Bài giảng Cơ học đất: Chương 2 - ThS. Phạm Sơn Tùng

Chia sẻ: Nguyễn Thị Ngọc Lựu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:43

Thêm vào BST

Báo xấu

322
lượt xem 80
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Cơ học đất - Chương 2: Những quy luật cơ bản trong cơ học đất, trình bày những nội dung chính: những quy luật cơ bản trong cơ học đất, tính biến dạng của đất, quy luật biến dạng tuyến tính, thí nghiệm nén đơn, hệ số nén của đất, liên hệ giữa các đặc trưng biến dạng của đất,... Đây là tài liệu học tập, tham khảo dành cho sinh viên và giảng viên ngành Xây dựng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cơ học đất: Chương 2 - ThS. Phạm Sơn Tùng

CƠ HỌC ĐẤT Chương 2 Những quy luật cơ bản trong cơ học đất
Mở đầu • Muốn giải quyết các bài toán cơ bản của Cơ học đất như: tính độ lún, tính sức chịu tải của đất nền, tính áp lực lên các vật chắn… thì trước hết phải hiểu rõ các tính chất của đất dưới tác dụng của các lực ngoài • Trong cơ học đất sử dụng rộng rãi những kết quả của các môn cơ học ứng dụng khác như cơ học lý thuyết, cơ học các vật thể rời, lý thuyết đàn hồi, lý thuyết dẻo… • Đất rất khác so với các vật liệu khác nên không thể áp dụng trực tiếp, nguyên vẹn kết quả của các môn cơ học khác → phải nắm vững các tính chất cơ học của đất để giải quyết đúng đắn các bài toán của Cơ học đất
Những quy luật cơ bản trong cơ học đất 1) Tính thấm của đất 2) Tính biến dạng của đất 3) Tính chống cắt của đất 4) Tính đầm chặt của đất
Tính thấm nước của đất Quy luật thấm Darcy • Đất tạo bởi các hạt rời rạc, các khoảng rỗng giữa chúng được thông với nhau nên nước có thể chuyển từ vùng có áp lực cao tới vùng có áp lực thấp • Mặt nước có áp lực nước lỗ rỗng được gọi là mặt nước ngầm
Quy luật thấm Darcy • Trong điều kiện bão hòa, dòng thấm một hướng tuân theo định luật Darcy: v =k.i • k: hệ số thấm của đất • i: gradient thủy lực – i = ∆H/∆L • ∆H: độ chênh cột áp nước • ∆L: chiều dài đường thấm giữa 2 điểm đang xét
Thí nghiệm Darcy • Chiều cao của 2 bể nước được giữ ổn định → ∆H (m) • Sau một khoảng thời gian t thu được lượng nước V (m3) • Lưu lượng Q = V/t (m3 /s) • A = .D2/4 là diện tích mặt cắt ngang mẫu • Vận tốc thấm của nước qua mẫu đất: v = Q/A
Thí nghiệm Darcy • Định luật Darcy: vận tốc thấm tỷ lệ với gradient thủy lực v = k.i • Gradient thủy lực i = ∆H/∆L • ∆H: độ chênh cột áp nước • Hằng số thấm k phụ thuộc vào bản chất của đất • Thay đổi độ cao tương đối giữa 2 bể nước → thay đổi gradient thủy lực ∆H1 → i1 ∆H2 → i2 ∆H3 → i3 • Nhận xét: v và i quan hệ tuyến tính
Phạm vi các giá trị k 102 101 Thoát nước rất tốt 1 Cuội sạch 10-1 10-2 10-3 Cát sạch, cát và cuội hỗn hợp Thoát nước tốt 10-4 Đất sét phong hóa và nứt nẻ 10-5 Cát rất mịn 10-6 Bụi và cát bụi Thoát nước kém 10-7 10-8 Bụi sét; Đất sét không nứt nẻ Thực tế không thấm nước
Hệ số thấm k • Độ nhớt và mật độ của nước chịu ảnh hưởng của nhiệt độ → k bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ • Có một số công thức tính k gần đúng, nhưng thực nghiệm cho thấy không có công thức nào là hoàn toàn tin cậy Thực tế nhất là nên tính k theo thí nghiệm trong phong hoặc thí nghiệm ngoài thực địa
Hệ số thấm tương đương của khối đất gồm nhiều lớp đất khác nhau 1. Thấm ngang: các lớp đất song song với nhau và dòng thấm song song với mặt phân lớp 1 ktd  (k1h1  k2 h2  k3h3  ...  kn hn ) H
Hệ số thấm tương đương của khối đất gồm nhiều lớp đất khác nhau 2. Thấm đứng: các lớp đất song song với nhau và dòng thấm vuông góc với mặt phân lớp H ktd  h1 h2 h3 hn    ...  k1 k2 k3 kn
Lực thấm • Là lực mà dòng thấm tác động lên đất mà nó thấm qua. • Lực thấm cho một đơn vị thể tích: j = iγw
Hiện tượng xói ngầm • Điều kiện mất ổn định xảy ra khi áp lực thấm thẳng đứng hướng lên > trọng lượng của đất hướng xuống. • Mất ổn định làm cho các hạt đất di chuyển theo dòng thấm. Đây là hiện tượng xói ngầm. • Hệ số an toàn để tránh hiện tượng xói ngầm: F = trọng lượng hướng xuống/lực thấm hướng lên Để F↑ => j↓ =>i↓
Sức chống cắt của đất Quy luật Coulomb Mở đầu • Sự phá hoại của khối đất là phá hoại trượt (hay phá hoại cắt) • Phá hoại cắt xảy ra khi trên mặt trượt (mặt phá hoại) ứng suất tiếp (τ) lớn hơn sức kháng cắt của đất (τf): τ > τf • Phá hoại cắt gây nguy hiểm cho công trình xây dựng → τf = ? • Thực nghiệm cho thấy: với mỗi mẫu đất, ứng với mỗi σ → có một giá trị τf
Thí nghiệm cắt trực tiếp • Mục đích: vẽ đường liên hệ τ – σ • Thí nghiệm trực tiếp tại hiện trường hoặc trong phòng thí nghiệm • Sơ đồ hộp cắt Casagrande:
Thí nghiệm cắt trực tiếp • Chuẩn bị 3, 4 mẫu như nhau. Mẫu đất hình trụ, phù hợp kích thước của hộp cắt • Cho mẫu đất vào hộp cắt • Gia tải P theo phương thẳng đứng • Thí nghiệm cắt nhanh - không thoát nước: tăng tức thời lực cắt đến khi phần dưới của hộp cắt trượt theo mặt phá hoại, ta có Tgh • Thí nghiệm cắt chậm - thoát nước: tăng từ từ lực cắt đến khi phần dưới của hộp cắt trượt theo mặt phá hoại, ta có Tgh • Làm tương tự với các mẫu đất còn lại nhưng với các giá trị khác nhau của tải trọng thẳng đứng (P1,P2, P3, P4)
• Tiết diện ngang mẫu đất: S P • Ứng suất pháp:   i i S Tgh • Ứng suất tiếp giới hạn:  gh  S
Hộp cắt Chuẩn bị mẫu
Đưa hộp cắt vào vị trí dưới tải thẳng đứng P Giữ cố định nửa trên của hộp cắt