Giáo trình cơ học đất - Chương 5

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:15

Thêm vào BST

Báo xấu

88
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Độ Lún của nền đất $1. Khái niệm chung: + Biến dạng theo phương đứng của nền ? độ lún. + Đất có lỗ rỗng nên ? độ lún của nền ? khá lớn. + Lún lớn ? làm suy giảm tính năng sử dụng: hư hỏng công trình và kỹ thuật hạ tầng. + Lún lệch ? làm suy giảm tính bền vững của công trình. Độ lún của nền ? gồm 3 phần khác nhau: + Lún do lớp trên cùng bị phá hoại kết cấu ? do đào và xây móng + Lún do một bộ phận nền...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình cơ học đất - Chương 5

ch−¬ng 5. §é Lón cña nÒn ®Êt $1. Kh¸i niÖm chung: + BiÕn d¹ng theo ph−¬ng ®øng cña nÒn → ®é lón. + §Êt cã lç rçng nªn → ®é lón cña nÒn → kh¸ lín. + Lón lín → lµm suy gi¶m tÝnh n¨ng sö dông: h− háng c«ng tr×nh vµ kü thuËt h¹ tÇng. + Lón lÖch → lµm suy gi¶m tÝnh bÒn v÷ng cña c«ng tr×nh. §é lón cña nÒn → gåm 3 phÇn kh¸c nhau: + Lón do líp trªn cïng bÞ ph¸ ho¹i kÕt cÊu → do ®µo vµ x©y mãng + Lón do mét bé phËn nÒn ®Êt bÞ biÕn d¹ng dÎo → bÞ ®ïn ra ngoµi. + Lón do nÒn bÞ nÐn chÆt → d−íi t¶i träng. NÕu thiÕt kÕ vµ thi c«ng ®óng → th× nÒn chØ lón do ng/nh©n thø 3. NÒn bÞ nÐn chÆt → d−íi t¶i träng chia ra 3 d¹ng: + Lón tøc thêi: N−íc ch−a kÞp tho¸t → ®Êt biÕn d¹ng → nh− vËt thÓ ®µn håi. + Lón cè kÕt: n−íc tho¸t → Vr gi¶m → nÒn lón xuèng. + Lón do tõ biÕn: → Khung cèt ®Êt sÏ tõ biÕn theo thêi gian. Do t¶i t¨ng dÇn → thêi gian dµi → nªn bá qua ®é lón tøc thêi. §é lón do tõ biÕn rÊt chËm kho¶ng (1mm/n¨m) → th−êng kh«ng xÐt. Cuèi cïng: §é lón → do nÒn bÞ nÐn chÆt → theo c¬ chÕ cè kÕt thÊm g©y ra. + ¸p lùc g©y lón: Khi ®µo mãng → ®Êt gi¶m t¶i → vËy ®é lón chØ x¶y ra khi ¸p lùc c«ng tr×nh lªn ®¸y mãng ph¶i > l−îng ®Êt ®µo ®i. vËy ¸p lùc g©y lón: p = po - γhm po : ¸p lùc c«ng tr×nh hm: §é s©u ch«n mãng. $2. TÝnh ®é lón cuèi cïng b»ng c¸ch ¸p dông lÝ thuyÕt ®µn håi 2.1. Néi dung ph−¬ng ph¸p: MÆc dï ®Êt kh«ng ph¶i lµ mét m«i tr−êng ®µn håi, c¸c thÝ nghiÖm ®· chøng tá r»ng trong ph¹m vi th«ng th−êng cña t¶i träng c«ng tr×nh, quan hÖ gi÷a ®é lón víi t¶i träng cã thÓ chÊp nhËn lµ tuyÕn tÝnh. Dïng lý thuyÕt §H → ®Ó tÝnh → thay E vµ μ → b»ng Eo vµ μo vµ ¸p dông trùc tiÕp c¸c kÕt qu¶ cña lÝ thuyÕt ®µn håi. http://www.ebook.edu.vn 1
Víi P dïng c«ng thøc cña BótxinÐt. P (1 + μ 0 ) ⎛ z 2 2(1 − μ 0 ) ⎞ + ⎟ (IV.1) ⎜ W(x,y,z) = 2 πE 0 R ⎝ R 3 ⎠ R ChuyÓn vÞ ®øng cña mét ®iÓm nµo ®ã trªn mÆt ®Êt còng chÝnh lµ lón cña ®iÓm ®ã x¸c ®Þnh theo (V.2) khi thay z = 0 vµo (IV.1): P(1 − μ0 ) 2 P Eo = C= W(x, y, 0) = S (x, y) = (IV.2) πE0 r πCR 1 − μo 2 §é lón cña líp ®Êt z: S = W(x, y, 0) - W(x, y, z) Víi nöa k/g z =∞ → W(x, y, z=∞) = 0 vµ → S = W(x, y, 0) T¶i qua mãng lªn ®Êt → quy luËt p(x,y) LÊy diÖn tÝch dF = dξdη Lùc trong ®ã dp = P(ξ, η) dξdη Coi dp → lùc tËp trung. §é lón cña ®iÓm M(x,y,0) → theo Bót xi nÐt lµ: (1 − μ 0 ) p(ξ, η)dξdη 2 ∫F∫ πE 0 (x − ξ)2 + ( y − η)2 W(x, y,0) = (IV.3) §é lón toµn mãng: ∫∫ w (x, y, o)dxdy Wm = (IV.4) F F Mãng ch÷ nhËt: pb(1 − μ 0 ) 2 S= ω (IV.5) E0 trong ®ã, ω lµ hÖ sè ∈ h×nh d¹ng vµ l/b. LÊy theo b¶ng sau: ωo - tÝnh ®é lón t¹i t©m mãng mÒm. ωc - tÝnh ®é lón t¹i gãc mãng mÒm. ωm - tÝnh ®é lón trung b×nh mãng mÒm. ωconst - tÝnh ®é lón mãng cøng. http://www.ebook.edu.vn 2
TÝnh lón cña nÒn ®Êt xem nÒn lµ mét líp ®µn håi cã chiÒu dµy h÷u h¹n: ¸p dông ph−¬ng ph¸p tÝnh ®æi nÒn ®Êt kh«ng ®ång nhÊt → thµnh nÒn ®ång nhÊt cña Egorov. + Néi dung: Xem mçi líp kÐo dµi lªn trªn vµ xuèng d−íi ( Tøc lµ → tõ ®¸y mãng ®Õn v« tËn) XÐt líp i: §é lón cña líp dÊt cã chiÒu dµy Z i-1: pb S i-1 = ki −1 C §é lón cña líp dÊt cã chiÒu dµy Z i: pb Si= ki C §é lón cña líp nµy → lµ hiÖu cña 2 ®é lón ®ã: (ki − ki −1 ) pb Si = Szi - Sz i-1 = C §é lón cña toµn bé nÒn ®Êt: pb n ki − ki −1 ∑ C ChiÒu s©u tÝnh ®−îc lÊy t¹i vÞ trÝ: σz ≤ 0.2 γ h → §Êt tèt S= C1 i σz ≤ 0.1 γ h → §Êt xÊu k hÖ sè tra b¶ng → phô thuéc kÝch th−íc ®¸y mãng vµ tû sè z/b http://www.ebook.edu.vn 3
+ Khi tÇng cøng n»m kh«ng s©u → cã hiÖn t−îng tËp trung øng suÊt → cÇn ®−a vµo hÖ sè hiÖu chØnh M pb n ki − ki −1 ∑ C )M S= ( C1 i M ∈ 2H/b; H chiÒu s©u tõ ®Õ mãng ®Õn tÇng cøng → tra b¶ng sau: 2.2. NhËn xÐt: Dïng lý thuyÕt §H nªn ®Êt nÒn ph¶i: + §ång nhÊt ®Õn ®é s©u ®ñ lín: h =3b h =1.5B + T/chÊt ®Êt gÇn → vËt thÓ §µn håi. http://www.ebook.edu.vn 4
C¸t → chÆt võa trë lªn SÐt → dÎo cøng trë lªn. Tuy vËy: VÉn cßn kh¸c nhiÒu so víi → VËt thÓ §H → do kh«ng kÓ : Träng l−îng ®Êt §é bÒn kÕt cÊu ®Êt. §é chÝnh x¸c phô thuéc nhiÒu vµo: E; μ l−u ý khi chän → v× khèi l−îng kh¶o s¸t Ýt. $3. TÝnh lón theo ph−¬ng ph¸p céng lón tõng líp: NÒn nhiÒu líp → dïng ph−¬ng ph¸p céng lón tõng líp. 3.1.S¬ ®å vµ néi dung cña ph−¬ng ph¸p: • x¸c ®Þnh ¸p lùc g©y lón: p = po - γhm (IV.7) • VÏ biÓu ®å øng xuÊt b¶n th©n vµ phô thªm: σz; σbt + Chia nÒn thµnh tõng líp: hi < b/4 + TÝnh ¸p lùc b¶n th©n cña ®Êt: σbt= ∑ γi hI + TÝnh øng xuÊt phô thªm: σz= kop + X¸c ®Þnh chiÒu s©u vïng chÞu nÐn: 1 §Êt tèt ( E>100kg/cm2) H lÊy ®Õn σz< σ bt 5 1 §Êt yÕu ( E>50kg/cm2) H lÊy ®Õn σz< σbt 10 http://www.ebook.edu.vn 5
3.2 .C¸c c«ng thøc ®Ó tÝnh ®é lón cña líp ph©n tè i: Theo kÕt qu¶ nÐn trªn «®«mÐt trong phßng thÝ nghiÖm. 1.Tr×nh bµy b»ng ®å thÞ e= f(p) e1i − e 2i Si = (IV.8) hi 1 + e1i 2.Tr×nh bµy b»ng ®å thÞ e= f(logp) C p Si = (IV.9) log 2i h i 1 + e1i p1i NÕu p1i, p2i < pc th× lÊy C = Cr NÕu p1i, p2i > pc th× lÊy C = Cc NÕu p1i < pc; p2i > pc th× t¸ch thµnh hai. 3. C«ng thøc chung ®Ó tÝnh ®é lón cña líp ph©n tè: Theo c«ng thøc nÐn ®¬n: pi Si = β (IV.10) hi Ei pi ¸p lùc g©y lón trªn líp i. Ei m«duyn biÕn d¹ng cña líp thø i. http://www.ebook.edu.vn 6
βi HÖ sè ®iÒu chØnh. Do E x¸c ®Þnh → nhiÒu c¸ch: nÐn tù do; nÐn kh«ng në h«ng; thÝ nghiÖm hiÖn tr−êng: CPT, SPT, DPA.v.v nªn c«ng thøc trªn → ®−îc dïng réng r·i. • Víi mãng cã kÝch th−íc kh«ng lín l¾m → th−êng chØ tÝnh ®é lón → ë t©m→ vµ xem kÕt qu¶ tÝnh ra tuy cã h¬i lín, nh−ng ®−îc bï l¹i bëi nh÷ng sai sè do kh«ng kÓ ®Õn biÕn d¹ng në h«ng cña ®Êt. • Mãng kÝch th−íc lín nªn tÝnh nhiÒu ®iÓm → vÏ ra ®−êng cong lý thuyÕt cña mÆt nÒn sau khi lón → do mãng cã ®é cøng → nªn sau ®ã ph¶i hiÖu chØnh l¹i cho phï hîp. 3.3 NhËn xÐt: Kh«ng dïng trùc tiÕp LT§H → nh−ng khi tÝnh ø/s th× dïng do ®ã y/c : + §Êt kh«ng thay ®æi qu¸ m¹nh + §Êt kh«ng qu¸ yÕu ∈ nhiÒu vµo viÖc lùa chän Eo → L−u ý khi chän ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh Eo $4. TÝnh lón theo ph−¬ng ph¸p líp t−¬ng ®−¬ng: 4.1. Néi dung ph−¬ng ph¸p: Cho bµi to¸n: LËp bµi to¸n TÝnh lón: Bµi 1: S1 Bµi 2: S2 Cho S1=S2 hs gäi lµ líp t−¬ng ®−¬ng: pb(1 − μ 0 ) 2 Bµi 1: S1 = ω → LT§H (IV.10) E0 phs → Bµi to¸n 1 chiÒu. β Bµi 2: S2 = (IV.11) Eo http://www.ebook.edu.vn 7
(1 − μ0 ) 2 ωb = Aωb S1=S2 hs = 1 − 2μ S = ao p hs hs → lËp b¶ng Aω ∈ l/b ; μ •Mãng cøng: Aωconst •Mãng mÒm: T©m Aωo ; gãc Aωc ; Trung b×nh Aωm T×m ao: Dùa vµo ®−êng cong nÐn lón: p1= γ hs p2= p1 + σz = γ hs + p/2 Tõ p1; p2 → e1; e2 → ao NÕu σz biÕn ®æi m¹nh → lóc ®ã p1; p2 ®−îc lÊy ë vÞ trÝ ( 0.8 →0.9) hs Gi¶ sö lÊy z= 0.9 hs th×: p1= 0.9γ hs ; p2= 0.9γ hs + 0.55p 4.2. NÒn nhiÒu líp: S=aomp hs (1) aom= ? T×m hs: Tra b¶ng t×m Aω; l−u ý: μ lÊy b×nh qu©n c¸c líp: nÕu c¶ sÐt, c¸t μ =0.3 http://www.ebook.edu.vn 8
Zi σzi: LÊy ë ®iÓm gi÷a mçi líp: σzi = p 2h s p1i= γ (2 hs - zi) p2i= p1i + σzi Suy ra e1i; e2i → TÝnh ra aoi zi ∑a §é lón toµn phÇn: : S = hip oi 2h s n ∑a h i zi oi (1 = 2) aom = VËy thay vµo S= aomphs → Cã S 1 2 2h s $5. TÝnh lón cã xÐt ®Õn ¶nh h−ëng cña mãng xung quanh: 2 c¸ch: + C¸ch 1: Céng biÓu ®å øng xuÊt → tÝnh theo nh÷ng c¸ch trªn. ¦u ®iÓm: TÝnh ®−îc mäi d¹ng t¶i träng nh−îc ®iÓm: Khèi l−îng tÝnh lín. + C¸ch 2: NÕu t¶i ph©n bè ®Òu th× dïng ph−¬ng ph¸p: §iÓm gãc - Líp t−¬ng ®−¬ng. http://www.ebook.edu.vn 9
+ Tr−êng hîp a: SM = ( hsI + hsII) aop hsI = (AωI) bI vµ hsII = (AωII) bII + Tr−êng hîp b: → t−¬ng tù + Tr−êng hîp c: Lóc ®ã ®é lón cña ®iÓm M = Tæng ®é lón c¸c ®iÓm gãc cña 2 h×nh ch÷ nhËt: AEMG vµ GMHD lÊy dÊu d−¬ng vµ BEMF vµ FMHC lÊy dÊu ©m. $6. TÝnh lón theo thêi gian: 6.1. Mét sè l−u ý: §é lón → do Vr gi¶m nã phô thuéc → sù tho¸t n−íc ra ngoµi → cè kÕt thÊm Tõ chç cét n−íc ¸p cao → ®Õn thÊp N−íc tho¸t: Tõ líp cã tÝnh thÊm nhá → ®Õn líp cã tÝnh thÊm lín. Tuú kh¶ n¨ng thÊm → cã bµi to¸n 1;2;3 chiÒu. §a sè b/to¸n → 3 chiÒu → do phøc t¹p → vÉn gi¶ thiÕt ®Ó dïng lêi gi¶i b/to¸n 1 chiÒu. X¸c ®Þnh C: Theo ph−¬ng ®øng lµ Cv Cv x¸c ®Þnh tõ: Kt vµ a Tèt nhÊt lµ x¸c ®Þnh b»ng t/nghiÖm nÐn chËm 6.2. Dù tÝnh ®é lón cña líp sÐt b·o hoµ: B/to¸n: Líp sÐt b·o hoµ dµy h ChÞu ¸p lùc σz ®Òu hoÆc bËc nhÊt BiÕt E hoÆc a, BiÕt Cv T×m St: Kh¸i niÖm: §é cè kÕt U: Møc ®é tiªu t¸n u còng lµ møc ®é gia t¨ng cña σh St → Ta cã ®Þnh nghÜa t−¬ng ®−¬ng: → ë trªn Ut = S∞ → Ut: §é cè kÕt ë thêi ®iÓm t Néi dung: TÝnh S∞: víi t → t×m Ut http://www.ebook.edu.vn 10
St = Ut x S∞ Ut ∈ D¹ng biÓu ®å σz ë thêi ®iÓm cuèi cïng. §iÒu kiÖn tho¸t n−íc. Cv §Ó tiÖn tÝnh to¸n: thay cho t ng−êi ta dïng T= t ⎛h⎞ ⎜⎟ ⎝n⎠ T nh©n tè thêi gian h: bÒ dµy líp n: Tuú tr−êng hîp + Cã biÓu ®å U - T Chia ra c¸c tr−êng hîp sau: + Cã thÓ dïng b¶ng tra: TÝnh ®é cè kÕt Ut cho c¸c tr−êng hîp 0;1;2 trong ®ã Ut ®−îc cho tuú theo mét tham sè N nh− sau: π2 π 2 Cv N= Tv = t 4 h2 4 http://www.ebook.edu.vn 11
C¸c s¬ ®å sau: C¸c b¶ng tra: §èi víi tr−êng hîp: 0-1 vµ 0-2 th× cã thÓ tÝnh ra tõ c¸c sè liÖu cña b¶ng trªn; Víi s¬ ®å 0-1 : N 0-1= No + ( N1 - No) J Víi s¬ ®å 0-2 : N 0-2= No + ( N0 - N2) J' J vµ J' tra b¶ng theo V : V lµ tû sè gi÷a ¸p lùc nÐn ë mÆt trªn vµ mÆt d−íi cña biÓu ®å øng xuÊt nÐn æn ®Þnh( ë c¸c chiÒu s©u z= 0 vµ z=h) http://www.ebook.edu.vn 12
6.3. TÝnh thêi gian lón cho nÒn 2 líp: + NÕu 2 líp ®−îc ng¨n c¸ch bëi 1 líp hoµn toµn tho¸t n−íc hoÆc mét líp hoµn toµn kh«ng tho¸t n−íc th× → tÝnh riªng råi céng l¹i. + NÕu 2 líp kÒ nhau cã c¸c h»ng sè cè kÕt Cv1, Cv2 chiÒu dµy h1,h2 → Thay líp 1 b»ng líp ®Êt cã Cv2, chiÒu dµy h' sao cho tèc ®é cè kÕt → tøc lµ thõa sè thêi gian T1 cña líp 1 vÉn ®−îc gi÷ nguyªn Cv1t Cv 2 t Cv 2 → h ' = h1 = T1 = 2 2 ⎛ h' ⎞ ⎛ h1 ⎞ Cv1 ⎜⎟ ⎜⎟ ⎜n⎟ ⎝n⎠ ⎝⎠ Nh− vËy thay cho nÒn hai líp ta sÏ tÝnh tèc ®é cè kÕt cña mét líp ®Êt cã h»ng sè cè kÕt Cv2 vµ chiÒu dµy h2 + h' $7.§é lón do nh÷ng nguyªn nh©n bÊt th−êng: Ngoµi t¶i c«ng tr×nh → g©y lón; Cßn cã c¸c nguyªn nh©n kh¸c g©y lón sôt, dÞch chuyÓn nÒn nh−: Lón hang ngÇm. Do ®Êt bÞ tr−ît Do chÊn ®éng Tuy nhiªn dù b¸o rÊt khã. Do h¹ thÊp n−íc ngÇm. Do biÕn d¹ng h− háng t−êng cõ, v¸ch ch¾n Do ph©n huû vËt chÊt h÷u c¬. http://www.ebook.edu.vn 13
7.1 Lón do h¹ thÊp mùc nø¬c ngÇm: N−íc ngÇm h¹ xuèng do: H¹ mùc n−íc ngÇm ®Î thi c«ng hè mãng Khai th¸c n−íc ngÇm. Lóc ®ã → trong ph¹m vi h¹ mùc n−íc ngÇm ¸p lùc h÷u hiÖu gia t¨ng Trong ®Êt c¸t → ®ä lón nµy th−êng kh«ng ®¸ng kÓ. Trong sÐt mÒm, bôi, than bïn → cã thÓ g©y ra ®é lón kh¸ lín. G/thÝch: • Tr−íc b¬m hót: ¸p lùc h÷u hiÖu trªn a-b: Ph(a-b) = γ®n h1 • Sau b¬m hót: Ph(a-b) = γbh Δh + γ®n h2 L−îng gia t¨ng: Δh ( γbh- γ®n) Hµ néi hiÖn nay mét sè vïng ®é lón nµy kho¶ng 1-4cm/n¨m. VÝ dô: Bµi TÝnh ®é lón æn ®Þnh cña mét mãng ch÷ nhËt cã kÝch th−íc a × b = 8 × 4 m2 ®ä s©u ®Æt mãng h= 2m. Mãng x©y trªn nÒn ®Êt hai líp, trong ®ã líp thø nhÊt cã chiÒu dµy 7 m, ¸p lùc c«ng tr×nh t¸c dông lªn nÒn ®Êt ë ®¸y mãng lµ po = 2.4 . 102Kn/m2. C¸c sè liÖu tÝnh to¸n kh¸c cho trong b¶ng sau ®©y. X¸c ®Þnh ¸p lùc tÝnh lón: P= po-γhm P= 2.4. 102 - 2×0.2.102KN/m2 http://www.ebook.edu.vn 14
Cv 2 t Cv1t = T1 = 2 2 ⎛ h' ⎞ ⎛ h1 ⎞ ⎜⎟ ⎜⎟ ⎜n⎟ ⎝n⎠ ⎝⎠ VÏ biÓu ®å ¸p lùc b¶n th©n cña ®Êt vµ biÓu ®å øng xuÊt phô thªm b Chia nÒn ®Êt ra thµnh tõng líp ph©n tè víi chiÒu dµy hi ≤ . ë ®©y ta chia líp 4 1 thµnh 5 líp , líp 2 thµnh 4 líp. b, TÝnh ¸p lùc b¶n th©n cña ®Êt t¹i ®iÓm 1,2,3,… theo c«ng thøc: σ bt = γ i (hm + zi ) Trong ®ã σ bt - ¸p lùc b¶n th©n cña ®Êt t¹i ®iÓm i γ i Träng l−îng b¶n th©n cña ®Êt t¹i ®iÓm i ChiÒu s©u kÓ tõ ®¸y mãng tíi ®iÓm i zi hm - §é s©u ®Æt mãng c, TÝnh øng xuÊt phô thªm t¹i ®iÓm thø 1,2,… theo http://www.ebook.edu.vn 15