Công thức cơ học đất
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây [845.47 KB, 28 trang ]
BÀI TẬP CƠ HỌC ĐẤT
PHẦN I : CÁC CÔNG THỨC CƠ BẢN
CHƯƠNG I : CÁC CHỈ TIÊU TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT
A/CÁC CHỈ TIÊU VỀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT
I/ Trọng lượng thể tích
1/ Trọng lượng thể tích tự nhiên
=
=
2/ Trọng lượng thể tích bão hòa
=
=
=
đ
+
3/ Trọng lượng thể tích đẩy nổi
đ
=
−
−
=
=
[∆ − 1]
1+
4/ Trọng lượng thể tích khô
=
=
=
=
5/ Trọng lượng thể tích hạt
6/ Tỷ trọng hạt –[Trọng lượng riêng hạt]
∆=
II/ Độ ẩm và độ bão hòa
1/ Độ ẩm :
=
100% =
2/Độ bão hòa:
=
=
∆
III/Độ rỗng và hệ số rỗng :
1/ Độ rỗng
=
2/ Hệ số rỗng:
Nguyễn Thanh Tâm
=
=
−1
Page 1
BÀI TẬP CƠ HỌC ĐẤT
B/CÁC CHỈ TIÊU VỀ TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT
1/ Chỉ tiêu độ chặt đánh giá trạng thái của đất rời :
ID
emax e
emax emin
Phân loại đất theo độ chặt ID
Loại đất
Độ chặt
1.00 Id > 0.67
0.67 Id > 0.33
0.33 Id 0
Đất cát chặt
Đất cát chặt vừa
Đất cát rời rạc
2/ Chỉ tiêu độ chặt đánh giá trạng thái của đất dính:
a/ Chỉ số dẻo :
IP = WL – WP
Gọi tên đất theo chỉ số dẻo IP
Chỉ số dẻo - IP
Tên đất
Đất cát pha
Đất sét pha
1
| VI.3 Dự tính độ lún cố kết theo thời gian trong trường hợp thoát nước một chiều theo phương thẳng đứng VI.3.1 Trong trường hợp này độ cố kết U của đất yếu đạt được sau thời gian t kể từ lúc đắp xong nền đường thiết kế và đắp xong phần đắp gia tải trước [nếu có] được xác định tùy thuộc vào nhân tố thời gian Tv như bảng VI.1. Bạn đang xem: Độ lún cố kết là gì Trong đó: Với hi là bề dày các lớp đất yếu nằm trong phạm vi za [za = ∑hi] có hệ số cố kết khác nhau Cvi Cvi xác định thông qua thí nghiệm nén lún không nở hông đối với các mẫu nguyên dạng đại diện cho lớp đất yếu i theo TCVN 4200-86 tương ứng với áp lực trung bình H là chiều sâu thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng, nếu chỉ có một mặt thoát nước ở phía trên thì H = za còn nếu hai mặt thoát nước cả trên và dưới [dưới lớp có đất cát hoặc thấu kính cát] thì H = 1/2 za Bảng VI.1: Độ cố kết đạt được tùy thuộc vào nhân tố Tv; Uv = f [T] Tv | 0,004 | 0,008 | 0,012 | 0,020 | 0,028 | 0,036 | 0,048 |
| Uv | 0,080 | 0,104 | 0,125 | 0,160 | 0,189 | 0,214 | 0,247 |
| Tv | 0,060 | 0,072 | 0,100 | 0,125 | 0,167 | 0,200 | 0,250 |
| Uv | 0,276 | 0,303 | 0,357 | 0,399 | 0,461 | 0,504 | 0,562 |
| Tv | 0,300 | 0,350 | 0,400 | 0,500 | 0,600 | 0,800 | 1,000 |
| Uv | 0,631 | 0,650 | 0,698 | 0,764 | 0,816 | 0,887 | 0,931 |
| Tv | 2,000 | ||||||
| Uv | 0,994 |
VI.3.2 Độ lún cố kết của nền đắp trên đất yếu sau thời gian t nói trên được xác định như sau:
St = Sc . Uv [VI.8]
Trong đó Sc xác định như ở điều VI.2.3 còn Uv xác định như ở VI.3.1.
Phần độ lún cố kết còn lại sau thời gian t, S sẽ là:
S = [1-U] . Sc [VI.9]
VI.3.3 Dựa vào các quan hệ [VI.6, VI.7] và bảng VI.1 người thiết kế có thể xác định được thời gian cần thiết phải chờ sau khi đắp nền [bao gồm cả thời gian thi công kết cấu áo đường] để phần độ lún cố kết còn lại sau khi làm xong mặt đường nằm trong phạm vi cho phép nói ở điều II.2.3; từ đó xem có cần áp dụng các giải pháp tăng nhanh lún hay không.VI.4 Dự tính lún cố kết theo thời gian trong trường hợp thoát nước 2 chiều [có sử dụng giếng cát hoặc bấc thấm]
IV.4.1 Trong trường hợp này độ cố kết U đạt được sau thời gian t kể từ lúc đắp xong được xác định theo công thức sau:
U = 1 - [1-Uv][1-Uh] [VI.10]
Trong đó:
Uv là độ cố kết theo phương thẳng đứng vẫn được xác định như nói ở điều VI.3.1,
Uh là độ cố kết theo phương ngang do tác dụng của giếng cát hoặc bấc thấm [xác định như ở điều VI.4.2].
VI.4.2 Độ cố kết theo phương ngang Uh được xác định như sau:
Trong đó:
□ Th là nhân tố thời gian theo phương ngang:
Với l là khoảng cách tính toán giữa các giếng cát hoặc bấc thấm:
- Nếu bố trí giếng hoặc bấc thấm theo kiểu ô vuôngl = 1,13 D [VI.13]
- Nếu bố trí theo kiểu tam giác
l = 1,05 D [VI.14]D là khoảng cách giữa các tim giếng hoặc bấc.
Hệ số cố kết theo phương ngang Ch [cm2/sec] cũng có thể được xác định thông qua thí nghiệm nén lún không nở hông đối với các mẫu nguyên dạng lấy theo phương nằm ngang theo TCVN 4200-86. Nếu vùng đất yếu cố kết gồm nhiều lớp đất có Ch khác nhau thì trị số dùng để tính toán là trị số Ch trung bình gia quyền theo bề dày các lớp khác nhau đó.
Ở giai đoạn lập dự án khả thi, cho phép tạm dùng quan hệ sau để xác định trị số Ch đưa vào tính toán:
Ch = [2 5] Cvtb [VI.15]
Với Cvtb được xác định như nói ở điều VI.3.1.
□ F [n] là nhân tố xét đến ảnh hưởng của khoảng cách bố trí giếng cát hoặc bấc thấm, được xác định tùy thuộc vào n = l/d [với d là đường kính của giếng cát hoặc đường kính tương đương của một bấc thấm] theo công thức:
□ Fs là nhân tố xét đến ảnh hưởng của vùng đất bị xáo động xung quanh bấc thấm [làm hệ số thấm trong vùng đó bị giảm đi].
□ Fr là nhân tố xét đến ảnh hưởng về sức cản của bấc thấm.
Khi dùng giếng cát thì không xét đến 2 nhân tố này [tức là xem Fs = 0 và Fr = 0] còn khi áp dụng bấc thấm thì chúng được xác định như nói ở điều VI.4.3.
VI.4.3 Trường hợp sử dụng bấc thấm làm phương tiện thoát nước thắng đứng thì các nhân tố F[n], Fs và Fr trong [VI.11] được xác định như sau:
Nhân tố F [n] vẫn theo công thức [VI.16] với đường kính tương đương của một bấc thấm d tính như sau:
Trong đó:
a là chiều rộng, b là bề dày của tiết diện bấc thấm
Vì d nhỏ nên tỷ số n thường lớn và n2 >> 1, do vậy có thể tính F [n] theo công thức đơn giản sau:
F [n] = ln [n] − 3/4; [VI.18]
□ Nhân tố xét đến ảnh hưởng xáo động:
Fs = [kh/ks - 1] . ln [ds/d]; [VI.19]
Trong đó kh và ks là hệ số thấm theo phương nằm ngang của đất yếu khi chưa đóng bấc thấm [đất yếu không bị xáo động] và sau khi đóng bấc thấm; ks h và thường cho phép lấy ks = kv với kv là hệ số thấm của đất theo phương thẳng đứng. Trên thực tế tính toán thường cho phép áp dụng:
- Ch và Cv là hệ số cố kết của đất yếu theo phương nằm ngang và phương thẳng đứng.
- ds/d là tỷ số giữa đường kính tương đương của vùng đất bị xáo động xung quanh bấc thấm và đường kính tương đương của chính bấc thấm. Thực tế tính toán cho phép áp dụng:
□ Nhân tố xét đến sức cản của bấc thấm:
Trong đó:
L là chiều dài tính toán của bấc thấm [m] nếu chỉ có một mặt thoát nước phía trên thì L bằng chiều sâu đóng bấc thấm, nếu có 2 mặt thoát nước [cả trên và dưới] thì lấy L bằng 1/2 chiều sâu đóng bấc thấm;
kh là hệ số thấm ngang [theo phương nằm ngang] của đất yếu, cho phép xác định gần đúng theo [VI.20] từ hệ số thấm theo phương thẳng đứng kv hoặc thí nghiệm thấm trực tiếp với các mẫu thấm theo phương ngang [m/s].
qw [m3/sec] là khả năng thoát nước của bấc thấm tương ứng với gradien thủy lực bằng 1; lấy theo chứng chỉ xuất xưởng của bấc thấm. Thực tế tính toán cho phép lấy tỷ số kh/qw = 0,00001 0,001m-2 đối với đất yếu loại sét hoặc á sét; kh/qw = 0,001 0,01 đối với than bùn và 0,01 0,1 đối với bùn cát;
VI.4.4 Trong trường hợp sử dụng giếng cát thì khi thiết kế có thể trực tiếp dùng toán đồ hình VI.1 biểu thị mối quan hệ [VI.11] với F [n] theo [VI.16] và Fs = Fr = 0.
Xem thêm: Hướng Dẫn Hít Đất Cho Người Mới Tập Tại Nhà, Cách Hít Đất Đúng Cách Cho Người Mới Bắt Đầu
Hình VI.1: Toán đồ xác định độ cố kết theo phương nằm ngang Uh theo Th và n
VI.4.5 Độ lún cố kết đạt được St và phần độ lún còn lại ΔS sau thời gian t trong trường hợp thoát nước cố kết 2 chiều cũng vẫn được xác định như ở công thức [VI.8] và [VI.9] nhưng thay Uv bằng U tính được theo [VI.10].VI.5 Những chú ý khi dự tính lún
VI.5.1 Để xét đến ảnh hưởng của thời gian thi công đắp [kéo dài trong một thời hạn nhất định chứ không phải đắp đột ngột xong ngay] đối với diễn biến lún của nền đắp trên đất yếu có thể dùng cách suy diễn đơn giản như hình VI.2 với giả thiết tải trọng đắp tăng tuyến tính.
□ Trước hết vẽ đường cong lún cố kết theo thời gian St = ScU với trường hợp tải trọng đắp tác dụng ngay một lúc [đường cong chấm gạch, đường 2 hình VI.2]
Hình VI.2: Diễn biến lún theo thời gian có xét đến thời gian thi công đắp nền
□ Độ lún ở cuối thời kỳ thi công [ở thời điểm tc lúc đắp xong] được xác định bằng độ lún của đường 2 ở thời điểm đắp được một nửa tc/2, trên hình vẽ từ điểm 1/2tc dóng xuống gập đường cong 2 ở H, từ H dóng ngang gập đường dóng thẳng đứng từ tc ở E.
□ Tương tự, độ lún ở thời điểm t được xác định xuất phát từ điểm K [lún ở thời điểm t/2 của đường cong 2] dóng ngang được N, nối ON cắt đường dóng thẳng đứng từ t ở M. Kết quả là vẽ được đường cong dự báo lún có xét đến thời gian thi công đắp nền [đường cong 1 qua OME trên hình VI.1].
VI.5.2 Do mang nhiều giả thiết gần đúng về lý thuyết và về thông số đưa vào tính toán nên kết quả dự báo lún và độ cố kết chỉ được sử dụng như nói ở điểm II.2.5. Trong quá trình thi công làm thử [IV.8.4] hoặc thi công thực tế, phải thông qua kết quả quan trắc lún thực tế để đánh giá, điều chỉnh các giải pháp và các bước xử lý như nói ở II.2.5 và IV.8.3.PHỤ LỤC I
XÁC ĐỊNH TRỊ SỐ ÁP LỰC TIỀN CỐ KẾT PZ VÀ CÁC CHỈ SỐ NÉN LÚN CỦA ĐẤT YẾU
TRÌNH TỰ THỰC HIỆN:
1. Thực hiện thí nghiệm xác định tính nén lún không nở hông của các mẫu đất yếu nguyên dạng lấy ở độ sâu z theo đúng TCVN 4200-86, bao gồm cả việc thí nghiệm dỡ tải sau cấp tải cuối cùng như nói ở điều 4.9 của TCVN nói trên. Không được dùng phương pháp nén nhanh.
2. Dựa vào kết quả thí nghiệm vẽ đường cong nén lún e - lg p [hình 1] trong đó e là hệ số rỗng tương ứng với các cấp áp lực p. Cũng có thể vẽ đường cong nén lún này dưới dạng lg e − lg p.
3. Xác định trị số áp lực tiền cố kết p:
a] Trên đường cong e - lg p xác định điểm A ở chỗ tại đó có độ cong lớn nhất [bán kính cong nhỏ nhất]. Từ A kẻ đường nằm ngang và đường tiếp tuyến với đường cong nén lún. Kẻ đường phân giác của góc tạo bởi đường nằm ngang và đường tiếp tuyến qua A nói trên. Giao điểm của đường phân giác này với đường tiếp tuyến kẻ từ cuối đường cong nén lún [đoạn tiếp tuyến kéo dài] sẽ xác định điểm tương ứng với áp lực tiền cố kết P [xem hình 1].
b] Trên đường cong lg e - lg p nếu hình thành một điểm gẫy [giao điểm của hai nhánh thẳng có độ dốc khác nhau] thì đó chính là điểm tương ứng với trị số áp lực tiền cố kết [xem hình 2].
c] Chọn trị số nào lớn hơn trong hai cách xác định nói trên làm trị số sử dụng.
4. Xác định các trị số nén lún
Trị số áp lực tiền cố kết chia đường cong nén lún e - log p thành hai phần tương ứng với đoạn p [bên trái] và đoạn > p [bên phải]. Từ đó xác định được các chỉ số nén lún như sau :
a] Chỉ số nén lún Cr ở đoạn p:
trong đó: ep là hệ số rỗng tương ứng với áp lực tiền cố kết p;
e1 là hệ số rỗng tương ứng với áp lực nén 1. Việc chọn trị số 1 tùy thuộc vào thực tế chịu tải của lớp đất i cần tính lún. Thường có thể lấy 1 = 0,1 kG/cm2 tương ứng với cấp áp lực thí nghiệm đầu tiên theo TCVN 4200-86 đối với đất yếu; Cũng có thể tính Cr theo nhánh dỡ tải trên hình 1.
b] Chỉ số nén lún Cc ở đoạn > p:
ep , p có ý nghĩa như trên, còn e2 là hệ số rỗng ứng với áp lực 2. Việc chọn trị số 2 tùy thuộc vào thực tế chịu tải của lớp đất i cần tính lún và nên chọn sao vz z cho trị số ivz + iz trong công thức [VI.1] nằm giữa khoảng p và 2.
Nếu khi thí nghiệm nén chọn cấp áp lực lớn nhất đúng như nói ở điều 1.7 của TCVN 4200-86 thì có thể lấy 2 bằng trị số cấp áp lực lớn nhất đó.
5. Từ kết quả thí nghiệm xác định áp lực tiền cố kết ở các lớp đất i khác nhau có thể vẽ biểu đồ p - z [độ sâu] như ở hình 3. Trên đó có thể vẽ đường v.z - z [áp lực do trọng lượng bản thân các lớp đất yếu] đường z - z [áp lực do tải trọng đắp] và đường v.z + o = f[z] để kiểm tra điều kiện [IV.5a] và [IV.5b] như trên hình 3. Điều kiện [IV.5a] và [IV.5b] nếu không được thỏa mãn thì không nên áp dụng các giải pháp dùng phương tiện thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng [giếng cát hoặc bấc thấm].THÍ NGHIỆM NÉN
Công trình: ....................................................................................Ký hiệu lỗ khoan ................................ Độ sâu lấy mẫu : ............ [m]Số hiệu mẫu : ...................... No Số thí nghiệm : ......................Áp lực tiền cố kết: p = 0,620 [kG/cm2]
Hệ số rỗng ban đầu : eo = 1.188Phụ lục I - Hình 1
Áp lực tiền cố kết: p = 0,68 [kG/cm2]
Hệ số rỗng ban đầu: eo = 1.188Phụ lục I. Hình 2 - Xác định áp lực tiền cố kết trên đồ thị loge - log p
[số liệu thí nghiệm như với hình 1]
TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT NÉN [ÁP LỰC] THEO PHƯƠNG THẲNG ĐỨNG ZI DO TẢI TRỌNG NỀN ĐẮP HOẶC TẢI TRỌNG PHẢN ÁP GÂY RA TRONG ĐẤT THEO TOÁN ĐỒ OSTERBERG
a- Toán đồ để xác định ứng suất nén thẳng đứng do nền đắp gây ra trong đất
b- Sơ đồ tải trọng và ví dụ sử dụng toán đồ Osterberg [trường hợp tải trọng chữ nhật sẽ được xem là hình thang có tỷ số a/z =0 ≈ 0,01];
Các số trên hình vẽ là kích thước tính bằng m
Ví dụ: b″ = a = 2 m b′ = b″ + a + b1 + b2 = 8 m
Ví dụ sử dụng Osterberg
1. Xác định ứng suất zi của điểm M1:a- Với các tải trọng tác động bên trái:
Theo toán đồ được It = 0,397
b- Với tải trọng tác động bên phải:
Vậy zi = [0,397 + 0,478]q = 0,875q
2. Xác định ứng suất tại điểm M3 [tải trọng chữ nhật]:Z3 = [It + If]q
Xác định It khi a/z = 0 và b/z = 0,5 và If khi a/z = 0 và b/z = 1
được: Z3 = [0,278 + 0,410]q = 0,688q
3. Xác định ứng suất tại điểm M2 [ứng dụng để tính ứng suất do khối phản áp gây ra tại điểm tim nền đắp ở độ sâu z]:Z2 = [Ilmnk - Ilrsk]q
Ilmnk là tải trọng hình thang bên phải điểm M2
Ilrsk là tải trọng hình chữ nhật bên phải điểm M2
a- Tính Ilmnk
Tra toán đồ được Ilmnk = 0,5
b- Tính Ilrsk
Tra toán đồ được Ilrsk = 0,46
Vậy z2 = [0,5 - 0,46]q = 0,04q
Độ cố kết ngang Uh % Nhân tố thời gian Th
Độ cố kết ngang Uh % Nhân tố thời gian Th
Độ cố kết ngang Uh % Nhân tố thời gian Th
Độ cố kết ngang Uh % Nhân tố thời gian ThMỤC LỤCI. Các quy định chung [định nghĩa, nguồn gốc, phân loại đất yếu]II. Các yêu cầu và tiêu chuẩn thiết kế
II.1 Các yêu cầu về ổn định
II.2 Các yêu cầu và tiêu chuẩn tính toán lún
II.3 Các yêu cầu về thiết kế và bố trí hệ thống quan trắc trong quá trình thi công nền đắp trên đất yếu
II.4 Xác định các tải trọng tính toánIII. Các yêu cầu về khảo sát phục vụ việc thiết kế nền đường qua vùng đất yếu
III.1 Các yêu cầu chung
III.2 Các quy định về khảo sát địa hình
III.3 Các quy định về khảo sát và thí nghiệm địa kỹ thuật
IV. Các giải pháp thiết kế nền đắp trên đất yếuIV.1 Các yêu cầu chung về cấu tạo nền đắp trên đất yếu
IV.2 Đắp trực tiếp trên đất yếu
IV.3 Đào một phần hoặc hoặc đào toàn bộ đất yếu
IV.4 Giải pháp đắp bệ phản áp
IV.5 Tầng cát đệm
IV.6 Các biện pháp thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng [sử dụng giếng cát hoặc bấc thấm]
IV.7 Sử dụng vải địa kỹ thuật để tăng cường ổn định nền đắp trên đất yếu
IV.8 Các nguyên tắc lựa chọn giải pháp thiết kếV. Tính toán ổn định nền đắp trên đất yếu
V.1 Phương pháp tính toán
V.2 Những chú ý khi vận dụng phương pháp tính toán phân mảnh cổ điển và Bishop
V.3 Các trường hợp tính toán ổn định và thông số tính toán tương ứng
VI. Tính toán lún nền đắp trên đất yếuVI.1 Tính độ lún cố kết Sc
VI.2 Dự tính độ lún tổng cộng S và độ lún tức thời Si
VI.3 Dự tính độ lún cố kết theo thời gian trong trường hợp thoát nước một chiều theo phương thẳng đứng
VI.4 Dự tính độ lún cố kết theo thời gian trong trường hợp thoát nước 2 chiều [có sử dụng giếng cát hoặc bấc thấm]
VI.5 Những chú ý khi dự tính lún
Phụ lục 1: Xác định trị số áp lực tiền cố kết và các chỉ số nén lún của đất yếuPhụ lục 2: Tính toán ứng suất nén [áp lực] thẳng đứng zi do tải trọng nền đắp hoặc tải trọng phản áp gây ra trong đất theo toán đồ Ostezberg