intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Bài giảng Cơ học đất - Chương 4.4: Tính chất cơ học của đất (Trần Thế Việt)

Chia sẻ: Bạch Khinh Dạ Lưu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:30

Thêm vào BST
Báo xấu
40
lượt xem 3
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Cơ học đất - Chương 4.4: Tính chất cơ học của đất (Trần Thế Việt) cung cấp đến học viên các kiến thức về cường độ chống cắt của đất, khái niệm về cường độ chống cắt; thí nghiệm cắt trực tiếp và định luật Coulomb; tiêu chuẩn phá hoại Mohr - Coulomb; thí nghiệm ba trục;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cơ học đất - Chương 4.4: Tính chất cơ học của đất (Trần Thế Việt)

  1. 1/25/2018 CHƯƠNG IV: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT (mechanical properties of soil) Learn from yesterday, live for today, hope for tomorrow. The important thing is to not stop questioning Albert Einstein Chương 4: Tính chất cơ học của đất Nội Dung: T1. Tính thấm nước của đất T2. Tính đầm chặt của đất T3. Tính ép co và biến dạng của đất T4. Cường độ chống cắt của đất 2 Chương 4: Tính chất cơ học của đất T3. CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT (Shear strength of soils) 3 1
  2. 1/25/2018 I. Khái niệm về cường độ chống cắt 1.1 Sự phá hoại đất khi chịu tải Khi ứs hiệu quả > cường độ LK bên trong giữa các hạt tại những điểm (vùng) nào đó trong khối đất, sự trượt (cắt) xuất hiện phá hoại tính liên tục của đất 4 I. Khái niệm về cường độ chống cắt Khi trượt, khối đất chuyển dịch lớn, gây mất ổn định nền hoặc khối đắp dẫn đến hư hỏng CT. failure surface mobilized shear resistance strip footing embankment CT: công trình 5 1.1 Sự phá hoại của đất khi chịu tải Những sự phá hoại này có liên quan tới KN độ bền chống cắt hay ứs max mà VL có thể chịu đc (𝜏f). 𝜏 > 𝜏f 𝜏: ứng suất cắt do tải trọng 𝜏f: cường độ chống cắt của đất. VL: vật liệu 6 2
  3. 1/25/2018 I. Khái niệm về cường độ chống cắt 1.2 Khái niệm cường độ chống cắt của đất ĐN: 𝜏f là lực chống trượt lớn nhất trên một đơn vị diện tích tại mặt trượt khi khối đất này trượt lên khối đất kia 7 I. Khái niệm về cường độ chống cắt Typical application of strength analyses in Engineering 8 I. Khái niệm về cường độ chống cắt Slope failure from a coal mine in Australia 9 3
  4. 1/25/2018 I. Khái niệm về cường độ chống cắt Foundation failure by liquefaction after the 1964 Niigata Earthquake 10 I. Khái niệm về cường độ chống cắt Vậy 𝜏f phụ thuộc vào những yếu tố nào?? 11 I. Khái niệm về cường độ chống cắt 1.3 Yếu tố ảnh hướng đến tính chống cắt của đất ✓ Ứng suất pháp tác dụng tại mặt trượt ✓ Lực ma sát bề mặt giữa các hạt ✓ Lực liên kết (LK keo nc, LK kết tinh) giữa các hạt ✓ Lực cản do sự sắp xếp xen cài vào nhau giữa các hạt 12 4
  5. 1/25/2018 II. Thí nghiệm cắt trực tiếp và định luật Coulomb 13 2.1 Thí nghiệm cắt đất trực tiếp Dụng cụ TN: 1 hộp cắt đc chia làm 2 nửa theo p.ngang, 1 nửa đc giữ cố định, nửa kia có thể bị đẩy hoặc kéo theo p.ngang 14 2.1 Thí nghiệm cắt đất trực tiếp TN với mẫu cát: chuẩn bị hộp cắt, cho cát vào hộp 15 5
  6. 1/25/2018 2.1 Thí nghiệm cắt đất trực tiếp Gia tải đứng và gia tải ngang, chờ đến khi mẫu bị cắt 16 2.1 Thí nghiệm cắt đất trực tiếp Mẫu TN cắt trực tiếp sau khi cắt 17 2.1 Thí nghiệm cắt đất trực tiếp Quy trình TN: ✓ Đặt mẫu đất giữa 2 tấm đá thấm ✓ Nén mẫu bằng tải trọng thẳng đứng P ✓ Kéo nửa hộp dưới bằng lực T đủ lớn ✓ Tăng T đến khi mẫu bị phá hoại trượt, T gọi là Tgh 𝑇𝑔ℎ 𝜏𝑜 = 𝜏𝑔ℎ = 𝐴 Lực cắt, chuyển vị ngang, chuyển vị đứng đc đo trong suốt quá trình TN. A – Diện tích mặt cắt ngang của mẫu thí nghiệm 18 6
  7. 1/25/2018 2.1 Thí nghiệm cắt đất trực tiếp Tiến hành TN với ít nhất 3 mẫu đất cùng loại ứng với áp lực pháp tuyến P1; P2; P3. Đất sẽ bị cắt với 3 giá trị ứng suất cắt 𝜏1; 𝜏2; 𝜏3; sẽ vẽ đc quan hệ (σ ~ 𝜏) Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp với đất cát 19 2.1 Thí nghiệm cắt đất trực tiếp KQ này thể hiện PT đường Coulomb với đất rời  f   tg  - góc ma sát trong của cát  f   tg f - là cường độ chống cắt của đất cát  - ứng suất pháp tác dụng trên mặt cắt 20 2.1 Thí nghiệm cắt đất trực tiếp KQ thí nghiệm với đất dính  f  c   tan  KQ này thể hiện PT đường Coulomb với đất dính Đường (f ~) giao với trục tung tại điểm có tọa độ = c,  f   tg  c c - lực dính đơn vị (trọng lực/ đv diện tích) 21 7
  8. 1/25/2018 2.1 Thí nghiệm cắt đất trực tiếp Chú ý 𝜏f: là ứng suất cắt max đất có thể chịu được mà không bị phá hoại trong đ.kiện chịu ứs pháp td có cường độ σ  & c là các thông số tạo nên cường độ chống cắt của đất,  & c càng lớn thì giá trị 𝜏f càng lớn.  & c không phải là các đặc tính cố hữu của VL mà ngược lại tùy thuộc vào các đk khi tiến hành TN. 22 2.1 Thí nghiệm cắt đất trực tiếp Ưu điểm: Cấu tạo & thao tác đơn giản, dùng phổ biến Nhược điểm: - Mẫu đất chỉ có thể bị cắt theo 1 mặt trượt nhất định. - Trong quá trình cắt, diện tích mặt cắt bé dần đi, do đó ưs cắt ko phải là giá trị cố định mà luôn thay đổi. - Ưs cắt ko phân bố đều trên toàn bộ diện tích MC mà tập trung xung quanh mép nhiều hơn ở giữa mẫu đất. 23 2.2 Định luật Coulomb về cường độ chống cắt Căn cứ vào biểu thức Coulomb: Cường độ chống cắt của đất rời là lực ma sát, tỷ lệ bậc nhất với ƯS pháp 𝜏𝑓 = 𝜎𝑡𝑔𝛷 (1) Cường độ chống cắt của đất dính là hàm số bậc nhất của ứng suất pháp, gồm 2 thành phần: ✓ Lực ma sát tỷ lệ bậc nhất với ứng suất nén σ*tan𝛷 ✓ Lực dính đơn vị c, ko phụ thuộc ứng suất nén 𝜏𝑓 = 𝜎𝑡𝑔𝛷 + 𝑐 (2) 24 8
  9. 1/25/2018 Example Một mẫu đất có c = 15 kPa được thí nghiệm trên máy cắt phẳng với áp lực nén p = 100 kPa, xác định được góc ma sát trong ϕ = 150 . Hỏi cường độ chống cắt của đất lúc này là bao nhiêu và suy ra cường độ lực cắt tối thiểu của máy nếu hệ số an toàn Fs=1,5. 25 III. Tiêu chuẩn phá hoại Mohr - Coulomb III. Tiêu chuẩn phá hoại Mohr- Coulomb 3.1 Ứng suất tại một điểm và vòng Mohr ứng suất Đất là MT rỗng, rời, ⇒ để dùng lý thuyết về ứs tại 1 điểm trong vật thể liên tục thì cần phải coi ứs trong đất là lực trên mỗi đv diện tích. Xét 1 khối đất chịu td của 1 nhóm lực F1; F2; …; Fn. Tại thời điểm T” giả thiết rằng các lực td trong 1 MP 2 chiều 27 9
  10. 1/25/2018 3.1 Ứng suất tại một điểm và vòng Mohr ứng suất Xét lực tổng hợp đặt trên 1 phân tố (O) trong khối đất. Phân tích hợp lực thành: + TP Lực pháp tuyến + TP Lực tiếp tuyến Trên 1 MP qua O tạo với phương ngang góc 𝛼 Quy ước dấu: + Ứng suất pháp gây nén là dương + Lực cắt gây mô men theo chiều kim đồng hồ là dương 28 3.1 Ứng suất tại một điểm và vòng Mohr ứng suất Xét phân tố đất O dày 1đv, coi AC = 1đv, Tổng hình chiếu các lực theo phương ngang & đứng: Σ𝐹 = 𝐻 − 𝑇𝑐𝑜𝑠𝛼 − 𝑁𝑠𝑖𝑛𝛼 = 0 ቊ ℎ Σ𝐹𝑣 = 𝑉 + 𝑇𝑠𝑖𝑛𝛼 − 𝑁𝑐𝑜𝑠𝛼 = 0 𝜎𝑥 𝑠𝑖𝑛𝛼 − 𝜏𝛼 𝑐𝑜𝑠𝛼 − 𝜎𝛼 𝑠𝑖𝑛𝛼 = 0 ቊ𝜎 𝑐𝑜𝑠𝛼 − 𝜏 𝑠𝑖𝑛𝛼 − 𝜎 𝑐𝑜𝑠𝛼 = 0 𝑦 𝛼 𝛼 29 3.1 Ứng suất tại một điểm và vòng Mohr ứng suất Giải hệ PT trên thu được: x  y x  y     x sin 2    y cos 2    cos 2 2 2   y    ( x   y ) sin  cos  x sin 2 2 Bình phương 2 vế rồi cộng lại: 2 2 𝜎𝑥 + 𝜎𝑦 𝜎𝑥 − 𝜎𝑦 𝜏𝛼2 + 𝜎𝛼 − = 2 2 Đây là PT vòng tròn BK (σx – σy)/2; tâm((σx + σy)/2; 0). Vòng tròn vẽ trên hệ trục (𝜏 ~ σ) - vòng tròn Morh ứs, đặc trưng cho trạng thái ứs tại 1 điểm khi CB. 30 10
  11. 1/25/2018 3.1 Ứng suất tại một điểm 7 vòng Mohr ứng suất Nếu σx; σy là các ứng suất chính (σ1 = σx; σ3 = σy) thì ứng suất trên mặt nghiêng: 1   3 1   3    cos 2 (1) 2 2 1   3   sin 2 (2) 2 32 3.1 Ứng suất tại một điểm & vòng Mohr ứng suất Có thể xác định (σ1, σ3) theo σx; σy; 𝜏xy  y  x   y  x  2  1;3       xy2 2  2  Góc nghiêng 𝜃 của ứng suất σ1 so với phương đứng (phương σy) có thể XĐ theo công thức 2 xy tg 2   y  x 33 11
  12. 1/25/2018 3.2 Các bài toán tính ứng suất thường gặp 1. Tính ƯS σ𝛼; 𝜏𝛼 trên MP nghiêng bất kỳ khi biết các t.p ứs chính (σ1; σ3); Có 2 TH xảy ra: TH1: x và y thuộc các mặt phẳng chính Các tọa độ (, ) trên Hình đc XĐ bằng các PT.1 & PT2. Cũng từ các PT này, thấy rằng tọa độ của tâm vòng tròn Mohr là [(1 + 3)/2, 0], bán kính (1 - 3)/2 34 3.2 Các bài toán tính ứng suất thường gặp TH tổng quát: x và y ko thuộc các MP chính ✓ PP giải tích ✓ PP đồ giải 35 3.2 Các bài toán tính ứng suất thường gặp a. P.P đồ giải: P.P này dựa vào 1 điểm duy nhất trên vòng Mohr gọi là điểm cực (điểm gốc của các MP) Điểm cực (pole): Bất kỳ đt nào vẽ qua điểm cực sẽ cắt vòng Mohr tại 1 điểm, điểm này cho biết trạng thái ứs trên MP nghiêng cùng phương trong ko gian với đt đó “cực vòng Mohr ỨS là điểm nằm trên vòng tròn sao cho từ điểm đó vẽ đt // với mp cần xđ ưs đt này cắt vòng Mohr tại giá trị σ,𝜏 cần tìm” Đt – đường thẳng 36 12
  13. 1/25/2018 3.2 Các bài toán tính ứng suất thường gặp Nghĩa là: nếu biết trạng thái ưs σ & 𝜏 trên MP trong ko gian, có thể vẽ 1 đt song song với MP đó qua điểm có tọa độ (σ, 𝜏) trên vòng Mohr. Điểm cực chính là giao điểm của đt đó với vòng Mohr. 37 III. Tiêu chuẩn phá hoại Mohr- Coulomb VD1: TH x và y thuộc các mặt phẳng chính Cho các TP ƯS trên 1 phân tố như trên hình: Yc: XĐ ƯS pháp σ𝛼 và ƯS cắt 𝜏𝛼 trên mặt nghiêng góc 𝛼 = 350 so với mặt ngang. 38 III. Tiêu chuẩn phá hoại Mohr- Coulomb Giải: 1. Vẽ vòng tròn Mohr với tỷ lệ thích hợp Tâm vòng tròn  1   3 52  12   32 kPa 2 2 Bán kính vòng tròn 1   3 52  12   20 kPa 2 2 39 13
  14. 1/25/2018 III. Tiêu chuẩn phá hoại Mohr- Coulomb 2. Xác định vị trí điểm cực Từ (σ1; 0) vẽ đt // với MP của σ1 (MP vuông góc với phương của σ1) cắt vòng Mohr tại điểm cực P có tọa độ (σ3; 0) 40 III. Tiêu chuẩn phá hoại Mohr- Coulomb 3. Xác định vị trí điểm tính ứng suất Từ điểm cực, kẻ đt nghiêng góc 350 so với MP nằm ngang (// với MP trên phân tố -là MP mà ta cần tính ƯS pháp & ƯS tiếp) cắt vòng Mohr tại C III. Tiêu chuẩn phá hoại Mohr- Coulomb 4. Xác định các giá trị ứng suất Bằng cách đo theo đúng tỷ lệ các truc, có thể tính đc: σ𝛼 = 39 kPa; 𝜏𝛼 = 18.6 kPa Chú ý:  > 0 vì C ở phần trên trục hoành. Do đó chiều của  trên mặt phẳng nghiêng góc 350 đc XĐ như trên Hình 42 14
  15. 1/25/2018 43 III. Tiêu chuẩn phá hoại Mohr- Coulomb VD2: TH x & y không thuộc các mặt phẳng chính Cho các thành phần ƯS trên 1 phân tố như Hình. Yc: XĐ ƯS pháp σ𝛼 & ƯS cắt 𝜏𝛼 trên mặt nghiêng góc 𝛼 = 350 so với mặt ngang. 44 III. Tiêu chuẩn phá hoại Mohr- Coulomb Giải: 1. Vẽ vòng tròn Mohr với tỷ lệ thích hợp Tâm vòng tròn 1   3 52  12   32 kPa 2 2 Bán kính vòng tròn 1   3 52  12   20 kPa 2 2 45 15
  16. 1/25/2018 III. Tiêu chuẩn phá hoại Mohr- Coulomb 2. Xác định vị trí điểm cực Từ A(σ1,0) kẻ đt // với mặt ứ.suất chính max, mặt này nghiêng góc 20o so với mặt ngang, giao điểm của đt này với vòng Mohr là vị trí điểm cực P. 46 III. Tiêu chuẩn phá hoại Mohr- Coulomb 3. XĐ vị trí điểm tính ứng suất & tính ƯS: Từ điểm cực P, kẻ đt // với mặt nghiêng tính ứng suất (tạo với PA góc 350), cắt vòng Mohr tại C ⇒ (σ𝛼, 𝜏𝛼) NX: Giá trị ƯS tính đc ko đổi do chúng giống nhau về bản chất, chỉ khác do hướng của phần tử trong ko gian khác nhau. 47 III. Tiêu chuẩn phá hoại Mohr- Coulomb VD3. Phân tố trong TH tổng quát. Cho biết: ỨS td lên phần từ như trong hình. Yêu Cầu: 1. Tính 1 ,3 và phương của mặt phẳng ứng suất chính lớn nhất, nhỏ nhất. 2. XĐ ƯS cắt max & phương của MP nó tác động. 3. Tính α và  khi α = 300. 48 16
  17. 1/25/2018 III. Tiêu chuẩn phá hoại Mohr- Coulomb 1. Tính σ1; σ3: Cách 1: tính trực tiếp  y  x   y  x  2  1;3       xy2 2  2  1 = 6,4 MPa 3 = -4,4 MPa 2. Vẽ vòng tròn Mohr 49 III. Tiêu chuẩn phá hoại Mohr- Coulomb 2. Xác định điểm cực Trên vòng Mohr, xác định: Điểm A (6, 2) & B (-4, -2). A & B là 2 điểm trên đường tròn, trong TH này AB là đ.kính đường tròn do 2 MP vuông góc với nhau. Tâm vòng tròn là trung điểm I của AB. Do phân tố đ.xứng nên I nằm trên trục ngang, có tọa độ:   x  y  / 2,0  50 III. Tiêu chuẩn phá hoại Mohr- Coulomb 3) XĐ 1 ,3 và phương của MP ƯS chính max, min: Giao của vòng Mohr với trục hoành là các điểm biểu σ1 = 6.4 diễn ƯS ở các mặt ƯS chính. Từ hình ta có: 1 = 6,4 MPa 3 = -4,4 MPa Các đt kẻ từ P đến điểm đó cho ta phương của các mặt ƯS chính max & min. Các mặt này lần lượt tạo với mặt ngang góc 110 & 1010. 51 17
  18. 1/25/2018 III. Tiêu chuẩn phá hoại Mohr- Coulomb 4) XĐ ứng suất cắt max và phương MP nó td: - Điểm biểu diễn MP có ƯS cắt max ( hoặc min) là điểm M (hoặc M’). Vậy: max = +5,4 Mpa min = - 5,4 Mpa. -Phương PM là phương MP max , hợp với phương ngang một góc 34o ( ngược chiều kim đồng hồ). Có thể XĐ max & phương của nó theo CT giải tích. 𝜎1 − 𝜎3 𝜏𝑚𝑎𝑥 = 2 52 III. Tiêu chuẩn phá hoại Mohr- Coulomb 5) Xđ T.thái ỨS trên mặt 𝜏(MPa) σ𝛼=1.8; 𝜏𝛼=5.3 nghiêng góc α = 300. Kẻ đ.thẳng PC hợp với phương ngang góc 300 (C là giao điểm với đường tròn). σ T.thái ưs trên MP này (MPa) đc xác định bởi các tọa độ của điểm C (1.8, 5.3) Mpa. 53 III. Tiêu chuẩn phá hoại Mohr- Coulomb 3.3 Tiêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb 1. Lý thuyết phá hoại Mohr Năm 1900, Mohr đưa ra 1 t.chuẩn phá hoại cho các VL, ông cho rằng: VL bị phá hoại khi ứs cắt trên mặt phẳng phá hoại đạt đến 1 hàm duy nhất nào đó của ứs pháp trên mặt đó, nghĩa là  ff  f  ff  Chỉ số f đầu tiên liên quan đến MP chịu td của ứs (trong TH này là mặt phá hoại), chỉ số f thứ 2 nghĩa là “tại thời điểm phá hoại” 54 18
  19. 1/25/2018 3.3 Tiêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb 1. Lý thuyết phá hoại Mohr Nếu biết các t.phần ứs tại thời điểm phá hoại, có thể dựng đc 1 vòng tròn Mohr đặc trưng cho T.thái ƯS của phần tử này. Nếu làm TN đến phá hoại với 1 số mẫu cùng loại & dựng các vòng Mohr.  có thể tìm đc đường bao phá hoại của ƯS cắt – QH giữa ƯS cắt & ƯS pháp tại thời điểm phá hoại. (Failure area) (safe) 55 III. Tiêu chuẩn phá hoại Mohr- Coulomb 2. Điều kiện cân bằng giới hạn Mohr – Coulomb. Ở trên đã đề cập ĐL Coulomb về cường độ chống cắt của đất 𝜏f = σ.tg𝛷+c Ta vẽ được đường giới hạn Coulomb: Một điểm M nào đó trong nền với các T.phần ƯS x , z , và xz và ƯS chính 1 , 3 . Vòng Mohr biểu diễn trạng thái ƯS tại điểm M. 56 III. Tiêu chuẩn phá hoại Mohr- Coulomb 2. Điều kiện cân bằng giới hạn Mohr – Coulomb (tiếp) • Điểm M ở T.thái CB đàn hồi thì vòng Mohr (A) nằm dưới đường Coulomb. • Nếu  tải  giá trị GH làm xuất hiện mặt trượt nào đó, thì điểm M ở T.thái CBGH, vòng Mohr (B) tiếp xúc với đường Coulomb. Điểm tiếp xúc (I) thể hiện ƯS trên mặt trượt là αf & αf thỏa mãn p.trình Coulomb. 57 19
  20. 1/25/2018 III. Tiêu chuẩn phá hoại Mohr- Coulomb  Y X X Y Các phân tố đất ở  các vị trí khác nhau X ~ failure Y ~ stable 58 III. Tiêu chuẩn phá hoại Mohr- Coulomb Cùng với quá trình tăng tải, Vòng Mohr lớn dần lên… GL  c Y c c .. Cuối cùng sự phá hoại xuất hiệt khi vòng Mohr chạm đường bao phá hoại 59 III. Tiêu chuẩn phá hoại Mohr- Coulomb Người ta chứng minh được rằng: Phương mặt trượt hợp với MP ngang góc Y 45 + /2 45 + /2 GL 45 + /2  c  Y c 90+ c c+ 60 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2