Cố kết và nén lún của đất pot

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.68 MB, 80 trang )

1
cè kÕt vµ nÐn lón cña ®Êt
M«n häc tù chän
GS. NguyÔn C«ng MÉn
Th¸ng 03 năm 2008
2
Tài liệu tham kho
1.Robert D. Holtz, William D. Kovacs, 1981 - An introduction to
Geotechnical Engineering, Prentice - Hall, Inc
2. Braja M. Das, 2000 - Fundamentals of Geotechnical
Engineering, Brooks/Cole
3. R. Whitlow, 1990 - Basic Soil Mechanics,2nd Edition -
Construction Press.
4.Các bài ging sau đại học của ại học Công nghệ Singapore,
2007
5. Nguyễn Công Mẫn, , 1975 - Giáo trỡnh Cơ học đất - Bộ
môn ịa chất - nền móng - ại học Thuỷ lợi.
6. Nguyễn Công Mẫn, 1968 - ộ lún nền giếng cát có xét tới nh
hởng của tính từ biến của đất, Tuyển tập HN ịa chất Công
Trỡnh Cơ học đất - Nền móng toàn miền Bắc, 1968
3
Nội dung
1.Thí nghiệm ơđômet - Ba loại biến dạng của đất
và các đặc trng nén lún
2. áp suất lịch sử hiện trờng
3.Tính độ lún ổn định
3.1. Trờng hợp đất cố kết thông thờng
3.2.Trờng hợp đất quá cố kết
4.Tính lún theo thời gian
4.1. Nguyên lý ứng suất hiệu quảTerzaghi
4.2. Lún cố kết thấm

4.3. Lún cố kết từ biến
4
1.Thí nghiệm ơđômet
Sơ đồ hộp nén ơđômet
Dao vòng di động
ỏ thấm
ỏ thấm
Tm truyn lc
Dao vũng
Di ủng
Mu ủt
Tm ủỏy
Dao vòng cố định
ỏ thấm
ỏ thấm
Mu ủt
Dao vũng
c ủnh
Tm ủỏy
Tm truyn lc
Sơ đồ mẫu đất nén một trục
Terzaghi - 1925
e
0

v
u
0

h
= 0

h
= 0

H
H
0

e
ng suất hiệu quả kiểm soát tính
chất biến thiên thể tích của đất

v
=

v
u
0

ng suất hiệu quả kiểm soát tính
chống cắt của đất.
Sẽ xem xét sau này
(1.1)
5
1.Thí nghiệm ơđômet - vẽ đờng quan hệ e ~
H
0
Mẫu đất
Diện tích = A
H
1
H
2

Lỗ rỗng
Hạt rắn
ws
s
s
AG
W
H

=
H
v

= H - H
s
1.Tính chiều cao pha rắn:
ws
s
s
AG
W
H

=
2.Tính chiều cao ban đầu của lỗ rỗng: H
v
= H
0
H
s
s
v
s
v
h
v
H
H
AH
AH
V
V
e ===

0
3. Tính hệ số rỗng ban đầu của mẫu đất:
4. Với lợng tng tải ban đầu
1
H
1
, tính e
1
: H
1
nhn đợc từ số
đọc đồng hồ đo ban đầu và cuối, dới cấp áp suất hiệu quả trên mẫu =
1
s
H
H
e
1
1

=
5. Tính hệ số rỗng mới e
1
sau lún cố kết gây ra bởi lợng tng áp suất

1
: e
1
=e
0

- e
1
.
Tơng tự, với cấp gia tải tiếp

2

H
2
, tính và lúc đó có

2
s
H
H
ee
2
12

=
6. Tiến hành tơng tự tiếp, sẽ có số liệu để vẽ đờng quan hệ e ~

dới dạng số
học hoặc bán logảit
6
1.Thí nghiệm ơđômet
Sơ đồ hộp nén ơđômet
Dao vòng di động
ỏ thấm
ỏ thấm

Tm truyn lc
Dao vũng
Di ủng
Mu ủt
Tm ủỏy
Dao vòng cố định
ỏ thấm
ỏ thấm
Mu ủt
Dao vũng
c ủnh
Tm ủỏy
Tm truyn lc
Sơ đồ mẫu đất nén một trục
Terzaghi - 1925
e
0

v
u
0

h
= 0

h
= 0

H
H
0

e
ng suất hiệu quả kiểm soát tính
chất biến thiên thể tích của đất

v
=

v
u
0

ng suất hiệu quả kiểm soát tính
chống cắt của đất.
Sẽ xem xét sau này
(1.1)
7
1.1.Ba loại biến dạng nén lún của đất

Thời gian (thang logt)
B
i
ế
n
d
ạ
n
g
Giai đoạn I
Nén ban đầu
Gia tải trớc
Giai đoạn III
Cố kết thứ cấp
Giai đoạn II
Cố kết sơ cấp
A
B

v
I. Biến dạng tức thời, chủ yếu do sự bóp méo, làm thay đổi hỡnh dạng, không thay
đổi thể tích và do sự thoát một phần khí khỏi lỗ rỗng của đất
II. Biến dạng cố kết thấm kim soát bởi s chuyển hoá từ áp suất nớc lỗ rỗng sang
áp suất có hiệu quả do sự ép đẩy nớc lỗ rỗng ra - tới khi biến thiên áp suất lỗ rỗng
bằng không, nó chiếm khoảng 90% tổng biến dạng có thể đối với đất hạt mịn.
III. Biến dạng từ biến, kiểm soát bởi sự điều chỉnh dẻo khung cốt đất gây một ít biến
dạng sau khi cố kết thấm kết thúc, tại áp suất hiệu quả không đổi
S

t
= S
e
+ S
c
+ S
cr
St = độ nén lún tổng
Si = độ lún tức thời (LT đàn hồi)
S
c
= độ nén lún cố kết thấm (phụ thuộc
thời gian)
S
cr
= độ nén lún thứ cấp (cũng phụ thuộc
thời gian)
Chú ý: giá trị độ nén lún sau khi CKT kết
thúc gọi là độ lún cuối cùng hay độ lún
ổn định: S
(1.2)
8
Toạ độ thờng

v
e
0

h
= 0

h
= 0

H
H
0

e
u
0
h
r
V
V
e =
Quan hệ e

vc
2,6
2,4
2,2
2,0
1,8
1,6
1,4
1,2
1,0
0 25 50 75 100
ứng suất cố kết hiệu qu, , (kPa)
vc

Hệ số rỗng, e
vv
v
eeee
a

=

=

=
'''
12
21
a
a
v
v
1
1
20
40
20
40
a
v
hệ số nén
(m
2
/kN) hay 1/kPa
e (V)
1
H = s
H
0
(V
0
)
e

0
L rng
Ht ủt
0 25 50 75 100
m
m
v
v
20
40
ứng suất cố kết hiệu qu, , (kPa
)
vc

Quan hệ

vc
0000
1 e
e
H
s
H

H
L
L
v
+

==

=

=

00
0
1
HH
e
e
s
v

=
+

=
'
v
v
v
m

=
m
v
hệ số nén
thể tích (m
2
/kN)
1
1
Biến dạng tơng đối thẳng đứng,
v
(%)
0
10
20
30
40
1.2 Các đặc trng nén lún - a
v
, m
v
, E
eod
và quan hệ gia chúng
C
C

á
á
ch
ch
bi
bi
ể
ể
u
u
thị
thị
n
n
à
à
y
y
bất
bất
ti
ti
ệ
ệ
n
n
do
do
c
c

á
á
c
c
đ
đ
ặ
ặ
c
c
tr
tr

ng
ng
nén
nén
l
l
ú
ú
n
n
(
(
a
a
vc
vc

,
,
m
m
v
v
)
)
biến
biến
đ
đ
ổ
ổ
i
i
theo
theo

vc
vc

0
E
E
eod
=

à
à

=
1
2
1
2
eodv
v
v
E
m
1
'
=

=

(1.4)
(1.5)
'
v
v
e
a

=
'
v
v
v
m

=
0
1 e
e
v
+

=

0
1' e
a
m
v
v
v
v
+

=

=

(1.3)

9
Toạ độ bán lôgarit (Log)
1
2
12
21
'
'
log
'log'log'log

eee
d
de
C
v
c

=

=

=
C
c
ứng suất cố kết hiệu qu, , (kPa)
vc

1 10 100
Hệ số rỗng, e
2,6
2,4
2,2
2,0
1,8
1,6
1,4
1,2
1,0
1
C
c
- chỉ số nén
Hằng số - không phụ thuộc
,
vc

(1.6)

1
2
'
'
log

e
C
c

=
C
c
- chỉ số nén thể tích
Không phụ thuộc
,
vc

0
10
20
30
40
C
c
1
ứng suất cố kết hiệu qu, , (kPa)
vc

1 10 100
Biến dạng tơng đối thẳng đứng,
v
(%)
1.7
1
2
'
'
log

v
c
C

=
0
1 e
e
v
+

=

1
2

'
'
log

v
c
C

=
1
2
'
'
log

e
C
c

=

0
1 e
C
C

c
c
+
=

1.8
1.2
Các đặc trng nén lún - C
c
, C
c
và quan hệ gia chúng
10
- ChuyÓn ®æi tõ log
10
sang ln
Vì Ln(x) = Ln(10) log
10
(x)
⇒
log
10
(x) = Ln(x) /Ln(10) = Ln(x)/2,3 = vì ln10 = 2.3
- Chó ý: MH Cam-clay:
e
+
=
1
*
λ

λ
e
k
k
+
=
1
*
λ*- HS nÐn cải biªn k* - HS nÐn l¹i (në ) cải biªn
( )
0
13.2
*
e
C
c
+
=
λ
( )
0
13.2
*
e
C
k
s
+
=
1

2
'
'
log
σ
σ
ε
λ
v
∆
=
σ
σσ
σ
1
σ
σσ
σ
2
σ
σσ
σ
3
σ
1
= σ
2
= σ
3
• To¹ ®é b¸n l«garit (Ln) - dïng trong Plaxis

1
1
K*
λ*
ε
v
ln
σ’
ε
v
∼ lnσ’
ð−êng nÐn
ð−êng
nÐn l¹i
(në)
1.2 C¸c ®Æc tr−ng nÐn lón - λ, λ*, k*
11
2.
áp suất lịch sử hiện trờng - AS tiền cố kết
Sơ đồ hoá lộ trỡnh hỡnh thành AS tiền cố kết - Bishop, 1964
a
b
c
Trầm tích
d
Phân tố
đất M
Xói mòn
1
2

3
4
(Bishop, 1964)
Lộ trỡnh gia giảm tải
Mô hỡnh hoá lộ trỡnh gia giảm tải
Cố kết bỡnh thờng
Quá cố kết
Trầm tích
Xói mòn
c
d
a
b
áp suất hiệu quả

'
de = a.d

'

p

v0

Hệ số rỗng e
12
2. ¸p suÊt lÞch sö hiÖn tr−êng - AS tiÒn cè kÕt
M« pháng qu¸ trình
chÞu tải cña mÉu ®Êt

trong TN ¬®«met
®−êng nÐn - ®−êng në
®−êng nÐn l¹i
e
O
B A
log σ’σ’
B
σ’
A
C
s,r
1
C
c
1
C
NÐn l¹i
Në
O
Thực tế thường dùng
¸p suất cố kết hiệu quả, σ
vc
’(kPa)
H
ệ
s
ố
r
ỗ

n
g
,

e
0,90
0,85
0,80
0,75
0,70
0,65
0,55
0,50
Đường nở
do lấy mẫu
Gia tải lại
trong phòng
Đường nở
Đường nén lại
σ
σσ
σ
p
’
Tăng xáo lộn
mẫu đất
0 100 1000
B
C
D

O
Quan hÖ e
∼
∼∼
∼
log
σ
σσ
σ
’
Đường nén hiện trường
d
13
ờng cong e/log và các chỉ số
nén, nở và nén lại
ờng cong nở/nén lại trung bỡnh : e = e
oc
- C
s,r
log

ờng quá cố kết bỡnh thờng hay nguyên sơ:
e = e
oc
- C
c
log

e
e
oc
e
o
e
1

e
0

1

log
log

log
log

nh hởng của quá cố kết lịch sử

nén lại
nở
Theo
Theo
k
k

t
t
qu
qu

th
th
ớ
ớ
nghi
nghi

m
m
e
O
B A
log
B

A
C
s,r
1
C
c
1
C
Nén lại
Nở
O
Thực tế thờng dùng
2. áp suất lịch sử hiện trờng - AS tiền cố kết
14
Soils have a “memory” of the stress and other changes that
have occurred during their history, and these changes are
preserved in the soil structure (Casagrande, 1932).
OCR = 1 – Cè kÕt th«ng th−êng (normally consolidated) [NC]
OCR > 1 – Qu¸ cè kÕt (overly consolidated) [OC]
OCR < 1 – Ch−a nÐn tíi (under consolidated) [ch−a ®¹t c©n
b»ng d−íi t¸c dông tÇng phñ ]
2. ¸p suÊt lÞch sö hiÖn tr−êng - AS tiÒn cè kÕt
Tiªu chuÈn ®¸nh gi¸
HÖ sè qu¸ cè kÕt (over consolidated ratio )
σ
p
’ - ¸p suÊt hiÖu qu¶ tiÒn cè kÕt
σ
v0
’- ¸p suÊt hiÖu qu¶ hiÖn t¹i

'
0
,
v
p
OCR
σ
σ
=
(2.1)
15
2. ¸p suÊt lÞch sö hiÖn tr−êng - AS tiÒn cè kÕt
C¬ chÕ g©y tiÒn cè kÕt
16
Initial Preconsolidation Stress ⇒
⇒⇒
⇒ Advance Model
Dïng cho MH ®Êt mÒm yÕu (tõ biÕn) vµ MH ®Êt tăng bÒn
2.
¸
p suÊt lÞch sö hiÖn tr−êng
ð¸nh gi¸ theo PLAXIS
y
0
y
σ
′
σ
σσ
σ’

p
1
'
0
>
′
=
yy
p
OCR
σ
σ
Qu¸ cè kÕt
σ
σσ
σ’
p
0'
y
σ
Qu¸ cè kÕt
0'
0
>−
′
=
yp
POP
σσ
0'

0
<−
′
=
yp
POP
σσ
Pre-Overburden Pressure
0
'
yp
POP
σσ
−
′
=
(2.2)
Over Consolidation Ratio
0
'
y
p
OCR
σ
σ
′
=
(2.1)
17
H s rng e

ứng sut cố kết hiệu qu,
vc

p
ln nht cú th

p
cú th nht

p
nh nht cú th
Nh nht cú
th
Cú th nht (Casagrande)
Ln nht cú th
im:
Bán kính cong nhỏ nhất A
Ư S tiền
cố kết B

p
Ln nht cú th

p

p
p

Các giá trị có
thể của

p
2. áp suất lịch sử hiện trờng
xác định
p
theo PP Casagrande, 1936
Các bớc tỡm

p
- Chọn điểm có bán kính cong min A
- Kẻ đờng ngang tại A
- Kẻ tiếp tuyến với đờng cong tại A
- kẻ phân giác góc gia 2 đờng trên
- Kéo dài đoạn thẳng trên đờng
cong ban đầu cho cắt đờng phân
giác tại B điểm ứng với ứng suất
tiền cố kết

p
.
Chú ý:: khi mẫu đất bị xáo trộn,
khó xác định

p
Xác định AS tiền cố kết
bằng thí nghiệm TN
ơđômet (điểm B)
18
Bài tập ví dụ 8.1
Cho các đờng cong mô
phỏng sự trầm tích, lấy
mẫu lên (rỡ tải) và nén lại
trong thiết bị thí nghiệm
ơđômet.
Theo đờng cong nén
BCD, tỡm:
a) ƯS tiền cố kết theo PP
Casagrande:

p
b) Tỡm các giá trị cực đại
và cực tiểu của ƯS đó;
c) Xác định OCR nếu ƯS
Tầng phủ hiện trờng là
80kPa.
Xác định áp suất lịch
sử hiện trờng theo PP
Casagrande
2. áp suất lịch sử hiện trờng - Ví dụ
ờng nén

hiện trờng
Nở do lấy mẫu
Gia ti lại
Nở
nén lại
ờng cong TN
trong phòng
Sự tng xáo trn
mẫu ủt
H

s

r

n
g
e
ứng sut cố kết hiệu qu,
vc
Quan hệ
e

log

B
C
D
90 kPa
200 kPa
19
2. áp suất lịch sử hiện trờng - Ví dụ
Xác định áp suất lịch sử hiện
trờng theo PP Casagrande
Giải 8.1
a)Thực hiện các bớc xác định
AS tiền cố kết theo PP
Casagrande:

p
bằng khoảng
130 kPa;
b) Giả thiết e
0
= 0,84. Giá trị
cực tiểu của
p
khoảng 90 kPa
và cực đại khoảng 200 kPa;
c) Tính OCR bằng biểu thức
Do việc xác định

p
và

v0
không chắc chắn nên thờng
chỉ lấy OCR đến một số lẻ
6,1
80
130
,
0
,
===
v
p
OCR

ờng nén
hiện trờng
Nở do lấy mẫu
Gia ti lại
Nở
nén lại
ờng cong TN
trong phòng
Sự tng xáo trn
mẫu ủt
H

s

r

n
g
e
ứng sut cố kết hiệu qu,
vc
Quan hệ
e

log

B
D
90 kPa
200 kPa
e
0
=
0,84
130 kPa

p
20
3.1 Theo LT đàn hồi

3.Tính độ lún ổn định
K
E
pBS
o
e
ê
2
1
à

=
Xác định theo LT đàn hồi
GT Cơ học đất, 1975
N.C.Mẫn
(3.1)
i
i
ii
i
H
e
ee
KS
1
21
1+

=
Xác định theo LT đàn hồi kết hợp tính nén lún của đất

GT Cơ học đất, 1975
N.C.Mẫn
(3.2)

+

=
i
i
i
zi
i
K
0
0
0
3

1
'
21
1
à
à

à
TH bài toán không gian
,,,
'
zyx

++=
V
V
ớ
ớ
i
i
(3.3)
TH bài toán phẳng
;
'21
1
0
0
2

=
i
i
zi
i
K
à

à
V
V
ớ
ớ
i
i
,,
'
zx

+=
(3.4)
TH bài toán một hớng - K

1
= 1:
00
0
1
HH
e
e
s
v

=
+

=
i
i
ii
i
H
e
ee
S
1
21
1+

=
(3.5)
(3.6)

21
3.2 Theo tính nén lún Hệ toạ độ thờng
3.Tính độ lún ổn định
t + Nc
V
s
= 1
Ht rn
L rng
Ht rn
L rng
H
H
0

e
0
1
e
f
H
f
e
H = s
1
Sơ đồ nén lún
Lún là do
giảm thể
tích rỗng
Sau khi lún

0
10
20
30
40
Tính độ lún ổn định
các bài từ ví dụ: 8.2
đến 8.14
'
v
v
v
m

=
m
v
hệ số nén
thể tích (m
2
/kN)
m
m
v
v
20
40

0 25 50 75 100
ứng suất cố kết hiệu qu, , (kPa)
vc

Quan hệ
v

vc
1
1
Biến dạng tơng đối thẳng đứng,
v
(%)
Biến dạng tơng đối thẳng đứng:
0
L
L
v

=

hay
000
1 e
e
H
s
H
H

+

==

00
0
1
HH
e
e
s
v

=
+

=
(3.7)
22
3.
Tính độ lún ổn định
3.2 Theo tính nén lún Hệ toạ độ bán logarit (log
10
)
,
1
,
2
0
log.

HCs
cc
=
0
Hs
v

=
1
2
log

=
v
c
C

(3.10)

C
c
- chỉ số nén
vv

+=
02
''
ứng suất cố kết hiệu qu, , (kPa)
vc

1 10 100
Hệ số rỗng, e
2,6
2,4
2,2
2,0
1,8
1,6
1,4
1,2
1,0
1
C
c
1
2
12
21

'
'
log
'log'log'log

eee
d
de
C
v
c

=

=

=
,
1
,
2
0
0
log
1

e
H
Cs
cc
+
=
(3.8)
0
0
1
H
e
e
s
+

=
1
2
'
'
log

e
C
c

=

=
1
2
'
'
log

v
c
C
;
'
'
log
1
2

e
C
c

=

;
1
0
e
e
v
+

=

0
1 e
C
C
c
c
+
=

(3.9)
C
c
1
ứng suất cố kết hiệu qu, , (kPa)
vc

1 10 100
C
c

- chỉ số
nén thể tích
Biến dạng tơng đối thẳng đứng,
v
(%)
0
10
20
30
40
23
3.
Tính độ lún ổn định
3.2 Theo tính nén lún Hệ toạ độ bán logarit (log
10
)
1. Xét ảnh hởng lịch sử cố kết hiện trờng
a. ất cố kết thông thờng:
e
e
0

vc
e

v
C
c

,
0v

0
0
0
0
log
1
v
vv
cc
e
H
Cs

+

+
=
(3.11)
0
0
'
'
log.

v
vvo
cc
HCs

+
=
(3.12)
,
0
,
1 v

=
vv

+=
,
0
,
2
Thay và vào (3.8) và (3.10) :
24
3.
Tính độ lún ổn định
3.2 Theo tính nén lún Hệ toạ độ bán logarit (log

10
)
1.Xét ảnh hởng lịch sử cố kết hiện trờng
b. ất quá cố kết - Xét hai trờng hợp
e
e
0

v
e

v0

p

v0
+
v

vc

v0
C
r
C
c

p
TH 1.
v0
+
v

p
- cha nén tới: C
c
C
r
hoặc C
c
C
r
:
0
0
0
0
log
1
v
vv
rc
e
H

Cs

+

+
=
(3.13)
0
0
'
'
log.
v
vvo
rc
HCs

+
=
(3.14)
Vỡ C
r

< C
c
s
c
nhỏ hơn độ lún khi đất cố
kết thông thờng cha nén tới
25
3.
Tính độ lún ổn định
3.2 Theo tính nén lún Hệ toạ độ bán logarit (log
10
)
e
e
0
e
f

v
e
1
e
2

v0

p