Bài giảng Địa kỹ thuật: Chương 6 (Phần 1)

Chia sẻ: Manh Manh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

199
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trình bày về góc nghỉ của đất cát, ứng xử của đất bão hòa khi cắt thoát nước, ảnh hưởng của hệ số rỗng và áp lực thẳng đứng đến sự thay đổi thể tích,... Bài giảng Địa kỹ thuật: Chương 6 (Phần 1)- Cường độ kháng cát của đất cát và đất sét sẽ giúp người học nắm bắt được những kiến thức cơ bản về địa kỹ thuật.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Địa kỹ thuật: Chương 6 (Phần 1)

NỘI DUNG § 1 CHƯƠNG 3 3.1 Giới thiệu chung CHƯƠNG VI 3.2 Góc nghỉ của đất cát CƯỜNG ĐỘ KHÁNG CẮT CƯỜNG ĐỘ KHÁNG CẮT CỦA 3.3 Ứng xử của đất cát bão hòa khi cắt ĐẤT CÁTCỦA VÀ ĐẤT SÉT thoát nước ĐẤT CÁT VÀ ĐẤT SÉT 3.4 Ảnh hưởng của hệ số rỗng và áp lực thẳng đứng đến sự thay đổi thể tích NỘI DUNG § 2 §1 3.1 Giới thiệu chung 3.5 Ứng xử của đất cát bão hòa khi cắt 1. KN về cường độ kháng cắt của đất (CĐKC) không thoát nước ‘’ ứng suất cắt tới hạn hay cực đại mà đất có thể chịu đựng’’ 3.6 Những yếu tố ảnh hưởng đến sức kháng cắt của đất cát 2. Ý nghĩa trong xây dựng nói chung - Ý nghĩa quan trọng trong thiết kế công trình bởi vì 3.7 Hóa lỏng và ứng xử linh động chu kỳ khi sử dụng các hệ số an toàn cao thì các ứng của đất cát bão hòa suất cắt thực tế hình thành trong đất dưới tác dụng của tải trọng nhỏ hơn rất nhiều so với các ứng suất gây ra phá huỷ công trình.
§1 §1 3. Một số phương pháp thí nghiệm xác định 3.2 Góc nghỉ của đất cát CĐKC của đất 1. Giới thiệu chung - Thí nghiệm hiện trường - Thí nghiệm trong phòng Khái quát về góc nghỉ của đất và sự hình thành đụn cát Khá quá nghỉ thà 4. Yêu cầu kiến thức Chương này sẽ làm sáng tỏ mối quan hệ cơ bản giữa giữ ứng suất và biến dạng và biểu hiện chống cắt của đất suấ biế biể hiệ chố thông qua các kết quả thí nghiệm trong phòng của một quả thí nghiệ số loại đất điển hình. Qua đây, hy vọng có thể giúp loạ điể nh. đây, thể giú bạn nhận biết được một số biểu hiện của đất khi bị cắt nhậ biế đượ biể hiệ 5. Giới thiệu các ký hiệu được dùng trong chương Hình 3.1 Sự tạo thành của các cồn cát và minh họa góc nghỉ thà nghỉ của cát Hình 3.3 Góc nghỉ của một số loại vật liệu rời nghỉ loạ liệ Hình 3.2 ảnh các đụn cát ngoài thực tế ngoà thự
§1 §1 3.3 Ứng xử của đất cát bão hòa khi cắt thoát 2. Góc nghỉ khô và góc nghỉ ướt nước 1. Sơ đồ thí nghiệm 4. Ý nghĩa của việc nghiên Hình 3.4 c ứ u x ác Sơ đồ thí thí định góc nghiệm nén nghiệ ba trục cố kết trụ nghỉ khô, thoát nước thoá nướ ư ớt (CD) có đo thay đổi thể thể tích §1 NX: 2. Các cách xác định đất ở trạng thái phá hoại Nếu mẫu đất bão hoà → dễ dàng đo được lượng hoà đượ lượ Sự phá hoại được xác định theo: phá hoạ đượ theo: nước đi vào hoặc đi ra khỏi mẫu, cũng chính là sự nướ hoặ khỏ chí biến đổi thể tích và cũng là sự biến đổi hệ số rỗng của biế thể biế 1. Độ lệch ứng suất chính lớn nhất (σ1 – σ3)max suấ chí nhấ mẫu đất. Lượng nước đi ra khỏi mẫu đất trong quá Lượ nướ khỏ quá trình cắt thể hiện sự giảm thể tích của mẫu, và ngược trì thể hiệ giả thể ngượ 2. Hệ số ứng suất chính hiệu quả lớn nhất, (σ’1/σ’3)max suấ chí hiệ quả nhấ ( lại là sự tăng thể tích của mẫu. Trong cả hai thí thể thí nghiệm, áp lực đẳng hướng σc bằng với σ3 giữ không nghiệ hướ giữ 3. τ = (σ1 – σ3)/2 tại một biến dạng quy định biế đổi và ứng suất dọc trục gia tăng cho đến khi xảy ra suấ trụ sự phá hoại mẫu đất. phá hoạ
Chú ý: 1. (σ1 – σ3)max xác định tại thời điểm phá hoại, cũng là ( thờ điể phá hoạ cường độ kháng nén của mẫu đất. cư ờ kh á 2. Thí nghiệm cắt mẫu cát rời, khi ứng suất gia tăng thì Hình 3.5: Thí Thí hệ số rỗng giảm từ el (e-rời) xuống ecl (ec - rời), rất nghiệm ba trục trên nghiệ trụ gần với e giới hạn ecrit. Casagrande (1936a) gọi là hệ các mẫu ‘xốp’ và số rỗng cuối cùng, tại đó xảy ra biến dạng liên tục khi ‘chặt’ của một loại chặ loạ cát điển hình(a) điể nh(a) độ lệch ứng suất chính không đổi, là e tới hạn. Đường cong ứng Đườ suất-biến dạng; (b) suấ biế ng; 2. Khi cắt mẫu cát chặt, độ lệch ứng suất chính đạt giá chặ suấ chí giá Biến đổi hệ số rỗng Biế trị max, sau đó giảm tới gần giá trị (s1-s3)ult của cát rời. trị giả giá trị khi cắt (theo Hirschfeld. 1963) Hirschfeld. Đường cong quan hệ ứng suất-hệ số rỗng cho thấy Đư ờ suấ thấ ban đầu mẫu cát chặt giảm nhẹ thể tích, sau đó phình chặ giả nhẹ thể ch, phì ra hay nở ra đạt tới ecd (e-chặt) chặ §1 - Biến dạng thể tích Biế thể 3.4 Ảnh hưởng của hệ số rỗng và áp lực đẳng hướng đến sự thay đổi thể tích 1. Một số KN và công thức cần quan tâm (3-5) (3- - Hệ số ứng suất chính suấ chí (3-1) - Hệ số rỗng giới hạn ecrit và, gián tiếp giớ giá tiế (3- - Độ lệch ứng suất chính - Độ chặt tương đối chặ suấ chí (3-2) (3- (3-6) (3- - Tại thời điểm phá hoại thờ điể phá hoạ (3-3) (3-
2. Biểu đồ quan hệ ứng suất - biến dạng và hệ số rỗng đối với cát chặt và cát xốp Hình 3.6: Kết quả thí nghiệm nén ba trục thoát nước điển hình của quả thí nghiệ trụ thoá nướ điể Hình 3.7: Kết quả thí nghiệm nén ba trục thoát nước điển hình của quả thí nghiệ trụ thoá nướ điể mẫu cát chặt ở sông Sacramento- tỷ số ứng suất chính và biến chặ Sacramento- suấ chí biế mẫu cát chặt ở sông Sacramento- biến dạng thể tích với biến dạng ch ặ Sacramento - biế thể biế dạng dọc trục trụ dọc trục (Theo Lee, 1965) trụ Hình 3.8: Kết quả thí nghiệm nén ba trục thoát nước điển hình của quả thí nghiệ trụ thoá nướ điể Hình 3.9 Quan hệ giữa biến dạng thể tích lúc phá hoại với hệ số rỗng khi giữ biế thể phá hoạ mẫu cát chặt ở sông Sacramento- biến dạng thể tích với biến dạng ch ặ Sacramento - biế thể biế kết thúc cố kết từ thí nghiệm nén ba trục thoát nước với nhiều cấp áp thú thí nghiệ trụ thoá nướ nhiề dọc trục (Theo Lee, 1965) trụ lực đẳng hướng hướ
3. Quan hệ giữa Biến thiên thể tích – hệ số 4. Quan hệ giữa biến thiên thể tích với ứng suất cố kết rỗng ứng với các áp lực buồng hiệu quả với các hệ số rỗng ban đầu khác nhau Hình 3.10: Quan hệ giữa hệ số rỗng giới hạn với áp lực đẳng hướng giữ giớ hướ Hình 3.11 Quan hệ giữa biến dạng thể tích lúc phá hoại với ứng suất giữ biế thể phá hoạ suấ từ thí nghiệm nén ba trục thoát nước. Số liệu trong Hình 3.9 thí nghiệ trụ thoá nướ liệ cố kết hiệu quả cho các hệ số rỗng ban đầu khác nhau hiệ quả khá Hình 3.12 Lý tưởng hóa số tưở liệu liệ biến biế dạng thể tích thể từ thí nghiệm thí nghiệ nén ba trục trụ thoát thoá nước:(a) nướ c:(a) ∆V/Vo ~ eo; (b) ∆V/Vo~ σ ’3 Hình 3.13 Biểu đồ Peacock Biể
§2 3.5 Ứng xử của đất cát bão hòa khi cắt thoát nước 1. Sự khác nhau cơ bản giữa thí nghiệm thoát nước với thí khá giữ thí nghiệ thoá nướ thí nghiệm không thoát nước nghiệ thoá nướ Hình 3.14 Các vòng - Biến thiên thể tích của mẫu khi gia tải đứng Biế thể Mohr của thí nghiệm thí nghiệ nén ba trục không trụ - Áp lực nước lỗ rỗng cực đại nướ thoát nước và thoát thoá nướ thoá 2. Biểu thức các trạng thái ứng suất tại thời điểm phá hoại nước (a)Trường hợp nướ a)Trườ σ’3C > σ’3crit - Áp lực lỗ rỗng dư (b) Trường hợp Trườ σ’3C > σ3crit - Độ lệch ứng suất chính suấ chí Bảng 3.1 Tổng kết những KN trên các hình trong phần này Ví dụ 1 Áp lực cố Vòng Morh kết hiệu Thoát nước, Không thoát nước, Không thoát quả Hiệu quả = Hiệu quả nước, Tổng Cho: Tổng Thí nghiệm nén ba trục cố kết thoát nước (CD) với Thí nghiệ trụ thoá nướ s’3c > s’3crit Lớn hơn không Nhỏ hơn thoát Nhỏ hơn thoát mẫu đất rời. Mẫu phá hoại khi tỷ số σ’1/σ’3 = 4, ứng phá hoạ thoát nước nước: Phía bên nước: Phía phải suất chính hiệu quả nhỏ nhất σ’3 = 100 kPa. suấ chí hiệ quả nhỏ nhấ kPa. trái vòng Morh ứng vòng Morh ứng suất tổng s’3f < s’3c suất hiệu quả Yêu cầu: s’3c < s’3crit Nhỏ hơn không Lớn hơn thoát Lớn hơn thoát thoát nước nước: Phía phải nước: Phía trái a. Tính Ф’. vòng Morh ứng vòng Morh ứng b. Tính độ lệch ứng suất chính khi mẫu phá hoại suấ chí phá hoạ suất tổng s’3f > s’3c suất hiệu quả c. Vẽ vòng Mohr và đường bao phá hoại Mohr. đườ phá hoạ s’3c = s’3crit Tất cả các vòng Morh giống nhau: bởi vì không có sự thay đổi thể tích, Du = 0 trong khi thí nghiệm
Giải: a. Theo công thức 3-1, ta có thứ Thay giá trị, thu được Ф’= 370 giá trị đượ b. Từ công thức 3-3, có thứ c. Vòng Mohr và đường bao phá hoại Mohr được vẽ đườ phá hoạ đượ Hình. VD. 3.3 nh. như Hình VD. 3.1 §2 Ví dụ 2 (BTVN) 3.6 Những yếu tố ảnh hưởng đến sức kháng cắt của đất cát Cho: Những yếu tố ảnh hưởng đến góc ma sát trong Ф Nhữ hưở Thí nghiệm nén ba trục thoát nước với mẫu đất Thí nghiệ trụ thoá nướ - Hệ số rỗng hay độ chặt tương đối chặ cát với σ’3 = 150 kPa và (σ’1/σ’3)max = 3.7. - Hình dạng hạt - Sự phân bố cỡ hạt Yêu cầu: - Độ nhám bề mặt hạt Xác định - Nước a. σ’1f - Ứng suất chính trung gian b. (σ 1 - σ 3 )f - Kích thước hạt c. Ф’. - Quá cố kết hay ứng suất trước
Bảng 11-2 Góc ma sát trong của đất không dính* Chú ý: Mô tả tổng quát Hình dạng hạt D10 Cu Rời Chặt Số - Hệ số rỗng có lẽ là thông số quan trọng nhất có ảnh e f e f 1 Cát chuẩn Ottawa Rất tròn 0.56 1.2 0.70 28 0.53 35 hưởng đến cường độ kháng cắt của cát. Với các TN 2 Cát từ đá cát kết ở St. Peter Tròn 0.16 1.7 0.69 31 0.47 37 + cắt thoát nước hoặc là cắt trực tiếp hay nén ba trục, 3 Cát biển ở Plymouth MA Tròn 0.18 1.5 0.89 29 - - hệ số rỗng càng nhỏ thì sức kháng cắt càng lớn. 4 Cát pha bụi từ đập Franklin, Bán tròn 0.03 2.1 0.85 33 0.65 37 NH - Những ảnh hưởng của độ chặt tương đối hoặc hệ số 5 Cát pha bụi vùng lân cận Bán sắc cạnh 0.04 4.1 0.65 36 0.45 40 rỗng, hình dạng hạt và kích thước hạt đến góc ma sát đập John Martin, CO tới bán tròn trong Ф được tổng kết bời Casagrande trong bảng 3-2. 6 Cát pha bụi nhẹ vùng vai đập Ft. Peck, MT Bán sắc cạnh tới bán tròn 0.13 1.8 0.84 34 0.54 42 Những giá trị trong bảng được xác định từ TN ba trục 7 Cát băng tích, Mancheter, Bán sắc cạnh 0.22 1.4 0.85 33 0.60 43 trên các mẫu bão hòa ở cấp áp lực đẳng hướng vừa NH 8 Cát từ đê biển, dự án Bán sắc cạnh 0.07 2.7 0.81 35 0.54 46 phải. Quabbin, MA - Kích thước hạt, ở hệ số rỗng không đổi dường như thướ dườ 9 Hỗn hợp cát và sỏi cuội chế Bán tròn tới 0.16 68 0.41 43 0.12 57 bị cấp phối tốt số 7 và số 3 bán sắc cạnh không ảnh hưởng đáng kể đến Ф. hưở 10 Cát lấp hồ Great Salt Sắc cạnh 0.07 4.5 0.82 38 0.53 47 11 Mảnh đá nén chặt, cấp phối Sắc cạnh - - - - 0.18 60 tốt Bảng 11-3 Những yếu tố ảnh hưởng đến Ф 11- Nhữ hưở Yếu tố Ảnh hưởng Hệ số rỗng e e tăng, φ giảm Độ sắc cạnh A A tăng, φ giảm Cấp phối hạt Cu tăng, φ tăng Độ nhám bề mặt R R tăng, φ tăng Độ ẩm W W tăng, φ giảm nhẹ Kích thước hạt S Không ảnh hưởng (với hệ số rỗng e không đổi) Ứng suất chính trung φps ≥ φtx (xem công thức 11-5a, b) gian Quá cố kết hoặc áp lực Ít ảnh hưởng tiền cố kết Hình 3.15 Tương quan giữa góc ma sát trong hiệu quả với dung trọng khô, độ chặt tương đối và phân loại đất trong thí nghiệm nén ba trục
§2 Hình 3.16 Hóa 3.7 Hóa lỏng và ứng xử linh động chu kỳ của cát lỏng trong nền đất bão hòa cát rời liều kề bờ sông 1. Hiện tượng hóa lỏng Hiệ tượ - Khi cát rời bão hòa nước chịu tác dụng của biến dạng hoặc lực xung kích, cát có xu hướng giảm thể tích. Điều này gây ra sự tăng của áp suất lỗ rỗng và dẫn đến sự suy giảm ứng suất hiệu quả trong khối đất. Khi áp suất lỗ rỗng cân bằng với ứng suất hiệu quả thì cát mất toàn bộ cường độ và chuyển sang trạng thái hóa lỏng. 2. Hóa lỏng trong thực tế thự Bờ sông được cấu tạo bởi đất cát hạt mịn đều hạt rời rạc có thể hoá lỏng khi có những biến dạng lớn như quá trình xói mòn làm bờ sông dốc đứng và những biến dạng gây gia tăng áp lực lỗ rỗng. Hiện tượng đó được trình bày trong hình 3.16 §2 1. Hiện tượng HL - Khi xảy ra xói mòn ở sườn dốc, ứng suất trong đất gia tăng, áp lực nước lỗ rỗng gia tăng → HL ở một vùng giới hạn (Hình 3.16a) - Khi đất chảy xuống sông, nền đất ở đó sẽ chịu thêm ứng suất phụ thêm và chúng cũng có thể bị HL (Hình 3.16b) theo cách này, quá trình HL tiếp diễn đến khi đất đạt tới trạng thái cân bằng với mái dốc rất thoải ( Hình 3.16c) 2. Tính chất và một số kiểu trượt khác nhau
Hình 3.17 So sánh kết quả của ba thí nghiệm CU và một thí nghiệm CD trên mẫu cát gia tải tới phá hoại (theo Casagrande, 1975, Castro, 1969) Hình 3.18 Các vòng Mohr ứng suất tổng và ứng suất hiệu quả từ thí nghiệm CU (mẫu A) và thí nghiệm CD trong Hình 11.16. Hình vẽ thể hiện ở cả hai điều kiện độ lệch ứng suất cực đại và trong khi phá hoại Hình 3.19 Kết quả Hình 3.20 Kết quả thí nghiệm nén ba thí nghiệm nén ba trục ứng suất chu kỳ trục ứng suất chu kỳ điển hình trên mẫu điển hình trên mẫu cát rời (theo Seed và cát chặt (theo Seed Lee, 1966) và Lee, 1966)
Hình 3.21 (a) Quan hệ tổng quát giữa ứng suất chu kỳ cực đại và số chu kỳ gây ra phá hoại linh động chu kỳ; thể hiện những ảnh hưởng của độ chặt và áp lực đẳng hướng ban đầu; (b) định nghĩa về ứng suất chu kỳ ∆σ trong thí nghiệm ba trục hoặc τhv trong thí nghiệm cắt trực tiếp chu kỳ Hình 3.22 biểu đồ trạng thái thể hiện khả năng hóa lỏng dựa trên kết quả TN không thoát nước đối với cát bão hòa