1. Trang Chủ
  2. Kiến trúc - Xây dựng
  3. Bài giảng Cơ học đất - Chương 4.3: Tính chất cơ học của đất (Trần Thế Việt)

Bài giảng Cơ học đất - Chương 4.3: Tính chất cơ học của đất (Trần Thế Việt)

Bài giảng Cơ học đất - Chương 4.3: Tính chất cơ học của đất (Trần Thế Việt) cung cấp đến học viên các kiến thức về khái niệm tính ép co và biến dạng của đất; quan hệ giữa biến thiên thể tích ( 1/25/2018 CHƯƠNG IV: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT (mechanical properties of soil) I never learn anything talking. I only learn things when I ask questions Lou Holtz Nội Dung Chương IV: T1. Tính thấm nước của đất T2. Tính đầm chặt của đất T3. Tính ép co và biến dạng của đất T4. Cường độ chống cắt của đất T2. TÍ

Thể loại Tài liệu miễn phí Kiến trúc - Xây dựng

Số trang 25

Ngày tạo 4/4/2023 11:54:18 AM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 2.44 M

Tên tệp

Tải Bài giảng Cơ học đất - Chương 4.3: Tính chất cơ họ... (.pdf)

Xem mẫu

  1. 1/25/2018 CHƯƠNG IV: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT (mechanical properties of soil) I never learn anything talking. I only learn things when I ask questions Lou Holtz Nội Dung Chương IV: T1. Tính thấm nước của đất T2. Tính đầm chặt của đất T3. Tính ép co và biến dạng của đất T4. Cường độ chống cắt của đất T2. TÍNH ÉP CO & BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT 1
  2. 1/25/2018 I. Khái niệm về tính ép co & biến dạng của đất 4 5 I. Khái niệm về tính ép co & biến dạng của đất - Đất gồm các hạt sắp xếp 1 cách tự nhiên ⇒ cốt đất có tính rỗng; - Trong lỗ rỗng chứa nước và khí - Chỗ tiếp xúc giữa các hạt có liên kết với nhau S S S S S A S S S S S A W S 6 2
  3. 1/25/2018 I. Khái niệm về tính ép co & biến dạng của đất Khi chịu tải: 1. cốt đất bị biến dạng tức thời, 2. liên kết giữa các hạt đất bị phá vỡ,các hạt dịch chuyển do bị dồn nén 3. Lỗ rỗng bị thu hẹp, V mẫu ↓, đất chặt lại. Tính chất như vậy gọi là tính ép co của đất 7 I. Khái niệm về tính ép co và biến dạng của đất - Như vậy: Biến thiên thể tích của đất khi chịu tải trọng chính là do thể tích lỗ rỗng thu hẹp ∆𝑽 = ∆𝑽𝒗 - Hiện tượng ép co xảy ra trong 1 thời gian nhất định sau đó mới kết thúc. Trong quá trình này, 1 bộ phận nước và khí trong đất đồng thời bị ép ra ngoài 8 II. QH giữa biến thiên thể tích (𝛥V) & hệ số rỗng (e) 9 3
  4. 1/25/2018 II. QH giữa biến thiên thể tích (𝛥V) & hệ số rỗng (e) Xét một khối đất có V1 & e1. Hãy tính biến thiên thể tích V khi hệ số rỗng là e2. (với e1 > e2). Theo mối liên hệ giữa ba thể: 𝟏 + Thể tích hạt đất Vs1 có trong V1: 𝑽𝒔𝟏 = 𝑽𝟏 𝟏 + 𝒆𝟏 𝟏 + Thể tích hạt đất Vs2 có trong V2 𝑽𝒔𝟐 = 𝑽𝟐 𝟏 + 𝒆𝟐 Do thể tích phần hạt đất luôn ko đổi: 𝟏 𝟏 𝟏 + 𝒆𝟐 𝑽𝒔𝟐 = 𝑽𝑺𝟏  𝑽𝟐 = 𝑽𝟏  𝑽𝟐 = 𝑽𝟏 𝟏+𝒆𝟐 𝟏+𝒆𝟏 𝟏 + 𝒆𝟏 10 II. QH giữa biến thiên thể tích & hệ số rỗng (e) 𝟏 + 𝒆𝟐 𝑽𝟐 = 𝑽𝟏 → ∆𝑽 = 𝑽 − 𝑽  𝛥V = 𝑽 𝒆𝟏−𝒆𝟐 𝟏 + 𝒆𝟏 𝟏 𝟐 𝟏 𝟏+𝒆𝟏 Đặt ∆𝒆 = 𝒆𝟏 − 𝒆𝟐 : Là biến thiên hệ số rỗng 𝑽𝟏  𝛥V= ∆𝒆 ℎ𝑎𝑦 𝟏+𝒆𝟏 ∆𝑽 = 𝜶∆𝒆 (2.1) Như vậy: “Biến thiên thể tích của đất tỷ lệ bậc nhất với biến thiên hệ số rỗng” 11 II. QH giữa biến thiên thể tích (𝛥V) & hệ số rỗng (e) Cũng có thể viết (2.1) dưới dạng biến thiên thể tích tương đối ∆𝑽 ∆𝒆 ∆𝜺𝒗 = = (2.2) 𝑽 𝟏 + 𝒆𝟏 Với  v   x   y   z (lý thuyết đàn hồi) εx: biến dạng theo phương x; εy: biến dạng theo phương y; εz: biến dạng theo phương z; 12 4
  5. 1/25/2018 III. TN ép co không nở hông & định luật ép co 13 III. TN ép co không nở hông và định luật ép co 3.1 Thí nghiệm ép co không nở hông a. KN: dùng để nc tính ép co của đất. Trong TN, mẫu đất chỉ lún theo chiều thẳng đứng. 14 3.1 Thí nghiệm ép co không nở hông Chi tiết sơ đồ thí nghiệm ép co không nở hông 15 5
  6. 1/25/2018 3.1 Thí nghiệm ép co không nở hông a. Mục tiêu của thí nghiệm cố kết ❖ mô phỏng sự ép co của đất dưới td của tải trọng ngoài. ❖ XĐ thông số môđun của đất khi nén không nở hông. ❖ Dự đoán lún của nền ở hiện trường bằng cách đánh giá các đặc trưng nén của mẫu nguyên dạng tiêu biểu. 16 b. Quy trình thí nghiệm ✓ Thực hiện bằng cách td tải trọng thẳng đứng tăng dần P1; P2; P3,…lên mẫu (cấp sau gấp 2 cấp kế trước) ✓ Sau mỗi cấp, chờ mẫu lún ổn định (0.01mm/ 24h). ✓ Lặp lại quá trình cho đến khi đủ số điểm để vẽ đường cong QH Ứng suất ~ B.dạng (s~ σ’) ’vc1 ’vc2 ’vc3 ’vc (kPa) ’vc H s (s ~’vc) 17 c.Kết quả thí nghiệm Từ công thức (2.1) & (2.2) ∆𝑽 ∆𝒆 ∆𝜺𝒗 = = 𝑽 𝟏 + 𝒆𝒊 ∆𝑽 𝑺𝒊+𝟏 ∆𝑽 = 𝑨. 𝑺𝒊+𝟏 ; 𝑽𝒊 = 𝑨. 𝑯 = 𝑽𝒊 𝑯 𝑺𝒊+𝟏 𝒆𝒊 −𝒆𝒊+𝟏 𝑺𝒊+𝟏 =  𝒆𝒊+𝟏 = 𝒆𝒊 − (𝟏 + 𝒆𝒊 ) (2.3) 𝑯 𝟏+𝒆𝒊 𝑯 𝑺𝒊+𝟏 𝜺𝒊+𝟏 = 𝜺𝒊 − (2.4) 𝑯 Từ (2.3) & (2.4); có thể XD các đường QH (s~𝝈’vc) &(𝜺 ~ 𝝈’vc) 18 6
  7. 1/25/2018 III. TN ép co không nở hông và định luật ép co (Thí nghiệm với đất bùn tại vịnh San Francisco ở độ sâu -7,3m). Hai cách thể hiện KQ TN cố kết 1. % biến dạng Ԑv ~ ứng suất hiệu quả 𝝈’vc 2. Hệ số rỗng e ~ ứng suất hiệu quả 𝝈’vc III. TN ép co không nở hông và định luật ép co Cả 2 đồ thị này đều cho thấy đất là VL biến dạng tăng bền, nghĩa là giá trị mô dun( tức thời)  khi ứng suất . 20 III. TN ép co không nở hông và định luật ép co Thể hiện KQTN cố kết trên hệ trục bán Logarit 21 7
  8. 1/25/2018 III. TN ép co không nở hông và định luật ép co NX: 2 đồ thị đều có 2 đoạn gần như thẳng nối tiếp với đường cong chuyển tiếp trơn. Ưs tại điểm chuyển tiếp chỉ ra giá trị ứs lớp phủ thẳng đứng max mà mẫu đất này từng chịu trong quá khứ- Ưs cố kết trước 𝝈’p 22 III. TN ép co không nở hông và định luật ép co d. Hệ số quá cố kết OCR Tỷ số giữa Ưs cố kết trước & Ưs nén hiệu quả hiện tại theo phương đứng 𝝈′𝒑 𝑶𝑪𝑹 = (𝟐. 𝟓) 𝝈′𝒗𝒐 𝝈’p = áp lực cố kết trước 𝝈’vo = áp lực lớp phủ thẳng đứng hiện tại OCR=1, nghĩa là σ’p = σ’vo  Đất cố kết bình thường (NC) OCR>1, nghĩa là σ’p > σ’vo  Đất quá cố kết (OC) OCR
  9. 1/25/2018 III. TN ép co không nở hông và định luật ép co 3.2. ĐL ép co ko nở hông & các đặc trưng ép co của đất ĐL ép co ko nở hông đc lập ra / cơ sở p.tích đường cong ép co (e ~ P) 25 3.2. ĐL ép co ko nở hông & các đặc trưng ép co của đất Khi biến thiên của AL ko lớn (100 – 300 kPa) có thể dùng đoạn thẳng (M1M2) để biểu thị 1 cách gần đúng đường cong ép co của đất. Khi đó hệ số dốc của M1M2: ∆𝒆 = 𝒂𝒗 hay 𝛥e = 𝒂𝒗 ∆𝝈′𝒗 ∆𝝈′𝒗 e = e i - e i+1  ’v =  ’v,i+1 -  ’v,i 26 III. TN ép co không nở hông & định luật ép co 3.2. ĐL ép co ko nở hông & các đặc trưng ép co của đất ∆𝒆 𝒂𝒗 = ∆𝝈′𝒗  av - hệ số ép co (hệ số nén); đv [m2/kN], biểu thị mức độ ép co của đất. - Khi ’v,i nhỏ, av lớn  đất dễ ép co - Khi ’v,i lớn, av nhỏ  đất khó ép co 27 9
  10. 1/25/2018 3.2. ĐL ép co ko nở hông & các đặc trưng ép co của đất  Định luật ép co của đất: Khi biến thiên áp lực nén không lớn thì biến thiên hệ số rỗng tỷ lệ bậc nhất với biến thiên áp lực” 𝛥e = 𝒂𝒗 ∆𝝈′𝒗 Lưu ý: đường ép co ko phải là đường thẳng, do đó av ko phải là hằng số đối với 1 loại đất mà ϵ giá trị 𝛥𝝈 và trị số áp lực cố kết trước 28 3.2. ĐL ép co ko nở hông & các đặc trưng ép co của đất 29 3.2. ĐL ép co ko nở hông & các đặc trưng ép co của đất Khi KQ TN đc biểu thị theo b.dạng thể tích tương đối (єv ~ ’v) thì độ dốc của đường cong nén lún đc gọi là hệ số biến thiên thể tích, mv 𝒅𝜺𝒗 ∆𝜺𝒗 𝒂𝒗 𝒎𝒗 = = = 𝒅𝝈′𝒗 ∆𝝈′𝒗 𝟏 + 𝒆𝒐 30 10
  11. 1/25/2018 3.2. ĐL ép co ko nở hông & các đặc trưng ép co của đất Khi KQ TN đc biểu diễn bằng quan hệ (e ~ log σ’v) thì độ dốc của đường cong ép co nguyên sinh đc gọi là chỉ số nén Cc  de e1  e2 e e Cc    1 2, d (log  v, ) log  2,  log  1,  log 2, 1 31 3.2. ĐL ép co ko nở hông & các đặc trưng ép co của đất Khi KQ TN đc biểu thị = quan hệ (𝜺v ~ log σ’v) thì độ dốc của đường cong ép co nguyên sinh đc gọi là chỉ số nén cải biến Ccε( tỷ số nén)  v Cc  , log 2, 1 Cc Cc  1  eo 32 3.2. ĐL ép co ko nở hông & các đặc trưng ép co của đất Nếu KQ TN đc biểu thị = quan hệ (e ~ log σ’vc) thì độ dốc của đường cong nén lại đc gọi là chỉ số nén lại Cr 33 11
  12. 1/25/2018 3.2. ĐL ép co ko nở hông & các đặc trưng ép co của đất Nếu KQ TN đc biểu thị = quan hệ (𝜺v ~ log σ’vc) thì độ dốc của đường cong nén lại đc gọi là chỉ số nén lại cải biến Crε( tỷ số nén lại) Cr C r  1  eo 34 3.2. ĐL ép co ko nở hông & các đặc trưng ép co của đất 35 3.2. ĐL ép co ko nở hông & các đặc trưng ép co của đất 36 12
  13. 1/25/2018 3.2. ĐL ép co ko nở hông & các đặc trưng ép co của đất Với đất sét có độ nhạy thấp đến trung bình, Terzaghi & Peck (1967) đề nghị Cc = 0.009(LL – 10) 37 3.3. TN bàn nén tại hiện trường & nguyên lý biến dạng tuyến tính 3.3.1 Nhược điểm của TN trong phòng ☺. Cần mẫu đất nguyên dạng ✓ Liên kết - kết cấu ✓ Độ ẩm tự nhiên ☺. Ko phù hợp với đk lv thực tế của đất nền 38 3.3 TN bàn nén tại hiện trường & nguyên lý bd tuyến tính 3.3.2 Một số chú ý ✓ Tiến hành ở địa điểm XD, những vị trí quan trọng nhất ✓ Thiết bị là 1 bàn nén cứng, vuông, KT: 70.7 x 70.7 cm. ✓ Khi TN, đặt bàn nén trực tiếp lên nền, td tải trọng lên bàn nén theo từng cấp tăng dần. Mỗi cấp 20 → 50 kN/m2 ✓ Sau mỗi cấp, đợi nền lún ổn định (0.1mm/h) thì thực hiện đo độ lún ✓ Tiếp tục tăng tải cho đến khi độ lún của bàn nén tăng đột ngột, hoặc lún quá lớn, hoặc đất xq bàn nứt nẻ, hay đất trồi lên 2 bên bàn mới thôi 39 13
  14. 1/25/2018 3.3 TN bàn nén tại hiện trường & nguyên lý bd tuyến tính pIgh pIIgh 0 p 1 2 p S TN bàn nén tại hiện trường S 40 3.3 TN bàn nén tại hiện trường & nguyên lý bd tuyến tính 41 3.3.2 Kết quả TN bàn nén ngoài hiện trường Khi p < pIgh , b.d đứng chủ yếu, do Vv thu hẹp; bd là tuyến tính. Cuối g.đoạn I (p = pIgh) b.d dẻo xuất hiện đầu tiên tại 2 mép bàn → vùng dẻo (sâu khoảng ¼ B) Khi p > pIgh , vùng dẻo phát triển theo p tăng, QH S ~ p trong nền là phi tuyến. Khi p → pIIgh b/d dẻo chiếm ưu thế, độ cong càng lớn. khi p = pIIgh , vùng dẻo phát triển hoàn toàn, nền ở t.thái CB GH. Nếu p tăng rất nhỏ, nền bị phá hoại trượt (ép trồi). 42 14
  15. 1/25/2018 3.3. Nguyên lý b.dạng tuyến tính Khi p < pIgh , bd của đất chủ yếu do thể tích rỗng (Vv) thu hẹp; QH (S  p) có dạng gần thẳng, có thể coi là bậc nhất. nguyên lý bd tuyến tính “Khi tải trọng tác dụng không lớn (p < pIgh ), quan hệ (S  p) có dạng gần thẳng, có thể xem đất như VL biến dạng tuyến tính, QH giữa độ lún & AL lên nền là bậc nhất” 43 3.3.3 Nguyên lý biến dạng tuyến tính So sánh đặc tính bd của 2 VL: ✓ Thép (VL đàn hồi) ✓ Đất (VL rời) (Áp lực ~ Biến dạng) QH bậc nhất → Trong giai đoạn bd tuyến tính, các biểu thức của “lý thuyết đàn hồi” có thể vận dụng cho đất (ĐL Hooke – ĐL liện hệ BD ~ ƯS) 44 3.3 TN bàn nén tại hiện trường & nguyên lý bd tuyến tính 3.3.3 Nguyên lý biến dạng tuyến tính Theo ĐL Hooke, khi phân tố đất là đàn hồi, đẳng hướng Ex = Ey = Ez = Eo ĐL Hook đc thể hiện dưới dạng biểu thức ’z x = 1/Eo [x - o(y + z)] ’x y = 1/Eo [y - o(z + x)] ’y z = 1/Eo [z - o(x + y)] Eo & o: môđun bd & hệ số nở hông của đất x , y , z: các ứs pháp td lên phân tố đất theo phương x, y, z x, y , z là các bd tương đối của phân tố đất theo phương x, y, z 45 15
  16. 1/25/2018 IV. Xác định các đặc trưng biến dạng của đất 4.1 Xác định hệ số nở hông, 𝛍o a. Với phân tố đất chịu nén 1 hướng (nở hông tự do) 𝝈𝒙 = 𝝈𝒚 = 𝟎 ൝ 𝜺𝒙 = 𝜺𝒚 ≠ 𝟎 𝜺𝒙 𝜺𝒚 𝝁𝒐 = = 𝜺𝒛 𝜺𝒛 TN Nén nở hông 46 IV. Xác định các đặc trưng biến dạng của đất 4.2 Xác định hệ số áp lực hông, Ko Với phân tố đất chịu nén không nở hông 𝝈𝒙 = 𝝈𝒚 ≠ 𝟎 ൝ 𝜺𝒙 = 𝜺𝒚 = 𝟎 𝝈𝒙 𝝈𝒚 𝑲𝒐 = = 𝝈𝒛 𝝈𝒛 TN nén ko nở hông 47 IV. Xác định các đặc trưng biến dạng của đất 4.3 Quan hệ giữa Ko~ 𝛍o Xét 1 phân tố đất chịu nén không nở hông: Từ các ct 𝜺𝒙 = 𝜺𝒚 = 𝟎 ቊ x = 1/Eo [x − o(y + z)] x o Ko    z 1  o TN nén ko nở hông 48 16
  17. 1/25/2018 IV. Xác định các đặc trưng biến dạng của đất 4.4 Xác định môdun biến dạng E0 E0 là 1 đặc trưng bd quan trọng của đất, có ý nghĩa ⩯ môđun đàn hồi Ee nhưng khác về bản chất: ❖ Ee biểu thị tính đàn hồi của đất ❖ E0: Biểu thị tính bd của đất, 49 IV. Xác định các đặc trưng biến dạng của đất 4.4.1 XĐ môdun biến dạng E0 từ TN nén ko nở hông E0 đc XĐ từ TN nén ko nở hông: ∆𝑉 ∆𝑒 𝑎𝑣 ∆𝜀𝑣 = = = 𝜎 (a) 𝑉 1 + 𝑒1 1 + 𝑒1 𝑧 Theo lý thuyết đàn hồi 1  2o  v   x   y   z  ( x   y   z ) (b) Eo ☺. Vì nén ko nở hông nên: o x y  z (c) 1  o 50 IV. Xác định các đặc trưng biến dạng của đất 4.4.1 XĐ môdun biến dạng E0 từ TN nén ko nở hông Thay (c) vào (b)  2  o2   v  1   z (d)  1  o  Eo   Cân bằng (d) với (a) 1 e1 Eo   (e) av Với  2 o2    1    1   o   51 17
  18. 1/25/2018 IV. Xác định các đặc trưng biến dạng của đất VD Một loại đất khi TN ép co ko nở hông trong phòng thí nghiệm với chiều cao ho= 2,54cm cho kết quả sau: P(kN/m2) 100 200 300 400 S(mm) 1,24 1,71 2,10 2,35 Yêu cầu: Tính các hệ số rỗng ei & vẽ qh e~p trong TN ép co ko nở hông, cho eo=0,814, o = 0.4 Tính mô đuyn biến dạng của đất theo ứng với cấp tải trọng từ p=100 đến p=200kN/m2. 52 IV. Xác định các đặc trưng biến dạng của đất 4.4.2 XĐ môdun biến dạng E0 từ TN bàn nén Khi p  pIgh , lý thuyết đàn hồi đã chứng minh đc độ lún của 1 bàn nén tròn đặt trên mặt bán ko gian bd tuyến tính: 1   o2 P 1   o2 P S Eo  Eo d d S Nếu bàn nén vuông, có thể lấy đường kính tương đương theo công thức F d 2  53 IV. Xác định các đặc trưng biến dạng của đất 4.4.2 XĐ môdun biến dạng E0 từ TN bàn nén Biểu thức trên tính cho môi trường bán ko gian vô hạn đàn hồi. Tuy nhiên đv đất thì phạm vi ảh của P ko ra vô cùng mà hữu hạn, vì thế khi dùng cần phải hiệu chỉnh = cách thêm 1 hệ số thực nghiệm vào công thức, mo < 1. 1   o2 P Eo  mo d S 54 18
  19. 1/25/2018 IV. Cố kết của đất dính bão hòa nước & sự chuyển hóa ứng suất trong quá trình cố kết thấm saturated clay 55 4.1 Khái niệm về tính ép co của đất bão hòa nước Xét TH biến dạng của lớp đất chịu nén 1 hướng Khi chịu tải trọng, đất bị ép co do: + Biến dạng của các hạt đất + Nước & khí trong các lỗ rỗng của đất bị ép co + Nước và khí bị ép thoát ra khỏi lỗ rỗng Với đất bão hòa: Yếu tố làm thay đổi thể tích của đất chính là sự thoát ra của nước trong lỗ rỗng: 56 4.1 Khái niệm về tính ép co của đất bão hòa nước ✓ Nc trong đất thoát ra → Các hạt đất tự sắp xếp lại→vị trí ổn định hơn → Khối đất chặt hơn ✓ Thể tích đất giảm → Lún trên bề mặt nền settlement time 57 19
  20. 1/25/2018 4.1 Khái niệm về tính ép co của đất bão hòa nước 4.1.1 Sự ép co trong đất rời (ép co 1 hướng) ✓ Tính thấm lớn, nc thoát nhanh, sự ép co diễn ra trong time rất ngắn. ✓ Thường với đất cát thì quá trình ép co xảy ra ngay trong khi XD, phần lớn là kết thúc settlement sau khi quá trình XD hoàn thành. time 58 4.1 Khái niệm về tính ép co của đất bão hòa nước 4.1.2 Sự ép co trong đất dính bão hòa nước ✓ Khả năng thoát nc nhỏ, quá trình ép co đc đánh giá = tốc độ thoát nc khỏi lỗ rỗng của đất Quá trình ép co của đất dính bão hòa nước còn gọi quá trình cố kết thấm, nó là mối QH: Ứng suất Biến dạng Thời gian QT lún có thể kéo dài hàng tháng, hàng năm, thậm trí hàng chục năm.. 59 Notice Cố kết thấm là quá trình phụ thuộc vào thời gian, sự khác nhau về tốc độ lún phụ thuộc vào sự khác nhau về tính chất thấm của đất 60 20
nguon tai.lieu . vn
Kiến trúc - Xây dựng Tự động hoá Điện - Điện tử Kĩ thuật Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Năng lượng Hoá dầu Hoá học Sinh học