Bài giảng Cơ học đất - Chương 6: Sức chịu tải của nền đất (Trần Thế Việt)

Chia sẻ: Bạch Khinh Dạ Lưu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:23

Thêm vào BST

Báo xấu

42
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Cơ học đất - Chương 6: Sức chịu tải của nền đất (Trần Thế Việt) cung cấp đến học viên các kiến thức về các hình thức mất ổn định của nền khi chịu tải; lý thuyết sức chịu tải của Terzaghi; phương trình sức chịu tải tổng quát; phương pháp tính sức chịu tải của đất nền theo TCVN;... 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 6: Sức chịu tải của nền đất (Trần Thế Việt)

3/2/2018 CHƯƠNG VI SỨC CHỊU TẢI CỦA NỀN ĐẤT (SOIL ULTIMATE BEARING CAPACITY) “Remember Yesterday, Dream about Tomorrow but Live Today” T1. Khái niệm chung 2 I. Mở đầu 1.1 Mục đích làm TN nén đất ở hiện trường: Với những CT lớn và quan trọng, thường phải làm TN nén đất ở hiện trường để tìm hiểu các giai đoạn BD của nền tại vị trí XD công trình nhằm 2 mục đích: 1. Làm tài liệu để XĐ các đặc trưng về b.dạng của đất 2. Nghiên cứu khả năng chịu tải của nền 3 1
3/2/2018 I. Mở đầu 1.2 Thí nghiệm bàn nén chịu tải trọng thẳng đứng Xét TN bàn nén tại hiện trường, chịu td của tải trọng thẳng đứng, KQ TN thể hiện quan hệ (tải trọng ~ độ lún) 4 II. Các hình thức mất ổn định của nền khi chịu tải 5 II. Các hình thức mất ổn định của nền Theo Das (2007), dưới td của tải trọng thẳng đứng, có 3 hình thức phá hoại SCT của nền: 1.Phá hoại cắt tổng quát 2.Phá hoại cắt cục bộ 3.Phá hoại cắt xuyên ngập 2
3/2/2018 2.1 Phá hoại cắt tổng quát (phá hoại hoàn toàn) ✓ Khi móng đặt trên nền cát chặt (Dr > 67%) hoặc đất dính cứng ✓ Các mặt trượt phát triển liên tục trong nền, phần đất trên bề mặt bị đẩy chồi. Dễ dàng xác định được mặt trượt ✓ Sự phá hoại xảy ra 1 cách đột ngột ✓ Biểu đồ ứng suất – độ lún có điểm cực đại 7 2.1 Phá hoại cắt tổng quát (phá hoại hoàn toàn) Hình 4.1. Phá hoại cắt tổng quát 8 2.2 Phá hoại cắt cục bộ ✓ Móng trên tầng cát hoặc sét có độ chặt trung bình (30% - 67%) ✓ Mặt trượt phát triển sâu dưới nền nhưng có đoạn ko liên tục trên mặt đất, ✓ Đất bị đẩy chồi ít hơn so với TH phá hoại cắt tổng quát ✓ Biểu đồ ưs- độ lún ko có điểm cực đại, c.vị đứng lớn 9 3
3/2/2018 II. Các hình thức mất ổn định của nền Hình 4.2. Phá hoại cắt cục bộ 10 2.3 Phá hoại cắt xuyên ngập ❖ Móng đặt trên tầng đất tương đối xốp rời Dr < 30% ❖ Mặt trượt phát triển sâu dưới nền, đất chủ yếu bị lún, ko bị đẩy trồi, khó xác định mặt trượt ❖ Biểu đồ ưs - độ lún ko có điểm cực đại, c.vị đứng lớn. 11 II. Các hình thức mất ổn định của nền Chú ý: Hình thức phá hoại của nền chủ yếu phụ thuộc độ chặt của đất. Trong Chương này chỉ nghiên cứu TH phá hoại tổng quát. 12 4
3/2/2018 C4. SỨC CHỊU TẢI CỦA NỀN ĐẤT T2. Lý thuyết sức chịu tải của Terzaghi 13 I. Các giả thiết và sơ đồ tính toán 1.1 Giả thiết của bài toán ❖ Xét móng băng có chiều rộng B, đặt nông, chiều sâu đặt móng Df. ❖ Nền đồng nhất, đẳng hướng, dẻo tuyệt đối, có trọng lượng riêng , góc ma sát trong ’ & lực dính c’. ❖ Dưới td của tải trọng ngoài đặt đúng tâm, móng bị phá hoại theo hình thức cắt tổng quát. Cần tính SCT của nền qu. 14 1.2 Sơ đồ tính toán Vùng đất trên đáy móng đc xem như tải trọng chất thêm tương đương (tải trọng bên), có cường độ q = Df . Khi nền bị phá hoại, chia vùng phá hoại thành 3 phần: 1. Vùng tam giác ACD ngay sát đáy móng 2. Vùng cắt của tia ADF & CDE, với các đường cong DF và DE là các cung xoắn ốc logarit 3. Hai tam giác bị động Rankine AFH & CEG Các góc CAD & ACD; xem như  = ' Bỏ qua sức chống cắt của đất dọc theo các mặt GI & HJ. 15 5
3/2/2018 1.2 Sơ đồ tính toán Hình 4.5: Hình thức phá hoại của móng băng 16 II. Công thức tính toán Với TH phá hoại cắt tổng quát 1 qu  c' N c  qN q  BN  2 Trong đó: c’ là lực dính của đất, γ là trọng lượng riêng của đất q tải trọng bên Nc, Nq, Nγ là các hệ số sức chịu tải, không thứ nguyên và chỉ phụ thuộc vào ' 17 II. Công thức tính toán Với TH phá hoại cắt tổng quát    e 2 3 / 4 '/ 2  tan  '  N c  cot  '   1  cot  ' N q  1  2 cos 2     '       4 2   e 23 / 4 '/ 2 tan  ' Nq  2 cos 2 45   ' / 2  1  K p  N    1 tan  ' 2  cos 2  '  Trong đó: Kpγ là hệ số áp lực bị động 18 6
3/2/2018 Bảng 4.1:. Các hệ số sức chịu tải của móng băng theo Terzaghi  Nc Nq Ng  Nc Nq Ng* 0 5.7 1 0 26 27.09 14.21 9.84 1 6 1.1 0.01 27 29.24 15.9 11.6 2 6.3 1.22 0.04 28 31.61 17.81 13.7 3 6.62 1.35 0.06 29 34.24 19.98 16.18 4 6.97 1.49 0.1 30 37.16 22.46 19.13 5 7.34 1.64 0.14 31 40.41 25.28 22.65 6 7.73 1.81 0.2 32 44.04 28.52 26.87 7 8.15 2 0.27 33 48.09 32.23 31.94 8 8.6 2.21 0.35 34 52.64 36.5 38.04 9 9.09 2.44 0.44 35 57.75 41.44 45.41 10 9.61 2.69 0.56 36 63.53 47.16 54.36 11 10.16 2.98 0.69 37 70.01 53.8 65.27 12 10.76 3.29 0.85 38 77.5 61.55 78.61 13 11.41 3.63 1.04 39 85.97 70.61 95.03 14 12.11 4.02 1.26 40 95.66 81.27 115.31 15 12.86 4.45 1.52 41 106.81 93.85 140.51 16 13.68 4.92 1.82 42 119.67 108.75 171.99 17 14.6 5.45 2.18 43 134.58 126.5 211.56 18 15.12 6.04 2.59 44 151.95 147.74 261.6 19 16.56 6.7 3.07 45 172.28 173.28 325.34 20 17.69 7.44 3.64 46 196.22 204.19 407.11 21 18.92 8.26 4.31 47 224.55 241.8 512.84 22 20.27 9.19 5.09 48 258.28 287.85 650.67 23 21.75 10.23 6 49 298.71 344.63 831.99 24 23.36 11.4 7.08 50 347.5 415.14 1072.8 25 25.13 12.72 8.34 II. Công thức tính toán Sức chịu tải của móng vuông qu  1.3 c' N c  qN q  0.4 BN  (4.5) Sức chịu tải của móng tròn qu  1.3 c' N c  qN q  0.3 BN  (4.6) 20 III. Hệ số an toàn Để tính toán SCT cho phép, qall của móng nông, cần biết hệ số an toàn FS. HSAT về sức chịu tải 𝑞𝑢 𝑞𝑎𝑙𝑙 = (4.5) 𝐹𝑆 qu: SCT tính toán qall: SCT cho phép (allowable) SCT giới hạn thực qnet(u) (áp suất GH của móng mà đất có thể chịu đc) 𝑞𝑢 − 𝑞 𝑞𝑛𝑒𝑡(𝑎𝑙𝑙) = 𝐹𝑆 Với q = γDf 21 7
3/2/2018 VD tính toán VD 4.1 (tr144) Móng vuông có kích thước mặt bằng là 1.5 m x 1.5 m. Đất nền có góc ma sát ’ = 20°, lực dính c' = 15.2 kN/m2. Trọng lượng đơn vị của đất,  = 17.8 kN/m2. Hãy XĐ tổng tải trọng cho phép trên móng với FS = 4. Cho rằng độ sâu đặt móng (Df) = 1.5 m và xảy ra phá hoại cắt tổng thể trong đất. 22 T3. Phương trình sức chịu tải tổng quát 24 I. Khái quát Các PT SCT GH (4.2), (4.5), (4.6) chỉ dùng được cho móng băng, móng vuông & móng tròn, không dùng được cho móng hct  Không xét sức chống cắt dọc theo mặt trượt của đất phía trên đáy móng (GI & HJ)  Tải trọng td trên móng có thể nghiêng  ⇒ Để xét tới tất cả những thiếu sót trên, Meyerhof (1963) đã đề xuất 1 PT tính SCT tổng quát 25 8
3/2/2018 II. Phương trình tổng quát của Mayerhof Trong đó: Fcs, Fqs , Fs = các hệ số hình dạng móng Fcd, Fqd , Fd = hệ số chiều sâu Fci, Fqi, Fi = hệ số độ nghiêng tải trọng Nc, Nq , N = Các hệ số sức chịu tải 26 2.1 Các hệ số sức chịu tải Theo Mayerhof, góc 𝛼 trong Hình đc thay bằng (45 + 𝛷’/2) chứ ko phải 𝛷’ theo Terzaghi. Nc; Nq; Nγ đc tính lại như sau  '  N q  tan 2  45  e tan  ' Reissner (1924)  2 N c  cot  ' N q  1 Prandtl (1921) N  N q  1cot  ' Vesic (1973) 27 2.1 Các hệ số sức chịu tải Bảng 4-2: Các hệ số sức chịu tải. Nc; Nq; Nγ (PT 4.12; 4.13; 4-14)  Nc Nq Ng  Nc Nq Ng 0 5.14 1 0 26 22.25 11.85 12.54 1 5.38 1.09 0.07 27 23.94 13.2 14.47 2 5.63 1.2 0.15 28 25.8 14.72 16.72 3 5.9 1.31 0.24 29 27.86 16.44 19.34 4 6.19 1.43 0.34 30 30.14 18.4 22.4 5 6.49 1.57 0.45 31 32.67 20.63 25.99 6 6.81 1.72 0.57 32 35.49 23.18 30.22 7 7.16 1.88 0.71 33 38.64 26.09 35.19 8 7.53 2.06 0.86 34 42.16 29.44 41.06 9 7.92 2.25 1.03 35 46.12 33.3 48.03 10 8.35 2.47 1.22 36 50.59 37.75 56.31 11 8.8 2.71 1.44 37 55.63 42.92 66.19 12 9.28 2.97 1.69 38 61.35 48.93 78.03 13 9.81 3.26 1.97 39 67.87 55.96 92.25 14 10.37 3.59 2.29 40 75.31 64.2 109.41 28 9
3/2/2018 2.2 Các hệ số hình dạng Đc XD từ nhiều TN trong phòng (theo De Beer (1970))  B  N  Fcs  1    q   L  N c   B Fqs  1    tan  ' L B F s  1  0, 4   L Trong đó L = chiều dài móng (L > B) 29 2.3 Các hệ số độ sâu Theo Hansen (1970) Khi Df/B ≤ 1 Df Fcd  1 0,4 B 2 D Fqd  1  2 tan  ' 1  sin  ' f B Fd = 1 Khi Df/B > 1 Df Fcd  1  0,4 tan 1 B Df Fqd  1  2 tan  ' 1  sin  ' tan 1 2 B Fd = 1 Số hạng tan-1(Df /B) tính theo radian 30 2.4 Các hệ số độ nghiêng Meyerhof (1981) 2  o  Fci  Fqi  1    90  2  o  Fi  1    '   là góc nghiêng của tải trọng trên móng so với đường thẳng đứng 31 10
3/2/2018 SV tự nghiên cứ VD 4.2 Móng cột vuông chống đỡ 1 tổng khối lượng thực cho phép là 15200 kg. Độ sâu đặt móng là 0,7m. Tải trọng nghiêng góc 200 với phương đứng . Xác định bề rộng B của móng với Fs = 3 32 III. Tính SCT của nền trong TH tải trọng lệch tâm (Eccentrically loaded foundations) Khi móng chịu tác dụng của đồng thời mô men uốn & tải trọng đứng ⇒ ASDM trên nền không phải là tải trọng phân bố đều 33 III. Tính SCT của nền trong TH tải trọng lệch tâm 3.1 XĐ phân bố ASĐM: (4.26) (4.27) Q = tổng tải trọng td theo phương thẳng đứng, M = momen tác dụng trên móng Độ lệch tâm của tổng tải trọng (4.28) 34 11
3/2/2018 III. Tính SCT của nền trong TH tải trọng lệch tâm ⇒ Phân bố ASĐM có thể đc viết lại: (4.29) (4.30) Khi e = B/6; qmin = 0. Khi e > B/6; qmin < 0 ⇒ Xuất hiện sự kéo trong đất, vì đất ko chịu kéo đc ⇒ xẩy ra sự phân tách giữa móng & đất nền 35 III. Tính SCT của nền trong TH tải trọng lệch tâm Giá trị qmax trong TH này đc tính theo: Dự tính đc phân bố ASĐM là rất khó Hình 4-6: Mặt phá hoại trong nền khi chịu tải trọng lệch tâm III. Tính SCT của nền trong TH tải trọng lệch tâm 3.2 Xác định kích thước hữu hiệu của móng Phải đưa về tải trọng đúng tâm đặt lên móng với các kích thước hiệu quả 1) Chiều rộng hiệu quả :B’ = B - 2e 2) Chiều dài hiệu quả :L’ = L Chú ý: nếu độ lệch tâm theo phương chiều dài móng, thì: L’ = L - 2e, B’ = B 37 12
3/2/2018 III. Tính SCT của nền trong TH tải trọng lệch tâm 3.3. Dùng PT (4-14) cho SCT giới hạn Để đánh giá Fcs, Fqs và Fs dùng các PT từ (4.15) đến (4.17) với chiều dài & chiều rộng hiệu quả B’ & L’ thay cho L và B. Để XĐ Fcd, Fqd và Fd, dùng các PT từ (4.18) đến (4.23). Không thay B bằng B’ 38 III. Tính SCT của nền trong TH tải trọng lệch tâm 3.4. Tổng SCT giới hạn mà móng có thể chịu được A’: diện tích hữu hiệu 39 III. Tính SCT của nền trong TH tải trọng lệch tâm 3.5. Hệ số an toàn chống lại phá hoại do SCT 40 13
3/2/2018 III. Tính SCT của nền trong TH tải trọng lệch tâm B.5. Kiểm tra hệ số an toàn chống lại qmax, hay FS = q′u /qmax 41 T3. Phương pháp tính sức chịu tải của đất nền theo TCVN 42 I. Các giai đoạn làm việc của đất nền Dựa trên KQTN bàn nén hiện trường, trong TH cắt tổng quát, có thể chia đường QH tải trọng và độ lún → 3 giai đoạn Hình 4.7. Các giai đoạn làm việc của đất nền 43 14
3/2/2018 I. Các giai đoạn làm việc của đất nền 1.1 Giai đoạn biến dạng đường thẳng Khi tải trọng nhỏ (0
3/2/2018 II. Các PP xác định sức chịu tải của nền Có 2 phương pháp: + Dựa vào sự phát triển của vùng BD dẻo: Bằng cách khống chế trạng thái ƯS nền, ko cho vùng biến dạng dẻo hình thành ⇒ XĐ đc tải trọng GH tuyến tính ⇒ SCT của nền. + Có thể tính được SCT của nền nếu XĐ đc tải trọng phá hoại và áp dụng 1 hệ số an toàn tổng thể. Tải trọng phá hoại đc XĐ từ lý thuyết phá hoại dẻo (đ.k cân bằng GH). Chương này chỉ tập trung vào cách XĐ tải trọng GH dựa vào sự phát triển của vùng biến dạng dẻo 47 III. XĐ SCT của nền theo sự phát triển của vùng BD dẻo Nguyên lý xác định  Dùng lời giải đàn hồi để tính ứng suất  Dùng đk cân bằng giới hạn Mohr-Coulomb để xác định vùng biến dạng dẻo 48 III. XĐ SCT của nền theo sự phát triển của vùng BD dẻo Các giả thiết tính toán Móng băng, chịu tải thẳng đứng, phân bố đều, đất nền đồng chất. Khi P > PghI, vùng b.dạng dẻo phát sinh tại 2 mép móng Trong vùng b.dạng dẻo, t.thái ứs bản thân của đất nền giống t.thái áp suất thủy tĩnh (x= y= z = z). Cần XĐ đường bao vùng b.dạng dẻo 49 16
3/2/2018 III. XĐ SCT của nền theo sự phát triển của vùng BD dẻo Các giá trị ứng suất chính tại M  31  P 2  sin 2   50 III. XĐ SCT của nền dựa vào sự phát triển của vùng BD dẻo 51 Nếu xét td đồng thời của tổ hợp tải trọng P, tải trọng bên q và trọng lượng bản thân đất nền thì các ứs chính đc tính: P   2hm  31  2  sin 2    1z   2hm  51 III. XĐ SCT của nền dựa vào sự phát triển của vùng BD dẻo 52 Theo đk cân bằng giới hạn Mohr-Coulomb 1   3m  2c m (4.37) Với P   2 hm  31  2  sin 2    1 z   2 hm  Thay vào (4.37) ta có chiều sâu vùng biến dạng dẻo P   2 hm  sin 2  c  z   2    1 hm  1  sin    1 tan   2 52 17
3/2/2018 III. XĐ SCT của nền dựa vào sự phát triển của vùng BD dẻo 53 Để tìm Zmax, tìm cực trị của hàm Z dz 2 p   2 hm   cos 2    sin   1  0 sin   cos 2 d  1   Thay trở lại vào phương trình Z p   2 hm 2 z max  cot    / 2     c  hm  1  1 tan  1 53 III. XĐ SCT của nền dựa vào sự phát triển của vùng BD dẻo Tải trọng GH tuyến tính là tải trọng GH trước khi nền xuất hiện vùng b.dạng dẻo (Zmax = 0): PghI = Po Z max  0  Po    cot    cot      / 2   c    2 hm  cot      / 2   cot      / 2  Po  cN * c  qN * q  cot  N *c  cot      / 2 cot      / 2 N *q  cot      / 2 q   2 hm N*c, N*q là các hệ số SCT của nền, tra Bảng 4.3. 54 III. XĐ SCT của nền theo sự phát triển của vùng BD dẻo Thực tế XD cho thấy với đất nền bt (trừ nền mềm yếu) tuy tải trọng CT đã vượt quá GH tuyến tính và đã gây ra trong nền 1 vùng b.dạng biến dạng dẻo lớn đến mức độ nào đó rồi, tuy nhiên vẫn chưa làm ảh đến sự ổn định của nền, Ctr vẫn lv bình thường ⇒ Chọn tải trọng GH tuyến tính làm SCT của nền là quá thiên về an toàn. 55 18
3/2/2018 III. XĐ SCT của nền theo sự phát triển của vùng BD dẻo Để tận dụng hết khả năng chịu tải của nền, nên chọn trị số tải trọng > tải trọng GH tuyến tính po làm SCT của nền. Theo KN thực tế, với đất nền bt có cường độ kháng cắt trung bình thì SCT của nền nên lấy = trị số tải trọng gây ra trong nền 1 vùng bd dẻo đạt độ sâu Zmax = 1/(4B); Ký hiệu p1/4 ⇒ p1/4 ⇔ Zmax = 1/(4B)   cot    cot      / 2   0.25  P1 / 4   c    2 hm    1 B  cot      / 2   cot      / 2   cot      / 2  56 III. XĐ SCT của nền theo sự phát triển của vùng BD dẻo   cot    cot      / 2   0.25  P1 / 4   c    2 hm    1 B  cot      / 2   cot      / 2   cot      / 2  P1/ 4  cN *c  qN *q   1BN * 0.25 N *  cot      / 2  cot  N *c  cot      / 2 cot      / 2 N *q  cot      / 2 N*c, N*q, N*γ, là các hệ số SCT của nền, tra theo Bảng 4.3 57 III. XĐ SCT của nền theo sự phát triển của vùng BD dẻo Nhận xét ✓ Công thức xác định P1/4 đơn giản, thuận tiện đối với CT chịu tải trọng hình băng, thẳng đứng, phân bố đều. ✓ Tuy nhiên, dùng lời giải đàn hồi khi vùng biến dạng dẻo đã mở rộng là chưa hợp lý. ✓ Giả thiết ứng suất do trọng lượng bản thân tuân theo luật áp lực thuỷ tĩnh là chưa hợp lý. 58 19
3/2/2018 IV. XĐ SCT theo tải trọng phá hoại (PP Evdokimov) 59 Tính PghII theo lý thuyết phá hoại dẻo, có hai PP: - PP dùng đường cong đặc trưng (theo lý luận cân bằng giới hạn điểm) - PP phân tích cân bằng giới hạn (còn gọi là lý thuyết cân bằng giới hạn cố thể) IV. XĐ SCT theo tải trọng phá hoại (PP Evdokimov) 60 4.1. Xác định PghII dựa trên PP đường cong đặc trưng khối đất ở trạng thái CB GH khi mọi điểm trong khối đất cùng đạt trạng thái CB GH Tại 1 điểm đạt trạng thái CB GH có 2 mặt trượt đi qua điểm đó và làm với nhau 1 góc (90- ). Lời giải dựa vào đk cân bằng tĩnh của ứs và tiêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb. IV. XĐ SCT theo tải trọng phá hoại (PP Evdokimov) 61 4.2. Xác định PghII dựa trên phân tích CBGH cố thể khối đất ở trạng thái CB GH khi trong đất nền hình thành 1 mặt trượt liên tục bao ngoài khối trượt. Chỉ những điểm ở trên mặt trượt mới ở trạng thái cân bằng giới hạn. Khối trượt được xem như là khối rắn Để tính PghII , trước hết giả thiết hình dạng mặt trượt, sau đó từ đk cân bằng lực của khối trượt (trạng thái giới hạn) tính được PghII . 20