Bài giảng Địa kỹ thuật 1: Chương 7 - TS. Kiều Lê Thuỷ Chung

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

6
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Địa kỹ thuật 1 Chương 7 được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Các thành phần lún; Hiện tượng cố kết của đất hạt mịn; Thí nghiệm nén lún; Tính lún cố kết; Tốc độ lún cố kết. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Địa kỹ thuật 1: Chương 7 - TS. Kiều Lê Thuỷ Chung

TÍNH NÉN LÚN TS. Ngô Tấn Phong TS. Kiều Lê Thủy Chung 1
NỘI DUNG • Các thành phần lún • Hiện tượng cố kết của đất hạt mịn • Thí nghiệm nén lún • Tính lún cố kết • Tốc độ lún cố kết 2
Bearing capacity failure Excessive settlement Palace of Fine Arts, Mexico city 3
TÍNH TOÁN LÚN 4
ĐỘ LÚN TỔNG CỘNG (Total settlement) 𝑆 𝑡 = 𝑆𝑖 + 𝑆 𝑐 + 𝑆 𝑠 ❑ Lún tức thời – lún đàn hồi (Immediate settlement) o Do sự biến dạng đàn hồi của hạt đất. o Xảy ra tức thời, thường là trong thời gian thi công. o Là nguyên nhân gây lún cơ bản cho đất hạt thô. ❑ Lún cố kết – lún cố kết sơ cấp (Primary Consolidation Settlement) o Do sự giảm thể tích lỗ rỗng chứa nước trong đất bão hòa nước → nước thoát ra ngoài. o Tốc độ lún phụ thuộc hệ số thấm k và bề dày lớp đất. o Là nguyên nhân gây lún cho đất hạt mịn. ❑ Lún thứ cấp – lún cố kết thứ cấp (Secondary Consolidation Settlement) o Do sự biến dạng của hạt đất khi chịu tải trong thời gian dài (hiện tượng rão của vật liệu). o Xảy ra trong thời gian dài sau khi kết thúc quá trình lún sơ cấp. o Đặc biệt quan trọng đối với đất có LL và độ ẩm cao, hoặc đất hữu cơ. 5
LÚN TỨC THỜI (immediate/elastic settlement) 1− 𝜇𝑠 2 𝑆 𝑖 = 𝑞 𝛼𝐵′ 𝐼𝑠 𝐼𝑓 𝐸𝑠 𝑞 3m Silt 3m Silty clay 3m 3 Soft clay → Phụ thuộc độ linh động của móng và loại đất nền 6
LÚN CỐ KẾT (primary consolidation settlement) Đặt tải và đóng van Mở van Mở van, t →     v v u0 v Đồng hồ u0 + u u0 + u u0 đo áp lực: u =  u <  u → 0 Lò xo: Không bị nén Bị nén Cân bằng dưới Không biến dạng Biến dạng ứng suất  + v Gia tải Nước = nước trong lỗ rỗng Tổng lực Lò xo = cốt đất Lực chịu bởi lò xo Sét Lực chịu bởi nước time 7 Cát
LÚN CỐ KẾT TRONG ĐẤT SÉT (Terzaghi, 2918) (Primary consolidation settlement in clayey soils) No consolidation ❑ Ban đầu: nước chịu toàn bộ tải Partial consolidation trọng ngoài ❑ Tải trọng gia tăng đẩy nước ra khỏi đất → tải trọng chịu bởi nước dần dần được chuyển sang cho kết cấu đất → các hạt đất Full sắp xếp lại → giảm lỗ rỗng consolidation ❑ Kết thúc quá trình cố kết: kết cấu đất chịu toàn bộ tải trọng ngoài, đất đạt trạng thái cân bằng mới Sr = 100% 8
MỐI QUAN HỆ GIỮA H & e (H – e relation) q kPa q kPa e H Hv Ho saturated clay saturated clay e = eo e = eo - e Hs Time = 0+ Time =  Time = 0 Time =  consolidation change in void Δ𝐻 settlement ratio Average vertical strain 𝜀 𝑣 = 𝐻𝑜 Δ𝐻 Δ𝑒 = 𝑊𝑠 = 𝑉𝑠 𝐺 𝑠 𝛾 𝑤 = 𝐻 𝑠 . 𝐴. 𝐺 𝑠 𝛾 𝑤 𝐻𝑜 1+ 𝑒𝑜 𝑊𝑠 initial thickness of 𝐻𝑠 = 𝐻 𝑣 = 𝐻0 − 𝐻 𝑠 initial void ratio 𝐴. 𝐺 𝑠 𝛾 𝑤 clay layer 𝑉𝑣 𝐻𝑣 𝐴 ∆𝐻 𝑣 𝑒0 = = ∆𝑒 = Δ𝑒 𝑉𝑠 𝐻𝑠 𝐴 𝐻𝑠 Độ lún cố kết: 𝑆 𝑐 = Δ𝐻 = 𝐻 𝑜 1+ 𝑒𝑜 𝑒 = 𝑒0 − ∆𝑒 9
THÍ NGHIỆM CỐ KẾT MỘT PHƯƠNG (One-dimensional consolidation test) ❑ Hai vấn đề cần quan tâm: o Ứng với một cấp tải, độ lún cố kết là bao nhiêu? Mẫu nguyên dạng o Mất bao lâu để đạt được độ lún đó? D = 50-75 mm H = 20-30 mm Stage I: Initial compression Biến dạng Stage II: Primary consolidation ❑ Thí nghiệm thực hiện Stage II: Secondary consolidation trên một số cấp tải Thời gian (log) → Đường cong cố kết Biểu đồ biến dạng theo thời gian ứng với 1 cấp tải10
THÍ NGHIỆM CỐ KẾT MỘT PHƯƠNG (One-dimensional consolidation test) Gia tải (loading) (Đất cố kết hoàn toàn trước khi tăng tải) q1 q2 H1 H2 H o eo e1 = eo- e1 e2 = e1- e2 Δ𝐻1 Δ𝐻2 Δ𝑒1 = (1 + 𝑒 𝑜 ) Δ𝑒2 = (1 + 𝑒1 ) 𝐻𝑜 𝐻1 Dỡ tải (unloading) 11
ĐƯỜNG CONG CỐ KẾT (Consolidation curve) ❑ Là đường cong thể hiện sự thay đổi của hệ số rỗng theo cấp tải (log): o Kết quả thí nghiệm của mỗi cấp tải được thể hiện bằng một điểm trên đường cong Biến dạng e e0 Thời gian (log) Biểu đồ biến dạng theo thời gian ứng với 1 cấp tải 12
VÍ DỤ Một mẫu sét bão hòa hoàn toàn dày 3 cm được nén cố kết dưới cấp tải p. Khi đạt đến trạng thái cân bằng, mẫu có bề dày 2.6 cm. Tiến hành dỡ tải và ghi nhận sự thay đổi bề dày mẫu. Kết quả cho thấy bề dày mẫu đạt đến giá trị không đổi là 2.8 cm. Độ ẩm của mẫu lúc này là 24.9%. Cho Gs = 2.7, hãy xác định hệ số rỗng của mẫu trước và sau khi cố kết. 13
ĐƯỜNG CONG CỐ KẾT (Consolidation curve) e Đất hạt mịn có ký ức! e0 ❑ Ứng suất tiền cố kết (preconsolidation pressure): ứng suất có hiệu lớn nhất mà đất chịu cho đến hiện tại ❑ Trạng thái quá cố kết (overconsolidated): khi 𝜎′ 𝑣 < 𝜎′ 𝑝 ❑ Trạng thái cố kết thường (normally ’p consolidated): 𝜎′ 𝑣 = 𝜎′ 𝑝 𝜎′ 𝑝 ❑ Hệ số quá cố kết (overconsolidation ratio) 𝑂𝐶𝑅 = 𝜎′ 𝑣 o OCR  1: cố kết thường o OCR > 1: quá cố kết 14
ĐƯỜNG CONG CỐ KẾT (Consolidation curve) e ❑ Đoạn ab: quá cố kết (OC) o Độ lún khá bé e0 o Lún xảy ra nhanh ❑ Đoạn bc: chuyển tiếp từ quá cố kết sang cố kết thường (OC → NC) ❑ Đoạn cd: cố kết thường o Đường cong nén lần đầu o Lún nhiều khi có gia tải o Lún xảy ra trong thời gian dài ’p ❑ Đoạn de: dỡ tải → độ dốc gần bằng với độ dốc đoạn ab 15
ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ XÁO TRỘN MẪU LÊN ĐƯỜNG CONG CỐ KẾT e e 5 e0 e0 Tăng mức độ 3 xáo trộn mẫu 1 4 2 ’p 1. Tại điểm cong nhất A trên đường cong cố kết, vẽ đường tiếp tuyến (1) với đường cong 2. Tại A vẽ một đường thẳng nằm ngang (2) 3. Vẽ đường phân giác (3) của góc hợp bởi (1) và (2) 4. Vẽ đường tiếp tuyến (4) với đoạn đường cong nén lần đầu 5. Hoành độ của giao điểm của (3) và (4) là ứng suất tiền cố kết 16
VÍ DỤ Xác định ứng suất tiền cố kết từ kết quả thí nghiệm sau đây. Mẫu đất có Ms = 128 g, diện tích mặt cắt ngang mẫu A = 30.68 cm2, tỉ trọng hạt = 2.75 Effective Final height of specimen Hv = H – Hs 𝑀𝑠 e stress (kPa) after consolidation (cm) (cm) 𝐻𝑠 = 𝐴𝐺 𝑠 𝜌 𝑤 0 2.540 1.023 0.674 0.5 2.488 0.971 0.640 1 2.465 0.948 0.625 2 2.431 0.914 0.602 𝐻𝑣 𝑒= 4 2.389 0.872 0.575 𝐻𝑠 8 2.324 0.807 0.532 16 2.225 0.708 0.467 32 2.115 0.598 0.394 0.70 0.65 0.60 e 0.55 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.1 1 10 100 'v 17
CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY RA HIỆN TƯỢNG QUÁ CỐ KẾT OCR sand ❑ Bào mòn bề mặt (erosion): do gió, nước, clay băng, trượt lở đất … z ❑ Băng tan (melting glacier): khi băng tan làm dỡ tải cho đất nằm dưới lớp băng glacier clay ❑ Mực nước ngầm dâng lên (rising z z groundwater): ứng suất có hiệu giảm do clay 𝛾 𝛾 𝑠𝑎𝑡 sự gia tăng áp lực nước lỗ rỗng 𝑚𝑜𝑖𝑠𝑡 ❑ Sự bay hơi nước (desiccation): o Đất khô đi, áp lực nước lỗ rỗng âm có thể phát triển trong đất hạt mịn do lực mao dẫn: 𝜎 ′ = 𝜎 − −𝑢 o Thường xảy ra ở độ sâu không lớn 18
CÁC THÔNG SỐ CỦA ĐƯỜNG CONG CỐ KẾT e e Hệ số nén Chỉ số nén lần đầu (compression index) 𝐶𝑟 𝐶𝑐 = 𝑒1 − 𝑒2 = 𝑒1 − 𝑒2 𝑒1 − 𝑒2 1 log 𝜎 ′2 − log 𝜎 ′1 𝜎′ 𝑎𝑣 = log 2 𝑎𝑣 𝜎′2 − 𝜎′1 𝜎′1 𝐶𝑐 Chỉ số nén lại (precompression index) 1 𝑒1 − 𝑒2 𝑒1 − 𝑒2 𝐶𝑟 = = log 𝜎 ′2 − log 𝜎 ′1 𝜎′ 1 log 2 𝜎′1 ’v ’v (log)  Hệ số nén thể tích  𝜀2 − 𝜀1 Chỉ số nén cải tiến 𝑚𝑣 = 𝜎′2 − 𝜎′1 𝜀2 − 𝜀1 𝜀2 − 𝜀1 𝑚𝑣 𝐶 𝑐𝜀 = = log 𝜎 ′2 − log 𝜎 ′1 𝜎′ 𝐶 𝑐𝜀 log 2 𝜎′1 1 1 ’v ’v (log) Δ𝑉ൗ 𝑎𝑣 𝐶𝑐 𝑚𝑣 = 𝑉 = 𝐶 𝑐𝜀 = Δ𝜎 1 + 𝑒0 1 + 𝑒0 19
Δ𝑒 TÍNH ĐỘ LÚN CỐ KẾT 𝑆 𝑐 = Δ𝐻 = 𝐻 𝑜 1+ 𝑒𝑜 Có 3 trường hợp: 1. Trước và sau khi gia tải, đất ở trạng thái cố kết thường (NC) e  𝑒1 − 𝑒2 𝐶𝑐 = 𝜎′ v log 2 𝜎′1 𝐻0 𝜎′ 𝑣0 + Δ𝜎 𝑣 𝑆𝑐 = 𝐶𝑐 log 1 + 𝑒0 𝜎′ 𝑣0 ’v0  ’p ’v (log) 2. Trước và sau khi gia tải, đất ở trạng thái quá cố kết (OC) 𝑒1 − 𝑒2 e v 𝐶𝑟 = 𝜎′ log 2 𝜎′1 𝐻0 𝜎′ 𝑣0 + Δ𝜎 𝑣 𝑆𝑐 = 𝐶𝑟 log 1 + 𝑒0 𝜎′ 𝑣0 ’v0 ’p ’v (log) 20