = 1 hay mv chính là lượng thay đổi của thể tích đơn vị khi y ứng suất tăng 1 đơn vị và được gọi là hệ số nén thể tích.

a a 1 e + 1

=C c C =

e1 1 * Độ dốc của đường cong biểu thị mức độ ộ BD của nền đất. Chỉ số nén lún Cc. Chỉ số nén lún Cc. ố * Hệ số nén thể tích mv (ao): ể α

e 2 lg(

lg(

)

e 1 − ) σ − 2

σ 1

e2 e * Độ lún của mẫu S:

mS = v v

. h σ o o

h o o

1 1

e 1 1 1

− +

a e + 1

e 2 e 1

σ1 σ2 lgσ

Đường cong nén e = f(lgσ) Cc = f(loại đất), không phụ thuộc vào khoảng phụ thuộc vào khoảng khảo sát.

c. TN mẫu đất ở độ sâu h nào đó trong nền đất TN nén – dỡ tải, chỉ số nén lại Cr của đất

hiê thái t hâ tố đất t i độ â h hị e

y Đường cong nén nguyên thủy Đ ờ é ê thủ ất é th hủ) (ứ

Đường cong nén lại ấ ẫ ấ ấ Cr

W W

) )

ố ỗ ầ ấ Đường cong dỡ tải Cc * Ở t * Ở trạng thái tự nhiên, phân tố đất tại độ sâu h chịu tác dụng của trọng lượng bản thân các lớp đất bên trên: Ứng suất nén theo phương đứng (ứng suất lớp phủ) σ’v ’ ất lớ đứ Ứ h (σ’z) = γtbh; hệ số rỗng tự nhiên tương ứng ev. * Lấy mẫu, ứng suất giảm về 0 ⇒ đất trải qua quá trình ề dỡ tải làm mẫu bị nở ra, hệ số rỗng xác định theo các chỉ tiêu vật lý là hệ số rỗng ban đầu eo = ev + Δe. Do đất có tính nở thấp nên coi ev ≡ eo:

γ oγ Δ Δ o

1 1

−

e v

e o

01,01( + 01,01( + γ

lgσ lgσ

Đường cong nén- dỡ e = f(lgσ) * Từ đồ thị cho thấy đất có tính “nở” thấp. - Kết quả nén lại Kết quả nén lại khôi phục dần trạng thái trước trạng thái trước đó theo đường cong nén lại có cong nén lại có độ dốc nhỏ hơn Cc rất nhiều gọi Cc rất nhiều gọi là chỉ số nén lại Cr. Cr.

c. TN mẫu đất ở độ sâu h nào đó trong nền đất (tiếp) Đường cong nén đất thực tế

f(l 2 đ thẳ ) ồ ối ới h e

Đường cong nén sửa đổi

ẫ d ới ứ Khi é h đ ờ ất é ≤ ’ B A Cr F Đường cong TN eo ev D D Khi ứ é dầ E * Đ ờ * Đường cong e = f(lgσ) gồm 2 đoạn thẳng nối với nhau bằng 1 đoạn cong: đoạn thẳng AD có độ dốc nhỏ (chu trình nén thứ cấp); đoạn thẳng EC có độ dốc lớn (chu trình nén thứ cấp); đoạn thẳng EC có độ dốc lớn (chu trình nén sơ cấp). - Khi nén mẫu dưới ứng suất nén σ ≤ σ’v = γtbh: đường cong nén lại với độ dốc Cr. - Khi ứng suất nén σ > σ’v: đường cong nén dần trở lại ở l i ’ đ ờ ấ é với đường cong nén nguyên thủy.

Cc c C

lgσ

σv σc Đường cong nén đất thực tế Đ ờ tế é đất th

c. TN mẫu đất ở độ sâu h nào đó trong nền đất (tiếp) c. TN mẫu đất ở độ sâu h nào đó trong nền đất (tiếp)

hiê thái t ) đất ở t t ứ t i điể AD à EC ắt h

t ất tiề ẫ t ải á khứ ’ ứ

g ( g y y ạ

v

c

* Ké dài 2 đ * Kéo dài 2 đoạn AD và EC cắt nhau tại điểm tương ứng với ứng suất nén lớn nhất mà phân tố mẫu đất tại độ sâu lấy mẫu trải qua trong quá khứ σ’c: ứng suất tiền cố kết. ố kết lấ * Tùy theo quan hệ σ’c và σ’v mà CHĐ phân biệt các trạng thái cố kết như sau: ố ế - σ’c = σ’v: đất cố kết bình thường (đất NC: normally y Consolidated) - σ’ > σ’ : đất quá cố kết (đất OC: Over Consolidated); σ c > σ v: đất quá cố kết (đất OC: Over Consolidated); - σ’c < σ’v: đất chưa cố kết (đất UC: Under Consolidated). Consolidated) Điể B( ’ - Điểm B(σ’v, ev): đất ở trạng thái tự nhiên; - Điểm A(0, eo): đất sau khi nở ra do giảm ứng suất vì lấy mẫu (điểm bắt đầu TN nén); ẫ (điể bắ đầ TN é ) lấ - Đoạn BA: đường cong nở do giảm ứng suất; - Đoạn AD: đường cong nén lại; - Đoạn ADEC: đường cong nén nguyên thủy đối với g g mẫu đã giảm ứng suất; - BC: đường cong nén thực sự của đất. BC: đường cong nén thực sự của đất. - Điểm B phụ thuộc độ sâu lấy mẫu, đường cong nén không phụ thuộc vào độ sâu lấy mẫu được sửa đổi như không phụ thuộc vào độ sâu lấy mẫu được sửa đổi như hình vẽ.

c. TN mẫu đất ở độ sâu h nào đó trong nền đất (tiếp)

h th ộ à ’ đề à độ â lấ ẫ

à độ â lấ i là hệ ố h th ộ TN é 1 hiề biế d đối h

)

−

] 0 =

* Cả ’ * Cả σ’c và σ’v đều phụ thuộc vào độ sâu lấy mẫu, gần ầ đúng coi tỷ số giữa σ’c và σ’v không đổi cho một lớp đất, không phụ thuộc vào độ sâu lấy mẫu gọi là hệ số quá cố á ố ẫ khô kết OCR (Over Consolidated Ratio):

[ ( σσμσ z

[ μσμσ z

λ x

OCR

1 E E

'σ c v'σ '

) )

1( 1(

) )

+ +

−

] ]

] 0 ] 0 =

λ λ y

[ [ ( ( σσμσ σσμσ z

[ [ μσμσ μσμσ z

1 E

d. Mođun nén lún của đất En * Giả thiết đất là 1 vật thể đàn hồi được đặc trưng bởi * Giả thiết đất là 1 vật thể đàn hồi được đặc trưng bởi mođun E và hệ số biến dạng μ. - TN nén 1 chiều: biến dạng ngang tương đối theo cả 2 ả 2 phương là bằng 0: λx = λy = 0. Theo định luật Hook: ]

)

−

μμ −

]

1 E [ ξ

σ σ z E

- OCR = 1: đất cố kết bình thường (đất NC); OCR = 1: đất cố kết bình thường (đất NC); - OCR > 1 : đất quá cố kết (đất OC); - OCR < 1: đất chưa cố kết (đất UC). ố ế ấ ấ * Đặt σx = σy = ξσz ta có:

ξ (≡ Ko): hệ số áp lực ngang (hệ số áp lực tĩnh).

Mođun nén lún của đất En (tiếp) = ξ = ξ - Giải theo ξ ta được: Giải theo ξ ta được:

iệ

−

]) ]

λ z

μ − [ [ ( σσμσ y

y ậ

−

λ z

σ z E E

) ) μ μ

2 2 μ 1( 1( −

) ) μ μ

σ z λ λ z

1 1 1 E ⎡ ⎡ 1 ⎢ ⎣ ⎣

⎡ ⎡ 1 ⎢ ⎣ ⎣

⎤ ⎤ E =⇒⎥ ⎦ ⎦

E E =⇒ ⇒

λy =λThay z

- Biến dạng dọc tương đối λz Biến dạng dọc tương đối λ viết theo định luật Hook:

và σz Δσ, S mv.Δσ.ho và σ = Δσ, S = m .Δσ.h

S h o

1 m v

⎡ 1 1 − ⎢ ⎢ ⎣

g p ệ ỗ ỗ ấ

⎤ ⎤ ⎥ ⎦ ⎦ ⎤ 2 βμ =⎥ ⎥ 1( ) m μ − ⎦ v * Do đất không phải là vật liệu đàn hồi nên E tính theo ậ c/thức trên được gọi là mođun nén của đất, ký hiệu En.

với ới

β β

−

III. Cố kết thấm của đất sét bão hòa nước 1 Khái 1. Khái niệm * Qua các TN nhận thấy BD của đất diễn ra theo thời gian, với đất rời xảy ra nhanh hơn đất dính. * Hiện tượng cố kết là hiện tượng BD của đất kéo dài Hiện tượng cố kết là hiện tượng BD của đất kéo dài theo thời gian dưới tác dụng của tải trọng không đổi. - Đất càng nhiều hạt mịn thời gian cố kết càng dài → cố - Đất càng nhiều hạt mịn thời gian cố kết càng dài → cố kết của đất sét được coi là điển hình và nghiên cứu kỹ. * BD của đất ≡ Lún ≡ ↓Vr. * BD ủ đất Lú ↓V Đất sét bão hòa nước khi chịu tải trọng, để xảy ra BD thì nước phải được thoát ra khỏi lỗ rỗng. Với đất dính hạt kích thước nhỏ, lỗ rỗng bé nên nước thoát ra chậm → quá trình cố kết diễn ra dài. ố ế

E E n

)

1 m v

2 2 μ μ o o 1( − μ o

β β m v

2 2 μ oμ o 1( μ − o

⎡ ⎡ 1 1 ⎢ ⎢ ⎣

⎤ ⎤ =⎥ ⎥ ⎦

⎤ ⎤ ⎥ ⎥ ⎦

ễ ấ ⎡ ⎡ 1 1 ⎢ ⎢ ⎣

hâ ố kết hiệ t hí h â t ét bã hò đ ủ

ấ ố ế ố ế ố ế ố ế ế

1. Khái niệm (tiếp) * C hế hiệ * Cơ chế hiện tượng cố kết thấm của sét bão hòa được ố kết thấ Terzaghi giải thích dựa trên mô hình cố kết thấm. - Yếu tố quyết định quá trình cố kết là sự thoát nước tự do trong lỗ rỗng ra ngoài. Tốc độ BD phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ nước bị ép thoát ra khỏi các lỗ rỗng.

ỗ ỗ ố

hiê ứ

1. Khái niệm (tiếp) * H i * Hai nguyên nhân chính gây ra hiện tượng cố kết: nước ớ ê cần có thời gian để thoát ra và để thay đổi hình dạng. ố ế * Cố kết = cố kết thấm + cố kết thứ cấp ấ - Cố kết thấm: là cố kết liên quan đến thoát nước khỏi lỗ q rỗng. Cố kết thấm chiếm chủ yếu. + Cố kết thấm được nghiên cứu rộng rãi bởi Lý thuyết + Cố kết thấm được nghiên cứu rộng rãi bởi Lý thuyết cố kết thấm 1 chiều của Terzaghi. - Cố kết thứ cấp: là cố kết không liên quan đến thoát Cố kết thứ cấp: là cố kết không liên quan đến thoát nước khỏi lỗ rỗng. Cố kết thứ cấp chiếm phần nhỏ. + Cố kết thứ ấ đ + Cố kết thứ cấp được nghiên cứu, tính toán bởi Lý tí h t á bởi Lý thuyết từ biến.

2. Mô hình cố kết thấm của Terzaghi

σ = oγ

ằ ố ầ Pittông σ h

Van A

Ống đo áp Lò xoLò xo hiề đế ố

kí bằ đỡ bằ Pi ô ộ lò i ô đ * Ban đầu (đóng van A): Nước trong ống đo bằng nước trong bình (theo nguyên lý bình thông nhau). - Tác dụng lên pittông tải trọng có cường độ σ. - Ngay sau khi tăng tải, quan sát thấy hiện tượng sau: Ngay sau khi tăng tải, quan sát thấy hiện tượng sau: + Lò xo không BD → lò xo chưa chịu lực; + N ớ t + Nước trong ống đo dăng đến chiều cao h → nước ớ h đ dă trong bình chịu áp lực dư có cường độ bằng σ. Chính tác dụng của tải trọng σ làm cho cột nước trong ống dâng lên chiều cao h = σ/γo. → toàn bộ tải trọng ngoài σ do nước tiếp thu.

* Mô hình cố kết bao gồm: 1 bình chứa đầy nước được đó đóng kín bằng pittông. Pittông được đỡ bằng một lò xo có độ cứng k. Trên pittông có van thoát nước A (van A có khóa đóng mở nước chỉ có thể thoát ra ngoài qua van có khóa đóng mở, nước chỉ có thể thoát ra ngoài qua van A). Ống đo áp để đo áp lực nước.

ố ớ ớ lê iả Cộ á l ề đế lò

ầ ổ

ọ g g g ị

2. Mô hình cố kết thấm của Terzaghi * Nhận xét: * Nhận xét: - Nếu kích thước van lớn thì nước chảy ra nhanh và áp l lực truyền ngay đến lò xo. - Nếu kích thước van rất nhỏ hẹp, nước thoát ra chậm, sau thời gian dài BD của lò xo mới ổn định. Kích thước van càng nhỏ thì lò xo nén xuống càng chậm. → Có thể coi đây là hiện tượng đặc trưng của đất sét vì trong đất sét các lỗ rỗng rất nhỏ.

g g

2. Mô hình cố kết thấm của Terzaghi * Mở van thoát nước A: nước trong bình thoát ra qua * Mở van thoát nước A: nước trong bình thoát ra qua van A, đồng thời quan sát thấy hiện tượng: - Cột nước trong ống đo giảm → áp lực lên nước giảm; iả đ - Lò xo bị nén lại làm cho nắp bình dần lún xuống → lò xò đã chịu tải và tải trọng tác dụng lên lò xo tăng dần. → tải trọng ngoài σ do cả nước và lò xo cùng chịu. * Nếu duy trì mở van: quá trình trên cứ tiếp tục diễn ra. Khi thời gian đủ lớn thì: Khi thời gian đủ lớn thì: - Chiều cao cột nước giảm về bằng mức nước trong bình, nước trong bình thôi thoát ra nước trong bình thôi thoát ra. - Lò xo bị nén tối đa và pittông ngừng lún. → nước trong bình không chịu áp lực dư nữa, toàn bộ tải trọng ngoài do lò xo tiếp nhận.

Giải thích hiện tượng cố kết

ớ lỗ ỗ

ấ

g q g g

ọ g g p ạ ậ g ộ g

g g ạ

q ậ g

2. Mô hình cố kết thấm của Terzaghi * Trong lý thuyết cố kết thấm: * Trong lý thuyết cố kết thấm: - Áp lực nước dư gọi là ứng suất trung tính hay áp lực nước lỗ rỗng u; - Ứng suất trung bình trong cốt đất gọi là ứng suất hữu hiệu σ’ (ứng suất này làm cho lò xo bị lún chứ không phải do áp lực nước); - σ là tổng ứng suất do tải trọng ngoài gây ra. * Tại mọi thời điểm: ứng suất trung tính và ứng suất Tại mọi thời điểm: ứng suất trung tính và ứng suất hữu hiệu cân bằng với ứng suất tổng σ = σ’ + u. * Quá trình cố kết thấm là quá trình chuyển áp lực nước * Quá trình cố kết thấm là quá trình chuyển áp lực nước lỗ rỗng thành ứng suất hữu hiệu (áp lực nước lỗ rỗng giảm dần, ứng suất hữu hiệu tăng dần). giảm dần ứng suất hữu hiệu tăng dần)

* Nếu coi: - Nước ⇔ nước trong lỗ rỗng; - Lò xo ⇔ khung két cấu của các hạt đất; Lò xo ⇔ khung két cấu của các hạt đất; - Van thoát nước ⇔ các lỗ rỗng trong đất; - Tải trọng σ ⇔ tải trọng CT tác dụng lên đất. ⇒ có thể dùng mô hình Terzaghi để giải thích quá trình cố thấm của đất sét bão hòa: Khi bắt đầu chịu tải toàn bộ tải trọng ngoài do nước trong lỗ rỗng tiếp nhận tạo ra áp lực nước lỗ rỗng dư. Áp lực nước → nước thoát ra khỏi lỗ rỗng → tạo ra dòng thấm trong đất. Nước thoát g ra khỏi lỗ rỗng → cốt đất dần tiếp nhận tải trọng và xảy ra BD. Vì nước trong đất thoát ra chậm nên quá trình này đòi hỏi cần có thời gian để hoàn thành → quá trình lún xảy ra theo thời gian.

3. Lý thuyết cố kết thấm 1 chiều của Terzaghi

* Sơ đồ BT cố kết thấm 1 chiều: y ạ

g ộ p ọ g p ặ

Cát S S

a. BT cố kết thấm 1 chiều: Khảo sát BD của một lớp đất sét bão hòa nước có chiều dày hữu hạn h trên nền đá không thấm không nén được, chịu tác dụng của tải trọng phân bố đều cường độ p trên bề mặt. - Vấn đề cần giải quyết: Xác định ứng suất hữu hiệu σ’(z, t) và xác định độ lún của nền tại thời điểm nào đó σ (z, t) và xác định độ lún của nền tại thời điểm nào đó S(t) kể từ khi chịu tải. h Nước Sét bão hòa z z dz dz

Đá không thấm, không nén được z

c. Phương trình vi phân cố kết thấm một chiều b. Các giả thiết:

( ộ ộ p ụ iả hiế 1 à 2 l khỏi hâ ớ h á

ị ) ậ y p ụ g

o

)( zv

. dt dA

)( dAzv . dt

)( tn

)( dVtn

v ∂ z z ∂ ∂

n ∂ t t ∂ ∂

⎞ ⎟ ⎠ ⎠

* Khảo sát 1 khối phân tố ở độ sâu z có chiều dày dz * Khảo sát 1 khối phân tố ở độ sâu z có chiều dày dz, diện tích đáy = 1 đơn vị tại thời điểm t. Kết hợp giả thiết 1 và 2: lượng nước thoát ra khỏi phân Kế h tố bằng lượng giảm thể tích lỗ rỗng trong khoảng thời gian dt: ΔQ = ΔVr. dt ΔQ ΔV i

⎡ ⎛ ⎜ ⎢ ⎢ ⎝ ⎝ ⎣ ⎣

⎤ −⎥ ⎥ ⎦ ⎦

⎡ ⎛ ⎜ ⎢ ⎢ ⎝ ⎝ ⎣ ⎣

⎤ −⎥ ⎥ ⎦ ⎦

à á đặ t Hệ ố thấ BD ( k

v z z

n t t

∂ ∂ ∂

ỗ ỗ ấ hay: (1) - Nền đất sét bão hòa nước. Cố kết chỉ do thoát nước gây ra (tốc độ nén lún của đất hoàn toàn phụ thuộc vào tốc độ thoát nước, ngoài ra không phụ thuộc vào yếu tố nào khác). Định luật Darcy áp dụng với Io = 0; - Các hạt đất và nước trong các lỗ rỗng không bị thay đổi thể tích (xem như không nén được) đổi thể tích (xem như không nén được) Sự thay đổi thể tích tương ứng sự thay đổi hệ số rỗng; - Hệ số thấm kv và các đặc trưng BD (mv, a) của đất ) ủ đất không đổi trong quá trình cố kết: kv = const, mv = const. - BD của đất cũng như quá trình thoát nước lỗ rỗng chỉ tiến hành theo chiều thẳng đứng mà thôi.

c. Phương trình vi phân cố kết thấm một chiều (tiếp)

* Thay vào (1):

ua ∂ ∂ t ∂

1 1 1 e +

zv )( )( zv

k k

= =

⇒ ⇒

= =

zik )(. )( zik v

c. Phương trình vi phân cố kết thấm một chiều (tiếp) 2 2 u ∂ ∂ 2 z ∂

v ∂ z ∂

u ∂ z γ ∂ o

k γ o

) e

k v

Cv C

C C v

1( + . a γ o

k v . m γ v o

* Theo định luật Darcy: * Th đị h l ật D h ∂ z ∂ - Biến đổi với ( ) (2)

)( tn

* Quan hệ giữa độ rỗng n và hệ số rỗng e:

k k v oγ γ o u ∂ t ∂ p

ệ g

v

1 1

)( tn tn )(

u v ∂ 2 z ∂ te )( )( te+ )( )( te + )( te 1 e +

- Để đơn giản, Terzaghi đề nghị: Để đơn giản Terzaghi đề nghị:

: hệ số rỗng tự nhiên trung bình của đất. ố ỗ ấ

n ∂ t ∂

a ' σ ∂− t ∂

( ) u σ −∂− t ∂

1 e 1 +

1 ua ∂ te ∂+ 1

1 e ∂ te ∂+ 1

1 e 1 +

ấ ề

2 u ∂ ∂ 2 2 z Cv: hệ số cố kết theo phương đứng; g kv: hệ số thấm theo phương đứng; a: hệ số nén của đất; a: hệ số nén của đất; mv: hệ số nén thể tích của đất; e - Với kv = const, mv = const → Cv = const: PTVP cố kết thấm 1 chiều (2) trở thành PTVP đạo hàm riêng dạng parabol có hệ số là hằng số (BT truyền nhiệt).

Nghiệm của PT Terzaghi Biểu đồ phân bố ứng suất trong đất tại thời điểm t

p * Điều kiện biên: Điều kiện biên: - Tại t = 0 (ngay sau khi đặt tải): u = p với ∀z;

u ∂ ∂ ∂z z ∂

tại z = h; - Tại t ≠ 0

σ’ ’

∞

),( ( tzu )

z z π π h

2)12( )12( i i + + 2

)12( i i )12( + + 2

4 4 = ∑ ∑ p π

1 1 i )12( +

0 =

⎡ ⎡ ⎛ ⎛ sin i ⎜ ⎜ ⎢ ⎝ ⎣

⎤ ⎤ ⎞ ⎞ ⎟ ⎟ ⎥ ⎠ ⎦

⎛ ⎛ ⎜ ⎜⎜ ⎝

2 ⎛ ⎛ ⎞ ⎞ C C π π v ⎜ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎟ 2 h ⎠ ⎝

⎡ ⎡ exp − ⎢ ⎢ ⎣

⎤ ⎤ ⎞ ⎞ ⎟⎟ ⎟ ⎥ ⎥ ⎠ ⎦

u σ’(z,t) h u(z,t) h σ σ σ σ - Tại t = ∞: u = 0 với ∀z. * Nghiệm của PT (2) có dạng: * Nghiệm của PT (2) có dạng:

z z

),( ( tzu )

sin i

−

- Khai triển với i = 0:

z z π π h

2 C C π π v 24 h

4 4 π

⎛ ⎛ ⎜ ⎜⎜ exp ⎝

⎞ ⎞ ⎟ ⎟⎟ ⎠

(3)

Độ cố kết U(t)

v v

exp

)( tU tU )(

t t

−

)( tS )( S

2 π 4

C 2 h

8 2 π

∞

⎛ ⎜⎜ ⎜ ⎝

⎡ 1 1 ⎢ ⎢ ⎣

- Gọi U(t) là độ cố kết của nền tại thời điểm t: Gọi U(t) là độ cố kết của nền tại thời điểm t:

v 2

tz ),('

exp

sin

−

⎤ ⎞ ⎟⎟ ⎟ ⎥ ⎥ ⎠ ⎦ C C h

2 π 4 4

z π h h

C 2 h h

⎞ ⎞ ⎟⎟ ⎠ ⎠

⎛ ⎛ ⎜⎜ ⎝ ⎝

⎡ ⎡ 1 ⎢ ⎣ ⎣

⎤ ⎤ ⎥ ⎦ ⎦

−

π 4

tU )(

TU (

)

1 −=

8 2 π π

Ứng suất hữu hiệu σ’(z,t) - Do nền có chiều dày hữu hạn nên tổng ứng suất do tải - Do nền có chiều dày hữu hạn nên tổng ứng suất do tải trọng ngoài p gây ra như nhau tại ∀z: σ(z,t) = p. - Xét phân tố đất có chiều dày dz ở độ sâu z. Tại thời Xét phân tố đất có chiều dày dz ở độ sâu z Tại thời điểm t, ứng suất hữu hiệu σ’(z,t) = σ(z,t) – u(z,t). Thay u(z,t): u(z t): - Gọi Tv là nhân tố thời gian và đặt:

4 π π - BD lún của lớp phân tố dz: ΔS = mvσ’(z,t)dz. - Độ lún của toàn bộ nền tại thời điểm đó xác định theo: ề

−

vT v

v v

2 π 4 4

ể

)( tS tS )(

phmdz h

t t

−

(' ),(' tz ) dt m σ v

01) 810,01) 810 −≈

( TU TU ( v

= ∫ ∫

2 π 4

C 2 h

8 2 π

⎛ ⎜ ⎜⎜ exp ⎝

⎡ 1 1 ⎢ ⎢ ⎣

(4) (4)

PT (4) là PT ầ đú để á đị h U thí h hợ

⎞ ⎟ ⎟⎟ ⎠ S

độ lú ối ù t

⎤ ⎥ ⎥ ⎦ - Tại thời điểm t = ∞: σ’ = σ = p, độ lún cuối cùng S∞: T i thời điể

- PT (4) là PT gần đúng để xác định U thích hợp với các ới á trường hợp U > 0,2. Giá trị U(Tv) có thể tra theo Tv. ’ S∞ = mv.p.h

ế

4. Thí nghiệm xác định hệ số cố kết Cv - Trong lý thuyết cố kết của Terzaghi Cv có vai trò rất ấ ố ế quan trọng.

)

e o

) )

C v v

f makf ( ( , v v v v

ẫ

1( + a . γ o

k v m . γ v o

ễ ể

( g ) ề à ắ C Cả * Kết quả TN - Kết quả TN: tập số liệu {Si, ti} ứng với cấp tải trọng Kết quả TN: tập số liệu {S t } ứng với cấp tải trọng nén không đổi pj. Si: độ lún của mẫu tại thời điểm ti (phút) kể từ khi bắt ( hú ) kể ừ khi bắ ủ S độ lú i hời điể đầy giá tải trọng nén pj. - Quan hệ S = f(t) thường được biểu diễn dưới 2 dạng: + S = f(lgt): Phương pháp Casagrande + S = f( g g p p ): Phương pháp Taylor.

ẩ ổ

- Cả kv và a đều thay đổi → Cv ≠ const. Khắc phục sai i ổi khác này → TN xác định trực tiếp Cv: TN nén cố kết. - Thực chất TN nén cố kết là TN nén 1 chiều nhưng chú trọng đến độ lún theo thời gian của mẫu dưới từng cấp tải nên tiêu chuẩn ổn định lún nghiêm ngặt hơn: độ lún của mẫu ≤ 0,01mm trong khoảng thời gian không dưới 24h, thường kéo dài đến 48h. ế

848,0 848,0

t phút t phút

Cv C =

b. Phương pháp Taylor

h t

197,0 197 0

Cv = C

t90 t a. Phương pháp Casagrande - Kết quả biểu diễn dạng S = f(lgt) gồm: 2 đoạn thẳng f(lgt) gồm: 2 đoạn thẳng - Kết quả biểu diễn dạng S nối với nhau bằng 1 đoạn cong. Điểm giao 2 đoạn thẳng biểu thị sự kết thúc cố kết thấm theo Terzaghi ứng với U biểu thị sự kết thúc cố kết thấm theo Terzaghi ứng với U = 100%. 0 A lg(t) lg(t) t50 t t100 t

h t 50

So - h: chiều dài đường thoát U=0% nước: - h: chiều dài đường thoát

nước: S U 50% U=50% S50 K F x E K F x x 1,15x 1 15

C C

S100 U=100% B U90 U S thời ẫ i - t90: thời gian mẫu cố kết ố kết S ẫ ố + thoát 1 chiều: h = ho; + thoát 2 chiều: h = h /2 + thoát 2 chiều: h = ho/2. - ho:c.cao ban đầu của mẫu; - t50: thời gian mẫu cố kết ế + thoát 1 chiều: h = ho; o + thoát 2 chiều: h = ho/2. h :chiều cao ban đầu của - ho:chiều cao ban đầu của mẫu; t 90%. 50%.

ị ệ g ạ ợ p

D biế d hả dẻ dù ứ ô h lê

§3. Tính chống cắt của đất I Khái I. Khái niệm chung h iệ 1. Tính bềnbề * Khi XD công trình, nếu nền đất bị phá hoại CT cũng bị phá hoại mất ổn định → việc nghiên cứu tính bền là bị phá hoại, mất ổn định → việc nghiên cứu tính bền là rất quan trọng.

ấ ổ ế Đất bị đẩy trồi ồ ẩ ấ

ợ g (

Mặt trượt

Mặt trượt Mặt trượt

* Giữa tính bền và sự phá hoại có mối quan hệ chặt chẽ → xác định đúng tiêu chuẩn phá hoại mới tìm được biện pháp đảm bảo tính bền. Các dạng bị phá hoại của vật liệu: * Các dạng bị phá hoại của vật liệu: - Dạng đứt gãy: xảy ra ở một TTƯS hay BD nhất định; - Dạng chảy dẻo: biến dạng tăng lên vô hạn dù ứng suất ất tă không tăng. * Các dạng phá hoại của đất đưa đến sự mất ổn định ấ của CT cũng tương tự: - Sự đổ vỡ, nghiêng lệch CT gắn liền với sự trượt 1 khối đất ra ngoài (hình thành mặt trượt rõ rệt); ệ ); ặ - Nếu không xuất hiện mặt trượt nhưng độ lún tăng nhanh tạo ra lún lệch làm cho CT bị phá hoại. nhanh tạo ra lún lệch làm cho CT bị phá hoại. → sự phá hoại trên gọi là phá hoại trượt (phá hoại cắt).

é ẫ bị biế d tă át TN é 1 hiề ó ở hiê để ứ

é đủ lớ ất hiệ ất ẫ ấ ẫ

2. Cơ chế phá hoại trượt của đất * Khả * Khảo sát TN nén 1 chiều có nở ngang để 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 σ:

a. Mẫu sét cứng * Khi ứ * Khi ứng suất nén σ tăng dần: mẫu bị biến dạng cả ả dầ ất phương đứng và phương ngang. * Khi ứng suất nén đủ lớn: trên mẫu xuất hiện vết nứt ết ứt t ê * Khi ứ nghiêng và 2 phần mẫu trượt lên nhau theo mặt nghiêng tương ứng. tương ứng P

σ =σ

P A

P P Nắp gia tải ải i ắ

trượt

A: diện tích tiết diện mẫu. Vết nứt

h dd - Xuất hiện vết nứt → mẫu bị ể phá hoại cắt. Ở những điểm ắ Ở phá hoại, đất bị lên nhau và các mặt trượt tại các điểm lân cận nối liền nhau tạo thành vết nứt. ế

b. Mẫu sét mềm

II. Thuyết bền Mohr – Coulomb về sức chống cắt của đất cắt của đất

t ê đủ lớ ất hiệ ẫ khô

i à ối ù * Năm 1776, Coulomb đề xuất nguyên lý chống cắt gồm ma sát giữa 2 phần khối đất và lực dính. ấ ố ầ

ế

ấ ạ ợ p ặ

ộ g g

* Khi tải t * Khi tải trọng đủ lớn: trên mẫu không xuất hiện vết ết nứt nhưng mẫu bị biến dạng dẻo không tắt dần theo thời gian và cuối cùng bị phá hoại hoàn toàn. bị há h i h à t à - Tại mọi điểm trong vùng biến dạng dẻo cũng xảy ra hiện tượng trượt lên nhau nhưng do liên kết giữa các hạt đất là liên kết keo nhớt không phải liên kết cứng nên không xuất hiện vết nứt rõ rệt. - 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 trí của vết trượt ứng suất cắt cực đại vượt quá khả năng chống cắt của đất.

b. Lực dính của đất

1. Định luật Coulomb

hố l i l L

ể

ể a. Lực ma sát của đất át ủ 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 ốhệ số ma sát.

ấ ố ẳ ấ Tms T s = sms + c = σtgϕ + c

tg t ϕσ

s ms

α ị ( g ạ

P Q T: lực gây trượt; T : lực ma sát Tms: lực ma sát. Tms = P.fms = Ptgϕ Lực ma sát đơn vị sms: á đ ị L Tms g Ptg ϕ ϕ ms A A ủ đất hệ ố át t át ứ ó * Cá h t đất ó thể ắ kết ới h * Các hạt đất có thể gắn kết với nhau chống lại lực kéo ké tách rời chúng nhờ lực dính. Lực dính = (loại đất) và coi có giá trị như nhau tại mọi điểm theo mọi hướng. 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 ắ đơn vị diện tích: (ϕ, c): đặc trưng chống cắt của đất, xác định bằng TN; σ: ứng suất nén tạo ra ma sát đơn vị (do tải trọng gây ọ g g y ra, phụ thuộc vào điểm khảo sát). * Sức chống cắt s theo ứng suất hữu hiệu Terzaghi: Sức chống cắt s theo ứng suất hữu hiệu Terzaghi: s = (σ - u)tgϕ’ + c’ f fms: hệ số ma sát; ϕ: góc ma sát trong của đất; σ: ứng suất pháp tác dụng trên mặt đang xét

2. Thuyết bền Mohr - Coulomb

ở á h ứ thiết lậ t ê

ϕ ϕ

TH tổng quát TH tổng quát Đất rời Đất ời d. Đường sức chống cắt Coulomb Đồ thị mô tả quan hệ s = f(σ): đường sức chống cắt Đồ thị mô tả quan hệ s = f(σ): đường sức chống cắt Coulomb. s s τmax s s τmax

σ 0 0 σ

s s τmax * Điề kiệ bề đ * Điều kiện bền được thiết lập trên cơ sở so sánh ứng suất cắt và sức chống cắt trên cùng một mặt phẳng nào đóđó. - Trạng thái cân bằng bền khi: τ < s; - Trạng thái cân bằng giới hạn (CBGH) khi: τ = s. Lưu ý: Với đất không xảy ra τ > s. Lưu ý: Với đất không xảy ra τ > s. * Gọi τmax (τf) là ứng suất cắt lớn nhất có thể có trên 1 mặt phẳng nào đó qua điểm đang xét M thì theo Mohr mặt phẳng nào đó qua điểm đang xét M thì theo Mohr tính bền của đất được đảm bảo khi: τmax ≤ s = σtgϕ + c Đất dính thuần túy

s ≡ c ≡ cu

c c

σ 0

* Các chế độ cắt

3. Thí nghiệm cắt đất

tê (CD C Cắt hậ lid t d D i d T t)

th át ớ tiế t ắt ới tố độ ất hậ để

ắ

ắ ấ ắ ố

TN ới

* Cá b ớ khi TN ắt * Các bước khi TN cắt - Bước 1: Nén - Bước 2: Cắt. * Các chế độ 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 các điều kiện liên quan đến áp lực u được đơn giản hóa theo 3 chế độ sau: - TN với u = 0; 0 - TN với σ’ = 0; - TN trung gian: u = 0 khi chịu lực nén nhưng u ≠ 0 khi chịu lực cắt. ị ự ợ ộ g ,

- Cắt chậm (CD: Consolidated Drained Test): tên gọi i của chế độ cắt u = 0: mẫu được cố kết hoàn toàn khi nén và được cắt với tốc độ rất chậm để nước tiếp tục thoát ra à đ khi cắt → (ϕCD, cCD). - Cắt nhanh (UU: Unconsolidated Undrained Test): tên gọi của chế độ cắt σ’ = 0: ngay sau khi gia tải nén, tiến hành gia tải cắt luôn và cắt với tốc độ rất nhanh → nước trong mẫu không kịp thoát ra cả khi nén và khi cắt → (ϕUU, cUU) hay (ϕ’, c’). - Cắt nhanh cố kết (CU: Consolidated Undrained Test): ) ( tên gọi của chế độ cắt trung gian: mẫu được cố kết hoàn toàn khi nén, nhưng được cắt với tốc độ rất nhanh → (ϕCU, cCU).

a. Thí nghiệm cắt đất trực tiếp

* Cách thí nghiệm Mẫu nguyên dạng được chuyển từ dao vòng vào hộp cắt. Mẫu nguyên dạng được chuyển từ dao vòng vào hộp cắt hiệ

=σ

P P A

P Nắp truyền lực Nắ t ề l Chốt định vị Chốt đị h ị ê

Thớt trên

=τ τ

T A

( y a a

T ị

Thớt dưới g (th ờ ất h 4 Đá thấm Dãy bi - Bước 1: gia tải thẳng đứng P tạo ra ứng suất nén định trước σ (với mỗi mẫu σ = const); - Bước 2: gia tải cắt T tạo ra ứng suất cắt τ (τ thay đổi). ) + T tăng dần cho đến khi mẫu bị phá hoại: τ → τf (τmax). ) hoại: τ → τf (τ * Để xác định được đặc trưng chống cắt phải TN không d ới 3 t ị ố ứ dưới 3 trị số ứng suất nén khác nhau σi (thường 4 ÷ 6 6 é khá cấp). Mỗi cấp σi = const, ta có τfi (τmax i).

* S đồ à thiết bị thí * Sơ đồ và thiết bị thí nghiệm - Hộp cắt: Thớt trên và Thớt dưới có thể trượt lên nhau; - Hệ thống đo lực ngang; - Mẫu chịu đồng g thời cả tải trọng đứng và tải trọng ọ g ngang. + P → σ = const; + P → σ const; + T → τ thay đổi.

f. Ưu, nhược điểm ệ ặp g { i,

fi ( max i)}

g g ( i,

fi)

i

* Kết quả TN - Cặp số liệu {σi, τfi (τmax i)} với τfi là ứng suất cắt khi fi mẫu bị phá hoại cũng chính là sức chống cắt si của đất i) ứng với ứng suất nén σi ⇒ (σi, τfi) ≡ (σi, si). ( i, Biểu diễn đồ thị quan hệ s = f(σ). Các đặc trưng chống cắt (ϕ, c) được xác định bằng đo trực tiếp hoặc tính toán cắt (ϕ c) được xác định bằng đo trực tiếp hoặc tính toán

ττ ττ − f f 2 1 − σσ 2 2 1 1

τmax

hải là hằ iả ứ ẫ ế

s τf τf4 τf3 τ τf2 τf1 ϕ ặ p ấ ị p c c * Ư điể * Ưu điểm: - Thiết bị đơn giản, thao tác dễ dàng; - Giá thành thiết bị và chi phí thí nghiệm rẻ. * Nhược điểm: Nhược điểm: - Chỉ TN được với chế độ cắt nhanh (do không đo được u) → (ϕ c) theo ứng suất tổng; u) → (ϕ, c) theo ứng suất tổng; - Khi TN mẫu chuyển vị theo phương ngang → diện tích mẫu giảm yếu → ứng suất không phải là hằng số; ố ất khô Ứng suất cắt phân bố không đều: ở lân cận vành cứng ứng suất lớn hơn. - Đất bị cắt theo mặt phẳng định trước nên mp cắt chưa g ị chắc là mp yếu nhất. σ σ1 σ2 σ3 σ4 0

b. Thí nghiệm cắt đất gián tiếp: nén 3 trục * Sơ đồ thí nghiệm

σ1 Xả khí

ẫ

Mũ cứng Mũ cứng ấ

Đá thấm ổ ẫ ế Màng cao su

* Nguyên lý TN: TN thực hiện trên máy 3 trục tạo ra áp 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 ấ phương ngang).

Back Pressure σ3

* Cách thí nghiệm * Thiết bị thí nghiệm

à ẫ t ẫ hì h t Ch ẩ bị ề ồ

p ự g g ị ị

g y g q g g thủ tĩ h ủ dị h thể b là á l Tải t - Chuẩn bị mẫu hình trụ và bọc mẫu trong màng cao su; à b - Bão hòa mẫu dưới áp lực ban đầu (Back Pressure) thích hợp. - Nén: tạo áp lực buồng đến giá trị định trước σ bằng g ạ cách bơm vào trong bình dịch thể nén. Áp lực này thường giữ nguyên không đổi trong quá trình TN. g σ1 = σ2 = σ3 = σ

h ẫ

- Cắt: Tạo áp lực thẳng đứng (tạo số gia Δσ cho σ1): tăng Cắt: Tạo áp lực thẳng đứng (tạo số gia Δσ cho σ ): tăng dần áp lực thẳng đứng lên mẫu cho đến khi mẫu bị phá hoại (xuất hiện vết nứt hoặc bị chảy dẻo): hoại (xuất hiện vết nứt hoặc bị chảy dẻo): ế

- Buồng nén: bình kín hình trụ bề mặt xung quanh làm bằng kính hữu cơ, nắp và đáy làm bằng kim loại; - Màng cao su: ngăn không cho nước thấm vào mẫu; - Đá thấm; Đá thấm; - Tải trọng đứng được tạo ra bởi pittông; - Tải trọng ngang là áp lực thủy tĩnh của dịch thể bơm ép (thường là áp lực nước) tác dụng lên khắp xung quanh mẫu. - Nước lỗ rỗng trong mẫu thấm qua đá thấm thoát ra ngoài qua rãnh ở đáy bình và được đưa đến máy đo áp để đo áp lực nước lỗ rỗng khi TN.

σ1 = σ + Δσ σ2 = σ3 = σ

f. Ưu, nhược điểm

tế hơ ò M h ứ Vẽ á ấ D đ ờ b ò

* Kết quả TN Cặp số liệu {σ σ } Để xác định đặc trưng chống cắt - Cặp số liệu {σ1, σ3}. Để xác định đặc trưng chống cắt phải tiến hành tối thiểu 2 mẫu có cặp (σ1, σ3) khác nhau. - Vẽ các vòng tròn Mohr ứng suất. Dựng đường bao các á vòng tròn Mohr ứng suất ta thu được đường sức chông cắt của đất, từ đó xác định được ϕ, c. ắt ủ đất từ đó á đị h đ ẫ ấ Ứ ố ề

τmax τmax s s

ệ ố

ξ - Giá thành cao. ϕ TN2 TN1 TN1 c σ σ σ3 σ σ1 σ σ3 σ σ1 σ * Ư điể * Ưu điểm: - Đất bị cắt theo mặt yếu nhất → tình hình phá hoại của đất gần với thực tế hơn. ới th đất ầ - Diện tích mặt cắt không thay đổi trong quá trình TN. - Ứng suất trên mặt cắt của mẫu được phân bố đều hơn. ắ - Thực hiện được các chế độ cắt khác nhau. - TN này ngoài xác định được (ϕ, c) còn xác định được môđun biến dạng Eo, môđun biến dạng thể tích Ett, hệ số nở ngang μo, hệ số nén ngang ξ (Ko). * Nhược điểm: - Thiết bị phức tạp, thao tác khó khăn, người TN cần có chuyên môn cao. - Khối lượng mẫu đất đòi hỏi nhiều hơn.

* Tính đầm chặt của đất

)

ê lý ải ụ g

h

đầ r (

hặt đ

ị t í t đối ới h

tí h tiế (diệ iữ ú

ử lý ề là đầ lú iả i ầ

ầ ể

- Tính đầm chặt: khả năng làm giảm thể tích lỗ rỗng của Tính đầm chặt: khả năng làm giảm thể tích lỗ rỗng của đất nhờ vào các tác động cơ học như đầm, rung… + Đất đầm chặt được là vì giữa các hạt đất có lỗ rỗng, độ độ iữ á h t đất ó lỗ ỗ là ì + Đất đầ bền liên kết giữa các hạt thấp → liên kết dễ bị phá vỡ → á h t đất di h ể các hạt đất di chuyển vị trí tương đối với nhau làm ↓Vr là ↓V → đất chặt hơn → tính biến dạng của đất giảm, tính hố chống cắt của đất tăng (diện tích tiếp xúc giữa các hạt á h t ắt ủ đất tă tăng → ma sát tăng). - Khả năng đầm chặt phụ thuộc: + Cấp phối của đất; p p + Công đầm; + Độ ẩm của đất khi đầm. + Độ ẩm của đất khi đầm

§4. Tính đầm chặt của đất 1. Nguyên lý cải tạo đất bằng đầm chặt 1 N hặ đấ bằ ọ g * Khi tác dụng tải trọng P → ↓Vr (coi Vh = const) → nền bị BD (lún). - Với nền có tính BD lớn, để giảm lún khi XD CT, bằng Với nền có tính BD lớn, để giảm lún khi XD CT, bằng 1 biện pháp nào đó người ta ↓Vr trước rồi mới tác dụng tải trọng P. tải trọng P. - Việc làm ↓Vr trước khi XD CT gọi là xử lý nền. - Các biện pháp xử lý nền làm giảm lún: đầm nén, gia tải há tải é Cá biệ trước, cọc cát nén chặt… * Đầm nén: dùng các tác động cơ học làm giảm thể tích lỗ rỗng trước khi XD CT. - Đầm nén được dùng nhiều do tốn ít thời gian.

* Hiệu quả đầm chặt của đất

−

%100

Hiệu quả đầm: được đánh giá qua trọng lượng riêng - Hiệu quả đầm: được đánh giá qua trọng lượng riêng khô của đất γk sau khi đầm. Trọng lượng riêng khô càng lớn đất càng chặt. lớn đất càng chặt Nhâ i đấ ới h

γ kγ k γ k

max

−

- Chất lượng thi công đầm nén ở hiện trường đánh giá thông qua hệ số đầm chặt K. p ụ ọ g g ộ ị

k max

a. Cấp phối của đất * Đất đầm nén có hiệu quả khi có cấp phối tốt Đất đầm nén có hiệu quả khi có cấp phối tốt. Có 2 cách để có cấp phối tốt: - Nhân tạo: trộn nhiều loại đất với nhau. hiề l ộ - Tự nhiên: lựa chọn mỏ đất có cấp phối thích hợp → phụ thuộc vào mỏ khai thác. b. Công đầm: phụ thuộc tải trọng thiết bị và số lần đầm. - Phạm vi lựa chọn hẹp do độ linh động của thiết bị hạn chế; số lần đầm chỉ đem lại hiệu quả khi chưa đạt chế; số lần đầm chỉ đem lại hiệu quả khi chưa đạt TTGH nén chặt. - Nguyên tắc thay đổi: từ nhỏ đến lớn. Nguyên tắc thay đổi: từ nhỏ đến lớn

+ γk-ct: trọng lượng riêng khô tại công trường đạt được sau thi công; + γk-max: trọng lượng riêng khô lớn nhất xác định trong PTN từ TN đầm chặt tương ứng. + Chất lượng thi công đạt yêu cầu khi K ≥ [K] theo yêu Chất lượng thi công đạt yêu cầu khi K ≥ [K] theo yêu cầu thiết kế.

tốt hất W t ơ ứ

Vành khống chế c.cao Vành khống chế c.cao

2. Thí nghiệm đầm chặt * M đí h á đị h độ ẩ * Mục đích: xác định độ ẩm tốt nhất Wopt tương ứng với ới công đầm nào đó cho γkmax. * Sơ đồ, thiết bị thí nghiệm

ồ ế Cần dẫn búa

Búa (quả đầm) ệ q g ạ y ị ị

Vành lắp trên Và h lắ t ê

opt

- Máy đầm chặt: Máy đầm chặt: + Cối đầm hình trụ thể tích V; tích V; + Quả đầm trọng lượng Q, chiều cao rơi H; i H Q hiề + Cần dẫn búa bằng kim loại. d Thân cối ố c. Độ ẩm của đất * Độ ẩm của đất là yếu tố dễ thay đổi → nên được quan Độ ẩm của đất là yếu tố dễ thay đổi → nên được quan tâm nhiều. - Độ ẩm thay đổi → chiều dày màng nước liên kết thay Độ ẩm thay đổi → chiều dày màng nước liên kết thay đổi. - Khi độ ẩm ban đầu thấp: tăng độ ẩm → tăng chiều dày Khi độ ẩm ban đầu thấp: tăng độ ẩm → tăng chiều dày màng nước liên kết → ma sát giữa các hạt giảm → các hạt dễ dịch chuyển vị trí → hiệu quả đầm tăng, dễ đầm. - Khi độ ẩm lớn: xuất hiện nước tự do trong lỗ rỗng → ứng suất hữu hiệu giảm → hiệu quả đầm giảm. ⇒ sẽ có độ ẩm thích hợp cho công đầm hữu ích, đó là độ ẩm tốt nhất Wopt: được xác định bằng TN đầm chặt trong PTN. h

Tấm đáy Tấ đá

* Cách thí nghiệm

ẫ ẫ Ph i khô Ch ẩ bị + Phơi khô mẫu;

Qi Q V

* Kết quả thí nghiệm - Để xác định W phải tiến hành không dưới 5 trị số Wi - Để xác định Wopt phải tiến hành không dưới 5 trị số Wi khác nhau cho cùng một loại đất và chỉ dừng khi thấy trọng lượng riêng của đất tăng rồi sau đó giảm. trọng lượng riêng của đất tăng rồi sau đó giảm - Kết quả TN: các cặp số {γw-i, Wi} → {γk-i, Wi} iw =−γ + Trọng lượng riêng ướt γw-i:

γ γ

ik ik −

+ Trọng lượng riêng khô γk-i:

ắ ố

ợ g ; Qi

γ iw − W01,01+ W0101 i V: thể tích của cối; Qi: trọng lượng của mẫu đất thứ i; ; ọ g Wi: độ ẩm của mẫu đất thứ i.

- Chuẩn bị mẫu: + Phun vào lượng nước cần thiết, trộn đều và ủ mẫu. - Cân cối xác định Qc; - Lấy mẫu chia thành m phần (m lớp); Lấy mẫu chia thành m phần (m lớp); - Cho từng phần vào cối và đầm (thả cho búa trọng lượng Q rơi tự do n lần ở chiều cao H) lượng Q rơi tự do n lần ở chiều cao H). + Công đầm A = (Q.H.n)m → công đầm đơn vị = A/V - Đầm xong lớp cuối cùng, tháo vành lắp trên, gạt ầ phẳng. + Cân cối và đất đã đầm Qc+đ → trọng lượng đất ẩm Q = Qc+đ – Qc. Qc+đ Qc + Xác định độ ẩm của mẫu W.

* Kết quả thí nghiệm (tiếp) - Vẽ đồ thị quan hệ (γk, Wi). - Vẽ đồ thị quan hệ (γk Wi)

γk γk Đường bão hoà Đ ờ bã h à A1 γk-max Đường bão hòa g

AA3

0 W% Wopt opt 0 0 W W Wopt W

↓ ↑ - Khi W < Wopt: ↑W → ↑ γk. - Khi W > Wopt: ↑W → ↓ γk.

* Cách thí nghiệm

đầ → ẫ Đầ

3. Thí nghiệm CBR (California Bearing Ratio) * M đí h đá h iá hất l ợ * Mục đích: đánh giá chất lượng đầm → quyết định ết đị h đầm ở mức độ nào là thích hợp. CBR càng lớn càng tốt.

* Sơ đồ, thiết bị thí nghiệm ồ ế P

ặ y ụ ụ g ụ ( Đồng hồ đo c.vị Đồng hồ đo c.vị

Trụ xuyên Trụ xuyên

Tấm gia tải

19 35 ở độ â 0 1’’ (2 54

- Đầm chặt mẫu; hặt - Đặt các tấm gia tải lên mặt mẫu và đưa vào dưới trụ xuyên; - Cho trụ xuyên tiếp xúc với mặt mẫu (tác dụng lên trụ 1 p lực 10 lbs = 4,54 kG); - Gia tải cho trụ xuyên xuyên vào mẫu với tốc độ không Gia tải cho trụ xuyên xuyên vào mẫu với tốc độ không đổi 1/20 inch trong 1 phút (1,27mm/phút); - Đọc giá trị tải trọng và chuyển vị ở các thời điểm khác Đọc giá trị tải trọng và chuyển vị ở các thời điểm khác nhau cho đến khi trụ xuyên ngập vào 10mm. Khô Không thể thiếu giá trị lực ở độ sâu 0,1’’ (2,54mm) và ) à iá t ị l thể thiế 0,2’’ (5,08mm)

+ Cối đầm TN đầm chặt + Cối đầm TN đầm chặt kiểu công binh Mỹ nhưng có chiều cao lớn hơn 2’’; có chiều cao lớn hơn 2 ; + Tấm gia tải để gia tải lên mặt mẫu; mặt mẫu; + Trụ xuyên tiết diện 2sq.in = 19,35cm2. 2 + Đồng hồ đo chuyển vị và đo lực.

* Kết quả thí nghiệm - Các cặp số {pi, Si}. - Các cặp số {pi Si} p(kG/cm2) 2) (kG/

%100

CBR =

%100

CBR =

p2 p1 p

2,54 5,08 S(mm) - Từ đồ thị, xác định p1, p2. - Tính chỉ số CBR: 1p 70 70 - Tính chỉ số p 2 105 105

+ Nếu CBR2 > CBR thì kết quả TN đáng ngờ → làm lại. Nếu làm lại vẫn vẫn cho CBR > CBR thì lấy giá trị Nếu làm lại vẫn vẫn cho CBR2 > CBR thì lấy giá trị CBR2 làm giá trị CBR của đất.

* Báo cáo khảo sát ĐCCT cung cấp các thông tin sau:

CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ĐCCT VÀ THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG

ệ ệ ấ ấ ấ ộ â

át ĐCCT hằ tá khả là

§1. Khái niệm chung §1. Khái niệm chung * Khảo sát ĐCCT: là công việc quan trọng phục vụ cho việc XD CT liên quan đến việc thiết kế và thi công phần việc XD CT, liên quan đến việc thiết kế và thi công phần CT dưới mặt đất: móng và các CT ngầm. * Cô * Công tác khảo sát ĐCCT nhằm làm sáng tỏ cấu trúc tỏ ấ t ú á địa tầng khu vực dự kiến XD, phẩm chất XD của các lớp đất, tình hình nước dưới đất ở khu vực đó… đất tì h hì h

ớ d ới đất ở kh đó

; ự ặ , ự g y ;

- Theo chiều sâu: đất nền gồm bao nhiêu lớp khác nhau, trình tự xuất hiện và độ sâu xuất hiện từng lớp đất; bản chất vật lý và tính chất cơ học của chúng…; - Theo mặt bằng khu vực và các vùng phụ cận: sự thay đổi chiều dày của các lớp, sự xuất hiện mới hoặc kết thúc của chúng. Khả năng ảnh hưởng của các hiện tượng đó đến CT…; - Tình hình nước mặt, nước ngầm: sự xuất hiện nước mặt, nước ngầm; sự thay đổi mực nước theo mùa; tính chất ăn mòn vật liệu của nước.

* Các bước tiến hành khảo sát ĐCCT * Các phương pháp khảo sát ĐCCT

đế kh Tì kiế tài liệ hiệ

t ứ kh hiê ó liê

ế ầ

g p p p ệ )

ự g ệ - Tham khảo các tài liệu sẵn có từ CT lân cận hay các nghiên cứu có liên quan trong khu vực XD; ự XD - Khảo sát trực tiếp thông qua các vết lộ trên hố đào, giếng, đường hầm; - Thực hiện các phương pháp địa vật lý; - Khoan lấy mẫu cho các TN trong phòng; - TN ngay tại hiện trường. - TN ngay tại hiện trường

g y ạ ệ - Tìm kiếm tài liệu hiện có liên quan đến khu vực: từ CT từ CT ó liê đã có (các CT có quy mô tương tự đang sử dụng tốt cũng như đang có sự cố); các nghiên cứu liên quan đã thực như đang có sự cố); các nghiên cứu liên quan đã thực hiện; - Khảo sát sơ bộ bằng 1 hoặc vài hố khoan: để phát hiện - Khảo sát sơ bộ bằng 1 hoặc vài hố khoan: để phát hiện các đặc trưng chung của nền (cấu trúc địa tầng, tính chất cơ lý cơ bản) → có phương pháp TN hiện trường g ý thích hợp; ợp - Khảo sát chi tiết: thực hiện TN hiện trường thích hợp ệ đồng thời khoan thăm dò, khoan lấy mẫu và phân tích mẫu trong PTN; - Khoan lấy mẫu cho các TN trong phòng; g - TN ngay tại hiện trường.

- Khoan lấy mẫu - Thí nghiệm hiện trường

lấ hiệ bằ t i hiệ t ờ

khâ lấ à bả h ả ẫ ẫ t

D tiế hà h TN Do tiến hành TN ngay tại hiện trường nên TTƯS và kết ê TTƯS à kết cấu của đất không bị thay đổi nhiều, khắc phục được nhược điểm trong khâu lấy mẫu và bảo quản mẫu. điể + Hạn chế: ầ ( ấ g

Chưa có mô hình lý thuyết đáng tin cậy (nhiều

trường hợp quy về giá trị TN trong phòng); g); g ợp q y g p g ị

Thiết bị TN đắt tiền nhưng giá thành TN lại rẻ do

mỗi thiết bị chỉ phù hợp với 1 dạng TN. mỗi thiết bị chỉ phù hợp với 1 dạng TN. + Các TN hiện trường: Xuyên tiêu chuẩn (SPT), xuyên tĩnh (CPT) xuyên động nén ngang (DMT) bàn nén tĩnh (CPT), xuyên động, nén ngang (DMT), bàn nén hiện trường, cắt cánh hiện trường (VST)…

đồ TN t iả hó đồ hò đ ả ẫ

Kh Khoan lấy mẫu thực hiện bằng: ẫ th + Thủ công (khoan tay): yêu cầu khảo sát không sâu lắm ắ (CT thấp tầng; đường sắt, đường bộ, sân bay…); + Cơ giới (khoan máy): chiều sâu khảo sát lớn do các y) CT cao tầng có quy mô lớn. - Khoan cho phép nhìn trực tiếp, qua kinh nghiệm có Khoan cho phép nhìn trực tiếp, qua kinh nghiệm có thể sơ bộ biết được loại đất và phẩm chất XD của chúng; xác định tương đối chính xác chiều dày từng lớp, độ sâu xác định tương đối chính xác chiều dày từng lớp, độ sâu xuất hiện của chúng. Khoan lấy mẫu phục vụ cho công tác TN trong phòng - Khoan lấy mẫu phục vụ cho công tác TN trong phòng + Lấy mẫu làm thay đổi TTƯS và kết cấu; công tác bảo quản mẫu; sơ đồ TN trong phòng đơn giản hóa, đồng thời thiết bị và người TN → sai số khi TN.

3. Cách thí nghiệm

§2. Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT: Standard Penetration Test) Standard Penetration Test)

ỗ ế

y g ụ g ụ

ý

g y

g ệ

g g ị gập

1 5’’ (38 ) đ ờ kí h t hiề ) ể ố ố

ấ q g

1

ề

1. Nguyên lý thí nghiệm: đóng dụng cụ lấy mẫu đã được tiêu chuẩn hóa vào trong đất, đếm số nhát búa N để thiết bị ngập vào trong đất 30cm. N càng lớn đất càng g tốt. 2 Thiết bị thí nghiệm 2. Thiết bị thí nghiệm - Ống lấy mẫu: ống thép có đường kính ngoài D = 2’’ (51mm); đường kính trong d = 1,5’’ (38mm); chiều cao d (51 ống L; - Búa: trọng lượng Q = 140 lbs (63,5 kG); chiều cao rơi H = 30’’ (76cm).

- Dùng khoan có đường kính thích hợp khoan tạo lỗ đến độ sâu cần TN. Vét sạch đáy hố khoan. - Lắp ống mẫu vào cần và đưa xuống đáy hố khoan. - Thả búa trọng lượng Q rơi tự do ở chiều cao H để đóng Thả búa trọng lượng Q rơi tự do ở chiều cao H để đóng ống mẫu vào đất. Đếm và ghi lại số nhát búa: + N để ống ngập vào đất 15cm đầu tiên; + No để ống ngập vào đất 15cm đầu tiên; + N1 để ống ngập vào đất 15cm tiếp theo; + N2 để ống ngập vào đất 15cm cuối cùng. -Tổng N = N1+N2 là kết quả TN. 2 + Số nhát búa No là số dự phòng cho trường hợp N1 và N2 khác nhau nhiều, trong khi No và N1 khác nhau N2 khác nhau nhiều, trong khi No và N1 khác nhau không đáng kể, có thể lấy N = No + N1 (ghi chú cụ thể).

4. Kết quả thí nghiệm

5. Diễn dịch kết quả thí nghiệm

lớ đất Mặt khá à kết hâ hi hì

ế

- N càng lớn đất càng tốt và ngược lại. a. Phân chia lớp đất a Phân chia lớp đất - Thí nghiệm SPT thường kết hợp khoan lấy mẫu nên dễ dà dàng phân chia lớp đất. Mặt khác, nhìn vào kết quả thí ả thí nghiệm thấy những khoảng có giá trị N như nhau và liên t tục xếp vào 1 lớp đất. à 1 lớ đất - Xác định giá trị trung bình sức kháng xuyên từng lớp ạ g ộ ệ

N (lấy số nguyên). N (lấy số nguyên).

- N = f(z). - Thí nghiệm SPT không thực hiện liên tục theo độ sâu. Thông thường, tối thiểu 1,5m tiến hành 1 TN. - Kết quả thí nghiệm SPT được báo cáo kèm theo mô tả kết quả khoan khảo sát. - TN được coi là không thể tiếp tục khi độ chối của đất đạt một trong các điều kiện sau: + 50 nhát búa cho nhiều khoảng 15cm; + N = 100 (để đóng xuyên qua 30cm); + N = 100 (để đóng xuyên qua 30cm); + 10 nhát búa mà không thể xuyên thêm được nữa. Từ ặ ộ ý g → Một số đặc trưng cơ lý khác của đất.

b. Xác định các đặc trưng cơ lý khác

ấ* Đất rời * Đất rời (tiếp) - Dự báo mô đun biến dạng Eo = k N60. Dự báo mô đun biến dạng E = k N + k = f(loại đất):k = 500: đất cát lẫn bụi, sét

N ố ế k = 1000: cát sạch cố kết bình thường q ạ k = 1500: cát sạch quá cố kết.

0 – 4 Độ chặt tỷ đối D ỷ đố 0,2 Trạng thái Rất rời Góc ϕ (độ) (độ) < 30 Trị số qc (kPa) ) ( 2000

76,95 ' σ σ

4 - 10 0,2 – 0,4 Rời 30 - 35 2000 – 4000 + N60: giá trị chỉ số SPT đã hiệu chỉnh, N60 = CE. CN. N C : hệ số hiệu chỉnh năng lượng hữu ích C = 0 5 ÷ 0 9 CE: hệ số hiệu chỉnh năng lượng hữu ích CE = 0,5 ÷ 0,9 CN: hệ số hiệu chỉnh độ sâu 10 - 30 10 30 0,4 – 0,6 Chặt vừa 0 4 0 6 Chặt ừ 35 - 40 35 40 4000 – 12000 4000 12000

30 - 50 30 - 50 0,6 – 0,8 0 6 – 0 8 Chặt Chặt 40 - 45 40 - 45 12000 – 20000 12000 – 20000

> 50 > 0,8 Rất chặt > 45 > 20000 g ạ p g ộ g

z)

v (

σ’v (σ’z): ứng suất bản thân theo phương đứng tại độ sâu thí nghiệm.

* Đất dính (tiếp) * Đất dính

N Trạng thái Sức kháng nén đơn q(kPa) ( - Dự báo mô đun nén En: + Đất có tính dẻo cao (A ≥ 30): )

En = 410.N60 (kPa) 0 – 2 Rất mềm 25 Đất có tính dẻo thấp (A 30): + Đất có tính dẻo thấp (A < 30): 2 - 4 Mềm 25 – 50

4 - 8 4 8 Dẻo ẻ 50 – 100 0 100 En = (860 – 15A).N60 (kPa) - Từ N → sức kháng nén đơn q → lực dính đơn vị không Từ N → sức kháng nén đơn q → lực dính đơn vị không thoát nước cu:

cu =

q q 2

8 - 15 8 15 Dẻo cứng Dẻo cứng 100 – 200 100 200

15 - 30 g Cứng 200 - 400

> 30 Rất cứng > 400

2. Thiết bị thí nghiệm (tiếp)

à ũi đổi ấ

* Cần xuyên (cần truyền lực): truyền lực tác dụng lên mũi xuyên, là ống thép rỗng bên trong, chiều dài 1m, nối mũi xuyên, là ống thép rỗng bên trong, chiều dài 1m, nối với nhau bằng ren. Đường kính ngoài và đường kính trong cần xuyên lần Đường kính ngoài và đường kính trong cần xuyên lần lượt là: 35,6mm và 18mm. * Cơ cấu gia lực: hệ thống bánh răng và xích hoặc kích * Cơ cấu gia lực: hệ thống bánh răng và xích hoặc kích thủy lực * Giá đỡ và hệ neo: có tác dụng làm phản lực (đối trọng) * Giá đỡ à hệ neo: có tác d ng làm phản lực (đối trọng) cho hệ gia lực sao cho phản lực tạo ra khi xuyên không ảnh hưởng đến kết quả sức kháng xuyên. ảnh hưởng đến kết quả sức kháng xuyên diệ tí h 10

ố

§3. Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT: Cone Penetration Test) Penetration Test) 1. Nguyên lý thí nghiệm: dùng 1 lực ép tĩnh có tốc độ không đổi ấn mũi xuyên hình côn vào trong đất. Đo sức đấ Đ ứ ê hì h ô khô kháng của đất lên mũi xuyên qc và đo ma sát của đất với thành bên mũi xuyên fs. hà h bê ê f ũi 2. Thiết bị thí nghiệm g ệ ị * Thiết bị TN: đầu đo, cần xuyên và bộ phận gia tải. - Đầu đo: khối hình trụ gồm 2 đoạn: Đầu đo: khối hình trụ gồm 2 đoạn: + Mũi côn (đo sức kháng lên mũi): đường kính đáy 35,7mm, diện tích 10cm2, góc ở đỉnh 60°; 2 ó ở đỉ h 60° 35 7 + Áo đo ma sát (đo ma sát của đất với thành bên mũi xuyên): ống hình trụ, đường kính đáy (35,7 ± 0,35mm), diện tích xung quanh 150cm2.

4. Kết quả thí nghiệm

3. Cách thí nghiệm

- Sức kháng xuyên đầu mũi qc = f(z) - Ma sát bên đơn vị fs = f(z) ( ) s

Cườ g độ sức á g

- Đầu đo được ấn trực tiếp vào đất theo phương đứng. g p Tùy thuộc thiết bị mà lực kháng lên mũi xuyên và ma sát bên thành áo đo ma sát thu được là gián đoạn hay liên tục. ũ + Cường độ sức kháng mũi xuyên thường được gọi là sức kháng mũi qc; qc; g + Cường độ ma sát lên áo đo được gọi là ma sát bên đo được gọi là ma sát bên đơn vị fs.

5. Diễn dịch kết quả thí nghiệm

Kết quả thí nghiệm CPT

ố ấ

→ Một số đặc trưng cơ lý khác của đất. - Một cách định tính: N càng lớn đất càng tốt và ngược lại. a. Phân chia lớp đất - Dựa vào kết quả thí nghiệm thấy những khoảng có giá Dựa vào kết quả thí nghiệm thấy những khoảng có giá trị qc như nhau và liên tục xếp vào 1 lớp đất. Xác định giá trị trung bình sức kháng xuyên từng lớp - Xác định giá trị trung bình sức kháng xuyên từng lớp cq

b. Xác định các đặc trưng cơ lý khác (tiếp)

(α tra bảng III.7) b. Xác định các đặc trưng cơ lý khác * Dự báo môđun biến dạng E một số loại đất theo quan * Dự báo môđun biến dạng Eo một số loại đất theo quan hệ thực nghiệm: Eo = α.qc * Đất rời * Đất rời Từ qc xác định được trạng thái của đất (bảng III.4)

Loại đất Loại cát

Sét, sét pha chặt cứng Sét sét pha chặt cứng qc (kPa) Giá trị α > 1500 > 1500 qc (kPa) ứng với trạng thái Rời Rời Chặt vừa Chặt vừa Chặt Chặt 5 ÷ 8 5 ÷ 8

Sét, sét pha chặt cứng < 1500 thô, cát vừa (không > 15 < 5 3 ÷ 6 5 ÷ 15

Sét, sét pha dẻo mềm, dẻo chảy > 700 4 ÷ 7 < 12 < 4 4 ÷ 12 Bùn sét Bù ét < 700 700 3 ÷ 6 3 6

Bùn sét pha p < 700 2 ÷ 4 Cát phụ thuộc vào độ ẩm) ẩ Cát nhỏ (không phụ thuộc ộ g p ụ ( vào độ ẩm) Cát bụi ẩm và ít ẩm Cát bụi ẩm và ít ẩm 10 > 10 3 < 3 3 ÷ 10 3 ÷ 10

Cát pha 3 ÷ 5 1000 ÷ 3500 Cát bụi bão hòa > 7 < 2 2 ÷ 7

Cát < 700 1,5 ÷ 3

* Đất rời (tiếp) * Đất dính

q cq c 10 ÷

ấ - Từ qc dự báo lực dính đơn vị không thoát nước cu: Từ qc xác định được góc ma sát trong của đất (bảng III.5) (đất cứng nên lấy mẫu số lớn) (đất ứ ố lớ ) ê lấ ẫ

cq c

c = c u

2 4 7 12 ≤ 1 20 ≥ 30 qc(MPa) ể ế - Để ý đến độ sâu thí nghiệm cu tính theo công thức sau: 32 34 36 38 30 4 ϕ (độ) ở độ sâu 2m 28

σ− v v N

26 30 32 34 36 28 4 ϕ ở độ sâu ≥ 5m

ấ

, ệ g g g

k

+ σv (σz): ứng suất lớp phủ tại độ sâu thí nghiệm; + Nk: hệ số, có giá trị trong khoảng 15 ÷ 20. ị Một số hiệu chỉnh Nk theo chỉ số dẻo A và độ nhạy St của đất theo đề nghị của Lunne và Eide tra trên đồ thị Hình đất theo đề nghị của Lunne và Eide tra trên đồ thị Hình III.6 trang 125).

§4. Thí nghiệm cắt cánh hiện trường (VST)

3. Cách thí nghiệm

Cần xoắn

ố ắ ế

h 2d h = 2d

- Tạo lỗ đến độ sâu cần TN. - Ấn thẳng mũi dẫn hướng để kiểm tra dị vật. Ấn thẳng mũi dẫn hướng để kiểm tra dị vật - Đưa mũi dẫn hướng lên, tháo ra, lắp cánh cắt vào. - Đưa cánh cắt đến độ sâu cần TN, quay tay quay với tốc ầ độ 12°/phút để làm xoay cánh cắt đến khi mẫu bị cắt, đọc Mmax. - Lặp lại TN tương tự tại các độ sâu khác nhau.

1. Nguyên lý thí nghiệm Nguyên lý: Cắm vào trong đất * Nguyên lý: Cắm vào trong đất cánh chữ thập bằng thép. Xoay tròn cánh quanh trục để đất bị cắt tròn cánh quanh trục để đất bị cắt khỏi phần còn lại theo mặt trụ tròn mà đường sinh là những cạnh biên mà đường sinh là những cạnh biên của cánh. Đo giá trị mômen lớn nhất làm đất chuẩn bị cắt và đo giá ất à đất c uẩ bị cắt và đo g á trị mômen khi trụ đất đã thực sự bị cắt. - Độ bền cắt đất trong trường hợp này là độ bền cắt không thoát nước này là độ bền cắt không thoát nước cu.

4. Kết quả thí nghiệm

cu

dí h th ờ

- xác định được: á đị h đ cu = k.Mmax .k: hệ số của loại cánh cắt i á h ắt l k hệ ố ủ + Sức kháng mặt bên của đất thuần dính thường đất th ầ được lấy bằng 1/2 cu. + Sứ khá + Sức kháng mũi của cọc ũi ủ lấy bằng 9cu.

z(m) z(m)

iả

-Dù b¸o hÖ sè OCR ®¬n giản: D b¸ hÖ è OCR ® bt Cu σ/ OCR =2,9. zh

a. Ứng suất do trọng lượng bản thân đất

CHƯƠNG 4: PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT TRONG ĐẤT

l Ứ bả ất d t thâ đất â

§1. Khái niệm chung §1. Khái niệm chung

l h bả đổi hâ đấ d

ự ự y g ) ( ấ ấ

g ợp ặ ự g y ệ

- Ứng suất do trọng lượng bản thân đất gây ra phải hải được coi là trạng thái ban đầu của đất (điểm khác biệt so với vật liệu khác). ới ật liệ khá ) - Ứng suất do trọng lượng bản thân đất gây ra là ổn định. * Ứng suất do sự thay đổi mực nước ngầm (MNN): khi g MNN thay đổi, trọng lượng bản thân đất thay đổi → ứng suất do sự thay đổi MNN là trường hợp đặc biệt của ứng suất do trọng lượng bản thân.

ặ g

* Có nhiều nguyên nhân gây ra ứng suất trong đất: do trọng lượng bản thân đất, do sự thay đổi mực nước ớ ngầm trong đất; do tải trọng công trình… * Các loại ứng suất trong đất: ứng suất do trọng lượng ấ bản thân, ứng suất do tải trọng ngoài, ứng suất thủy ấ ấ động do dòng thấm trong đất… * Ứng suất trong đất liên quan chặt chẽ với biến dạng ạ g q g của đất và khả năng tiếp nhận tải trọng từ công trình.

b. Ứng suất do tải trọng ngoài c. Các giả thiết

ằ ột i là ặt hẳ

h hiề h ộ Q l ậ hâ bố ải

g g ụ g g ặ , ấ ề ế ể ề

* Mặt đất * Mặt đất coi là một mặt phẳng nằm ngang. * Nền đất là một bán không gian biến dạng tuyến tính. - Nếu mô tả nền đất trong hệ tọa độ Decac: trục 0z là trục thẳng đứng vuông góc với mặt đất, chiều dương g hướng xuống dưới → nền đất chỉ tồn tại z ≥ 0 → bán không gian. g g - Do tải trọng CT thường không lớn nên đất vẫn làm việc trong giai đoạn đàn hồi → quan hệ giữa ứng suất và việc trong giai đoạn đàn hồi → quan hệ giữa ứng suất và biến dạng là tuyến tính. Vì vậy, tính toán sự phân bố ứng suất trong đất vẫn áp dụng các công thức lý thuyết ứng suất trong đất vẫn áp dụng các công thức lý thuyết đàn hồi (LTĐH). - Tải trọng CT thường truyền lên nền đất thông qua Tải trọng CT thường truyền lên nền đất thông qua móng (độ cứng móng thường lớn hơn độ cứng của đất). + Quy luật phân bố tải trọng phụ thuộc nhiều vào độ à độ cứng của móng. - Tải trọng CT cũng có thể truyền trực tiếp lên nền đất: tải trọng đất đắp nền đường lên nền đất tự nhiên. - Đất được coi là không chịu kéo → chỉ quan tâm chủ ọ g yếu đến tải trọng nén lên đất. y + Ứng suất do tải trọng nén gây ra chủ yếu là ứng suất nén.nén. + Quy ước: ứng suất nén mang dấu (+).

Nền đất bán không gian b. Các giả thiết (tiếp)

0 x x

ố đ há đặ ấ y σz τzx R ể τzy z * Chỉ nghiên cứu trạng thái đầu và cuối * Chỉ nghiên cứu trạng thái đầu và cuối. - Xét phân tố đất trong hệ tọa độ Decac 0xyz. TTƯS của hâ phân tố được đặc trưng bởi các ứng suất pháp σx, σy, σz bởi á ứ và ứng suất tiếp τxy, τyz, τzx. - Các thành phần ứng suất tại điểm M trước và sau khi ấ ầ có tải trọng CT: τxz xz M r τyz τyx y σx ạ ọ g g g

τxy

σy σ z

+ Trạng thái ban đầu: σo(M) = {σox, σoy, σoz}. Coi đất là bán vô hạn → mọi mặt phẳng thẳng đứng đều là mặt ặ ặ p phẳng đối xứng → các thành phần ứng suất tiếp = 0. + Trạng thái cuối: σ1(M) = σ (M) + Δσ(M) + Trạng thái cuối: σ1(M) σo(M) + Δσ(M) Δσ(M) = {Δσx, Δσy, Δσz, Δτxy, Δτyz, Δτzx}, (Δσz ≡ Δσgl)

b. Các giả thiết (tiếp)

§2. Ứng suất do trọng lượng bản thân đất

đầ ủ đất (M) {

ầ

* Ứng suất do trọng lượng bản thân được coi là trạng thái ban đầu của đất: σo(M) = {σox, σoy, σoz}. } thái b * Việc xác định ứng suất của đất trước khi có tải trọng bên ngoài tác dụng là cần thiết. Giả định trước khi có tải ế trọng ngoài tác dụng, đất ở trạng thái cân bằng tĩnh học. à thà h hầ ứ ất é th

* Đất là một vật thể nhiều pha giữa hạt đất có lỗ rỗng * Đất là một vật thể nhiều pha, giữa hạt đất có lỗ rỗng, do vậy tải trọng tác dụng lên các hạt đất thông qua điểm tiếp xúc giữa chúng và truyền đi từ hạt này sang hạt tiếp xúc giữa chúng và truyền đi từ hạt này sang hạt khác → Ứng suất tại một điểm là ứng suất trung bình giả định tại điểm đó giả định tại điểm đó. * Việc tính toán xác định các thành phần ứng suất trong đất hủ ế tậ t đất chủ yếu tập trung vào thành phần ứng suất nén theo phương đứng (trục z) là σz và Δσz.

1. Trường hợp nền đất khô đồng nhất

1. Trường hợp nền đất khô đồng nhất (tiếp)

(

dxdy

)

(

dxdydz

)

(

dxdy

)

σ z

γ z

y (dxdy (

) )

zσ z

(dxdydz (dxdydz

) )

σ ∂ z z z ∂ ∂

⎡ ⎡ σ ⎢⎣ ⎢⎣ z

⎤ ⎤ ⎥⎦ ⎥⎦

zγ γ

)(z )(

z γ=

) )

)( d)( z dz

(dydz (d d

) )

(dydz )

=⇒ oz

( ( σσ z

xσ

∫= ∫

zσ∂ z ∂

σ ∂σ ∂ x x ∂

⎡ ⎡ σ ⎢ x ⎣

⎤ ⎤ ⎥ ⎦

- Điều kiện cân bằng theo phương đứng của phân tố tách ra tại M ở độ sâu z: ộ ạ * Khảo sát nền đất khô có trọng lượng riêng γz trong điều kiện mặt đất nằm ngang, ổn định. điều kiện mặt đất nằm ngang, ổn định.

)

( . γσσσ

(1) - TH γ(z) = const = γ:

dz d

(dxdy (d d ) )

σ ∂σ ∂ z z ∂

⎡ ⎡ σ ⎢⎣ z

⎤ ⎤ ⎥⎦

ề D ứ ất hỉ t á điể tiế iữ ú

á h t đất ( hí h là ứ ất Phân tích ứng suất do trọng lượng bản thân - Do ứng suất chỉ truyền qua các điểm tiếp xúc giữa các á hạt đất → ứng suất xác định theo CT (1) chỉ là giá trị t trung bình của ứng suất giữa các hạt đất (chính là ứng iữ bì h ủ ứ suất hữu hiệu σ’z.

2. Trường hợp nền nhiều lớp

Biểu đồ σoz của nền đồng nhất và nền nhiều lớp

hiề ó hiề dà hữ h lớ t

−1n

σz σz z l * Nề đất ồ * Nền đất gồm nhiều lớp có chiều dày hữu hạn, trong phạm vi mỗi lớp γ = const. Gọi lớp thứ i có chiều dày hi, trọng lượng riêng γi = const. t iê t

z z

h 1 1

hh + 1 1 2 2

ih h

∑ ∑

... ++

1 n 1 n − − h . γγ + n i

=1i

∑

∫ dz γσ = 1

∫ dz γ 2

1 =

1 n 1 − ⎛ ∑− ⎛ z h ⎜ i ⎝

⎞ ⎞ ⎟ ⎠

i i

1 1 =

0 0

h h 1

∫ dz γ n h h ... ++ ++ n 1 −

γ1.h1+...+ γi.hi γ1 h1+ + γi hi

1n −

γ1, h1 γ1.h1 γ.z1 z1 γi, hi

z z

−

ih ih

∑ ∑

−

=1i

≤

j j

i i

∑ ∑

n ∑≤ 1 i =

- Với z là độ sâu cần tính ứng suất thuộc vào lớp thứ n: p ộ ộ g γn, γn, hn n σoz σoz z z z

σoz

- Biểu đồ phân bố ứng suất σ theo độ sâu bao gồm các Biểu đồ phân bố ứng suất σoz theo độ sâu bao gồm các đoạn thẳng có độ dốc thay đổi tại các độ sâu phân lớp.

3. Trường hợp có nước ngầm

- Với z > Hn:

n 1 −

−

' ' oz

h h ). ) j

h h j

( ( γγ + + bhn o −

n 1 − ∑− ∑ kj 1 +=

σ’oz = σoz – uz. n) uz = γo.hw = γo.(z – Hn) γo ( γo w z

3. Trường hợp có nước ngầm * TH t * TH trong đất có MNN từ độ sâu Hn. Kể từ độ sâu Hn đất ó MNN từ độ â H Kể từ độ â H tồn tại áp lực thủy tĩnh u = γo.hw, hw là chiều cao cột nước áp hw = z – Hn. (nói khác đi dưới độ sâu Hn đất nước áp h = z – H (nói khác đi dưới độ sâu H đất chịu lực đẩy Arsimet). - Ứng suất hữu hiệu tại độ sâu z: σ’ = σ – u - Ứng suất hữu hiệu tại độ sâu z: σ oz = σoz – uz. (σ’z = σz – uz).

∑∑ ∑∑ ( h h . ( γσ = γγ + + − i bhj o i − kj 1 i 1 += =

⎛ ⎛ ) ) ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎞ ⎟ ⎟ ⎠

1 −

k k

h h .

z z

h h

' σ σ

= =

+ +

k k

γ γ i

h h . i

γ γ n

đn

−

∑ ∑

n 1 − ∑− ∑ kj 1 +=

1 =

γ γ j kj 1 +=

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

(' )' σσ = oz z

1 1 − − h γγ + i i k

∑

i i

1 1 = =

1 1 − ⎛ ⎛ ∑− z h ⎜ i ⎝ ⎝

⎞ ⎞ ⎟ ⎠ ⎠

i i

1 1 =

(ha ’ ’ - Với z ≤ Hn: σ’oz = σoz (hay σ’z = σz) Với ≤ H : )

g + k: lớp cuối cùng nằm trên MNN. p + Với γj-đn = γj-bh - γo. + n: lớp đất chứa độ sâu z cần tính ứng suất. + n: lớp đất chứa độ sâu z cần tính ứng suất

4. Ứng suất do sự thay đổi mực nước ngầm

§3. Ứng suất do tải trọng ngoài

l t iê ủ đất th đổi MNN

Ứ

ấ

* Ứng suất do tải trọng ngoài là lượng gia tăng ứng suất ấ Δσ(M) = {Δσx, Δσy, Δσz, Δτxy, Δτyz, Δτzx}

* S th * Sự thay đổi MNN → trọng lượng riêng của đất thay đổi, áp lực nước lỗ rỗng u thay đổi → ứng suất hữu hiệu thay đổi. đổi th * Nếu hạ MNN → u giảm → σ’z tăng → nền … 5. Ứng suất nén theo phương ngang * Ứng suất nén hữu hiệu theo phương ngang: * Ứng suất nén hữu hiệu theo phương ngang:

σ’ox = σ’oy = ξσ’oz

ξ ξ

ố ố - ξ (≡ Ko): hệ số áp lực ngang (hệ số áp lực tĩnh).

oμ μ o − μ o

μ : hệ số biến dạng ngang (hệ số μo: hệ số biến dạng ngang (hệ số nở ngang), μo = f(loại đất).

A. Các bài toán không gian Bài toán cơ bản: Lực tập trung * Bài toán cơ bản: Lực tập trung - Thực tế, ta không gặp trường hợp lực tập trung tác dụng lên nền đất Tải trọng thường thông qua đáy móng mà lên nền đất. Tải trọng thường thông qua đáy móng mà truyền lên nền đất trên một diện tích nhất định. - BT xác định ứng suất trong đất dưới tác dụng của lực tập - BT xác định ứng suất trong đất dưới tác dụng của lực tập trung vẫn có ý nghĩa cơ bản về lý thuyết và là cơ sở để giải các BT ứng suất khi tải trọng phân bố trên diện khác nhau. các BT ứng suất khi tải trọng phân bố trên diện khác nhau. - Có 3 BT lực tập trung: lực tập trung thẳng đứng trên mặt đất, lực tập trung nằm ngang, lực tập trung đặt trong đất. đất, lực tập trung nằm ngang, lực tập trung đặt trong đất.

* Ứng suất tổng: σox (= σoy) = σ’ox + u

b. Kết quả BT Boussinesq

)

( = σσ z

3 zP zP 3 2 R π

z z

y y

x x

R R

+ +

h (2) * Ứ * Ứng suất theo phương ất th đứng Δσz tại M:

2 2

1(2 (

) ) μ

* Chuyển vị theo phương đứng w tại M: P

z R R

− R R

) 1( ( ) μ + E2π E 2 π

⎡ ⎡ ⎢ ⎣ ⎣

⎤ ⎤ ⎥ ⎦ ⎦

x x 0

P đ đứ y

2 z z

2 xR xR = =

k=Δσ kP z =Δσ

R ột bá ể ế z y r r h ớ M(x, y, z) M( )

k P

z E à - R: khoảng cách từ điểm đặt lực đến điểm đang xét M(x, y, z). - Đặt R2 = r2 + z2, z: khoảng cách từ điểm đang xét đến trục thẳng đứng đi qua điểm đặt lực. + kP: hệ số ứng suất (tra bảng IV.1)

1. Tải trọng tập trung thẳng đứng P tác dụng trên mặt đất (BT Boussinesq) trên mặt đất (BT Boussinesq) a. Nội dung bài toán * Xác định ứng suất và ất à * Xá đị h ứ chuyển vị của 1 điểm bất kỳ t tác kỳ trong đất dưới tá đất d ới dụng của 1 lực tập trung thẳ thẳng đứng P được đặt đặt trên mặt đất nếu giả thiết nền là một bán là thiết ề không gian đàn hồi, đồ đồng nhất, đẳng hướng hất đẳ có các đặc trưng biến d dạng E và μ. - Chọn 0 ≡ điểm đặt P.

2 y y ++ ++ P 2z ⎞ ⎞ ⎟ ⎠

r ⎛ r ⎛ ⎜ z ⎝

Kết quả khác của BT Boussinesq Kết quả khác của BT Boussinesq

τ −= τ −= yz

−=

σ =

τ xz

3 yzP 5 2 R π

xzP 3 2 R π

3 zP z π 5 2 R

−

) 2

−

xyz 5 R

2 3

xy 2( 3 ( ( RR

+ z

z ) )

P 3 2 π

R +

σ y

⎡ ⎡ ⎢ ⎣ ⎣

⎤ ⎤ ⎥ ⎦ ⎦

21 − 3 3

2 R zRz − − 3 3 zRR ( ( ) ) RR +

2 zRy 2( ) + 3 3 zRR ( ( ) ) RR +

⎡ μ ⎢ ⎢ ⎣ ⎣

⎧ 2 xyP 3 = ⎨ ⎨ y π 5 5 R 2 2 R ⎩

⎫ ⎤ ⎬ ⎬ ⎥ ⎥ ⎦ ⎦ ⎭

1(2

) μ

−

1 R

σ σ

+ +

−

* Ứng suất pháp tại điểm M (x, y, z): * Ứ ) ất há t i điể M ( * Ứng suất tiếp tại điểm M (x, y, z): * Ứ ) ất tiế t i điể M (

2 ⎡ 2 ⎡ z ⎢ 3 R ⎣ ⎣

xz 5 R

21 − 3

3 P = x π 2

zRz R − − 3 3 zRR ( ) +

x 2( ) zR + 3 3 zRR ( ) +

⎡ μ ⎢ ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎥ ⎦

⎧ ⎨ ⎨ ⎩

⎫ ⎬ ⎬ ⎭

v v

1(2 1(2 −−

) ) μ μ

u u

1(2 1(2

−

= =

) ) μ μ

(

y zRR + )

(

x zRR ) +

⎡ P yz 1( ) + μ ⎢ ⎢ 3 2 RE π ⎣

⎤ ⎥ ⎥ ⎦

⎡ xz 1( ) + μ ⎢ ⎢ 3 2 RE π ⎣

⎤ ⎥ ⎥ ⎦

* Chuyển vị w theo 0z, u theo 0x, v theo 0y: ⎤ ⎤ 1( ) + μ ⎥ E 2 π ⎦ ⎦

2. Trường hợp nhiều tải trọng tập trung

3. Tải trọng phân bố trên một diện tích nào đó

t á tải t tá d hâ bố liê ờ t

* T ê * Trên mặt đất tải trọng phân bố liên tục cường độ độ ặt đất tải t p(ξ, η) trên phạm vi F bao kín.

ễ ấ ẳ p(ξ, η) x dP= p(ξ, η)dF )dF (ξ dP ξ x 0 x x 0 η

(

M ∑ ) =

5 i

⎞ ⎟ ⎠ ⎠

M M

k k

) )

(σ ( Δ Δ z

Pk Pk P i i

P i

∑ ∑

y y z z y z x Pn P 0n P P1 01 P Pi 0i 0 M(x, y, z) dξ F z + Với z dη η dF = dξdη M r1 y ri i

1 2 z

1 =

rn * TH hiề * TH nhiều tải trọng tập trung tác dụng: áp dụng tậ d nguyên lý cộng tác dụng để tính ứng suất Δσz tại M. * Hệ trục 0xyz chọn bất kỳ miễn là mặt phẳng x0y trùng với mặt đất. - Điểm đặt của tải trọng thứ i là 0i(xi, yi, zi). 3n zP 3 zP∑ i R 1 2 π r ⎛ i ⎜ ⎝ z z ⎝ P i i 2 z

Ứng suất do tải trọng phân bố trên diện tích F Ứng suất do tải trọng phân bố trên diện tích F

khả tí h tải t d ới dấ tí h hâ khô tải ô ù à hỏ dF dξd

t á ù đ P t ê đủ bé à ứ )dF dP ) dξd Á d (ξ (ξ

* Lấ 1 diệ tí h hị * Lấy 1 diện tích chịu tải vô cùng nhỏ dF = dξdη và coi i tải trọng tác dụng trên đó bằng 1 lực tập trung tương đương dP= p(ξ, η)dF = p(ξ, η) dξdη. Áp dụng CT (2) ta đ CT (2) t có ứng suất do lực tập trung dP gây ra tại M:

)

(

)

,( ) ηξηξ

σ z

5 5

z R R

(3 dP 2 2 π

thời tá d đồ

R R

= =

2 2 x x ( y ( z ( ) ( ) z y ξ ξ +−+− + +

2 ) ) η η

ố ề

3 z .2 2 R R π + R: khoảng cách từ điểm đang xét M đến điểm đặt lực dP: ể

ế * Nế hà * Nếu hàm dưới dấu tích phân không khả tích, tải trọng phân bố p(ξ, η) được thay thế bằng các tải trọng tập trung tương đương Pi trên các vùng đủ bé và ứng suất ất t tại M được xác định như trường hợp nhiều tải trọng tập t trung đồng thời tác dụng. * Nếu hàm dưới dấu tích phân khả tích, người ta thường phân thành các BT cơ bản sau: tải trọng phân bố đều hay phân bố bậc nhất trên diện phân bố tải trọng chữ nhật hoặc hình tròn.

) )

),( ),( p p d dF ηξ ηξ

( Mz ( σ σ Δ z

5 5

∫∫ ∫∫=

3 2 π

(

−

) ξ

y ( −+

) η

Ứng suất Δσz tại M do toàn bộ tải trọng trên diện F: * Ứng suất Δσ tại M do toàn bộ tải trọng trên diện F: 3 z (3) (3)

) )

( (

+2/ b

Ứng suất do tải trọng phân bố đều trên diện chữ nhật lxb

z z

ậ ( a. Tải trọng phân bố đều cường độ p trên diện tích chữ ) nhật lxb (l ≥ b)

σ Δ z

∫ ∫

3 3 2 π

l + ( ) pM = l −

b −

( (

x x

2 ) ( ξ y ) ( y ξ −+ −

2 ) ) η η

(4)

* Ứng suất do tải trọng phân bố đều cường độ p(ξ, η) trên diện chữ nhật lxb. trên diện chữ nhật lxb

) ηξ )

( (

p(ξ, η)=p=const dP Δσz(M) = f(l, b, x, y, z)*p x x ) ( độ ủ điể đ

+ (x, y, z): tọa độ của điểm đang xét M. é M * Để thuận tiện ta chỉ tính ứng suất tại các điểm đặc biệt 0 z z

l z ⎛ ⎞ , ⎟ ⎜ ⎝ bb b b ⎠ ⎝ ⎠

l 0, y

l z ⎛ , ⎜ ⎝ bb b b ⎝

⎞ ⎟ ⎠ ⎠

- M nằm trên trục thẳng đứng đi qua tâm 0): diện chịu tải: Điểm tâm (x diện chịu tải: “Điểm tâm” (x = 0, y = 0): Δσz(M) = f(l, b, z)*p = ko.p (ko: bảng IV.2) dξ x x 0 0 b ằ dη

- M nằm trên trục thẳng đứng đi qua góc ẳ diện chịu tải: “Điểm góc”(x=± l/2, y=± b/2): Δσz(M) = f(l, b, z)*p = kc.p (kc: bảng IV.3) y

* Phương pháp điểm góc

b. Tải trọng phân bố tam giác trên diện tích chữ nhật ) bxl (b ≥ l) (

p(x) p = pmax

Những điểm không phải là điểm tâm hoặc điểm góc - Những điểm không phải là điểm tâm hoặc điểm góc diện chịu tải ta sẽ đưa về điểm góc và áp dụng nguyên lý cộng tác dụng để tính ứng suất. cộng tác dụng để tính ứng suất x B A A E D A E D 0 z z

b 1 2 1 2 H M I h à tải t lớ 3 4

)( xp

p b

b 2

⎛ ⎜ ⎝ ⎝

⎞ ⎟ ⎠ ⎠

0 B B M M C C G G C C l l x x * Tải trọng thay đổi bậc nhất theo 1 phương trên diện phân theo 1 phương trên diện phân bố tải trọng và không thay đổi theo phương vuông góc theo phương vuông góc. - Tải trọng nhỏ nhất pmin = 0 ở 1 1 cạnh và tải trọng lớn nhất hất pmax = p ở cạnh đối diện. Tại vị trí bất kỳ: trí bất kỳ: A B B ED

, kk A

y H I M

zl l z , b b

⎛ ⎛ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎞ ⎟ ⎟ ⎠

- Tại các điểm nằm trên trục đứng qua góc diện chịu tải: Δσ (A) = k p kA.p qua góc diện chịu tải: Δσz(A) Δσz(B) = kB.p B GC

Kết quả BT Flamant

§3. Ứng suất do tải trọng ngoài

ẳ

ọ g ợ

ọ g p

g

* Tích phân CT Boussinesq trên đường phân bố tải z ạ g trọng ta được ứng suất Δσz tại M:

B. Các bài toán phẳng g 1. Tải trọng phân bố đều trên đường thẳng dài vô hạn (BT Flamant)

) )

dy dy

σ Δ Δ σ

= =

Mz ( ( M

∫ ∫

(

22 )

+∞ 3 P 2 π

2 p π

z +

∞−

dP = pdy dP = pdy p

)

(

σ Δσ Δ

M = Mx ( ( ) ) =

2 x (

p 2 π

2 zx 22 z ) +

(5) (5) ề ố x dP * Tương tự:

Mxz ( ) τ Δ

y M(x, z)

2 p xz 2 22 2 x +π ( z ) ) ( x π +

* Mọi mp vuông góc với đường phân bố tải trọng đều là mp đối xứng. - Chọn x0z đi qua điểm M và vuông góc với đường phân bố tải trọng → các thành phần ứng suất trong đất do tải trọng này gây ra phụ thuộc duy nhất vào vị trí điểm M.

2. Tải trọng hình băng

a. Tải trọng hình băng phân bố đều

đứ thẳ Tải t hì h bă tá d * Ứng suất tại M(x, z):

b b 1 l ật á đị h hiề ô

p p = const dP = p.dx p = const ố ề Δσz = kz.p Δσx = kx.p Δτxz = kτ.p x ọ g * Tải t * Tải trọng hình băng: Tải trọng thẳng đứng tác dụng trên mặt đất có dạng phân bố một chiều trên bề rộng b theo 1 quy luật xác định, chiều vuông góc kéo dài vô ó ké dài ô th hạn. - Tải trọng hình băng phân bố đều: p = const; g p - Tải trọng hình băng phân bố tam giác: 0 0

, kkk z τ

zx x z , b b

⎛ ⎛ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎞ ⎟ ⎟ ⎠

g pmin = 0, pmax = p; dx g , - Tải trọng hình băng phân bố hình thang: Tải trọng hình băng phân bố hình thang: kz, kx, kτ: hệ số ứng suất tra bảng IV.6a, IV.6b, , IV.6c z M(x, z) pmin ≠ 0, pmax = p;

b. Tải trọng hình băng phân bố tam giác và hình thang c. Ứng suất chính dưới tải trọng hình băng phân bố đều

ố ấ

* Tải trọng hình băng phân bố tam giác, ứng suất tại M(x, z): z b b b p x g g p p x β1 β2 β 0

f f

M dβ β M(x, z) M(x z) z x = ztgβ Δσz = kz.p Δσ = k p Δσx = kx.p Δτxz = kτ.p kz, kx, kτ: hệ số ứng suất g ệ z x τ IV.7b, IV.7a, tra bảng x zx IV.7c ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ , kkk , kkk ⎜ ⎜ ⎟ ⎟ z τ bb ⎝ ⎠ g ệ * Biểu diễn BT trong hệ tọa độ cực: điểm cực M, tia chuẩn thẳng đứng Mz → vùng phân bố tải trọng g khoảng g trong ọ g [β1, β2]. - Ứng suất thành phần Ứng suất thành phần được tích phân từ CT (5) trong khoảng [β1, β2]. trong khoảng [β1, β2]. ấ ố

ố ấ

* Tải trọng hình băng phân bố hình thang: ứng suất tại M sẽ bằng tổng ứng suất do tải trọng hình băng phân bố ề đều và ứng suất do tải trọng hình băng phân bố tam giác.

β 2

(

)

( − σσ z x

2 4 τ xz

=, 3,1

) )

rd rd

Δ Δ

σ σ

= =

β β

( ( Mz M

1 2 2

∫ ∫

cos 4 r

2 p π

β 1

* Ứng suất chính dưới tải trọng hình băng phân bố đều * Ứng suất thành phần dưới tải trọng hình băng phân bố đều bố đều

)2sin β

σ 3,1

(sin

)

−

Mz (

2 β 2

)2sin β 1

p π π

1 2 2

p π π

)

(sin

−

p p x

( ββ − 1

Mx (

2 β 2

)2sin β 1

1 1 2

p p π

⎡ ( ββ − ⎢⎣ ⎢⎣ 1 ⎡ ⎡ ⎢⎣

⎤ ⎥⎦ ⎥⎦ ⎤ ⎤ ⎥⎦

β β 2β = (β2 - β1): góc từ M đến 2 mép tải trọng ế (góc nhìn tải trọng)

) )

−

( ( Mxz Δ τ xz

2 ( (cos β β 2 2

)2cos ) β β 1 1

p 2 π

σ1 σ33

§4. Ứng suất trong nền đất dưới móng công trình

a. Tải trọng trọng tiếp xúc của móng hình chữ nhật ) (móng đơn) g (

ế

ề

ấ

Á

p tx p t

hm P

P . bl

* Tải đúng tâm: tải tiếp xúc phân bố đều hâ bố đề P F ptx

.γ+ +

. hF hF m

b hâ bố ải ệ đối ứ ì h ó i

.γ+ h h + m

l ề

) )

=γ

: trọng lượng riêng trung bình của vật * Thường tải cho ở mức mặt ặ g đất (chân cột) Po: PQPP PQPP =+ + o P o o F 3mkN 3 / (20 / k (

1. Áp lực công trình lên đất nền: Tải trọng tiếp g ptx xúc dưới đáy móng ptx y - Tải trọng CT thường truyền lên nền đất thông qua móng (độ cứng móng thường lớn hơn độ cứng của đất) móng (độ cứng móng thường lớn hơn độ cứng của đất). + Quy luật phân bố tải trọng = f(độ cứng của móng, tính chất tải trọng) chất tải trọng). + Khi tính toán ứng suất trong đất do tải trọng công trình: coi móng tuyệt đối cứng, sự phân bố tải trọng công trình lên đất là tuyến tính. - Tải trọng CT truyền lên đất ở độ sâu đặt móng hm: áp ấ lực CT lên nền đất hay tải trọng tiếp xúc dưới đáy móng ptx.

liệu móng và đất trên đáy móng

a. Tải trọng trọng tiếp xúc của móng hình chữ nhật b. Tải trọng trọng tiếp xúc hình băng (móng băng)

hâ bố bậ hất Cá ú * Tải trọng cho trên 1 m dài móng ó Mo M

* Tải lệch đúng tâm: tải tiếp xúc phân bố bậc nhất. Các giá iá trị đặc trưng: hm Po = 180kN/m, 180kN/ P Mo = 20kN.m/m P hm h M M

p p tb tb

P P P o h .γ+= γ == m m . bl . bl blblF F

ptx pmin * Tải đúng tâm: tải tiếp xúc phân bố đều pmax pmax ptb p

p tx

.γ+ h h m

p max,

=min

p tb ±

PP P P o o == b b

M M W

1m b dài

W =

. 2lb 6 6

l b

b. Tải trọng trọng tiếp xúc hình băng (móng băng)

ề ể ấ Po

Mo o hất Cá ấ P * Tải lệch tâm: tải tiếp xúc phân bố bậc nhất. Các giá trị hâ bố bậ iá t ị đặc trưng: hm M

.γ+ h γ m m

p p tb tb

P b b

P o b b

pmin pmax ptb ự ự ụ g ọ g ộ

ọ g g y ợ gọ ọ g y y

p max,

=min

p tb ±

M M W

pgl = ptx - γtb.hm

2. Tải trọng gây lún pgl - Tải trọng tiếp xúc truyền lên nền đất ở độ sâu hm kể từ ề ế mặt đất. Trước khi chịu tải trọng này, đất ở độ sâu hm đã chịu nén do trọng lượng bản thân các lớp đất bên trên gây ra. Khi thi công móng thì lớp đất này được đào đi. - Tải trọng thực sự tác dụng lên nền ở độ sâu hm chỉ là phần sư còn lại sau khi đã khôi phục lại trạng thái nguyên thủy. Tải trọng này được gọi là tải trọng gây lún g y pgl: γtb: trọng lượng riêng trung bình của đất trên đáy móng. γtb: trọng lượng riêng trung bình của đất trên đáy móng.

W =

2b 6 6

3. Ứng suất gây lún và ứng suất dưới móng CT

ấ Ứ

g y

o

* Ứng suất gây lún Δσgl: là ứng suất do tải trọng gây lún ấ gây ra, Δσgl = k.pgl. g g * Ứng suất dưới móng CT σ1 = ứng suất do trọng lượng bản thân σo + ứng suất gây lún Δσgl. g gl - Quy ước: z = 0 ở mức đáy móng.

σo = γtb.hm + f(γ, z) σ = γ h + f(γ z)

Ý nghĩa của việc dự báo độ lún

CHƯƠNG 5: ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT

g §1. Khái niệm chung ệ §

đ ử d ú (khô d độ lú bì h h ờ

é Biế d h ể đứ th h đế kết ấ CT (độ lú dù h lớ h ó

ể ể

* Tải trọng CT tác dụng → nền bị biến dạng. - Biến dạng nén theo phương đứng dẫn đến chuyển vị ị dẫ đế đứng là quan trọng và được quan tâm hơn cả. - Chuyển vị đứng của mặt đất → chuyển vị đứng của CT ấ ≡ lún.

ể ể

ự

Do độ rỗng của đất khá lớn → độ lún của nền đáng kể - Do độ rỗng của đất khá lớn → độ lún của nền đáng kể. - Nền bị lún → ảnh hưởng đến CT: điều kiện sử dụng giảm sút (không sử dụng bình thường được do độ lún iả vượt quá giới hạn trong khi CT vẫn ổn định); ảnh h ở hưởng đến kết cấu CT (độ lún dù chưa lớn nhưng có sự chênh lệch giữa các bộ phận làm cho kết cấu CT bị hư hỏ hỏng). ) → Việc dự báo độ lún cuối cùng, độ lún tại một thời điểm nào đó rất quan trọng và không thể bỏ qua. ấ * Các mô hình dự báo lún: - Mô hình nền biến dạng tuyến tính theo LTĐH; - Mô hình nén lún 1 chiều. Mô hình nén lún 1 chiều

Kết quả BT Boussinesq

P P

) )

1(2 1(2

) )

* Chuyển vị theo phương đứng w tại M(x y z) bất kỳ * Chuyển vị theo phương đứng w tại M(x, y, z) bất kỳ trong nền đất:

,( zyxw ),

z z 3 R

μ μ − o R

1( 1( μ + μ + o E 2 π

⎡ ⎡ ⎢ ⎣

⎤ ⎤ ⎥ ⎦

(1) P

x 0 0 x

2 2 2 y zyxR ++

y y - R: khoảng cách từ điểm đặt lực đến điểm đang xét M(x, y, z). đến điểm đang xét M(x y z)

,( yxw yxw (

)0, )0

,( yxS yxS (

) )

≡ ≡

= =

P 1( . π

2μ− o ) o. rE

2 2

R z z - Chuyển vị đứng của 1 điểm trên mặt đất w(x, y, z) chính là độ lún S(x, y) của điểm đó. Thay z = 0 vào (1): ể r y M(x, y, z) (2) (2) ế z

ằ ề - r: khoảng cách trên mặt đất từ r: khoảng cách trên mặt đất từ diểm cần tính lún đến điểm đặt lực.

§2. Dự báo độ lún cuối cùng theo mô hình LTĐH 1 Nội d ng phương pháp 1. Nội dung phương pháp a. Lún do tải trọng tập trung thẳng đứng P ở ẳ mức mặt đất gây ra - Dù đất không phải là vật liệu đàn hồi nhưng do tải trọng CT không lớn quan hệ tải trọng và độ lún là tuyến tính. Mặt khác, chỉ quan tâm đến BD lún không xét đến khả năng phục hồi của đất → có thể áp dụng kết quả LTĐH vào dự báo độ lún của nền bằng cách thay đặc trưng BD của đất Eo, μo vào kết quả LTĐH.

b. Lún do tải trọng phân bố trên mặt đất gây ra * TH tải trọng phân bố đều p trên diện chữ nhật lxb

ủ ề t Độ lú TH tải t hâ bố đề

p p f (* ,(*. f

yxbl yxbl ,

yxS ( ,( yxS

) )

= =

g ọ g ụ g ự ập g (4) (4)

- Độ lún của nền trong TH tải trọng phân bố đều 2 oμ− E ộ ệ - M ở tâm diện chịu tải: (x = 0, y = 0): M ở tâm diện chịu tải: (x = 0 y = 0):

,( yxS y ,(

) )

,( ) ηξ 2 2

2 2

∫∫ ∫∫

f(l, b, x, y) = f(l, b) = b.ωo (3)

1 1

(

−

) η

−

) ξ

,( yxS

.. bp

)

ω o

⎛ l l ⎛ ⎜ ⎝ b b ⎝

⎞ ⎞ ⎟ ⎠ ⎠

* Lấy 1 diện tích chịu tải vô cùng nhỏ dF = dξdη và coi tải trọng tác dụng trên đó bằng 1 lực tập trung tương g đương dP= p(ξ, η)dF = p(ξ, η)dξdη. Tích phân trên toàn bộ diện tích F ta có độ lún tại M: ạ ộ 2 1 p − μ o . E E π (ωo: bảng V.1) f oω =

ầ ể

2− 2 μ o oE E - M ở góc diện chịu tải: (x = ± l/2, y = ± b/2):

g p ạ ọ g ặ ộ ỳ ọ (ξ, η)

fω f cω = =

,( ( yxS S

) )

. b bp

. ω c

l b

+ (x, y): tọa độ của điểm cần tính lún; + (ξ, η): tọa độ bất kỳ trong phạm vi đặt tải trọng có cường độ là p(ξ, η).

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

(ωc = 2ωo: bảng V.1) ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ f(l, b, x, y) = f(l, b) = b.ωc 2− μ1 μ o o E

c. Lún dưới móng công trình

2. Xác định đặc trưng biến dạng Eo, μo

1 1

constω

.. bp gl

const

- Móng CT thường có độ cứng tương đối lớn so với nền đất → coi độ lún tại mọi điểm dưới 1 móng là như nhau đất → coi độ lún tại mọi điểm dưới 1 móng là như nhau nếu tải trọng phân bố đều. Độ lún của móng:

l ⎞⎛ l ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎠⎝b b ⎝ ⎠

2− 2 μ o oE E

ới hệ ố hiệ thứ E ô * Các đặc trưng Eo, μo của đất được xác định bằng TN. - TN xác định E : TN xác định Eo: + TN hiện trường: TN bàn nén (kết quả tương đối tin cậy); dự báo dựa theo kết quả SPT CPT cậy); dự báo dựa theo kết quả SPT, CPT… + TN trong phòng: TN nén 1 chiều trên mẫu nguyên dạng với hệ số hiệu chỉnh theo công thức: Eo = k.En d k E hỉ h th

k = f(hệ số rỗng ban đầu của đất);

+ ωconst: hệ số phụ thuộc hình dạng móng; : hệ số phụ thuộc hình dạng móng; + ω + pgl: tải trọng gây lún, pgl = ptx - γtb.hm

- Xác định μo: + TN trong phòng: nén 3 trục; TN trong phòng: nén 3 trục; + tra bảng

3. Phạm vi áp dụng

Lú ó hiề dà hữ h ột lớ ủ ề

g q p ự ụ g

4. Mô hình LTĐH áp dụng cho nền nhiều lớp a. Lún của nền một lớp có chiều dày hữu hạn * TH nền đất có chiều dày hữu hạn h bên dưới móng chữ nhật lxb. hữ hật l b

lxblxb

p p

* Dự báo độ lún cuối cùng của nền bằng cách áp dụng trực tiếp kết quả LTĐH được sử dụng trong trường hợp g ợp ợ nền đồng nhất biến dạng tuyến tính. - Nền được coi là đồng nhất khi đất trong phạm vi chịu Nền được coi là đồng nhất khi đất trong phạm vi chịu lún (phạm vi chịu ảnh hưởng của tải trọng) chỉ có 1 loại đất.đất. - Sơ bộ, phạm vi chịu lún của nền Hn = (2 ÷ 3)b, b là bề rộng móng. rộng móng h h

Tầng đất không nén được

a. Lún của nền một lớp có chiều dày hữu hạn (tiếp)

b. Mở rộng áp dụng cho nền nhiều lớp

1 1

kbp .(.

)

k 1−− i

.. Ibp

2μ μ − o E

o o

2μ− 2 o oE E

f f

= =

ki k

ki 1 k

=− =

I I

F F 2

f f

, FF FF 1 2

Hl , bb

−Hl i 1 , b b

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

F F += += 1 1

21 oμ− μ− o

hl , bb

⎛ ⎛ ⎜ ⎜ ⎝

LTĐH th th ó ó ề ế * CT của Egorov với hệ số biến dạng ngang μo = 0,3 : ố * Độ lú * Độ lún của góc móng mềm theo LTĐH theo CT CT ủ Steinbrenner:

⎞ ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ * CT Egorov với hệ số biến dạng ngang μo = 0,3:

∑= iS

=i 1 1

.. kbp

l hl h , bb b b

⎛ ⎛ ⎜ ⎝ ⎝

⎞ ⎞ ⎟ ⎠ ⎠

2μ− 2 o E o E

* Độ lún của nền S:

b. Mở rộng áp dụng cho nền nhiều lớp

§3. Dự báo độ lún cuối cùng theo mô hình nén lún một chiều (phương pháp cộng lún từng lớp) lún một chiều (phương pháp cộng lún từng lớp)

* Độ lún của lớp thứ i theo CT Steinbrenner: * Độ lú ủ lớ thứ i th CT St i b

1. Mô hình tính lún một chiều

ộ

1 1

Ibp .(.

)

−

ip ,

1, −

2− μ μ oi E

i i

I I

= =

+ +

, ip

F F 1 i

f f

, FF FF 1 i 2

h hệ ố ỗ ó hiề ẫ

21 μ− oi F F 2 i 1 μ− oi

⎛ Hl ⎛ , ⎜ ⎜ bb ⎝

⎞ ⎞ ⎟ ⎟ ⎠

. Δ

h o

. mh = σ o v

. h σ o

a. TN nén một chiều không nở ngang * Ban đầu: mẫu có chiều cao ho, hệ số rỗng eo. * B đầ * Gia tăng tải trọng Δσ: mẫu lún 1 đoạn S, hệ số rỗng e1. Với giả thiết Vh = const. Độ lún của mẫu xác định theo:

1 1

e e − 1 o 1 e e 1 + + o

a e e + + o

Hi: tổng chiều dày của i lớp đất kể từ đáy móng (gồm cả lớp thứ i; lớp thứ i;

S S

iS iS

∑ ∑=

1 =i

* Độ lún của nền S: ộ

b. BT nén một chiều thực tế

p p ề

b. BT nén một chiều thực tế Sau khi tác dụng p và đã ổn định: ứng suất nén thẳng - Sau khi tác dụng p và đã ổn định: ứng suất nén thẳng đứng tăng thêm 1 lượng Δσ(z) = p (do nền có chiều dày hữu hạn chịu tải phủ kín khắp bề mặt) và trở thành: hữu hạn chịu tải phủ kín khắp bề mặt) và trở thành: ằ t ê đá ứ h

ố ỗ g g ệ ị

σ1(z) = σo(z) + Δσ(z) = γ.z + p = f(z) → hệ số rỗng e1(z) = f(σ) = f(σ1(z)) = f(z). + Đơn giản: cũng coi hệ số rỗng sau khi chịu tải là như g nhau và bằng hệ số rỗng của đất ở độ sâu giữa lớp chịu ứng suất nén: g

o

=↔+

e 1

h h 2

⎛ ⎛ γσσ ⎜ o ⎝

⎞ ⎞ =⎟ ⎠

⎞ ⎞ ⎟ ⎠

S S

h h

Δ Δ

. Δ Δ

mh . h σ = v

. h . h hpmh σ v

σ o

e o

⎛ ⎛ σ ⎜ 1 ⎝ * Độ lún của nền e e e e − o o 1 1 1 e + o

a a e + o

h h 2

⎛ ⎛ γσσ ⎜ o ⎝

⎛ ⎛ ⎜ ⎝

⎞ ⎞ ⎟ ⎠

* BT é 1 hiề * BT nén 1 chiều: nền có ó chiều dày hữu hạn h nằm trên tầng đá cứng tầ chịu tải trọng phân bố đề khắ bề đều khắp bề mặt ặt - Trước khi tác dụng p: nền chịu tác dụng của trọng lượng bản thân. + Ứng suất nén theo phương đứng σo(z) = γ.z = f(z) → hệ số rỗng ban đầu eo(z) = f(σ) = f(σo(z)) = f(z). + Đơn giản: coi hệ số rỗng ban đầu như nhau và bằng hệ Đơn giản: coi hệ số rỗng ban đầu như nhau và bằng hệ số rỗng của đất ở độ sâu giữa lớp chịu ứng suất nén h h ⎞ ⎞ =↔=⎟ 2 ⎠

. Δ

. mh = i vi

σ i

. h i

h i

hị tải ủ t tá d

a e + oi

a. Tính lún dựa theo đường cong nén e = f(σ) * Gọi số lớp phân tố là n chiều dày mỗi lớp là h độ lún * Gọi số lớp phân tố là n, chiều dày mỗi lớp là hi, độ lún mỗi lớp phân tố Si xác định theo e e − oi i 1 1 e + oi b f( đầ ( )

S S

iS iS

∑ ∑=

1 =i

* Độ lún của nền ộ ố ỗ

lầ l t là hệ ố ỗ ủ đất ở iữ lớ

à á đị h t ê đ ờ ứ é t

ộ g p p ệ ( ố ầ

2. Tính lún của nền do tải trọng phân bố đều trên mặt đất gây ra mặt đất gây ra a. Tính lún dựa theo đường cong nén e = f(σ) * Trước khi tác dụng tải: nền chịu tác dụng của trọng ề * T ớ khi tá d lượng bản thân. Ứng suất nén σo(z) = f(z, γ(z)) → hệ số rỗng ban đầu eo(z) = f(σo(z)). ( )) ỗ * Sau khi tác dụng tải: ứng suất nén thẳng đứng trong đất: σ1(z) = σo(z) + Δσ(z) → hệ số rỗng e1(z) = f(σ1(z)). ấ * Để áp dụng kết quả BT 1 chiều, chia nền thành nhiều lớp phân tố mỏng sao cho trong phạm vi mỗi lớp phân tố sự thay đổi Δσ đủ bé để coi là phân bố đều và có đường cong nén là duy nhất. - Chiều dày lớp phân tố hi ≤ b/4 (b: bề rộng diện chịu ị y i tải) trong ít nhất 1 lần bề rộng móng kể từ đáy móng.

eoi, e1i: lần lượt là hệ số rỗng của đất ở giữa lớp phân tố hâ tố thứ i trước khi có tải trọng CT và sau khi có tải trọng CT CT; eoi và e1i xác định trên đường cong nén tương ứng với σ’oi và σ’1i = σ’oi + Δσi; σ’oi, σ’1i: lần lượt là ứng suất nén ở giữa lớp phân tố thứ ấ i trước khi có tải trọng và sau khi có tải trọng;

Tra hệ số rỗng theo đường cong nén e = f(σ)

a. Tính lún dựa theo đường cong nén e = f(σ) (tiếp) Δσi: ứng suất ở giữa lớp phân tố thứ i do tải trọng gây ra Δσ : ứng suất ở giữa lớp phân tố thứ i do tải trọng gây ra

ố ố

Δσi = ki.p; ấ ; ( ki: hệ số ứng suất ở giữa lớp phân tố thứ i: ) ki = f(α =l/b; zi/b) i

i

oie

1ie

h i

∑=

=i 1

zi: độ sâu kể từ đáy móng đến giữa lớp phân tố thứ i;

σ σ

1i 1i

oi i

z )(

Δ≥

zo .5)(

ố n: số lớp phân tố dự báo lún lấy ấ ố sao cho: Hn: chiều dày vùng chịu nén của nền là chiều dày kể từ đáy móng g y đến độ sâu thỏa mãn điều kiện:

a. Tính lún dựa theo đường cong nén e = f(σ) ( p) (tiếp)

Δσi: ứng suất ở giữa lớp phân tố thứ i do tải trọng gây ra

Δσi = ki.p;

ki: hệ số ứng suất ở giữa lớp phân tố thứ i: 0 ở ứ đá ớ ki = f(α =l/b; zi/b)

gl( )

1( )

H H

h h i

∑= ∑ =

3. Lún dưới móng công trình * Lún của móng CT thực chất là lún của nền đất dưới * Lún của móng CT thực chất là lún của nền đất dưới đáy móng. Khi tính lún của móng, ứng suất gây lún xuất hiện từ đáy móng trở đi → trục z thường được chọn từ hiện từ đáy móng trở đi → trục z thường được chọn từ đáy móng. Quy ước: z = 0 ở mức đáy móng ó Q - Ứng suất trước khi có CT: σo(z) = γtb.hm + f(z, γ(z)) → eo(z) = f(σo(z)) (tra theo đường cong nén); o( ) - Ứng suất sau khi có CT: σ1(z) = σo(z) + Δσgl(z) → e1(z) = f(σ1(z)) (tra theo đường cong nén);

1 =

n

Δσgl(z) k.pgl Δσ l(z) = k.p l

)( .5)( z

)( )( z

Δ≥

σ o o

σ gl gl

zi: độ sâu kể từ đáy móng đến giữa lớp phân tố thứ i; z : độ sâu kể từ đáy móng đến giữa lớp phân tố thứ i; n: số lớp phân tố dự báo lún lấy sao cho: Hn: chiều dày vùng chịu nén của nền là chiều dày kể từ đáy móng đến độ sâu thỏa mãn điều kiện:

γtb: trọng lượng riêng trung bình của đất từ đáy móng trở lên; trở lên; hm: độ sâu đặt móng.

Biểu đồ ứng suất dưới đáy móng Biểu đồ ứng suất dưới đáy móng

γ1 σz γ1 σz

0 h1 (e,σ)1 h1 (e,σ)1

zi Δσgl-i σoi Δσgl-i zi σoi

γ2 γ γ2 γ Δσgl h2 h (e,σ)2 h2 h (e,σ)2 σ1i σ1 σ1i

σo σ (e,σ)3 ( ) (e,σ)3 ( ) σo z z

§4. Dự báo độ lún cuối cùng theo mô hình lớp tương đương (tiếp) tương đương (tiếp)

ề ộ ộ ấ

§4. Dự báo độ lún cuối cùng theo mô hình lớp tương đương tương đương * Mô hình lớp tương đương của Tsưtovich thực chất là sự kết hợp giữa mô hình nén lún một chiều và mô hình sự kết hợp giữa mô hình nén lún một chiều và mô hình LTĐH.

b b ộ ó ủ ải ới á ù ờ ộ p p p σz σz σz iệ ài iề ủ ộ

2hs

ề ế

* Đặc điểm của phương pháp: thay việc tính lún của nền đất dưới tác dụng của một tải trọng cục bộ trong điều kiện có biến dạng nở ngang bằng việc tính lún của nền đó dưới tác dụng của một tải trọng cùng cường độ p phân bố đều khắp bề mặt, làm cho nền đất lún theo điều kiện của bài toán một chiều . á * Để kết quả tính lún BT2 phù hợp BT1 thì chiều dày lớp đất chịu lún dưới tải trọng phân bố đều khắp bề mặt không lấy bất kỳ mà phải có một giá trị nhất định. Lớp đất có chiều dày như thế gọi là lớp tương đương có hs ấ (htđ). z z z z z z

BT1 BT2

* Các bước tính hs: * Các bước tính hs (tiếp)

. b ( ). b ωω

h s

2μ− ) 1( 1( ) − μ o 21 μ − o o

ề - Cho S1 = S2 → hs:

A A

f f

) )

= =

( ( μ μ o

bp .. b

ω ω

S S 1

1( ) − μ o 21 − μ o

2 μ1 μ o− o E

- Dự báo lún BT1: tải trọng cục bộ cường độ p với chiều rộng diện chịu tải b (lún trong điều kiện có nở ngang) theo mô hình LTĐH:

- Dự báo lún BT2: tải trọng cường độ p khắp bề mặt với lớp đất chịu nén có chiều dày hs (lún trong điều kiện lớp đất chịu nén có chiều dày h (lún trong điều kiện không nở ngang) theo mô hình nén một chiều

(

. Δ

−

m v

). . hpmh v s

2 2 μ o 1 1 − μ

⎡ ⎡ 1 ⎢ ⎢ ⎣ ⎣

⎤ ⎤ . hp s ⎥ ⎥ o E E ⎦ ⎦

ô hì h lớ t S đ ω = f(μo; l/b; độ cứng của móng; điểm tính lún M) → Aω = f(μo; l/b; độ cứng của móng; điểm tính lún M): → Aω = f(μ ; l/b; độ cứng của móng; điểm tính lún M): tra bảng. * Độ lún theo mô hình lớp tương đương S = mv.p.hs h * Độ lú th

* Các bước tính lún theo mô hình lớp tương đương

§5. Dự báo độ lún theo thời gian

i

h

ủ

hời

1 D bá độ lú 1. Dự báo độ lún theo thời gian của nền đất dưới CT ề đấ d ới CT * Độ lún tại một thời điểm bất kỳ t được dự báo bằng cách áp dụng gần đúng mô hình cố kết một chiều mở rộng coi biểu đồ phân bố ứng suất gây lún theo độ sâu có dạng tam giác:

b b b b

p p σ = γ h σo = γ.hs σ1 = γ.hs + p/2 σz σz

ộ - Xác định chiều sâu hs của lớp tương đương hs = (Aω)b. - Xác định hệ số nén thể tích m : Xác định hệ số nén thể tích mv: + Xác định ứng suất σo do trọng lượng bản thân đất gây ra ở giữa chiều sâu vùng chịu nén H (H = 2h khi biểu ra ở giữa chiều sâu vùng chịu nén Hn (Hn = 2hs khi biểu đồ phân bố ứng suất Δσgl theo chiều sâu có dạng gần một đường thẳng) một đường thẳng) + Xác định ứng suất + Từ σo, σ1 tra từ đường cong nén được eo, e1 → tính mv. - Từ mv và hs tính độ lún S = mv.p.hs v p s

v

s

2h2hs

z z

1. Dự báo độ lún theo thời gian của nền đất dưới CT

ề th át à tố độ ố kết ủ Sơ đồ a

Sơ đồ b b b b b á đồ

σz σz ấ ố ấ

hs ấ h = 2hs * Chiề dài đ ờ * Chiều dài đường thoát nước và tốc độ cố kết của nền ớ phụ thuộc vào điều kiện địa chất cụ thể mà áp dụng một trong các sơ đồ sau: t - Sơ đồ a: Đỉnh của biểu đồ ứng suất nằm ở mặt không thoát nước, tính thấm càng xuống sâu càng bé: lấy chiều ề dài đường thoát nước (chiều dài đường thấm) h = 2hs. ố ế Độ cố kết U(t) lấy theo sơ đồ mở rộng 2 với hệ số cố kết ố ố ế ồ tương đương hhs Cvm = Cvi.hi/2hs.

z z

- Sơ đồ b: Đỉnh của biểu đồ ứng suất gây lún nằm ở lớp Sơ đồ b: Đỉnh của biểu đồ ứng suất gây lún nằm ở lớp cát có tính thấm cao, nước sẽ thoát 2 chiều: chiều dài đường thoát nước h hs. đường thoát nước h = h .

1. Dự báo độ lún theo thời gian của nền đất dưới CT

ằ thấ S đồ iữ 2 lớ Lớ đất ó tí h thấ Sơ đồ c Sơ đồ d

b b b b th át ớ 2 hiề i h th át hiề dài đ ờ

ồ ấ ằ ể

ấ ồ ầ ho 2hs 2hs

ố ế ấ ằ

z z - Sơ đồ c: Lớp đất có tính thấm thấp nằm giữa 2 lớp có ó tính thấm cao, cố kết chỉ xảy ra ở lớp nằm giữa và được coi như thoát nước 2 chiều: chiều dài đường thoát nước ớ bằng 1/2 chiều dày lớp ở giữa: h = ho/2. - Sơ đồ d: Đỉnh của biểu đồ ứng suất gây lún nằm trong ồ tầng cứng không nén được thì lún chỉ xảy ra ở phần còn lại. Trường hợp tầng cứng đồng thời không thấm nước, cố kết xảy ra với chiều thoát nước lên trên, chiều dài đường thoát nước bằng chiều dày lớp đất cố kết; ngược ề lại: chiều dài đường thoát nước bằng 1/2 chiều dày lớp ấđất.

§1. Khái niệm chung (tiếp)

CHƯƠNG 6: SỨC CHỊU TẢI CỦA NỀN

i h khi ả TTGH ề

§1. Khái niệm chung

ấ ồ ấ ố ồ

ặ ạ g g g

đị h TTGH ủ ê khi ề đấ ê

* Để CT làm việc bình thường phải đảm bảo cho chúng * Để CT làm việc bình thường phải đảm bảo cho chúng không làm việc ở trạng thái giới hạn (TTGH). CT đạt tới TTGH sẽ mất khả năng chịu tải (mất ổn định); hoặc có TTGH sẽ mất khả năng chịu tải (mất ổn định); hoặc có biến dạng khá lớn ảnh hưởng tới việc sử dụng CT một cách bình thường và an toàn có vết nứt vượt quá quy cách bình thường và an toàn, có vết nứt vượt quá quy định. * Vì CT đặt trên nền đất nên khi quy định TTGH của * Vì CT đặ nền phải xuất phát từ yêu cầu không để xảy ra TTGH của CT. ủ CT

- TTGH về cường độ và ổn định bị vi phạm khi xảy ra độ à ổ đị h bị ờ một trong các hiện tượng sau: + Một khối đất bị trượt trồi lên mặt đất, đồng thời móng bị đổ nghiêng → nền mất ổn định; + Tuy nền đất chưa mất ổn định nhưng biến dạng quá lớn hoặc biến dạng không đều cũng làm cho CT không g thể sử dụng bình thường hoặc có vết nứt quá lớn. → cần phải tính toán dự báo xác định được tải trọng → cần phải tính toán dự báo xác định được tải trọng giới hạn để không xảy ra các hiện tượng trên. * Sức chịu tải giới hạn của nền là khả năng tiếp nhận tải * Sức chịu tải giới hạn của nền là khả năng tiếp nhận tải trọng từ CT của nền mà không gây ra hiện tượng mất ổn định chung cho nền và CT bên trên. ổn định chung cho nền và CT bên trên

Kết quả TN bàn nén hiện trường

§1. Khái niệm chung (tiếp)

iệ là ề đất d ới tá d p1 pgh p(kPa) t

ề t ờ é hiệ TN bà ời t dù 1

ấ ấ 2

3 3

S S S S

* Để tì hiể * Để tìm hiểu sự làm việc của nền đất dưới tác dụng của ủ ủ tải trọng và đánh giá khả năng tiếp nhận tải trọng của nền: người ta dùng TN bàn nén hiện trường dưới tác d ới tá dụng tải trọng tăng dần cho đến khi nền bị phá hoại. Tùy vào tính chất của đất, độ cứng bàn nén và độ sâu thí nghiệm mà bàn nén có các hình thức phá hoại như sau: - Độ lún của bàn nén tăng liên tục với tốc độ không ; giảm; g - Bàn nén bị lún nhiều (độ lún của bàn nén quá lớn); - Hệ thống thí nghiệm bị mất ổn định: đất dưới đáy bàn Hệ thống thí nghiệm bị mất ổn định: đất dưới đáy bàn nén bị đẩy trồi về một phía theo một mặt trượt nào đó.

Quan hệ S = f(p) Quan hệ S = f(p)

hệ S f(t) ới á Quan hệ S = f(t) với các giá trị Q iá t ị p khác nhau

* Các giai đoạn làm việc của đất nền (tiếp)

Khi tải trọng p bắt đầ

t ê ộ lớ t ối liề ới h ột kh

ài ề đất bị ất ổ đị h ( ất khả ă hị tải t tí h (tải t kết thú ế t

độ lú h ẫ tă → i là i i đ

ề ổ ấ

ồ ế

ẳ ề ề ế * Các giai đoạn làm việc của đất nền (theo Gherxevanov) Khi tải trọng dưới đáy móng nhỏ (p ≤ p ): quan hệ - Khi tải trọng dưới đáy móng nhỏ (p ≤ p1): quan hệ giữa độ lún và tải trọng là tuyến tính (k = const) (đồ thị S = f(p) là đường thẳng) → gọi là giai đoạn nén chặt S = f(p) là đường thẳng) → gọi là giai đoạn nén chặt (giai đoạn biến dạng tuyến tính) p1: tải trọng giới hạn tuyến tính (tải trọng kết thúc giai i i iới h đoạn biến dạng tuyến tính của nền). - Khi tải trọng p1 < p < pgh: quan hệ giữa độ lún và tải trọng là phi tuyến (đồ thị S = f(p) là đường cong): dưới mép móng xuất hiện vùng biến dạng dẻo, p càng tăng thì ế vùng biến dạng dẻo càng lan rộng. Ở giai đoạn này đất tiếp tục bị nén chặt, đồng thời xảy ra hiện tượng trượt cục bộ ở vùng biến dạng dẻo, gây ra biến dạng cắt theo chiều ngang → tăng biến dạng thẳng đứng của nền đất ấ - Khi tải trọng p bắt đầu vượt quá pgh thì đột nhiên độ ượt q á p thì đột nhiên độ lún tăng nhanh: các khu vực biến dạng dẻo lan rộng và nối liền với nhau tạo nên một khu vực rộng lớn trong đó đó đất đã bị phá hoại, đất bị trượt theo một mặt trượt và t ồi trồi ra ngoài, nền đất bị mất ổn định (mất khả năng chịu tải). Giai đoạn này xảy ra nhanh chóng, tải trọng không tă tăng nhưng độ lún vẫn tăng →gọi là giai đoạn trượt trồi. t ợt t ồi * Tải trọng xuất hiện sự phá hoại nói trên coi là tải trọng giới hạn về ổn định gọi là + Cường độ tải trọng giới hạn của nền; + Tải trọng giới hạn tác dụng lên nền; + Sức chịu tải giới hạn của nền p (p ) (gọi tắt là sức + Sức chịu tải giới hạn của nền pgh (pu) (gọi tắt là sức chịu tải của nền).

p p

* Tải trọng cho phép tác dụng lên nền [p]

[

Tải t tá d hé h

gh Fs Fs

- Tải trọng cho phép tác dụng lên lê nền ứng [p] với mức độ an toàn Fs

Nêm nén chặt Nê hặ é

- Kích thước đáy móng chọn sao cho:

ptb ≤ [p] pmax ≤ 1,2[p] VùVùng BD dẻo

ế

Mặt trượt

ptb, pmax: tải trọng tiếp xúc trung bình và tải trọng tiếp ế xúc lớn nhất ở đáy móng. * Các phương pháp xác định sức chịu tải của nền - Phương pháp CBGH: ứng dụng rộng rãi cho môi Phương pháp CBGH: ứng dụng rộng rãi cho môi trường rời nền đồng nhất, mặt đất nằm ngang; - Phương pháp giả định mặt trượt: đánh giá mức độ ổn - Phương pháp giả định mặt trượt: đánh giá mức độ ổn định thông qua dạng một mặt trượt nào đó giả định trước.

ộ g g ấ ấ ề

(1) (1) Trạng thái CBGH khi: τ

§2. Xác định SCT giới hạn pgh theo phương pháp CBGH pháp CBGH I. Điều kiện CBGH của một điểm Nền đất bị mất ổn định là do cường độ của đất đã bị phá ấ ổ hoại (mất khả năng chống cắt). * Khảo sát TTƯS tại M trong bài toán phẳng sau:

p - TTƯS tại M = f(p, γ, M). - TTƯS tại M = f(p γ M) x x

σ τ

M(x, z) M( )

α α z

I. Điều kiện CBGH của một điểm (tiếp) - Theo thuyết bền Mohr – Coulom: Điều kiện bền được Theo thuyết bền Mohr Coulom: Điều kiện bền được thiết lập trên cơ sở so sánh ứng suất cắt và sức chống cắt trên cùng một mặt phẳng nào đó: ặ p + Trạng thái cân bằng bền khi: τ < s; + Trạng thái CBGH khi: τ = s = σ.tgϕ + c s σ.tgϕ c σ, τ: ứng suất pháp và ứng suất tiếp trên một mặt phẳng nào đó qua M; phẳng nào đó qua M; ϕ, c: đặc trưng chống cắt của đất. - Có vô số mặt phẳng qua M → giá trị các cặp ứng suất - Có vô số mặt phẳng qua M → giá trị các cặp ứng suất (σ, τ) khác nhau → Điều kiện CBGH có thể xuất hiện ở mặt phẳng này nhưng không xuất hiện ở mặt phẳng mặt phẳng này nhưng không xuất hiện ở mặt phẳng khác → điểm M đạt trạng thái CBGH khi chỉ cần có một mặt → điểm M đạt trạng thái CBGH khi chỉ cần có một mặt phẳng nào đó qua M thỏa mãn điều kiện (1).

* Tương quan đồ thị biểu diễn TT CBGH của 1 điểm * Điều kiện CBGH của đất dưới các dạng khác nhau

a. Đất rời Đất ời - Giả sử điểm M ở TT CBGH: vòng tròn Mohr ứng suất tiếp xúc với đường sức chống cắt Coulomb. b tiế ắt C l ứ hố ới đ ờ ú Điểm M: ở TT ổn định ổ ể

ττ ϕ

c =

c tg ϕ

σ Điểm M: ở TT CBGH ể

A A

B(σα, τα)

ϕ ϕ

σ 0 σ3 3 C C Dα σ1H 1H θ θ ế - Điểm M ở trạng thái ổn định khi đồ thị τ = f(σ) nằm thấ hơ đồ thị thấp hơn đồ thị s = f(σ); f( ) - Điểm M ở trạng thái CBGH khi 2 đồ thị τ = f(σ) và s = f(σ) tiếp xúc với nhau.

a. Đất rời (tiếp)

ò t ê ất t ê Mỗi điể t ò M h biể diễ ứ

sin

ế a. Đất rời (tiếp) → các điểm trên vòng tròn Mohr ứng suất ứng với các → các điểm trên vòng tròn Mohr ứng suất ứng với các mặt phẳng không phải là mặt trượt có góc lệch θ < ϕ. - Khi B ≡ A thì mặt phẳng α trở thành mặt trượt → góc Khi B ≡ A thì mặt phẳng α trở thành mặt trượt → góc lệch ứng suất đạt giá trị cực đại θmax.

max max

AC OC OC

− σσ 1 3 σσ + 3

p g g

sin

( ( ϕ ϕ

max ) max )

BOtgH BOtgH

tg tg

=ˆ

θ θ

− σσ 1 3 + σσ 3

HB OH

τα σα

- Mỗi điểm trên vòng tròn Mohr biểu diễn ứng suất trên một mặt phẳng nào đó qua M. + Nếu mặt phẳng α qua M không phải là mặt trượt thì ẳ điểm đó nằm thấp hơn đường sức chống cắt (điểm B). + Nếu mặt phẳng α qua M là mặt trượt thì điểm đó là điểm tiếp xúc giữa vòng tròn Mohr ứng suất với đường g g sức chống cắt (điểm A). θ: góc nghiêng giữa ứng suất toàn phần so với phương θ: góc nghiêng giữa ứng suất toàn phần so với phương pháp tuyến của mặt phẳng đang xét qua điểm M (góc lệch ứng suất). lệch ứng suất). → điểm M sẽ ở TT CBGH khi θmax ϕ. = ϕ → điểm M sẽ ở TT CBGH khi θ - Điều kiện CBGH Mohr – Rankine tại một điểm có dạng dạng

b. Đất dính

- Giả sử điểm M ở TT CBGH. Giả sử điểm M ở TT CBGH

a. Đất rời (tiếp) Trường hợp tổng quát điều kiện CBGH còn biểu diễn Trường hợp tổng quát, điều kiện CBGH còn biểu diễn dưới dạng khác trong đó các ứng suất chính σ1, σ3, được thay bằng các ứng suất thành phần σx, σz, τxz: thay bằng các ứng suất thành phần σ σ τ : τ

2 2

) )

3,1

( ( − σσ x z

2 2 4 4 τ xz

1 2

c =

2 2

c ϕtg tg ϕ

sin

)

( ϕ

max

2 2 4 4 τ xz 2

( ( ) ) − + σσ z x ( ( ) ) x σσ + σσ + z

− σσ 1 3

sin

max

AC AC CO CO '

+ σσ 3

c 2 tg ϕ

B(σα, τα) ϕ 0 0’ θ θ Vậy, điều kiện CBGH tại một điểm có dạng ề ể C σ σ3 σ1 0

b. Đất dính (tiếp) - Điều kiện CBGH Mohr – Rankine tại một điểm có - Điều kiện CBGH Mohr Rankine tại một điểm có dạng

II. Hệ phương trình VP CBGH của nền Khảo sát TT CBGH tại phân tố tách ra lân cận điểm Khảo sát TT CBGH tại phân tố tách ra lân cận điểm M(x,z) trong nền đất dưới bài toán phẳng:

σσ σσ − 1 3

sin

)

( ϕ

max

z z

+ +

+ σσ σσ + 3

γ= z

c2 tg ϕ

τσ ∂ ∂ xz xz + + z x ∂ ∂

b b p

)

( − σσ x z

sin

)

( ϕ

γ z

max

τσ ∂ ∂ x xz + x z ∂ ∂ ∂ ∂

( + σσ x z

2 4 + τ xz c 2 2 c ϕg tg ϕ

hoặc: hoặc:

* Lưu ý: ứng suất tại một điểm trong đất là tổng hợp ứng suất do trọng lượng bản thân đất và ứng suất do tải ứng suất do trọng lượng bản thân đất và ứng suất do tải trọng ngoài: σ = σo + Δσ

II. Hệ phương trình VP CBGH của nền (tiếp)

γ z

∂ ∂ τσ ∂ τσ ∂ xz x + x z ∂ ∂

∂ τσ ∂ τσ ∂ ∂ xz + z x ∂ ∂

γ γ z z

- Viết PT CB theo 2 phương x, z ta có liên hệ vi phân ó liê hệ i hâ Viết PT CB th 2 h t Hệ PT VP CBGH Koetter (1903) Hệ PT VP CBGH K tt (1903)

∂ τσ ∂ τσ ∂ ∂ xz + z x ∂ ∂ ∂ ∂ τσ xz x + x z ∂ ∂ ∂ ∂

) )

2 2

( ( σσ − σσ x z

sin

max

ó dò 0 (t ừ t ờ thấ

+ +

( ( + σσ σσ + x z

2 4 4 + + τ τ xz 2 c ) ) tg ϕ

ạ ệ

- γx, γz: lực thể tích có trong phân tố. + γx = 0 (trừ trường hợp trong nền có dòng thấm, γx ề t h chính là áp lực dòng thấm theo phương ngang); + γz chính là trọng lượng riêng của đất ấ - Nếu TTƯS tại M thỏa mãn điều kiện CBGH thì các thành phần ứng suất tại đó cũng thỏa mãn điều kiện CBGH Mohr – Rankine. → Ta có hệ PT VP CBGH Koetter (1903) - Giải hệ theo p chính là tải trọng giới hạn của nền pgh.

III. Lời giải của Prandtl cho trường hợp γ = 0

III. Lời giải của Prandtl cho trường hợp γ = 0 * Giả sử tải trọng tác dụng ở độ sâu h là tải trọng giới Giả sử tải trọng tác dụng ở độ sâu hm là tải trọng giới hạn của nền pgh:

bb pgh

ệ ợ ặ ặ hm

bb pgh q = γ.hm qq * Giả thiết * Giả thiết: - Trọng lượng riêng dưới đáy móng γ = 0; - Tất cả các điểm thuộc khối ABCDA thỏa mãn điều kiện CBGH. Mặt trượt ABCD là mặt trượt cuối cùng; g; ợ - Khối lăng thể trượt ABCD chia làm 3 vùng: + Vùng CB chủ động (khu vực I); + Vùng CB chủ động (khu vực I); + Vùng CB bị động (khu vực III); + Vùng chuyển tiếp (khu vực II); ế ể A A’ D D’ α2 α1 α1 1 III III III III α2 ro I II II C’ C r B

III. Lời giải của Prandtl cho trường hợp γ = 0

+ +

−

IV. Lời giải của Terzaghi * Terzaghi thay góc giới hạn chủ động α2 bằng góc ϕ Terzaghi thay góc giới hạn chủ động α2 bằng góc ϕ b pgh

c tg ϕ

tg . ϕπ e

−

1 1 1

sin sin sin

+ −

ϕ ϕ ϕ

1 tg tg ϕ ϕ

ϕ ϕ ϕ

⎡ 1 + ⎢ 1 1 ⎣ − ⎣

⎤ 1 ⎥ ⎦ ⎦

⎧ ⎧ ⎨ ⎩ ⎩

⎫ ⎫ ⎬ ⎭ ⎭

q = γ.hm q iới h * Sức chịu tải giới hạn xác định theo * Sứ hị á đị h th ⎞ c 1 sin ϕ ϕπ ϕ + . tg tg ϕπ ⎟⎟ −⎟⎟ e 1 sin tg ϕ ϕ ⎠ tải ⎛ ⎜⎜ ⎜⎜ ⎝ A A A A’ ϕ D D’ α1 D D α1 III III ϕ ro ro I I II II II C C’ r ϕ, c: đặc trưng chống cắt của đất; q: phụ tải 2 bên phạm vi đặt tải trọng giới hạn (tải trọng q: phụ tải 2 bên phạm vi đặt tải trọng giới hạn (tải trọng thay thế cho đất từ độ sâu đặt tải trở lên), q = γ.hm B B

* Giả thiết: đất trong phạm vi CBGH là cố thể, điều kiện CBGH xảy ra trên biên.

hay: pgh = Nq.q + Nc.c p = N q + N c hay: Nq, Nc: hệ số sức chịu tải = f(ϕ).

IV. Lời giải của Terzaghi (tiếp)

.. bN bN

+ +

. cNqN N + +

+ +

.. bN bN γγ

. qN N q

. cN N c

+ + αγ 2

α 3

α γ 1

* Sức chịu tải giới hạn xác định theo công thức * Sứ hị thứ á đị h th tải ô i

iới h 1 2 * Bài toán không gian * Bài t á khô 1 2

α2 = 1; ; α2 = 1;

1

2

α3 = 1,3; , ; α3 = 1,3;

3

α1 = 1,2; Móng tròn: Móng vuông: α1 = 0,8; , ; g g Móng chữ nhật: α1, α2, α3: hệ số hiệu chỉnh hình dạng móng = f(α). α α α : hệ số hiệu chỉnh hình dạng móng = f(α)

1 −=

11 −=

1 +=

b2,0 b20 l

2,0 20 α

b2,0 b20 l

20 2,0 α

ải

2 =α

q: tải trọng tương đương của đất trên đáy móng (phụ tải): q = γtb.hm; ) q γtb m; γtb: trọng lượng riêng trung bình của đất từ đáy móng trở lên; trở lên; γ: trọng lượng riêng của đất dưới đáy móng; Nγ, Nq, Nc: hệ số sức chịu tải = f(ϕ); f( ) N N N hệ ố ứ hị ϕ, c: góc ma sát trong và lực dính đơn vị của đất dưới đáy móng;

§4. Ổn định mái đất (mái dốc – taluy)

ầ ấ ề

* Mái đất là phần nền đất có mặt giới hạn là mặt ấ nghiêng.

Vai Mặt đỉnh mái

ẳ ố ắ ố ế

Mái đất H

Mặt trượt

§3. Đánh giá ổn định của nền theo mặt trượt có hình dạng giả định hình dạng giả định * Hình dạng mặt trượt đa dạng phụ thuộc vào cấu trúc địa tầng. tầ đị - Nếu cấu trúc địa tầng có các lớp đất khác hẳn nhau về đặc trưng chống cắt, mặt trượt là các mặt phẳng nối tiếp nhau hoặc các mặt phẳng nối tiếp mặt cong. - Nếu đặc trưng chống cắt các lớp đất khác nhau không đáng kể thì mặt trượt có dạng mặt cong.

Chân mái

H: chiều cao mái đất; β: góc mái. β: góc mái

§4. Ổn định mái đất (mái dốc)

I. Ổn định mái đất rời * Giữa các hạt đất rời không có lực dính kết → ổn định Giữa các hạt đất rời không có lực dính kết → ổn định mái đất rời được quyết định bởi sự ổn định của các hạt đất trên mặt mái đất trên mặt mái

g ợ g p p g dx dy - Khảo sát ổn định của một phân tố đất rời nằm trên phân tố đất rời nằm trên mặt mái g ự § g g ị N N H H στ T Q

* Mái đất (taluy) được hình thành từ tự nhiên hoặc ấ nhân tạo. * Việc đánh giá ổn định của mái đất rất quan trọng và được nghiên cứu tương đối nhiều. Phương pháp đánh giá được dùng rộng rãi là phương pháp mặt trượt trụ tròn tương tự như trong đánh giá ổn định CT ở §3. Trong một số trường hợp đặc biệt có thể dung một vài phương pháp đánh giá đơn giản như sau. phương pháp đánh giá đơn giản như sau.

Fs Fs

= =

. cos Q Q

tg tg

sin.

Hệ ố

ϕϕβ = = β

. tg β

β t à - Hệ số an toàn của phân tố hâ tố s τ ủ tg ϕσ τ

I. Ổn định mái đất rời (tiếp)

- Lực đẩy của áp lực dòng thấm: L đẩ ủ á l thấ dò ố

T* = γđn.dF.sinβ + i.γo.dF = dF.sinβ(γđn + γo)

- Ứng suất tại điểm đang xét xác định theo

τ T /dx dy.sinβ(γđn + γo) τ = T*/dx = dy.sinβ(γđ + γ ) ấ ấ ệ ế * Nhận xét: Hệ số an toàn Fs = f(ϕ, β), không phụ thuộc chiều cao mái H. - CBGH (ứng với Fs = 1) xảy ra khi β = ϕ. Góc mái trong trường hợp này gọi là “góc nghỉ” của cát. * Nếu có dòng thấm dọc theo mái (xuất hiện sau mưa) → cần xét đến ảnh hưởng của áp lực dòng thấm.

đn

tg tg t

ϕ β β

γ đn đn + +

ị g - Hệ số an toàn Fs có dạng ϕγ tg ϕ tg t βγβγγ β β

(

K - Độ dốc của đường mặt nước biểu thị gradient thủy lực của dòng thấm tại điểm đang xét (KA: có g ạ độ dốc lớn nhất). sinβ i = sinβ i k: hệ số ảnh hưởng của dòng thấm, do k < 1 → sự xuất k: hệ số ảnh hưởng của dòng thấm, do k < 1 → sự xuất hiện của dòng thấm làm giảm hệ số an toàn của mái đất rời.rời.

II.1. Ổn định với giả thiết mặt trượt phẳng (tiếp)

2 2

- Tổng lực chống trượt: t Tổ hố t l

II. Ổn định mái đất dính thuần túy II 1 Ổn định với giả thiết mặt trượt phẳng II.1. Ổn định với giả thiết mặt trượt phẳng * Giả thiết: mặt trượt phẳng có góc nghiêng ω so với phương nằm ngang phương nằm ngang

sin.

sin(

sin.

QT =

). ωγωβ

−

1 1 2 2

sin sin

⎛ ⎛ ⎜⎜ ⎝ ⎝

⎞ ⎞ H H ⎟⎟ sin. sin ωβ ωβ ⎠ ⎠

C C B ế

sin(

. γωβ

−

1 1 2

H H sin

⎛ ⎛ ⎜ ⎜⎜ ⎝

⎞ ⎞ ⎟ ⎟⎟ ⎠

cu H

. sBC

sin(

H H

f f

) ( ( ) ω ω

H ωsin ωsin

sm s

γ 2

− sin

sin). ωωβ β

- Hệ số an toàn được thiết lập trên cơ sở giả thiết sự phân bố đều sức kháng cắt huy động được trên toàn bộ mặt trượt BC. - Tổng lực chống trượt: M. trượt M trượt phẳng ω - Cho S = T xác định được độ bền cắt huy động được sm: A

CHƯƠNG 7: ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯƠNG CHẮN

§2. Xác định áp lực đất lên tường chắn theo phương pháp CBGH (phương pháp Rankine) phương pháp CBGH (phương pháp Rankine)

* Khảo sát TH tường chắn thẳng đứng dùng chắn giữ khối đất rời nằm ngang

§1. Khái niệm chung I. Khái niệm về tường chắn I. Khái niệm về tường chắn Phân theo độ cứng → quan trọng→3 loại: a. Tường cứng, hoặc trọng lực: Nó giữ được trạng thái ổn định chủ yếu nhờ vào trọng lượng

ổ

ế

bản thân,

σz z Đất rời Đất rời z z

Vật liệu: gạch, đá, bê tông, bê tông cốt thép... b. Tường cọc ván, tường mềm: Dễ bị biến dạng trong quá trình sử dụng, nó giữ được trạng thái

ổn định nhờ cắm sâu vào nền đất, có khi có cả neo.

ị

Vật liệu: Cọc ván bằng gỗ, bê tông, kim loại đóng xít nhau tạo

thành.

σx σ

c Tường mỏng tường bán trọng lực: c. Tường mỏng, tường bán trọng lực: Nó giữ được trạng thái ổn định nhờ: trọng lượng bản thân +

trọng lượng đất trên bản đáy.

Vật liệu: Bê tông cốt thép. Vậ l ệ Bê ô

ố hé

§2. Xác định áp lực đất lên tường chắn theo phương pháp CBGH (tiếp) phương pháp CBGH (tiếp)

§2. Xác định áp lực đất lên tường chắn theo phương pháp CBGH (phương pháp Rankine) phương pháp CBGH (phương pháp Rankine)

Đồ thị (τ - σ) biểu diễn TTƯS tại điểm M p ự ộ

ỳ g * Áp lực đất lên tường chắn ở độ sâu bất kỳ có thể biểu diễn qua ứng suất nén theo phương đứng σz:

(1) (1) σx Kσz σ = Kσ

s τf

Đường Mb Đường Mc K: hệ số áp lực đất, K = f(chuyển vị tương đối giữa đất và tường Δ loại đất trạng thái của đất ma sát giữa đất và tường Δ, loại đất, trạng thái của đất, ma sát giữa đất và tường). Ứng suất nén theo phương đứng: Ứ ất é th đứ Đường Mt h σz = σ1 = γ.z

0 σ3c σ3t σ3 σ3t σ1C σ1C σ3b σ σ3b σ

1. Xác định áp lực đất chủ động cho đất rời (tiếp)

* Biểu đồ cường độ áp lực lên tường: ồ ể

2H/3 H Ec H/3 H/3

pmax = Kc.γ.H z

(2)

E E

HK HK .. γ γ

Hp Hp . max

1 2

Áp lực đất chủ động Ec tác dụng trên 1m dài tường: * Áp lực đất chủ động E tác dụng trên 1m dài tường:

I. Xác định áp lực đất chủ động * Thực tế ta thường gặp áp lực đất chủ động Do đó việc Thực tế ta thường gặp áp lực đất chủ động. Do đó, việc nghiên cứu áp lực đất chủ động được quan tâm nhiều. 1. Xác định áp lực đất chủ động cho đất rời 1 Xác định áp lực đất chủ động cho đất rời * Khi tường dịch chuyển ra ngoài khối đất, đất sau tường bị giãn ra ứng suất chính tường bị giãn ra, ứng suất chính σ3 giảm dần trong khi giảm dần trong khi σ1 không đổi. Đường TTƯS chuyển về phía trái đến vị trí giới hạn M ứng với sự CBGH chủ động Ứng suất trí giới hạn Mc ứng với sự CBGH chủ động. Ứng suất chính σ3 chính là cường độ áp lực đất chủ động lên g tường chắn: σx = σ3 = tg2(45° - ϕ/2).σ1 σ = σ1 = γ z γ.z σz σ1 px ≡ σx = Kc.σz = Kc.γ.z Thay vào (2) ta có: p : cường độ áp lực đất lên tường tại độ sâu z px: cường độ áp lực đất lên tường tại độ sâu z. Kc: hệ số áp lực chủ động của đất, Kc = tg2(45° - ϕ/2).

2. Xác định áp lực đất chủ động cho đất dính * Cường độ áp lực đất chủ động: * Cường độ áp lực đất chủ động:

p p

K K

2 Kc Kc 2

K K

z z

2 Kc Kc 2

−

.. .. γ γ

−

. . σ σ z

ầ ấ

* Biểu đồ cường độ áp lực lên tường: * Biể đồ độ á l ờ Ứ lê t ờ po px

II. Xác định áp lực đất bị động 1 Xác định áp lực đất bị động cho đất rời 1. Xác định áp lực đất bị động cho đất rời * Khi tường dịch chuyển vào trong khối đất, đất sau tường bị nén chặt lại, ứng suất chính σ3 tăng dần trong khi σ1 không đổi. Đường TTƯS chuyển về phía phải đến vị trí giới hạn Mb ứng với sự CBGH bị động. Ứng suất ấ chính σ3 chính là cường độ áp lực đất bị động lên tường ắchắn:

( ) (3) ϕ )

H 2(H-Hc)/3

Ec E (H-Hc)/3

2

ấ ố σx = σ3 = tg2(45° + ϕ/2).σ1 g ( 1 x 3 σz = σ1 = γ.z Thay vào (2) ta có: px ≡ σx = Kb.σz = Kb.γ.z p ≡ σ = K σ = K γ z Thay vào (2) ta có: px: cường độ áp lực đất lên tường tại độ sâu z. Kb: hệ số áp lực bị động của đất, Kb = tg2(45° + ϕ/2). pH z

1. Xác định áp lực đất bị động cho đất rời (tiếp)

2. Xác định áp lực đất bị động cho đất dính * Cường độ áp lực đất bị động: * Cường độ áp lực đất bị động:

* Biểu đồ cường độ áp lực lên tường: ồ ể

p p

K K

2 2 Kc Kc

K K

z z

2 Kc Kc 2

+ +

.. .. γ γ

+ +

. . σ σ z

b b

2H/3 H Eb * Biểu đồ cường độ áp lực lên tường: Biểu đồ cường độ áp lực lên tường: po px H/3 H/3

pmax = Kb.γ.H z

HK HK .. γ γ

E E b b

. Hp Hp max

b b

1 2

H Eb b Áp lực đất bị động Eb tác dụng trên 1m dài tường: * Áp lực đất bị động Eb tác dụng trên 1m dài tường:

pH z

I. Xác định áp lực đất chủ động (tiếp)

§3. Xác định áp lực đất lên tường chắn theo phương pháp giả định mặt trượt Coulomb phương pháp giả định mặt trượt Coulomb

ể

ổ

ấ

ị

Ec E R

ộ g I. Xác định áp lực đất chủ động p ự * Khảo sát tường chắn như hình vẽ

α1 1 C C R R

α2 A A Q α2

ϕ ϕ α1 α α δ Ec Q R c.BC c BC Ec ω Đất dính Đất rời g

I.1. Biểu thức tổng quát xác định áp lực đất chủ ộ g động - Lăng thể trượt ABC cân bằng giới hạn dưới cân bằng giới hạn dưới tác dụng của các lực Q (trọng lượng bản thân (trọng lượng bản thân đất), Ec và R. - Ec và R nghiêng với E và R nghiêng với phương pháp tuyến của Q mặt trượt các góc lần Q mặt trượt các góc lần lượt là δ (ma sát ngoài) và ϕ (ma sát trong). và ϕ (ma sát trong)

B * Giả thiết * Giả thiết - Đất sau lưng tường ở trạng thái CBGH; - Mặt trượt nguy hiểm hình thành trong đất là mặt phẳng BC ứng với áp lực đất lớn nhất. - Lăng thể trượt ABC ợ là một khối cứng α1 = 90° - δ - α α2 = ω - ϕ

I.3. TH đất sau tường có bề mặt phẳng

ó thể á đị h đ TH à t t l

* T * Trong TH này, ta có thể xác định được trọng lượng khối trượt Q.

I.1. Biểu thức tổng quát xác định áp lực đất chủ động (tiếp) động (tiếp) * Từ đa giác lực ta xác định áp lực đất lên tường chắn theo biểu thức lượng của tam giác

) ( ω

ể C

QEc =

)

sin(

)

sin[

180

sin sin −°

α α 2 ( + αα 2

sin( sin( ) ) − ϕω ϕω +− αϕω 1

D D A β

α α Q ϕ

H δ

ế ể Ec

ω g δ δ Q: trọng lượng khối trượt (diện tích tam giác cong*); Do α1 = 90° - δ - α = const, bằng cách giả định mặt trượt ằ với các góc ω khác nhau ta tìm Ec sao cho thỏa mãn giả thiết thứ 2 của Coulomb để có Ecmax. * Với đất dính, ta phải đưa thêm vào đa giác lực thành phần lực dính giữa đất với tường và đất với đất. B

I.3. TH đất sau tường có bề mặt phẳng (tiếp)

* Trọng lượng khối trượt Q xác định theo * T t Q á đị h th khối t l * Giải PT * Giải PT

I.3. TH đất sau tường có bề mặt phẳng (tiếp) dF ωϕδβαdF ( ( , , ) ) ωϕδβα d ω

Q Q

AB AB CD CD .

sin( i (

90 90

AC AC

AB AB .

. γ

) ) −+° β+° βα

. γ

.. HK γ

1 1 2

sin( sin(

90 90

) ) ωα ωα

H . γ

ta tìm được góc ω* để có Ecmax:

1 2 ). ) −+ +° βα βα 2 cos . sin(

1 2 1 1 2

sin( sin( 90 90 −+ +° ( β ) ) − βωα

cos

( ) αϕ −

Kc = F(ω*) chính là hệ số áp lực đất chủ động

cos

cos(

δαα

sin(

−+°

) ωα

H . γ

sin( sin( cos(

). ) δϕ + δϕ + ). δα +

) ) βϕ βϕ − ) − αβ

⎤ ⎤ ⎥ ⎦

⎡ ⎡ 1) ⎢ ⎣

1 2 2

). βα −+° 2 cos cos . sin( sin(

) )

sin( sin(

sin( ) ) βωα βωα

90 −

sin( ) − ϕω +− αϕω 1αϕω +

* Thay Q vào biểu thức tổng quát xác định Ec, ta có:

. γ

2 2 FH ωϕδβαFH (* (* , , ) ) ωϕδβα

Ec = E

0, tường nhẵn δ

1 2

- TH đặc biệt: lưng tường thẳng đứng α = 0, mặt đất sau tường nằm ngang β = 0 tường nhẵn δ = 0 (bỏ qua ma 0 (bỏ qua ma tường nằm ngang β sát giữa đất và tường thì Kc = tg2(45° - ϕ/2).

I.4. Biểu đồ cường độ áp lực đất (tiếp)

độ á l

I.4. Biểu đồ cường độ áp lực đất - Cường độ áp lực đất px(z) tại độ sâu z: C ờ ( ) t i độ â đất

β px(z) = Kc.σz = Kc.γ.z

ẳ

α độ á lự đất thự tế t i độ â - Do lưng tường nghiêng với phương thẳng đứng α, áp lực đất nghiêng so với phương pháp tuyến của lưng tường góc δ, cường độ áp lực đất thực tế tại độ sâu z: tườ ó δ ườ H H E Ec δ E Ec δ E Ec δ

p’x(z) = px(z).cosα = Kc.γ.z.cosα ố ế ấ

a) b) - Thực tế tính toán, coi sự phân bố áp lực đất dọc theo tường chắn bằng biểu đồ giá trị cường độ theo độ sâu (biểu đồ cường độ áp lực đất quy ước). Giá trị của Ec (biểu đồ cường độ áp lực đất quy ước) Giá trị của E chính là diện tích của biểu đồ phân bố px:

.. HK γ

Hp . max

1 1 2

) Biể đồ đất th ờ

a) Biểu đồ cường độ áp lực đất thực tế. tế độ á l b) Biểu đồ cường độ áp lực đất quy ước.

1 1 2 ằ

ể ể

- Điểm đặt Ec nằm trên đường trọng tâm biểu đồ, ồ nghiêng so với phương pháp tuyến lưng tường góc δ.

II. Xác định áp lực đất bị động

II. Xác định áp lực đất bị động (tiếp)

* Khảo sát tường chắn như hình vẽ * Khảo sát tường chắn như hình vẽ

ể

ấ

ổ

Q A A α Eb R R ϕ α1 1 Q α2 Eb δ

α1 = 90° + δ - α α2 = ω + ϕ ω

B B thể t

* Giả thiết - Đất sau lưng tường ở trạng thái CBGH; trạng thái CBGH; - Mặt trượt nguy hiểm hình thành trong đất hình thành trong đất là mặt phẳng BC ứng với áp lực đất nhỏ với áp lực đất nhỏ nhất. - Lăng thể trượt ABC t ABC Lă là một khối cứng

II.1. Biểu thức tổng quát xác định áp lực đất bị độngộ g - Lăng thể trượt ABC cân bằng giới hạn dưới cân bằng giới hạn dưới tác dụng của các lực Q (trọng lượng bản thân (trọng lượng bản thân đất), Eb và R. - Eb và R nghiêng với E và R nghiêng với phương pháp tuyến của mặt trượt các góc lần mặt trượt các góc lần lượt là δ (ma sát ngoài) và ϕ (ma sát trong). và ϕ (ma sát trong)

II.1. Biểu thức tổng quát xác định áp lực đất bị động (tiếp) động (tiếp) * Từ đa giác lực ta xác định áp lực đất lên tường chắn theo biểu thức lượng của tam giác

) ( ω

QEb =

)

sin(

)

sin[

180

sin sin −°

α α 2 ( + αα 2

sin( sin( ) ) + ϕω ϕω + ++ αϕω 1

ể

ế ể Q: trọng lượng khối trượt (diện tích tam giác cong*); Do α1 = 90° + δ - α = const, bằng cách giả định mặt trượt ằ với các góc ω khác nhau ta tìm Eb sao cho thỏa mãn giả thiết thứ 2 của Coulomb để có Ebmin.