intTypePromotion=3

Bài giảng Cơ học đất nâng cao - Trịnh Minh Thụ, Hoàng Việt Hùng

Chia sẻ: Thangnamvoiva25 Thangnamvoiva25 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:171

0
187
lượt xem
53
download

Bài giảng Cơ học đất nâng cao - Trịnh Minh Thụ, Hoàng Việt Hùng

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Cơ học đất nâng cao trình bày các nội dung: Tính chất vật lý của đất, tính thấm nước của đất, xác định độ lún của nền, tính chống cắt của đất, khái niệm về cơ học đất không bão hòa & trạng thái tới hạn của đất. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cơ học đất nâng cao - Trịnh Minh Thụ, Hoàng Việt Hùng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI<br /> BỘ MÔN ĐỊA KỸ THUẬT<br /> <br /> BÀI GIẢNG<br /> CƠ HỌC ĐẤT NÂNG CAO<br /> Trịnh Minh Thụ<br /> Hoàng Việt Hùng<br /> <br /> Năm 2012<br /> 1<br /> <br /> MỤC LỤC:<br /> CHƯƠNG 1. TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT ....................................................... 3<br /> 1.1. Mở đầu...................................................................................................................................... 3<br /> 1.2. Phân bố cỡ hạt ........................................................................................................................ 3<br /> 1.3. Giới hạn cỡ hạt đất ................................................................................................................. 5<br /> 1.4. Các quan hệ trọng lượng - thể tích ....................................................................................... 6<br /> 1.5. Độ chặt tương đối ................................................................................................................... 9<br /> 1.6. Các giới hạn Atterberg ......................................................................................................... 11<br /> 1.7 Các hệ phân loại đất .............................................................................................................. 12<br /> <br /> CHƯƠNG 2. TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT ...................................................... 21<br /> 2.1 Định luật thấm Darcy ............................................................................................................ 21<br /> 2.2. Thấm ổn định ......................................................................................................................... 24<br /> 2.3. Ứng suất hiệu quả ................................................................................................................ 26<br /> 2.4. Cố kết..................................................................................................................................... 29<br /> <br /> CHƯƠNG 3. XÁC ĐỊNH ĐỘ LÚN CỦA NỀN.................................................... 34<br /> 3.1. Tính toán độ lún cố kết ban đầu .......................................................................................... 34<br /> 3.2. Tốc độ cố kết theo thời gian ................................................................................................ 35<br /> 3.3. Độ cố kết do gia tải tăng dần ............................................................................................... 41<br /> <br /> CHƯƠNG 4. TÍNH CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT ....................................................... 44<br /> 4.1. Độ bền chống cắt .................................................................................................................. 44<br /> 4.2. Thí nghiệm nén không hạn hông ......................................................................................... 49<br /> 4.3. Các đường ứng suất ............................................................................................................. 51<br /> 4.4. Cường độ kháng cắt của đất cát ......................................................................................... 65<br /> 4.5. Những đặc trưng ứng suât - biến dạng và cường độ của đất dính bão hoà .................. 89<br /> <br /> CHƯƠNG 5. KHÁI NIỆM VỀ CƠ HỌC ĐẤT KHÔNG BÃO HÒA & TRẠNG THÁI<br /> TỚI HẠN CỦA ĐẤT .......................................................................................... 132<br /> 5.1. Khái niệm về cơ học đất không bão hòa .......................................................................... 132<br /> 5.2. Trạng thái tới hạn của đất ................................................................................................. 145<br /> <br /> MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP ÔN ........................................................................... 162<br /> <br /> 2<br /> <br /> CHƯƠNG 1. TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT<br /> 1.1. Mở đầu<br /> Khi thiết kế nền móng công trình như nhà ở, cầu đường và đê đập thường cần các<br /> kiến thức về (a) tải trọng truyền từ kết cấu phần trên xuống hệ móng (b) điều kiện địa chất<br /> đất nền (c) tính chất ứng suất - biến dạng của đất mang hệ móng và (d) yêu cầu của các<br /> quy tắc, quy phạm, tiêu chuẩn… xây dựng. Đối với kỹ sư nền móng, hai yếu tố (b) và (c)<br /> là vô cùng quan trọng vì chúng thuộc lĩnh vực cơ học đất.<br /> Các tính chất địa kỹ thuật của một loại đất như phân bố cỡ hạt, tính dẻo, tính nén ép<br /> và tính chống cắt, có thể xác định được từ trong phòng thí nghiệm. Trong thời gian gần đây<br /> đã nhấn mạnh tới việc xác định hiện trường các tính chất về độ bền và tính biến dạng của đất,<br /> vì quá trình này tránh được sự xáo động mẫu đất khi khảo sát hiện trường. Tuy nhiên, trong<br /> những điều kiện nhất định, không phải tất cả các thông số cần thiết đều có thể xác định được<br /> vì điều kiện kinh phí. Trong những trường hợp như vậy, người kỹ sư phải có những giả định<br /> về các tính chất của đất. Để có được độ chính xác các thông số của đất - dù là chúng được xác<br /> định trong phòng hay hiện trường hoặc được giả định - người kỹ sư phải hiểu thấu đáo những<br /> nguyên lý cơ bản của cơ học đất. Đồng thời phải thấy rằng phần lớn các công trình xây dựng<br /> trên đất trầm tích không đồng chất. Do vậy, người kỹ sư phải có một sự hiểu biết thấu đáo về<br /> địa chất của khu vực, đó là nguồn gốc và bản chất của địa tầng cũng như các điều kiện địa<br /> chất thuỷ văn... Kỹ thuật nền móng là một sự phối hợp khéo léo của cơ học đất, địa chất công<br /> trình, và suy đoán riêng có được từ kinh nghiệm thực tế. Ở một mức độ nào đó, kỹ thuật nền<br /> móng có thể được gọi là một lĩnh vực nghệ thuật.<br /> Khi xác định loại móng nào là kinh tế nhất, người kỹ sư phải xem xét tải trọng của kết<br /> cấu phần trên, điều kiện đất nền và độ lún cho phép. Nói chung, có thể phân các móng nhà và<br /> cầu làm hai loại chủ yếu sau: (1) móng nông và (2) móng sâu. Trong hầu hết loại móng nông,<br /> độ sâu đặt móng có thể đều bằng hoặc nhỏ hơn từ ba đến bốn lần chiều rộng móng. Móng<br /> cọc và móng đúc tại chỗ thuộc loại móng sâu. Chúng được chọn dùng khi lớp phần trên có<br /> sức chịu tải thấp và khi dùng móng nông sẽ gây hư hại lớn hoặc mất ổn định kết cấu công<br /> trình.<br /> Chương này chủ yếu là ôn lại những tính chất địa kỹ thuật cơ bản của đất, bao gồm<br /> các vấn đề về phân bố cỡ hạt, tính dẻo, phân loại đất…<br /> <br /> 1.2. Phân bố cỡ hạt<br /> Trong bất kỳ khối đất nào, cỡ hạt thường thay đổi rất lớn. Để phân loại đất được<br /> hợp lý, ta phải biết được phân bố cỡ hạt của nó. Phân bố cỡ hạt của đất hạt thô thường<br /> được xác định bằng phương pháp phân tích rây. Đối với đất hạt mịn, phân bố cỡ hạt<br /> được xác định bằng phân tích tỷ trọng kế. Mục này giới thiệu đặc điểm cơ bản của các<br /> phân loại trên. Có thể xem mô tả chi tiết hơn trong các sổ tay thí nghiệm đất trong phòng<br /> (Das, 2002).<br /> Phân tích bằng phương pháp rây<br /> Phân tích rây được thực hiện bằng cách lấy một lượng đất khô, vụn rời cho qua một<br /> bộ rây có lỗ nhỏ dần, dưới đáy có một khay hứng. Cân và xác định phần trăm luỹ tích lượng<br /> đất được giữ lại trên mỗi rây. Phần trăm này thường được gọi là phần trăm hạt nhỏ hơn<br /> (percent finer). Bảng 1.1 trình bày cỡ bộ rây Hoa kỳ. Bộ rây này thường được dùng phân tích<br /> đất cho phân loại.<br /> 3<br /> <br /> Bảng1.1. Cỡ rây tiêu chuẩn Hoa Kỳ<br /> Rây<br /> số<br /> <br /> 4<br /> <br /> 6<br /> <br /> 8<br /> <br /> 10<br /> <br /> 16<br /> <br /> 20<br /> <br /> 30<br /> <br /> 40<br /> <br /> 50<br /> <br /> 60<br /> <br /> 80<br /> <br /> 100<br /> <br /> 140<br /> <br /> 170<br /> <br /> 200<br /> <br /> 270<br /> <br /> Lỗ rây<br /> 4.750 3.350 2.360 2.360 1.180 0.850 0.600 0.425 0.300 0.250 0.180 0.150 0.106 0.088 0.075 0.053<br /> (mm)<br /> <br /> Phần trăm hạt nhỏ hơn<br /> (theo khối lượng)<br /> <br /> Hình 1.1 Cho đường cong bán<br /> log, xác định theo phân tích rây,<br /> biểu thị quan hệ giữa phần trăm<br /> khối lượng nhóm hạt có kích<br /> thước nhỏ hơn D theo thang số<br /> học với đường kính D theo<br /> thang logarit.<br /> <br /> Cỡ hạt, D (mm)<br /> <br /> Hình 1.1. Đường phân bố cỡ hạt đất<br /> hạt thô từ phân tích bằng phương pháp rây<br /> Từ đường cong phân bố cỡ hạt có thể xác định hai thông số của đất hạt thô: (1) hệ<br /> số đồng đều (C u ) và (2) hệ số cấp phối hay hệ số độ cong (C c ), được biểu thị lần lượt như<br /> sau:<br /> D<br /> Cu = 60<br /> (1.1)<br /> D10<br /> 2<br /> D30<br /> Cc =<br /> ( D60 )( D10 )<br /> <br /> và<br /> <br /> (1.2)<br /> <br /> Trong đó: D 10 , D 30 và D 60 theo thứ tự là các đường kính tương ứng với các phần<br /> trăm các hạt nhỏ hơn 10%, 30% và 60%.<br /> Theo đường cong phân bố cỡ hạt nêu trên hình 1.1, D 10 = 0,08mm, D 30 = 0,17mm,<br /> và D 60 = 0,57mm. Như vậy các giá trị C u và C c là<br /> Cu =<br /> <br /> Cc =<br /> <br /> 0,57<br /> = 7,13 và<br /> 0,08<br /> <br /> ( 0 ,17 ) 2<br /> (0 , 57 )(0 , 08 )<br /> <br /> = 0,63<br /> <br /> Các thông số C u và C c được dùng trong hệ phân loại đất thống nhất (USC) sẽ được<br /> nêu sau này.<br /> <br /> 4<br /> <br /> Phân tích bằng phương pháp tỷ trọng kế<br /> <br /> Phân tích tỷ trọng kế dựa trên nguyên lý lắng đọng của các hạt đất trong nước. Thí<br /> nghiệm này cần dùng 50 gam bột đất khô cho vào 125cc tác nhân phá keo, thường dùng<br /> nhất là sodium hexametaphosphate 4%. Đất được ngâm ít nhất là 16 giờ trong tác nhân<br /> phá keo. Sau khi ngâm, đổ thêm nước cất vào hỗn hợp đất - tác nhân phá keo rồi lắc kỹ.<br /> Sau đó đổ mẫu đất vào ống lường thuỷ tinh 1000 ml. Cho thêm nước cất vào ống lường<br /> tới vạch 1000 ml rồi lại lắc kỹ hỗn hợp. Thả một tỷ trọng kế vào ống lường để đo tỷ trọng<br /> của thể vẩn đất - nước quanh nó trong khoảng thời gian thường trên 24 giờ (hình 1.2). Các<br /> tỷ trọng kế được hiệu chỉnh để thấy được lượng hạt đất vẫn lơ lửng ở bất kỳ thời gian nào<br /> đã quy định. Đường kính lớn nhất của các hạt đất vẫn còn ở thể vẩn tại thời điểm t có thể<br /> được xác định bằng luật Stoke.<br /> 18η<br /> (Gs − 1)γ w<br /> <br /> D=<br /> <br /> L<br /> t<br /> <br /> (1.3)<br /> <br /> Trong đó:<br /> D = đường kính hạt đất<br /> G s = tỷ trọng của hạt đất<br /> <br /> η = độ nhớt của nước<br /> γ w = trọng lượng đơn vị của nước<br /> L = độ dài hiệu quả (độ dài đo từ mặt nước trong ống<br /> lường đến tâm tỷ trọng kế; xem hình 1.2)<br /> t = thời gian<br /> H×nh 1.2. Ph©n tÝch tû träng kÕ<br /> <br /> Những hạt đất có đường kính lớn hơn những hạt tính theo phương trình 1.3 có thể<br /> lắng ngoài vùng đo. Theo đó, nhờ số đọc trên tỷ trọng kế lấy tại các thời điểm khác nhau<br /> có thể tính được phần trăm những hạt nhỏ hơn một đường kính D đã cho và từ đó vẽ được<br /> đường phân bố cỡ hạt. Vậy có thể kết hợp kỹ thuật rây và tỷ trọng kế đối với đất có cả<br /> thành phần hạt thô và mịn.<br /> <br /> 1.3. Giới hạn cỡ hạt đất<br /> Nhiều tổ chức đã căn cứ vào các cỡ hạt có trong đất để nêu lên giới hạn các cỡ hạt<br /> sỏi - sạn (gravel), cát (sand), bụi (silt) và sét (clay). Bảng 1.2 biểu thị các giới hạn kích<br /> cỡ do Hiệp hội các Cơ quan Đường bộ và Giao thông Quốc gia Hoa kỳ (AASHTO) và Hệ<br /> phân loại đất thống nhất (USC) do ba cơ quan (Quân đoàn kỹ sư, bộ Quốc phòng, và Cục<br /> Cải tạo đất) khuyến nghị. Bảng này cho thấy các hạt nhỏ hơn 0.002 mm được xếp vào<br /> loại sét. Tuy nhiên, sét tự nhiên có tính dính và có thể cuốn lại thành ống khi ướt. Tính<br /> chất này gây ra bởi sự có mặt của các khoáng vật sét như kaolinite, illite, và<br /> montmorillonite. Ngược lại, một số khoáng vật như quartz và feldspar có thể có trong loại<br /> 5<br /> <br />

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản