Bài giảng Cơ học đất

Bài giảng Cơ học đất 1BAI GIANG: CO HOC DAT CƠ HỌC ĐẤT (SOIL MECHANICS) GIẢNG VIÊN: ThS. TRẦN MINH TÙNG 98 NGÔ TẤT TỐ QUẬN BÌNH THẠNH Tp HCM email: tranminhtung@tut.edu.vn GIỚI THIỆU MÔN HỌC BAI GIANG: CO HOC DAT 1. ĐỊNH NGHĨA MÔN HỌC CƠ HỌC ĐẤT LÀ MÔN HỌC NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA ĐẤT ĐỐI VỚI CÁC TÁC DỤNG CƠ HỌC, VẬT LÝ. ¾ Dự tính độ lún của nền móng công trình. ¾ Khả năng chịu tải của nền đất dưới công trình. ¾ Áp lực của đất lên tường chắn. ¾ Ổn định mái đất. BAI GIANG: CO HOC DAT DỰ TÍNH ĐỘ LÚN CỦA NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH. 2BAI GIANG: CO HOC DAT KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA NỀN ĐẤT BAI GIANG: CO HOC DAT ÁP LỰC CỦA ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN BAI GIANG: CO HOC DAT ỔN ĐỊNH MÁI ĐẤT. 3BAI GIANG: CO HOC DAT 2. VẤN ĐỀ CẦN PHẢI NGHIÊN CỨU 1. Bản chất vật lý của đất. 2. Ứng suất trong môi trường đất BAI GIANG: CO HOC DAT ỨNG SUẤT TRONG MÔI TRƯỜNG ĐẤT BAI GIANG: CO HOC DAT 3. CÁC YÊU CẦU CỦA MÔN HỌC 1. THAM GIA BÀI GIẢNG ĐẦY ĐỦ. 2. THÍ NGHIỆM, BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐẠT YÊU CẦU. 3. LÀM BÀI TẬP 4. THI GIỮA HỌC KỲ 5. THI CUỐI HỌC KỲ. 6. ĐÁNH GIÁ: tham gia bài giảng + thi giữa kỳ 30% (có thể kiểm tra 15 phút bất kỳ lúc nào), thi cuối kỳ 70% 4BAI GIANG: CO HOC DAT 4. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. R.Whitlow, Cơ học đất NXB Giáo dục 1997 (bản dịch tiếng Việt). 2. N.A.Xưtovich, Cơ học đất, bản dịch tiếng Việt của Ngô Văn Định, Lê Aát Hợi, Vũ Công Ngữ, Hà Nội 1969. 3. N.A.Xưtovich, Cơ học đất, (giáo trình rút gọn), bản dịch tiếng Việt của Đỗ Bằng, Nguyễn Công Mẫn, Moscơva 1987. 4. Vũ Công Ngữ – Nguyễn Văn Thông, Bài tập cơ học đất NXB Giáo Dục 1999. BAI GIANG: CO HOC DAT 5.JONH ATKINSON (1993) An introduction to the mechanic of soil and foundations – Mc Graw – Hill Book Company. 6.DAVID MUIR WOOD (1990) Soil Behavior And Critical State Soil Mechanics - Cambridge University Press. 7. A. M. BRITO, M. J. GUNN (1987) Critical state soil mechanics via finite elements – Ellis Horwood Limited. 4. TÀI LIỆU THAM KHẢO BAI GIANG: CO HOC DAT Chương 1 BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA MÔI TRƯỜNG ĐẤT 1. SỰ HÌNH THÀNH CÁC LOẠI ĐẤT Tất cả các loại đất đều được hình thành do quá trình phong hóa, chuyển dời và lắng đọng. Tùy vào điều kiện hình thành mà tạo ra các loại đất khác nhau 5BAI GIANG: CO HOC DAT QUÁ TRÌNH PHONG HÓA „ Là quá trình các lớp đá gốc bị biến đổi thành đất dưới tác dụng của các tác nhân tự nhiên. „ Các tác nhân tự nhiên này có thể là tác nhân vật lý, hóa học hoặc hóa sinh BAI GIANG: CO HOC DAT QUÁ TRÌNH CHUYỂN DỜI „ Đó là quá trình các hạt đất được chuyển dời từ nơi này sang nơi khác dưới tác dụng của dòng nước, của gió hoặc trọng lượng bản thân … BAI GIANG: CO HOC DAT SOIL AND ROCK CIRCLE 6BAI GIANG: CO HOC DAT CÁC THÀNH PHẦN CẤU TẠO CHÍNH CỦA ĐẤT „ Hạt khoáng rắn. „ Nước. „ Khí. Bọt khí Hạt khoáng Nước BAI GIANG: CO HOC DAT CÁC HẠT KHOÁNG 1. Đất rời „ Đất hòn lớn (cuội, dăm sỏi) là đất có lượng hạt có đường kính d ≥ 2 mm chiếm trên 50% khối lượng. BAI GIANG: CO HOC DAT CÁC HẠT KHOÁNG „ Đất cát a) Cát sỏi: là đất có lượng các hạt có đường kính d ≥ 2 mm chiếm trên 25% khối lượng khô. b) Cát thô: là đất có lượng các hạt có đường kính d ≥ 0,5mm chiếm trên 50% khối lượng khô. 7BAI GIANG: CO HOC DAT CÁC HẠT KHOÁNG c) Cát trung: là đất có lượng các hạt có đường kính d ≥ 0,25mm chiếm trên 50% khối lượng khô. d) Cát mịn: là đất có lượng các hạt có đường kính d ≥ 0,1mm chiếm trên 75% khối lượng khô. e) Cát bụi: là đất có lượng các hạt có đường kính d ≥ 0,1mm chiếm dưới 75% khối lượng khô. BAI GIANG: CO HOC DAT TÊN GỌI CÁC HẠT ĐẤT „ Những hạt có đường kính d từ 2 mm đến 0,05 mm gọi là hạt cát. „ Những hạt có đường kính d từ 0,05 mm đến 0,005 mm gọi là bụi. „ Những hạt có đường kính d nhỏ hơn 0,005 mm gọi là hạt sét BAI GIANG: CO HOC DAT 2.Đất dính Khi hàm lượng các hạt sét chiếm trên 3% khối lượng hạt thô thì đất có tính dẻo dính. Đó là các loại đất cát pha sét, sét pha cát hoặc đất sét Môi trường đất là môi trường rời, không có tính dính kết giữa các hạt hoặc có tính dính kết yếu. 8BAI GIANG: CO HOC DAT ĐƯỜNG CONG TÍCH LŨY THÀNH PHẦN HẠT Đường cong tích lũy thành phần hạt (đường cong cấp phối) của đất là đường biểu diễn quan hệ giữa đường kính các hạt đất và phần trăm khối lượng của chúng trong mẫu đất BAI GIANG: CO HOC DAT BAI GIANG: CO HOC DAT P% D (mm)10 1 0.1 0.01 0.001 100- 50- 10- 20- 30- 40- 60- 70- 80- 90- D100 = 7 D60 = 0.22 D30= 0.04 D10 = 0,0052 Cuội Sỏi Cát Bụi Sét 9BAI GIANG: CO HOC DAT Ê d60 là đường kính cỡ hạt mà các hạt nhỏ hơn chúng chiếm 60% trọng lượng hạt. Ê d30 là đường kính cỡ hạt mà các hạt nhỏ hơn chúng chiếm 30% trọng lượng hạt. Ê d10 là đường kính cỡ hạt mà các hạt nhỏ hơn chúng chiếm 10% trọng lượng hạt HỆ SỐ KHÔNG ĐỒNG ĐỀU 10 60 d dK = ))(( )( 6010 2 30 DD DC curvatureoftCoefficien c = BAI GIANG: CO HOC DAT Ý NGHĨA CỦA HỆ SỐ KHÔNG ĐỒNG ĐỀU K Ê Khi hệ số không đồng đều K lớn thì đất không đồng đều và ngược lại. Ê Khi K < (3 ÷ 4): đất có các hạt đồng đều. Ê Khi K > (3 ÷ 4): đất có các hạt không đồng đều )( 631 )( 431 sandsfor KandC gravelsfor KandC soilgradedWell c c ≥<< ≥<< − BAI GIANG: CO HOC DAT MỘT SỐ NHẬN XÉT VỀ ĐƯỜNG CONG CẤP PHỐI 1. ĐCCP càng dốc thì đất càng đồng đều và ngược lại ĐCCP càng thoải thì đất càng không đồng đều. 2. K càng lớn thì đất càng không đồng đều do đó đất càng dễ đầm chặt hơn. 3. Dựa vào ĐCCP ta xác định được các thông số d60, d30, d10. Từ các thông số này ta suy ra một số chỉ tiêu về tính chất vật lý của đất như khả năng đầm chặt, khả năng xảy ra hiện tượng cát chảy, hệ số thấm, tính biến dạng v.v.. 10 BAI GIANG: CO HOC DAT BAI GIANG: CO HOC DAT NƯỚC TRONG ĐẤT Trong đất tồn tại hai loại nước có đặc điểm, tính chất khác nhau: NƯỚC MÀNG MỎNG NƯỚC TỰ DO (NƯỚC LỖ RỖNG) NƯỚC TRONG ĐẤT BAI GIANG: CO HOC DAT 1. Nước màng mỏng: Là nước bao bọc quanh các hạt khoáng, nước này có đặc điểm là không hoàn toàn chuyển động được dưới tác dụng của gradien thủy lực. 2. Nước tự do: Là nước nằm trong các khe rỗng của đất. Có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất cơ học, vật lý của đất đặc biệt là các loại đất dính. Ê Nước tự do có thể chuyển động dưới tác dụng của gradien thủy lực và sự chuyển động này tạo ra các dòng thấm. Ê Nước tự do trong đất có hai dạng là nước mao dẫn và nước bão hòa ngập trong đất. HAI LOẠI NƯỚC TRONG ĐẤT 11 BAI GIANG: CO HOC DAT Nước tự do MNN Mao dẫnhmd Mặt đất tự nhiên HAI DẠNG NƯỚC TỰ DO Ê Đối với đất cát hmd khoảng từ vài đến vài chục cm. Ê Đối với đất sét hmd rất lớn có thể lên đến hàng trăm cm BAI GIANG: CO HOC DAT KHÍ TRONG ĐẤT KHÍ TRONG ĐẤT DẠNG KÍN DẠNG HỞ Ê Không thông với khí quyển Ê Có ảnh hưởng tới tính chất của đất đặc biệt là tính biến dạng của đất. Ê Thông với khí quyển Ê Ít ảnh hưởng tới tính chất cơ lý của đất BAI GIANG: CO HOC DAT TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ PHÂN LOẠI ĐẤT 1. CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CƠ SỞ: DUNG TRỌNG CỦA ĐẤT Trọng lượng một đơn vị thể tích của đất. DUNG TRỌNG HẠT KHOÁNG Trọng lượng của một đơn vị thể tích hạt rắn ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT Tỷ số giữa trọng lượng nước chứa trong lỗ rỗng và trọng lượng của hạt rắn của đất 12 BAI GIANG: CO HOC DAT DUNG TRỌNG CỦA ĐẤT V G=γCông thức tính: G - Trọng lượng của mẫu đất: G = Gh + Gn + Gk Gk ≈ 0 G = Gh + Gn V - Thể tích mẫu đất: V = Vh + Vr rh nh VV GG + +=γ BAI GIANG: CO HOC DAT DUNG TRỌNG HẠT KHOÁNG Công thức tính: Dung trọng hạt γh có giá trị thay đổi trong phạm vi từ 2,6 đến 2,8 T/m3 h h h V G=γ BAI GIANG: CO HOC DAT ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT Công thức tính: h n G GW = 100% 13 BAI GIANG: CO HOC DAT 2. ĐỘ RỖNG, ĐỘ ĐẶC, HỆ SỐ RỖNG: TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ PHÂN LOẠI ĐẤT V Vn r=•Độ rỗng: • Độ đặc: V Vm h= • Hệ số rỗng: m n V Ve h r == Lỗ rỗng Hạt rắn n m 1 BAI GIANG: CO HOC DAT Lỗ rỗng Hạt rắn e 1 1+e MỘT SỐ ĐIỂM CẦN LƯU Ý • m + n = 1 • Đối với đất cát thông thường e = 0,3 ÷ 0,8. • Đối với đất sét thông thường e = 0,3 ÷ 2. • Đối với bùn non, than bùn e = 2 ÷ 10. Có thể tính m,n,e khi biết W, γh, γ ? BAI GIANG: CO HOC DAT TÍNH m, n, e THEO γh, W, γ 100100 hh n W GWG γ== 1)01,01( 1 01,0 −+=→+ +=+ += γ γγγγ We e W VV GG hhh rh hn Lỗ rỗng Hạt rắn e 1 1+e e mn +−=−= 1 111 e m += 1 1 14 BAI GIANG: CO HOC DAT 3. DUNG TRỌNG KHÔ, DUNG TRỌNG BÃO HÒA VÀ DUNG TRONG ĐẨY NỔI •Dung trọng khô của đất “γkh” là dung trọng của đất khi độ ẩm của đất W = 0 %. )0( = += n rh h kh G VV Gγ Lỗ rỗng Hạt rắn e 1 1+e r h kh e+= 1 γγ BAI GIANG: CO HOC DAT 3. DUNG TRỌNG KHÔ, DUNG TRỌNG BÃO HÒA VÀ DUNG TRONG ĐẨY NỔI •Khi tất cả lỗ rỗng trong đất được chiếm chỗ bỡi nước thì đất ở trạng thái bão hòa, dung trọng của đất lúc này đạt đến giá trị dung trọng bão hòa hr bh nh bh VV GG + +=γ b h n n rG Vγ= ? e e nh bh + += 1 γγγ BAI GIANG: CO HOC DAT 3. DUNG TRỌNG KHÔ, DUNG TRỌNG BÃO HÒA VÀ DUNG TRONG ĐẨY NỔI •Khi mẫu đất được đặt trong nước thì mẫu đất sẽ chịu tác dụng của lực đẩy Acsimet, làm cho dung trọng của đất giảm đi. Dung trọng này gọi là dung trọng đẩy nổi của đất ? hr dnnh dn VV FGG + −+=γ Fđn = (Vh +Vr)γn (1 ) 1 1 h n n h n d n e e e e γ γ γ γ γγ + − + −= =+ + 15 BAI GIANG: CO HOC DAT 4.ĐỘ BÃO HÒA Độ bão hòa ‘Gbh‘ là tỷ số giữa trọng lượng của nước chứa trong lỗ rỗng của đất và trọng lượng của nước trong lỗ rỗng của đất khi đất ở trạng thái bão hòa. bh bh W WG = Hạt đất Nước Khí Hạt đất Nước M ẫu đấtchưa bão hòa Mẫu đất bão hòa nước BAI GIANG: CO HOC DAT e WG n h bh ×= γ γ ĐỘ BÃO HÒA Lỗ rỗng Hạt rắn e 1 1+e • Gbh thay đổi từ 0 đến 1 + Gbh = 0 → đất không bão hòa nước. + Gbh = 1 → đất bão hòa nước hoàn toàn.• Độ bão hòa nước có liên quan đến một số tính chất cơ học của đất đặc biệt là đối với đất cát. BAI GIANG: CO HOC DAT Khô Gbh = 0 Ít ẩm Gbh = 0 ÷0,5 Aåm Gbh = 0,5 ÷0,8 Bão hòa Gbh = 0,8 ÷1 ĐỘ BÃO HÒA CỦA ĐẤT CÁT 16 BAI GIANG: CO HOC DAT Độ chặt của đất rời có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất cơ học của đất.. Dựa vào hệ số rỗng e của đất rời người ta phân loại đất rời thành những loại sau: 5. ĐỘ CHẶT CỦA ĐẤT RỜI: ĐẤT CÁT CHẶT CHẶT VỪA XỐP BỜI RỜI BAI GIANG: CO HOC DAT > 0,70 > 0,75 > 0,80 0,55 ÷ 0,70 0,60 ÷ 0,75 0,60 ÷ 0,80 < 0,55 < 0,60 < 0,60 Cát hạt thô, hạt trung, sỏi Cát hạt nhỏ Cát bụi Xốp (bời rời)Chặt vừaChặt HỆ SỐ RỖNG e LOẠI CÁT ĐỘ CHẶT CỦA ĐẤT RỜI BAI GIANG: CO HOC DAT ĐỘ CHẶT CỦA ĐẤT RỜI ĐỘ CHẶT TƯƠNG ĐỐI CỦA ĐẤT RỜI : minee ee D Max Max − −= e - hệ số rỗng của đất ở trạng thái xem xét eMax, emin - hệ số rỗng của đất ở trạng thái xốp nhất, chặt nhất xác định bằng thí nghiệm theo các quy trình nhất định. 17 BAI GIANG: CO HOC DAT ĐỘ CHẶT TƯƠNG ĐỐI CỦA ĐẤT RỜI e = eMax → D = 0: đất ở trạng thái xốp nhất. e = emin → D = 1: đất ở trạng thái chặt nhất. * Cát xốp: D = 0,33 ÷ 0. * Cát ở trạng thái chặt vừa: D = 0,67 ÷ 0,33. * Cát ở trạng thái chặt: D = 0,67 ÷ 1,0. * Cát ở trạng thái quá chặt: D > 1,0. BAI GIANG: CO HOC DAT Độ chặt của đất cát e (trạng thái tự nhiên) Mẫu đất cát nguyên dạng Ở độ sâu lớn khó lấy mẫu đất cát nguyên dạng. Xác định độ chặt của đất cát bằng các thí nghiệm hiện trường Thí nghiệm xuyên động SPT , Thí nghiệm xuyên tĩnh CPT… ? ĐỘ CHẶT CỦA ĐẤT RỜI BAI GIANG: CO HOC DAT PHƯƠNG PHÁP LÈN CHẶT ĐẤT „ Khi đất được đầm chặt, thì khả năng chịu tải của đất tăng lên, khả năng nén chặt của đất giảm, hệ số thấm của đất giảm... do đó trong xây dựng nền móng người ta thường dùng phương pháp đầm để cải thiện nền đất. „ Hiệu quả đầm chặt đất được đánh giá thông qua dung trọng khô đạt được của đất sau khi đầm. „ Khi dung trọng khô của đất đạt được càng lớn thì hiệu quả đầm chặt của công tác đầm chặt càng cao 18 BAI GIANG: CO HOC DAT PHƯƠNG PHÁP LÈN CHẶT ĐẤT Để đánh giá hiệu quả đầm chặt người ta dùng một chỉ tiêu gọi là hệ số đầm chặt: γk – dung trọng khô của đất sau khi đã dầm chặt ở hiện trường. γkMax – dung trọng khô của đất sau khi đã được đầm chặt trong điều kiện tiêu chuẩn (ở phòng thí nghiệm). Max k kk γ γ= BAI GIANG: CO HOC DAT ƒĐối với mỗi loại đất có 1 giá trị độ ẩm gọi là độ ẩm tối ưu. Ứng với độ ẩm này khi đầm đất sẽ cho dung trọng khô lớn nhất. ƒGiá trị độ ẩm tối ưu đối với mỗi lọai đất được xác định bằng các thí nghiệm đầm chặt đất ở phòng thí nghiệm. ƒViệc lựa chọn máy đầm hợp lý cũng là yếu tố quan trọng làm tăng hiệu quả đầm chặt đất. PHƯƠNG PHÁP LÈN CHẶT ĐẤT BAI GIANG: CO HOC DAT ĐẦM LĂN BÁNH LÁNG (SMOOTH WHEELED ROLLER) ƒBộ phần đầm bao gồm 2 bánh tròn bằng thép rỗng ruột. Để thay đổi trong lượng của đầm người ta dùng cát hoặc nước bơm đầy vào hai bánh. Trọng lượng của đầm từ 2000-54000kg. ƒSử dụng để đầm tất cả các loại đất trừ đất các loại đất cát, cát bụi có độ đồng nhất cao. ƒCường độ của tải trọng được xác định trên 1m bề rông bánh lăng của loại đầm này là 1.7-17T/m. 19 BAI GIANG: CO HOC DAT ĐẦM LĂN BÁNH LÁNG (SMOOTH WHEELED ROLLER) BAI GIANG: CO HOC DAT ĐẦM LĂN KẾT HỢP RUNG SMOOTH WHEELED VIBRATORY ROLLER ƒLà loại đầm máy, trong lượng từ 270 đến 5000kg. Hiệu quả đầm chặt được cải thiện đáng kể nhờ tác động rung. ƒCó tác dụng đầm chặt tốt đối với các loại đất sét nặng và các loại đất hòn lớn đặc biệt là khi tần số rung của bánh lăng là 2200-2400vòng/phút. ƒĐối với các loại đất sét pha hoặc cát pha thì hiệu quả đầm chặt đất sẽ tăng lên 2 lần. Chiều dày tối tối ưu của các lớp đất khi đầm là 200 mm BAI GIANG: CO HOC DAT ĐẦM LĂN KẾT HỢP RUNG SMOOTH WHEELED VIBRATORY ROLLER 20 BAI GIANG: CO HOC DAT ĐẦM BÁNH HƠI PNEUMATIC – TYRED ROLLER ƒLoại đầm này có hai trục bánh xe, mỗi trục có từ 2 đến 5 bánh, trọng lượng của loại đầm này có trọng lượng thay đổi từ 1000 đến 12000kg. ƒCó thể thay đổi trong lượng của đầm bằng cách chèn các vật nặng vào thùng xe. ƒHiệu quả đầm chặt của loại đầm này có thể điều chỉnh bằng cách bơm hơi vào các bánh lăn. Loại đầm này có tác dụng đầm hiệu quả đối với mọi loại đất và đặc biệt hiệu quả đối với các loại đất dính ẩm ướt. BAI GIANG: CO HOC DAT ĐẦM BÁNH HƠI PNEUMATIC – TYRED ROLLER BAI GIANG: CO HOC DAT ƒGiống như đầm lăng bánh láng nhưng ở trống lăn người ta chế tạo thêm các các chân thép. ƒCó hai loại đầm dạng này là loại tự vận hành và loại vận hành dùng xe kéo. ƒCác chân thép có dạng hình tháp kích thước 100*75mm, với số lượng 64-88 chân thép/500kg. Loại đầm này chỉ dùng phù hợp để đầm các loại đất dính trong điều kiện độ ẩm thấp. ĐẦM CHÂN CỪU (SHEEPSFOOT ROLLER) 21 BAI GIANG: CO HOC DAT ĐẦM CHÂN CỪU (SHEEPSFOOT ROLLER) BAI GIANG: CO HOC DAT ĐẦM CHÂN CỪU (SHEEPSFOOT ROLLER) BAI GIANG: CO HOC DAT ƒCó kích thước nhỏ, nhẹ (khoảng 100kg) nên dùng ở những điều kiện chật hẹp. ƒBao gồm bộ phân tạo rung bằng máy . Để đầm thì phải có công nhân kéo di chuyển. ƒLoại đầm này thích hợp đối với các loại đất rời ít ẩm. CÁC LOẠI ĐẦM RUNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY (RAMMER AND VIBRATORS) 22 BAI GIANG: CO HOC DAT CÁC LOẠI ĐẦM RUNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY (RAMMER AND VIBRATORS) BAI GIANG: CO HOC DAT THÍ NGHIỆM SPT 1. Khoan đến độ sâu lớp đất cần thí nghiệm SPT. 2. Lắp đặt ống mẫu chuẩn vào cần khoan. 3. Đặt ống mẫu chạm vào đáy hố khoan. 4. Đóng ống mẫu chuẩn xuyên vào trong đất 15 cm bằng búa tiêu chuẩn. 5. Dùng búa tiêu chuẩn (trọng lượng 63,5 Kg, chiều cao rơi 76 cm) đóng vào đất và đếm số lần đập búa N để ống mẫu xuyên thêm vào đất 30 cm. 6. Trị số N càng lớn thì đất càng chặt và ngược lại. BAI GIANG: CO HOC DAT XÁC ĐỊNH TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT CÁT DỰA VÀO CHỈ SỐ SPT Rất xốp Xốp Chặt vừa Chặt Quá chặt ≤ 0,2 0,20 ÷ 0,33 0,33 ÷ 0,67 0,67 ÷ 1,0 ≥ 1 1 ÷ 4 5 ÷ 9 10 ÷ 20 30 ÷ 50 > 50 Trạng thái chặt của cátD (ID)N 23 BAI GIANG: CO HOC DAT THÍ NHIỆM XUYÊN TĨNH 2r P (KG)Dùng lực tĩnh ấn chùy xuyên bằng kim loại ngập sâu từ từ vào trong đất. Đo lực ép P và tính sức kháng mũi xuyên theo công thức: F Pq = F = π r2 (Thường F = 10 cm2 ÷ 20 cm2) •q càng lớn thì đất cát thí nghiệm càng chặt và ngược lại. BAI GIANG: CO HOC DAT 6 ÷ 3 9 ÷ 4 ≥ 6 ≥ 9 10 ÷ 6 15 ÷ 9 ≥ 10 ≥ 15 10 ÷ 15 22 ÷ 15 ≥ 15 ≥ 22 5 10 Chặt vừaChặt Chặt vừaChặt Chặt vừaChặt Cát hạt mịnCát hạt trungCát hạt thôĐộ xuyên sâu (m) PHÂN LOẠI ĐẤT THEO GIÁ TRỊ CỦA SỨC KHÁNG XUYÊN MŨI q (kG/CM2): BAI GIANG: CO HOC DAT TÊN VÀ TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT DÍNH Xác định trạng thái của đất dính dựa vào chỉ số dẻo IP (Plastic Index), và độ sệt B. IP = Wnh – Wd B = (W – Wd)/Ip trạng tháicứng trạng thái dẻo trạng tháinhão W (%)W d W nh Độ sệt B0 1 IP 24 BAI GIANG: CO HOC DAT + Khi Wd ≤ W ≤ Wnh → đất ở trạng thái dẻo. + Khi W ≥ Wnh → đất ở trạng thái chảy. + Khi W ≤ Wd → đất ở trạng thái cứng. + Khi IP càng lớn → đất càng dẻo và ngược lại. Người ta dùng chỉ số IP để định tên của đất. + Đất sét IP ≥ 17 + Đất á sét (sét pha) IP = 17 ÷ 7 + Đối với đất cát pha sét Ip ≤ 7 TÊN VÀ TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT DÍNH BAI GIANG: CO HOC DAT - Đối với đất cát pha sét: + Khi B < 0 → đất ở trạng thái cứng. + Khi B = 0 ÷1 → đất ở trạng thái dẻo. + Khi B > 1 → đất ở trạng thái nhão. - Đối với đất sét và đất sét pha cát: + Khi 0 ≤ B ≤ 0,25 → đất ở trạng thái nửa cứng. + Khi 0,25 < B ≤ 0,50 → đất ở trạng thái dẻo cứng. + Khi 0,50 < B ≤ 0,75 → đất ở trạng thái dẻo mềm. + Khi 0,75 < B ≤ 1,0 → đất ở trạng thái dẻo nhão. + Khi 1,0 < B → đất ở trạng thái nhão. TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT DÍNH ĐỘ SỆT B (IL) BAI GIANG: CO HOC DAT Bài 1: Cho 4 mẫu đất có các chỉ tiêu theo bảng sau: 19,02,6719,84 42,02,7218,03 23,02,7720,02 12,02,6617,01 Độ ẩm W (%)γh (g/cm3)γ (kN/m3)Mẫu số BÀI TẬP CHƯƠNG 1 Yêu cầu: Tính hệ số rỗng “e”, độ rỗng “n” độ bão hòa “Gbh” dung trọng khô “γk”. 25 BAI GIANG: CO HOC DAT BÀI TẬP CHƯƠNG 1 Bài 2: Cho 3 mẫu đất có các chỉ tiêu theo bảng sau: 0,902,720,953 0,852,770,852 0,752,660,931 Độ bão hòa Gbhγh (g/cm3)Hệ số rỗng eMẫu số Yêu cầu: Xác định độ ẩm tự nhiên “W”, và dung trọng tự nhiên γ . BAI GIANG: CO HOC DAT BÀI TẬP CHƯƠNG 1 Bài 3: Cho 4 mẫu đất có các chỉ tiêu theo bảng sau: Yêu cầu: Xác định tên và trạng thái của đất. 55,654,219,84 42,038,534,53 23,025,419,62 12,531,215,11 Độ ẩm tự nhiên W (%) Độ ẩm giới hạn nhão Wnh (%) Độ ẩm giới hạn dẻo Wd (%) Mẫu số BAI GIANG: CO HOC DAT 26 BAI GIANG: CO HOC DAT Do ngoc tu pham cong trong nguyen dinh hanh pham ngoc bao pham van huan pham ba linh cao van dung to qui thao bui hoang phuong 1BAI GIANG: CO HOC DAT NHỮNG QUY LUẬT CƠ BẢN TRONG CƠ HỌC ĐẤT GIẢNG VIÊN: ThS. TRẦN MINH TÙNG 98 NGÔ TẤT TỐ QUẬN BÌNH THẠNH Tp HCM email: tranminhtung@tut.edu.vn ĐT: 8405795 CHƯƠNG 2 BAI GIANG: CO HOC DAT MỞ ĐẦU „ Trong cơ học đất người ta sử dụng rộng rãi các kết quả của các môn cơ học ứng dụng khác như cơ học lý thuyết, cơ học chất rời, lý thuyết dàn hồi, lý thuyết dẻo… „ Đất là vật thể rất khác biệt so với các vật thể khác. Do đó ta không thể lấy các kết quả của các môn khoa học khác áp dụng trực tiếp, nguyên vẹn cho đất mà phải nắm vững các tính chất cơ học rút ra từ bản chất vật lý của đất để áp dụng vào việc giải quyết các bài tóan cơ học đất. BAI GIANG: CO HOC DAT NHỮNG QUY LUẬT CƠ BẢN TRONG CƠ HỌC ĐẤT CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA ĐẤT TÍNH THẤM TÍNH BIẾN DẠNG ĐỘ BỀN CƠ HỌC Qui luật thấm Darcy Các qui luật biến dạng Qui luật về sức chống cắt 2BAI GIANG: CO HOC DAT TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT, QUY LUẬT THẤM DARCY Thấm trong đất là hiện tượng chuyển động của nước tự do trong các lỗ rỗng của đất dưới tác dụng của gradien thủy lực tính chất rời của môi trường đất. ΔH BAI GIANG: CO HOC DAT THÍ NGHIỆM DARCY Trình tự thí nghiệm BAI GIANG: CO HOC DAT TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM •Giữ cho mực nước trong bể nước không đổi, Sau một khoảng thời gian Δti đo lượng nước thấm qua khối đất là ΔVi . •Gradien thủy lực được tính theo công thức : Hi L Δ=Δ = tgα •Thay đổi độ cao bể nước Ỉ thay đổi Gradien thủy lực i1, i2, i3,… 3BAI GIANG: CO HOC DAT TÍNH TOÁN KẾT QUẢ „ Lưu lượng nước thấm qua mẫu đất là „ Vận tốc thấm của nước qua mẫu đất „ A - diện tích mặt cắt ngang mẫu đất. )/( 3 scm t ViQ i i Δ Δ= ( / )ii Qv cm s A = A = π.D2/4 D BAI GIANG: CO HOC DAT Gradien thủy lực vận tốc thấm nước trong đất KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM i v (cm/s) i1 i2 i3 i4 v1 v4 v3 v2 Vận tốc thấm nước trong đất “v” tỷ lệ thuận với Gradien thủy lực i. ikv t ×= hệ số thấm phụ thuộc vào bản chất của đất 2 1 3 BAI GIANG: CO HOC DAT KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THẤM ĐỐI VỚI MỘT SỐ LỌAI ĐẤT Đất cát pha sét kt 10-3 đến 10-6 cm/s. Đất sét pha cát kt 10-5 đến 10-8 cm/s. Đất sét: kt 10-7 đến 10-12 cm/s k < 10-10 cm/s xem như đất không thấm nước. k = 10-6 ÷ 10-10 cm/s đất có tính thấm rất thấp. k = 10-3 ÷ 10-6 cm/s đất có tính thấm thấp. k = 10-1 ÷ 10-3 cm/s đất có tính thấm trung bình. k ≥ 10-1 cm/s đất có tính thấm cao. 4BAI GIANG: CO HOC DAT MỘT SỐ CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH HỆ SỐ THẤM a. Công thức HaZen (1930): k = C .d102 (cm/s). C - hằng số thực nghiệm có giá trị từ 1 đến 1,5. b. Công thức Casagrande: k = 1,4 e2.k0,85 e - hệ số rỗng của đất. k0,85 hệ số thấm của đất ứng với hệ số rỗng e = 0,85. c. Công thức Cozeny-Carman: e eCk += 1 3 1 e – hệ số rỗng của đất; C1 – hệ số thực nghiệm BAI GIANG: CO HOC DAT HỆ SỐ THẤM CỦA KHỐI ĐẤT GỒM NHIỀU LỚP ĐẤT KHÁC NHAU 1. Thấm ngang Các lớp đất nằm song song nhau và song song với dòng thấm k1 k2 k3 h1 h2 h3 H )...(1 332211 nnhkhkhkhkH k ++++= H = h1 + h2 + h3 +…+ hn BAI GIANG: CO HOC DAT k1 k2 k3 h1 h2 h3 H 2. Thấm đứng Các lớp đất nằm song song nhau và vuông góc với dòng thấm n n td k h k h k h k h Hk ++++ = ... 3 3 2 2 1 1 H = h1 + h2 + h3 +…+ hn HỆ SỐ THẤM CỦA KHỐI ĐẤT GỒM NHIỀU LỚP ĐẤT KHÁC NHAU 5BAI GIANG: CO HOC DAT LỰC THẤM, HIỆN TƯỢNG XÓI NGẦM Lực thấm là lực mà dòng thấm tác dụng lên phần đất mà nó thấm qua. Lực thấm trên một đơn vị thể tích đất được xác định theo công thức: if nt ×= γ (kN/m3; γn = 10 kN/m3) BAI GIANG: CO HOC DAT Phương và chiều của lực thấm như phương và chiều của dòng thấm. • Khi Gradien thủy lực i tăng lên thì giá tr