zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Kiến trúc - Xây dựng

Phân tích các giai đoạn cố kết và công thức tính lún

Chia sẻ: ViJakarta2711 ViJakarta2711 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Báo xấu

229
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Quá trình nén lún của đất dưới tác dụng của tải trọng ngoài thực chất là quá trình nén chặt đất. Trong một số trường hợp, lún mặt đất do đất nền bên dưới bị trượt. Dưới tác dụng của tải trọng ngoài, các hạt rắn được sắp xếp lại, thể tích lỗ rỗng trong đất giảm xuống, độ chặt của đất tăng lên.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Phân tích các giai đoạn cố kết và công thức tính lún

Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 1-2014 75 PHÂN TÍCH CÁC GIAI ĐOẠN CỐ KẾT VÀ CÔNG THỨC TÍNH LÚN ThS. Võ Thanh Toàn Khoa Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng Miền Trung Tóm tắt: Quá trình nén lún của đất dưới tác dụng của tải trọng ngoài thực chất là quá trình nén chặt đất. Trong một số trường hợp, lún mặt đất do đất nền bên dưới bị trượt. Dưới tác dụng của tải trọng ngoài, các hạt rắn được sắp xếp lại, thể tích lỗ rỗng trong đất giảm xuống, độ chặt của đất tăng lên. Như vậy tính chất nén lún của đất là hoàn toàn khác nhau tùy thuộc vào từng loại đất và từng trạng thái, hoàn cảnh cụ thể ngay cả trong cùng một loại đất. Hiện tượng nén chặt do sự thoát nước rất chậm từ các lỗ rỗng trong đất hạt mịn là kết quả của việc tăng tải (trọng lượng của công trình lên trên đất nền) được gọi là cố kết (consolidation), nên việc phân tích các giai đoạn cốt kết của đất nhằm áp dụng các công thức lún vào từng loại công trình là vô cùng cần thiết. Từ khóa: Nén lún, cố kết. 1. Mở đầu có hệ số thấm nhỏ (đất hạt mịn, đặc biệt Khi nén chặt đất bão hòa nước là đất loại sét), quá trình này chiếm một dưới tác dụng của lực ngoài, các hạt khoảng thời gian rất lớn, mức độ biến rắn cấu tạo nên cốt đất dịch chuyển lại dạng và độ lún xảy ra rất chậm. gần nhau và thể tích lỗ rỗng giảm đi. Như đã biết, chuyển động của nước Khi đó nước lấp đầy trong các lỗ rỗng có thể tồn tại nếu tại các điểm của vùng nên bị nén ép và chuyển động theo từ đó nước thoát ra, xét áp lực thủy tĩnh, hướng về biên thoát nước, khu vực có có áp lực thặng dư lớn hơn nơi không áp lực bé hơn. nằm ở trong vùng chịu nén. Nói cách Khi công trình xây dựng trên đất khác, khi nén chặt đất bão hòa trong bão hòa, tải trọng công trình được xem nước lỗ rỗng xuất hiện áp lực thặng dư, như truyền lên nước trong các lỗ rỗng được gọi là áp lực nước lỗ rỗng, đất khi của đất trước tiên. Vì chịu tải nên nước đó ở trong trạng thái không ổn định. Áp có xu hướng thoát ra từ các lỗ rỗng trong lực lên cốt đất (áp lực hữu hiệu) của đất đất (áp lực nước lỗ rỗng phân tán từ nơi không ổn định, đang trong quá trình cố có áp lực lớn đến nơi có áp lực bé hơn kết luôn nhỏ hơn trong cốt đất mà sự nén và áp lực hữu hiệu tăng dần lên), gây ra chặt nó có thể xem như đã hoàn toàn. sự giảm thể tích phần rỗng của đất và 2. Phân tích các giai đoạn cố kết lún công trình. Đối với đất có hệ số thấm Thực chất tính biến dạng của đất là lớn (đất hạt thô), quá trình này hoàn tất sự giảm thể tích lỗ rỗng hay sự dịch trong một khoảng thời gian ngắn và kết chuyển và sắp xếp lại các hạt đất dưới quả là hầu như sự lún kết thúc hoàn toàn tác dụng của tải trọng ngoài, đồng thời trong khi thi công. Tuy nhiên đối với đất chúng trở nên gần nhau hơn, chặt chẽ
Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 1-2014 76 hơn. Do đó, đôi khi người ta còn gọi lỗ rỗng trong quá trình chất tải tuân theo biến dạng này là biến dạng thể tích. lý thuyết cố kết thấm của Terzaghi. Thật vậy, đất càng chặt hay càng Trong quá trình này, tốc độ ép thoát bền sẽ bị biến dạng càng ít, ngược lại đất nước cũng là tốc độ nén chặt, phụ thuộc càng yếu và xốp càng bị biến dạng nhiều vào độ thấm nước của đất và trị số tải khi chúng chịu tác dụng của tải trọng trọng tác dụng. Trong giai đoạn này áp ngoài như nhau. lực nước lỗ rỗng trong đất thường biến đổi một cách rõ rệt. Kết thúc cố kết thấm được xác định ở thời điểm áp lực nước lỗ rỗng tiêu tán hết hoặc không đổi. 2.3. Giai đoạn III – Cố kết thứ cấp (Secondary consolidation) Cố kết thứ cấp còn gọi là cố kết từ biến, ở giai đoạn này khi giá trị áp lực nước lỗ rỗng bị triệt tiêu trong quá trình Hình 1. Các giai đoạn cố kết cố kết thấm. Cố kết từ biến xét đến tính 2.1. Giai đoạn I – Lún tức thời (Initial dẻo nhớt của cốt đất, nước liên kết và compression) tính trượt dẻo các phân tử đất trong quá Lún tức thời xảy ra ngay sau khi trình nén chặt. Trong giai đoạn này, sự vừa chất tải khi nước chưa kịp thoát ra nén chặt của cốt đất phát triển chậm khỏi lỗ rỗng. Đất ở trạng thái tự nhiên sẽ theo thời gian khi ứng suất hữu hiệu bị biến dạng đàn hồi ngay sau khi tải không đổi. trọng tác dụng (do sự tiếp xúc không 3. Các công thức tính lún hoàn chỉnh giữa bề mặt chịu tải với áp Độ lún của một móng công trình lực, biến dạng bản thân tải trọng và sự nếu quá lớn sẽ ảnh hưởng đến tính năng sắp xếp lại vị trí các hạt đất đá). Độ lún sử dụng của công trình như giảm độ cao gây bởi quá trình biến dạng này gọi là độ của mặt nền, ảnh hưởng đến hệ thống lún tức thời hay lún không thoát nước thoát nước của công trình,… Đặc biệt độ chịu tác dụng của tải trọng tương tự lún lệch giữa các móng sẽ dẫn đến gia trạng thái của vật thể đàn hồi và nó có tăng nội lực trong khung nhà, trong biến dạng tương đối nhỏ. Độ lún trong thượng tầng kết cấu dẫn đến nứt nẻ. giai đoạn này được tính dựa trên định Việc tính toán và kiểm soát các độ lún luật Hook (định luật đàn hồi). và độ lún lệch nhằm đảm bảo an 2.2. Giai đoạn II – Cố kết sơ cấp toàn cho công trình là một công việc (Primary consolidation) quan trọng trong thiết kế nền móng Cố kết sơ cấp còn gọi là cố kết công trình. thấm là quá trình lún của mẫu đất theo Tổng độ lún của móng công trình thời gian (chủ yếu) do sự thoát nước từ từ lúc khởi công đến suốt quá trình sử
Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 1-2014 77 dụng công trình có thể gồm: Độ lún do 3.1. Độ lún tính theo quan hệ e - p hạ mực nước ngầm để chuẩn bị thi Độ lún cố kết của nền đất theo công đào hố móng; độ nở của đất do phương pháp tổng phân tố với đường đào hố móng; độ lún do thi công móng quan hệ e  p của thí nghiệm cố kết. Đối và công trình; độ nở do dâng mực nước với những móng kích thước nhỏ hơn ngầm trở lại khi ngừng bơm hạ mực 10m đặt trên đất nền biến dạng trung nước ngầm; độ lún do đàn hồi của nền bình và lớn, để tính lún của móng có thể đất; độ lún do cố kết sơ cấp của nền đất áp dụng phương pháp cộng lún từng lớp, dưới tải toàn bộ công trình; độ lún do còn có tên là phương pháp tổng phân tố. Phương pháp này có thể ước lượng độ nén thứ cấp của nền đất dưới tải toàn lún của từng móng riêng rẻ hoặc có xét bộ công trình. đến ảnh hưởng của các móng lân cận, Với những công trình có độ sâu cũng như tính được góc xoay của một chôn móng không quá lớn, chiều sâu hạ móng hoặc độ lún lệch giữa các móng. mực nước ngầm nhỏ. Độ lún và nở do hạ Nội dung của phương pháp bao gồm: mực nước ngầm, giảm tải do đào hố - Áp lực đáy móng đủ nhổ để móng và trả lại nước ngầm có thể bỏ không gây vùng biến dạng dẻo quá lớn qua, vì chúng không đáng kể so với độ trong nền, sao cho toàn nền ứng xử lún do tải công trình. như vật thể đàn hồi đòi hỏi thỏa điều Nhằm thiết kế nền móng công kiện: p  RII , với RII là sức chịu tải trình, cần phải tính độ lún và tốc độ lún. của đất nền. Với nền đất biến dạng được, độ lún của - Tính áp lực gây lún chính là độ móng thường được tính bằng với biến gia tăng ứng suất tại đáy móng do tải dạng đứng của nền đất, nó bao gồm ba công trình bên trên truyền xuống, áp lực thành phần: này cùng tính chất như sức chịu tải ròng. S  Si  Sp  Ss (1) pgl   'gl  p   ' h (2) Trong đó: Si là độ lún tức thời do - Xác định chiều dày đới nén lún tính đàn hồi của nền đất. S p là độ cố kết H n là vùng đất trực tiếp gánh đỡ tải và của vùng nền trực tiếp gánh đỡ móng, nó bị biến dạng, kể từ đáy móng nông hoặc phụ thuộc theo thời gian thông qua đặc đáy móng quy ước dưới móng cọc đến tính thoát nước của đất nền. Ss là độ lún chiều sâu z mà ở đó, thỏa mãn điều kiện  'gl ( z )  0, 2 'bt ( z ) đối với đất nền có thứ cấp do đặc tính từ biến của đất nền, module biến dạng E  5 MPa ; nó phụ thuộc theo thời gian, kể từ thời điểm lún cố kết kết thúc.  'gl ( z )  0,1 'bt ( z ) đối với đất nền có Có nhiều phương pháp ước lượng module biến dạng E  5 MPa ; tổng độ lún của móng, hay chỉ độ lún - Để bài toán tính lún đạt độ chính riêng do cố kết thấm. xác cao, vùng nén lún được chia thành
Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 1-2014 78 nhiều lớp nhỏ, mỗi lớp phân tố có bề dày đứng của lớp thứ i. nhỏ hơn 0,4 bề rộng móng. Nếu vùng e1i  e2i si  hi (3) nén lún gồm nhiều lớp đất khác nhau, 1  e1i mặt phân chia các lớp đất phải là mặt - Độ lún của móng là tổng các độ phân chia các lớp phân tố. Về phương biến dạng đứng của n phân tố trong vùng pháp tính gần đúng, theo J. McPhail và nền bị nén. P. Hellen, khi số lớp đạt đến 64, bài tính n n e1i  e2i S   si   hi (4) sẽ có độ chính xác rất cao không chênh i 1 i 1 1  e1i lệch nhiều với số lớp 1000. hoặc sử dụng các công thức sau: - Tính ứng suất do trọng lượng bản n n S   si   mvi pi hi (5) thân ở giữa lớp phân tố đất thứ i, i 1 i 1 p1i   'bt (i ) từ ứng suất này ta suy ra hệ n n i và S   si   pi hi (6) số rỗng e1i của phân tố đất ở trạng thái i 1 i 1 Ei ban đầu, khi chưa gánh chịu công trình, Nếu nền đồng nhất và chấp nhận nhờ vào đường cong (e – p) của thí giả thiết các hệ số nén tương đối mvi , nghiệm nén cố kết. hệ số i và module biến dạng Ei là - Từ các bảng kết quả phân bố hằng số. Hai công thức độ lún trên sẽ ứng suất trong bán không gian đàn hồi trở thành: dưới diện chịu tải, vẽ đường ứng suất n n S   si  mv pi hi (7)  z (i ) do áp lực gây ra dọc theo trục mà i 1 i 1 ta muốn tính độ lún, thường là trục đi n  n qua tâm diện chịu tải. Tổng ứng suất và S   si  pi hi (8) i 1 E i1 p2i   'bt (i )   z (i ) tác động tại giữa lớp 3.2. Độ lún tính theo quan hệ e - logp phân tố thứ i là tổng của ứng suất do Độ lún do đất nền cố kết khi chịu sự trọng lượng bản thân và ứng suất do tải gia tăng ứng suất do tải trọng công trình, công trình (dĩ nhiên là sau khi hiện phụ thuộc vào thông số thời gian. Khi có tượng cố kết thấm đã hoàn tất kể từ khi sự gia tăng tải trọng, phần nước trong lỗ đặt tải), từ tổng ứng suất này và đường rỗng gánh đỡ toàn bộ áp lực gia tăng này cong nén ép (e – p) sẽ suy ra hệ số dưới dạng áp lực nước lỗ rỗng thặng dư rỗng e2i của phân tố đất thứ i. u , áp lực thặng dư này sẽ phân tán dần Chính vì việc sử dụng kết quả của khi nước chịu áp lực cao chảy sang nơi bài toán Boussinesq (hoàn toàn dựa trên có áp lực thấp hơn theo lý thuyết cố kết lý thuyết đàn hồi tuyến tính) để tính các thấm của Terzaghi. ứng suất do tải ngoài gây ra trong nền, Với các nền đất có độ thấm lớn nên cần phải kiểm tra áp lực nền sao cho hơn như cát, sỏi, sạn, đá dăm,… hiện nền còn làm việc như vật liệu đàn hồi. tượng cố kết thấm diễn ra gần như tức Áp dụng công thức tính biến dạng thời, độ lún của chúng không phụ thuộc
Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 1-2014 79 thông số thời gian. Ngược lại, các đất Cs - chỉ số nở xác định theo độ loại sét độ lún phụ thuộc thời gian t và dốc của đường cong như hình 3; Hoặc tùy theo đặc tính của đất nền có thể xảy xác định theo công thức kinh nghiệm ra ba tường hợp sau: như sau: - Với đất cố kết thường (p 0 = p c): Cs = (0,1  0,2)Cc (14) Cc  p  p  H 0 - bề dày lớp đất ban đầu trước Sp  H 0 log  0  (9) 1  e0   p0  khi xây dựng công trình. - Với đất cố kết trước nặng có áp Chúng ta đã phân tích các phương lực tác động giữa lớp đất là p0  p  pc pháp tính độ lún tức thời và độ lún cố kết. thì độ lún là biến dạng đàn hồi của nền Độ lún tức thời dựa trên lý thuyết đàn hồi, có dạng: độ lún do hiện tượng cố kết sơ cấp dựa Cs  p p  trên lý thuyết phân tán áp lực nước lỗ rỗng Sp  H0 log  0  (10) thặng dư từ tải trọng công trình tác động 1 e0   p0  vào nền đất sét bão hòa nước. Độ lún thứ -Với đất cố kết trước nhẹ có ba là do biến dạng thứ cấp của đất nền, p0  pc  p0  p , ta có: sau quá trình phân tán nước lỗ rỗng thặng Cs p  dư hoàn toàn (cố kết sơ kết), dưới ứng Sp  H0 log  c  1 e0   p0  suất hữu hiệu không đổi. Thành phần này (11) Cc  p  p  được gọi là độ lún do hiện tượng nén thứ  H0 log  0  1 e0   pc  cấp, được ký hiệu là Ss Trong đó: p0 - áp lực do tải trọng bản thân ở giữa lớp sét; p - ứng suất thẳng đứng do tải trọng công trình gây ra ở giữa lớp đất sét; pc - áp lực tiền cố kết; e0 - hệ số rỗng ban đầu của lớp đất sét (ứng với thời điểm trước khi xây dựng công trình); Cc - chỉ số nén xác định theo độ dốc Hình 2. Đồ thị xác định hệ số C của đường cong như hình 3; Hoặc có thể Độ lún do hiện tượng nén thứ cấp xác định theo giới hạn chảy LL như sau: dựa vào đoạn tuyến tính bên dưới của - Mẫu đất nguyên dạng: đường cong e – logt. Công thức tính độ Cc = 0,009(LL – 10) (12) lún này có dạng: - Mẫu đất chế bị: C (15) Ss  H log   log t  Cc = 0,007(LL – 10) (13) 1  e p  0
Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 1-2014 80 Trong đó: lượng bản thân của các lớp đất bên trên e p - hệ số rỗng tương ứng với điểm tác động tại điểm lấy mẫu. đầu của đoạn tuyến tính dưới của đường pc OCR  (17) p' cong e – logt, suy ra từ đường e – logt; OCR = 1: đất cố kết thường; C - chỉ số nén thứ cấp được định OCR > 1: đất cố kết trước; nghĩa bởi phần nén thứ cấp của đường OCR < 1: đất kém cố kết hoặc chưa đạt cong e – logt như sau: đủ quá trình cố kết do trọng lượng bản e C  (16) thân các lớp bên trên.  log t Việc xác định giá trị áp lực tiền cố 4. Xác định áp lực tiền cố kết (pc) kết pc có giá trị rất to lớn trong thực tế Áp lực tiền cố kết là áp lực tối đa tính toán như trong việc lựa chọn công mà lớp đất đã bị cố kết trong quá trình thức tính toán độ lún của đất nền, trong lịch sử hình thành. Thông thường, kết việc lựa chọn các thông số độ bền kháng quả thí nghiệm thể hiện trên đường cong cắt cho thiết kế mái dốc,… e - logp, áp lực phân chia đường cong Có nhiều cách khác nhau để xác thành hai nhánh khác biệt trên biểu đồ định pc, đó là: phương pháp Casagrande; đường cong như hình 3. 2.20 phương pháp Schertmann; phương pháp Janbu; phương pháp Butterfield; phương 2.00 pháp Tavanas; phương pháp Burmister; phương pháp Van Zelst;… Hệ số rỗng e 1.80 Dưới đây chỉ xin trình bày phương 1.60 Cc pháp xác định áp lực tiền cố kết p c được dùng phổ biến hiện nay nhất, đó là 1.40 phương pháp Casagrande. 1.20 Casagrande (1936) đề nghị một Cs phương pháp đồ thị theo kinh nghiệm 1.00 0.1 1.0 10.0 dựa trên đường cong e – logp để xác Pc 2 Ứng suất nén s (kG/cm ) định áp lực tiền cố kết. Trên đường cong Hình 3. Đường cong e – logp e – logp, tại điểm cong nhất chọn một Giá trị áp lực tiền cố kết pc có thể điểm có bán kính bé nhất trên đường đánh giá mức độ cố kết của đất nền, ở độ cong cố kết e – logp. Vẽ tiếp tuyến tại sâu đang xét, thông qua việc so sánh với điểm này với đường cong e – logp, vẽ áp lực cột đất tại đó. đường song song với trục hoành, vẽ Tỷ số tiền cố kết OCR được định đường phân giác của góc hợp bởi hai nghĩa bằng tỷ số giữa ứng suất tiền cố đường trên. Kéo dài phần tuyến tính của kết p c và ứng suất hữu hiệu do trọng đường nén nguyên thủy, giao điểm của
Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 1-2014 81 đường này với đường phân giác ta sẽ được bề dày đất bị nén, lịch sử ứng suất của điểm ứng với ứng suất tiền cố kết pc. đất… Nhìn chung độ lún do cố kết sơ 5. Kết luận cấp là độ lún chiếm ưu thế. Giá trị cố kết Giá trị độ lún qua từng giai đoạn thứ cấp trong đất sét cố kết thông thường trong quá trình cố kết phụ thuộc vào lớn hơn trong đất sét quá cố kết, mặc dù nhiều yếu tố như: loại đất, tính nén lún tỷ số của cố kết thứ cấp với cố kết sơ cấp của từng loại đất, độ lớn và tốc độ đặt tải có thể nhỏ hơn, cố kết thứ cấp lớn nhất trọng, quan hệ giữa diện tích chất tải và trong đất hữu cơ. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Trường Sơn. 2009. Bài giảng địa chất công trình. [2] Châu Ngọc Ẩn. 2009. Cơ học đất, NXB Đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh. [3] Trần Văn Việt. 2004. Cẩm nang dùng cho kỹ sư địa kỹ thuật, NXB Xây dựng. [4] Võ Phán, Phan Lưu Minh Phượng. 2010. Cơ học đất, NXB Xây dựng Hà nội. [5] K.H.Head. 1994. Soil laboratory testing, volume 2, Permeability, shear strength and compressibility.

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.