Tính toán công trình trên nền đất theo trạng thái giới hạn và Cơ học đất ứng dụng: Phần 2

Chia sẻ: Lê Thị Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:284

Thêm vào BST

Báo xấu

162
lượt xem 52
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 2 Tài liệu trình bày các nội dung như: Phương pháp thực nghiệm về sự phá hoại khối đất, dòng nước ngầm và tác dụng của nó đến sự ổn định của khối đất, các thành phần lún của nền đất, tính toán công trình trên nền đất theo TTGH.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tính toán công trình trên nền đất theo trạng thái giới hạn và Cơ học đất ứng dụng: Phần 2

Chương 8 PHƯƠNG PHÁP THỤC NGHIỆM VỂ Sự PHÁ HOẠI KHỐI ĐẤT 8.1. TÌ LÊ MÔ HÌNH VÀ S ự TƯONG T ự TĨNH Lực HỌC Sự phá hoại khối đất có ihế thực hiện bằng thí nghiộm mô hình. Mô hình thí nghiệm có kích thước ihu nhỏ so với công trình thực tế, ví dụ thu nhỏ với tỉ lộ 1 ; 50. Tính chất địa kĩ thuật cúu dấi ilủiiii cho mô hình và dđl íliực, ví dụ t r ọ n g lượng đơn vị (y), góc ma sát trong ((p), lực dính đơn vị (c)... cũng phái tuân theo mộl quy tắc nhất định về tỉ lệ. Mọi tỉ lệ về hình học cúa m ò hình vứi còn g irình thực, mọi ti lệ về các chí tiêu địa kĩ thuật cúa đất làm mó hình vứi đâì thực phái được chọn thích đáng mới đám bảo mọi sự tương tự về tình lực họ c g iữ a h iệ n lư ợ n g p h á hoại k h ỏ i đất m ô h ìn h với khối đất ihực. s.1.1. Sư tương lự vc trạng thái ứng suất và ứng xứ cư học Xét k/iổi ílấ! iliực trong liộ irục tọa độ vuông góc xoy (hìiih 8 . la) Irạiig thái ứng suất tại điểm M (x, 7.) aj trong hệ trục xoz được đặc trưng bằng các ứng suất pháp CT_, và các ứng suât tiẽp Nếu phàn tố đấl tại M ớ trạng thái càn bằng lĩnh, các thành phán ứng siiât phái ihóa mãn các đicu kiện cân bàng tĩnh, tức các phương trình + /\ (8-la) =Y dz d\ dx \/ ra. b) + (8-lb) cz \ới '■Z%M Trong đó y - trọna liRyng dơn \'Ị của đất. *xM " Xél klioi (hít mỏ lù/ili trong hệ trục \'uông góc x^-|()Zvi (liìiih 8. 1b) \ à điém M có tọa độ là và xác dịnli theo li lệ hìnli học cùa mỏ hình; \I Hình 8.1 '11h = ( 8-2 289
Trong đó X, z là tọa độ điểm M (x, z) trong hệ tọa độ xOz. Gọi là trọng lưọng đơn vị của đất mô hình và niy là hệ số tỉ lệ của trọng lượng đơn vị của đất, có: niy —7 m (8-3) Y Trong khối đất mô hình, phân tố đất tại M (Xj^, Z|y]) ở trạng thái cân bằng tĩnh nếu các thành phần ứng suất thỏa mãn hệ phương trình càn bằng: (8-4a) ổz M ỡx M XZM ỡơ _= (8-4b) + 0 Nếu gọi hệ số tỉ lệ giữa ứng suất trong khối đất mò hình và ứng suất trong khối đất Thực là 1TI0, có: (8-5) ơ T Thay (8-2), (8-3) và (8-5) vào (8-4), sẽ có: Eaí I ' = m,.y nij, V 5z õx ) ( ^xz I = 0 với ^ ^ 0 mu { õz õ\ ) rriu ỔƠ-, di.,. m (8-6a) m dz õx m hay Ỡ__xz T .., ổơ (8-6 b) + = 0 dv. õ\ Vậy điểu kiện để hệ phương trình cân bằng tĩnh (8-4) tương - 'A n đương với hệ phương trình tĩnh b.— Zm ^ •4--------- (8- 1) là: c1 M m lĩi (8-7) m bì Gọi ơ và là ứng suất tiếp xúc hình thành ở mặt biên của nển. nơi tiếp giáp giữa đáv móng ỉỉình 8.2 290
với mặt nền và b và ồYi là chiều rộng đáy móng của công trình thực (hình 8 .2) thì mô hình có thể viết; nrih - - 7^ (8 -8 ) ơ b Thay (8-8) vào (8-7), có: M _ YMbM y-b Quy ước goi N = — là số đãc trưng mô hình, thì điểu kiên tương tư là: y.b ơ với N = (8-9) Ym ^ m yb Ilỉnh 8.3 Đổi với mái đất, lấy trị số chiều cao mái đất (hình H.3) làm trị số đặc trưng thì điều kiện (8-9) có dạng: ơM _ =N với N = (8- 10) Ym ^ m yh trong đó là chiều cao mái đấl mô hình. Cìn lưu ý rằng, điếm M đang xét có thể thuộc .niền đàn hồi (miền cáii bằng bền X < Tp), có thể thuộc miền dẻo (miển cân bằng giới hạn X= T„), do vậy cần khảo sát điéu kiện tương tự về ứng xử: ứng xử đàn hồi hoặc ứng xử dẻo. Nếu điểm phân tố đất tại điểm M đang xét ứng xử đàn hồi thì các thành phần ứng suất phải thóa mãn điều kiện tương thích; ỡ- (ơ , + ơ ^ ) = o ( 8 - 11 ) \ ax^ õz- / Đối với đất mô hình, điều kiện tương thích (8-11) có dạng: + - ^ K m +^zm ) = 0 (8- 12) ỡx^.^ ỡz“M 291
Thay (8-2) và (8-5) vào (8-12), có; (ơ^ + )=0 với 0 IT I h ỡ x ^ ỡ z ^ ITlk Vậy theo điều kiện (8-11) thì điều kiện tương thích của miền đất ứng xử đàn hồi được thỏa mãn với bất kì tí lệ mỏ hìiih đã chọn, tức với bất kì. Tóm !ai. điểu kiện tương tự của đất mô hình thuộc miền ứng xử đàn hồi là; M =N N= (8-13) Ym ^ m Y-b Xét phún ĩó dấí ứriỊị xử déo. Điểu kiện để phân tô' đất ứng xử dẻo là điều kiện cân bằng giới hạn Mohr - Rankine: a, - ơ - = (ơ| + a 3 + 2n)sin(p (8-14) Trong đó ơ |. Ơ3 là ứng suất chính lớn nhất và nhỏ nhất xác định được từ các thanh phần ứng suất ơ^, n là áp lực dính, n = c/tgcp. Điều kiện cân bằng giới hạn cúa đát mô hình phải là: =(Ơ|M +Ơ3M + 2 nM)sin(pM (8-15a) Kí hiệu = (8-15b) sin Ọ ^ n Sau khi thay các hẽ sò lí lệ nin, ni,^. ^l^p vào (8-14), có; m „ ( a , - a , ) = [ i n „ ( ơ | + Ơ3) + 2 in ^ .n ]m ,p siiK p hay a, - ơ, = (ơ| + 0 3 ) + 2 - ^ ■n m,„sin
M Từ diều kiện = m„, có = mo (8-19b) tg (p Chú ý đến đẳng thức (Pf^ = (p, biểu thức (8-19b) có dạng; = m„ — tgọ tg(p hav Cm = m „ c ( 8- 20 ) Tórn lại điều kiện tương tự của đất mô hình thuộc miền ứng xử dẻo bao gồm: M _= N ơ Ym ^ m (pM = 9 ( 8 - 21 ) Cm = m „ c 8.1.2. Đất mô hình cùng loại đất rỉíi thật Trong trường hợp này, điều kiện tưcmg tự bao gồm: (8-22a) Ym ^ M
N ế u dâl m ỏ hitih c ù n g loai \'Ớ1 dâì d í n h i h ưc . lức irxìiig cac' d i ò u k i c n ( S - 2 4 ) . (hi Điéu kicn : cpvi = cp lức điểu kiên m^p = I dưov ihoa mãn Điểu kiẽiì. = ctức điểu kiện nin = I dưcĩc ihoa Iiìãn Nhưng diêu kicíi; =y tức niy - 1 không đươc thoa mãn. Q u á v ậ y . lừ d i ê u k i c n ( 8 - 2 4 a ) . có: _ b ___ 1 Ym - — — y ^ >11, — y a \ĩ)ị^ \'à n ê u = L lức Cy = c thì phái có: Ym = — y (X -25) m,, V í du c h o n ; in^ = -—- = l!iì phái có: = 50v N o | Ũ j là dai i n ó h i n h b h 50 ỉ TI phai n ặ n g h ơ n đ ấ l thưc 5 0 lân. 8.2. THÍ N ÍỈH IÊ M liAN NKN Bàn nén là t àm kiin loai h o a c k hổ i \'ãi liCLi k h á c du c ứ n g d é c ó tỉic b o q u a bièii d a i i g LIÕH k h i c h ịu lưc ih í n g h ié n i. Bàn nén c ó n h ic u k íc h c ờ kh ác Iihau \'ỚI tla v p h ã n g ỉìin h \'U õ n ^ h o ã c h ì n h Iròii. M ồ i nưó'c c ó ki nh n g h i c i n clùiig bàn n é n v u ô i m . iròii. [() n h o k h á c n h a u \'Ớ1 n i ụ c d í c h k h á c lìhau. Bàn ncĩi clươe \ c m xéi t h e o lìai c á c h k h á c n li au. nuM là ct)i bàn n ó n là m ỏ h ì n h c u a m ó n g n ô n u d ã l t r ê n n ê i i d â l . h a i là COI b à n IIÓIÌ n h ư là m o l i h i c l bi l l i í n e h i c í i i d ê x á c cỈỊiili líiìh c h â l dui kì tliLiâi c ủ a dâi nliư ilìc llìici bi x u v c n . iliici bi cãl c a n h \ A ... D o \ à y , d ò i \'ỚI i h í n a h i ệ n i b à n n ó ĩ i . m ố i l ài liòLi i r ì n h b à y ỉ h c o c a c l i \' \cnì 2. c u a Ki c m a . ' I'u> n h i ê n , nòu d ù n e bàn n é n cỉc x á c dinl i clií n ê u điii kĩ i hu ãi c u a dàl ilii pỉìái l uâ n [hư c a c C|L1\ d ị n h Ihí n u h i ê n ì e]uòc g i a Iiliãiìi d ã i n b áo kêl q u á thí n u h i ói ii MíơnVi lỉìícli \ Ớ 1 e a c q u y đ i n h i hi ốl k ế q u ố c tíia. H iên nay bàn nón 1 Ớ!Ì ỉìíìaì C('ì ciióii lích dáv iròn là lO.OOOciiì 111112 mVi dườiìiz kính 1 1 2 . 8 c i i ì . b à n l ì c n Ii lì (’ì n l i à l c o d i õ i i t í c h 6 í ) 0 c n r , ứ n u \(Vi kiiili 2 7 . 7 c n i (''ác k í c h c ở t run g liian i h ư ò ì i e clùnií là 5()(H)ciiì“ ứni! \ ớ i tl =7^).(Sciiì. 36(ì()cni \o'i c an l i 6 0 c n ì ( M ỹ ) . 2>()0cn'i' ứim \'Ó'| i\ - ^6.2cỉii ( I . I CI I Xo cũ). lOOOciir' (Hà Lc ì i i ) ^ ) ( ) Oc n i \(VI c a n l i 3()c:ni (Nhâl) v.v... N h ư đ à ncLi o' i r c n . lỉỉi ỉií^ ỉiicỉn hcíìi ìicti ỉỉliK ỉlì! /h^l ỊỊỢỷì i n ìc h u ih L() i nuL' d i c l i i m h i õ n c ứ u s ư phá h o a i k h ô i cỉaỉ n c n \ c c á c inặl; h ì n h d a i i u ỉiiãl trươi \ii kliiM cìai i rư ơl . tai i ro ni ì iiuVi h a n \'à l a i I r o i i g c h o p l i c i ) . ứ n u x ứ c u a d â í n é n I r o i i i : iz!ai d o a n i r ư o v p l u i h o t i i V V lỉcìiì n c i ì ỉ ì I ì ư í l i i c i bi i h í ỉ ì i i l i i O n ì \ c í c c l i i ì l i clãc i r ư ỉ i u b i c i ì d a i i u c ư a d a i n õ n \ ’ ị d u n l i ư c l i i c u siiLi a n h h ư o ! m \ c b i c n t l a i i i í c u a clal n õ n . m o c l u i i h i c n cl ai ìu c u a t l a i n c n t h e o sâu ^ , 2^)4
s.2.1. I hi nghiêm bàn nén trẽn nẻn đát rời ị)iW r ờ i ơ d â > l à ci ãl l ư n t ì i ẽ n h o ã c d à l nhân lạo (đâì [nỏ h ìn h ) ớ iran g thái rời r ạ c , lực díiiỉi biiiìu kíiòng (c = 0 ). đâi có nòi ma sál ciươc đảc irưng băng góc ma sá! Iroiig cp. T h ỉ i m h i c m bàn lìcii ớ h i ê n trườim x â y d ư n g c õ n g irình c ó q u a n hê n ì ò ỉiinh n hư sau; b 1 1 Ic k íc h i hướ c: 111 . = — B Iroiu do b. 15 lãn linn là c h i è u ron g đ á \ bàn n é n (tức n i ò h ì n h ) \'ã c h i é u rỏiìg d á y m ó n g C O IÌ s1.2 (I fìh I’| Ic \'C i ro n^ l ư o n u d(ĩiì \'1 íii = /M _ , (Ym - y ) 1 1 Ic \ ó u o c n iiỉ s a i (^P\1 = ^P) (p OicLi kicn ILUIÌÌU lư lĩnti lưc lìoc gi ửa bàn n e n ( m ỏ hii ih) VỚI c ò n g irinh ttiưc Iroiig trường lu)'p d;ii níi cỏ tiaỉiii dã ciưoc c l ì ứ i i e iiimỈT ( b i é u i hứ c ( 8 - 2 3 a ) ) : (tpvi = Yvi ^ yí ỉ hOiK a - — a \1 (8-26) Iìì>, I rpiiL’ pỉiăn t ic n dã IICLÌ. a \ 1\ là ứiì^ SLiâỉ ti ẽp x ú c tại fiiậ! [ ic p MIC mử;i d a y n i ó n g và mai ncii N c u ihi nul i ici i i ban I1 CIÌ clươc i hư c h i c n ơ lìial n c n và IIÒLÌ UUI n là lai IroiìU g i ới han cliĩili dưtíc lừ ihí n u l i ic iì ’1 ban íiL'11 ihì lái lR)nu UIỚI han c u a nẽii cỏiìi: Ii iiìli dư ưc (iinli Iư cliõu kicii iư; 1 _ [i L’h L’h\l ■ , (8-27) I1Ì h In ^^h\i \ a c clinh lư ciươỉii 2 •.ỊLKin lic ap lưc ■ clo lún c o dưíK' lừ ihi iiL’ỉnciii ban n c n Ị'ai í ronu lac duiìii \ a o h.iu lìcn laiii! licii luc v(Si [1101 ItK ch.iiiì Iilìãi diiìlì iu\ lic sò ihaiii hoac laiiii UHÌL e a p l'iii 2 \ á\ IIIỎI c á p lai troiiiỉ ỉioiK tri tai íiotiLì. do (.ỉỏ lún ÓI1 (.ỉinh h;uì ncii f)ư(íni^ cịiiati h c a p lưc i!t> lun L'( clani^ IỈIL'11 lìiiili n hư l í o ii o liiiili s 4 \;t s.s i C a t cí^ãi v ư a | iCai cnàt} t)Líoi o s n u o u l : ỉìiiìli c o cỈLKííii! [\cọ i u y : i i clứn^. [Ỉiưoỉiii u a p \'ỡ\ Uiai i ảicmi cỉ:ii cni ;lic!i \ i\ c h a i \ ừa v à dài cỉính Hinh H.4 ( I hcdì l M itlỉs. ỉ I. Kahỉ} 295
cứng chắc. Đường s - ơ tiong hình 8.4 có đường tiếp tuyến xiêii, thường gặp 80 120 160 200 với đất dính mềm, cát tơi. Hoành độ của điểm tiếp tuyến T cho trị số tải trọng giới hạn (kG/cm^) trong hình 8.4 và trị số trong hình 8.5. Thí nghiệm bàn nén trong phòng với nền đất cál đã chứng thực sự hình thành nêm đàn hồi ngay dưới đáy móiig và dạng cong của mặt trượt khi phá hoại cắt toàn bộ khối đất nển (hình 8 .6 ). Từ hình 8.6 cũng nhận Ihâỵ các Hinh 8.5 rrheo Braiid. 1972) điểm hạt cát thuộc khối đất trưcn (.lịch chuyển theo quỹ đao cong với dạng của mặt trượi. Vậy dối với nên cal thì giả thiết mọi điếm thuộc khối dâì trượi đềư ở trạng thái cân bằng giới haPv cùa lí thuyếl cân bằng giới han là chấp nhận được. Tuy nhiên, thcc) kcì quíí, nghiên cứu thực nghiệm, Vesic (1973) đã chí rằng sự phá hoại theo mậi trượt cắt loàn bộ khối đất nền - Vesic gọi là sự phá hoại cắt toàn bộ ((General shear íailure) chỉ xáy ra khi độ chặt cúa.cál cao và độ sâu dãl móng không lớn. Kí hiệu P,^|, = ơghF (F - diện tích bàn nén) và là độ lún cúa bàn nén ứng với lực ihì cõng irình A sinh la do dược xác định ihco công tliức: A- (kN.in) H ìn h H.6 Trong quá Irình lãna tái 1’ lên bàn nén đến tiỊ sô cõng A du(íc tiêu hao vào các cóng A|. A,. AiỊ như sau; a) N é n ch ặt diil I iiia y dưó'i hàn n é n đ ê t;ui n ê n n ê m d àn hổi d ế n ê m dất ứ n g x ứ Iiliu in ộ l bộ phận của móng iM'"y \ , ). 296
b) Làm chịit miền đãì hai bẽn ncm đất đến một độ chặt nào đó trước khi có sự phá hoại cắt (công A 2 ). c) Tliắng lực cản đáv trổi khói dât bị động kẹp giữa miền trung gian hai bên nêm đất với mặl nển có tái trọng bẽn q tiíc dụng như đối trọng và lực ma sát dọc mặt trượt đã hình thành (công A 3). Nếu còng A đủ lớn đẽ ihỏa mãn đắng ihức; A = A| + A 2 + A 3 thì xấv ra sự phá hoại cắt toàn bộ khối đất nển, mặt trượt ăn lan tận mặt nền, sự trồi miền đất bị động là rõ ràng. Thực n g h i ệ m đã chứiiiỉ minh sự phá hoại t ổng thể xấy ra khi đất ncn ứng xứ như vật thế rắn lioặc coi như rán nghĩa là phần năng lượng liêu hao thực hi ện c ông A | và A-, là bằiiíỉ kliồng hoặc không đáng kõ. Ví dụ nh ư dối với đất cát chặt, đất díiih ỏ' trang thái cư ng có tính nén co Iilu) hoặc dất cát \'à đãì dínli khỏim chật, kliôim cứiig n hư n s ớ đicii kiện lăng lái khoim tlioál Iiuóc. liicLi liiộii dŨL IruH” cúa (Jơ chế phá hoại tổng ihc là s ự Irổi c ù a t o à n b ộ Iii icn bi d ộ n g d ẫ n dcn sự phá lioại clộl imột cua nen CLing với sự clố nsliicng của c ô n
Miẽn 3 dược Vesic gọi là miên đãc Irưng ch o sư phá hoại kiếu dộl lồ (Puriching shear íailure). Biếu hiện cúa sự phá hoại nàv là không có sư irổi dâì mà ngược lai. Đấi ơ lân cân mép m ón g bị kéo lõm ihco sự dịch \ u ô n g cúa móng. Đâì nén hau như chí làm \'iệc như một CỘI đấl AA'ZZ'. Đường quan hc dộ lún - lãi trong có xu ihc nhân dường liệm ỊỊinh S.H cán xiên khá dốc (hình 8.9. iheo Vcsic). Đâi có tính nén co lớn. ví du đâì cái xỏp. dất dính Iiìêni đêu biẽu hien dàe lính pha hoai kiẽu doi này. Mỏ hình ncn biến dang cuc bỏ \Vmkler dúng cho trưcĩíig hơp na\ ntkN rp. \ » Si nmi a\ Oi Hinh S.9 8.2.2. Thí nyhiẽm bàn nên Iren íìẽn dât dinh íư nhien Điẽu kiCỉi dê ct)i bàn nón irén nèn dài dính lư nhion la Ihi lìiihicni ÍÌIO hiiih phai Ilioa inãíi diêu kiciì iư
v cu là clc) i r o n g l ư ơ n g ban thâii dài n h ư n g dóng l ưc iiày p há h o a i nên dãì. irong l ư ơ i m b an i hâi ì d âl n ê n lai là i h ứ y ế u s o VỚI uii trong c õ n e iriĩìlì hay tát irọng giới han. Sơ đó phá hoai nên đ â l \ ỚI r n á l irưoi iru lâni (). bán kính R ờ híiìh S.IO c h ứ i i i ^ ỉ o d i òL i n h ã n \e i vùíi n ẽ u là c h à p nhân dươc Truừng hưp láni () nãỉn irên iruc U/. đi q ua m é p m ó n g ihì rõ ràng l ác d ụ n g cú a (roiig l ư ơ n g dál n ên ơ hai bôn i rục O z d òi Hinh 8.10 \'ỚI sư phá hoai khỏi dâì nén ín ê l liêu Iihau ca dối \'ới Iiiõincn đỏi \Ớ1 làm o do w, và gây nên, cá đòi VỚI Iri số trên mặl iriRyt. Su cân báiìe niõmcn cùa lìê lưc còn lai (irừ W| và hoãc coi y = 0) cho Iri số lải iro iìu phá hoai kh ỏ i dâi nên B a 'Jh \ị ĩ x\\ (L c h i ê u dài c u n g A O C ) h;iv a T^,dl (8-29) [3 T r o n u d o : , ::: ai inp + c \'ới o là áp lưc p h á p l u y c n với mặt irưm chi phụ ihuộc vào lái lioiiii P^I-I \ i uic tliiiiii CU.I y (.lòi a (')' plián cuiig A l) V'à phán cu ng C D là như nhau và Iriệl IICU cho nhau r ii ư ờ i i! : d i c n i ( ) ƯIIH VX)'I C U I 1>J i n í o i I i i i u y h iế in n h à i lệ c h v ổ b ê n p h á i I I ỊI C O z m ộ l k h o á n g klioiig lóìi I1C11 những ciiẽu clàii lỉiiii \ả nhãn xél vẽ iTiy = I là chấp nhận được với nền công irình. Tom lai. \(i'i Ihi nehióin bàn nén - lĩK) hình Irẽn néii đất dính lư nhiên, điéu kiện cấn it)oa niãii ià in,p = I \'à m„ = I . lức phai dám bao (Ps,, = (p \'à Cịy] = c. C ũ n u n h u cỉõi \ ỞI c á l cl ial và c á l U)ì. ciàì (.lính c ó đ ư ờ r m q u a n h ệ đ ộ l ú n - á p s u â ì c ú a b à n ncii léii lìcii tlâi ilính C(i liai daim diCMi liìnli Iiiiư dã ncu ớ hình 8.4 và 8.5. Đối với đất dính ớ iranư ihai LỨnu. tlườnií q u a n hê s - a c o n h à n d ư ờ n g t i ế p l u y ế n d ứ n g , đấl d í n h m é m y ế u c ó cluờiiu quan qưaii lic s - a nhạn duờii!: Iiõp tuvcn xiẽn. Từ điế m tiếp tuyến T. xác dịnh được lai lioiit: mó'i liaii c ua Iicn clãt clu(Vi Ixìii n én . kí hiôLi Tai iniiiti uio'i li.iii cua nén cỏn^ Iiinli ihưc. ki hiêu a,,|^ được xác đinh lừ điêu kiên m„ = I. ILIV co ( 8- 30) Kci LịLui Ilii imliicni cua nhicii uic Liia \ Ó'I nhiõu bàn nén có kích thước khác nhau dã chứng lo C O IIIỈ Ihức lí ihu\ci (8-27). (X-30) SLIV ra lìr dicu kién iưưng tư lĩnh lưc hoc là đúng dắn. 299
Cần lưu ý rằng kết quả thí nghiệm bàn nén chỉ có giá trị thực tiễn nếu biết chắc rằng nền đất dưới bàn nén phải đồng chất, ít nhất Irong phạm vi chiều sâu bằng chiều rộng của móng công trình thực vì chiều sâu ảnh hưởng của bàn nén đối với nền là rất nhỏ so với nền của công trình thực. 8.3. THÍ NGHIỆM BÀN ĐẨY tr ư ợ t Nếu bàn nén là mô hình công trình chịu tải trọng đứng thì bùn đẩy trượt là mỏ hình của công trình vừa chịu ídi írọriị’ dứng vù vừa chịu lài trọng ngang, tức chịu tải trọng xiên (hình 8. 11). a) Nền đất có cưòfng độ chống cắt được biếu thị bằng đường Coulomb: T „ = ơ tg(p + C (8-31) Cho bàn nén lần lượt chịu tải trọng f*vii Pgh’ riền không bị phá hoại dưới tác dụng của Piy,ị. Với một tải trọng không đổi,
xxxxxxxTxxxxxxxxxxxxvxxxxxxnxxxvvxxvxxxxxxvxV Chuyển dịch ngang tai mãt cát o o o o o II 11 II II II s > > > > > - . 0 ,0 - 35,0 20.0 0 .1 - 2,0 20,0 36,0 1 “ / i 33,0 0 ,2 - 3.0 / — 27.0 — 718,0 ' 0,3 0,0 0,0 -]l9,0 22,0 0 .4 ' r 0.0 16,0 . 0,s- i ti) 0 .6 0 ,7 - - 3.0 /3 .0 L.o ^ Ilinh 8.12 p. ĩ = ĩ. lĩJW7W7Wr* ' ^ ‘^ìT Tí T í^ VI tt t : I ! ; I I aj Hình 8.13: (flico\\ A. rioriti. 1963) 301
Thực nghiệm chứng tỏ . r ằ n ^ sự phá hoại nòng của nền đất chỉ xảy ra khi trị số ơ, = nhỏ hcfn một trị số áp suất nào đó, kí hiệu là ơpg (pg - viết tắt thuật ngữ phân chia F giới hạn), xác định được từ thí nghiệm bàn đẩy trượt. Nếu đáy móng là nhám thì khi dịch chuyển một lớp đất mỏng được kéo theo đáy móng nên sự trượt nông của bàn nén tương tự với thí nghiệm cắt đất để lập đường Coulomb. Do vậy điểm ứng với trị số ơpg và tương ứng với nó nằm trên đường Coulomb (hình 8.1 Ib) vì = Tq. Vậy có thể viết: Tgh = ơtgcp + c với ơ < ơpg Kết quả thí nghiệm bàn nén đẩy trượt được trình bày ở hình 8.14 (theo N. A. Tsytovich, 1961), chiều rộng bàn nén đẩy trượt b = 60cm đất nền là đất cát có (p = 30° và trọng lượng đon vị là 1,64 T/m^. Đường cong thí nghiệm Tgh - ơ hầu như nhận đường nghiêng góc 30° làm đường tiếp tuyến tại điểm ứng với trị số ơ = 7 T/m^. Vậy trong thí nghiệm này có thể rút ra các kết quả: một là trị số tải trọng giới hạn trượt phẳng (ơp.J bằng 7 T/iĩi^ (tức p = 7.0,6 = 4,2T); hai lã khi ơ < ơpg = 7 T/m^ thì bàn đẩy trượt luôn trượt nông và như vậy nền chỉ bị phá hoại nông trên mặt; ba là khi ơ > ơpg = 7 T /m “ thì đất nền bị phá hoại sâu do mật trượt BC ăn sâu vào trong khối đất nền (hình 8.13b, c), trị số Tgh giảm so với cường độ chống cắt của đất nền nên đường Tgi^ - ơ có được từ thí nghiệm bàn nén đẩy trượt nằm dưới đường Coulomb (hình 8.14). Hình 8.14 Nếu công trình thực có y = Yị^ = 1, 54 T/m^, (p = = 30° và chiều rộng gấp 10 lần chiều rộng bàn nén đẩy trượt, tức có B = 10 X 0,6 = 6m thì theo lí thuyết tương tự mô hình có thể xác định được trị số áp suất đáy móng giới hạn của sự phá hoại nông ichối đất nền: M 7 N= = 7,1 by b^YM 0,6.1,64 từ đó tính được: ơpg = N.b.y = 7,1.6.1,64 = 70 T /m ^ Nếu công trình thực gây áp lực không lớn hơn 70 T/m^ lên mặt nền đất cát có (p = 30” (bỏ qua độ sâu đặt móng) thì khối cát nền không bị phá hoại theo mặt trượt ăn sâu trong nền với bất kì tải trọng ngang lớn như thế nào ? Nếu trong trường hợp này, tải trọng đứng giới hạn (tức ô = 0) tính theo công thức Terzaghi (công thức (5-120)) ứng với (p =: 30° sẽ là: 302
19,13 ơgi, = —N^y.b + N^q + N(,c = ■ .1,64.6 = 94 T / m Vậy ở đây có hai trị sô' áp suất lên mặt nền đáng chú ý là ơpg = 70 T/m^ và ơgf, = 94 T/m^ (coi như đúng với trị số có được từ thí nghiệm bàn nén). Vấn đề đặt ra là khi áp lực đứng ơ thay đổi trong phạm vi từ trị số' ơpg = 70 T/m^ đến trị số ơpg = 94 T Ịĩỉĩ thì diễn biến mặt trượt như thế nào và trị số Xgi, thay đổi ra sao ? Hình 8.15 (Theo V. A. Ploriii, 1963) aj ip>ỗ > 0 Hình 8.16 303
Lí thuyết và thực nghiệm chứng tỏ rằng khi trị số ơ tãng từ trị số tức ứng với góc lệch ô = (p (hoặc ô' = cp) đến trị số ơgh, tức ứng với góc lệch ơ = 0 (hoặc ô' = 0 ) thì phấn mạl trượt sâu BC càng ãn sâu vào trong nền và đĩếm B càng dịch về phía mép móng A ớ thượng lưu (hình 8.15). Đường - ơ đạt trị sô cực đại rồi giảm dần đến irị sô khi ơ = ơgh (hình 8. lóa) cho đường - ơ của nền đất rời, hình 8.16b cho nền đất dính. Do đường quan hệ Tgi^ - ơ có điểm cực đại nên ứng với một trị sô' có irị sô' ơp ứng với sự trượt nông và trị số ứng với sự trượt sâu (hình 8.16). 8.4. THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH LI TÂM ĐỊA KỈ THUẬT 8.4.1. Lí thuyết cơ sở Theo lí thuyết tưofng tự tĩnh lực học giữa mỏ hình và công trình thực, đã chứng minh điều kiện lương tự cho trường hợp đất mô hình cùng loại với đất dính thật như sau: a) Đối với kích thước hình học mô hình: Chọn ti lệ mô hình rĩiỊ, vói; rrij, = b b) Đối với tính chất cơ học của đất: chọn đất tự nhiên =1 tức
Chúng ta đã biết trong Cơ học đất về mối quan hệ giữa khối lượng đơn vị (p) của đất với trọng lượng đơn v ị ( ỵ ); Y = p-g Trong đó g là gia tốc trọng lực, g = 9,81 m/s^. Vậy có thể dùng gia tốc li tâm tác dụng vào đất có khối lượng là p = y/g để tạo nên trọng lượng Ym > Y theo công thức: Ym = p . a = Y - - (8-37) g Nếu tao đươc tỉ số gia tốc —= thì các đẳng thức (8-35), (8-36) đươc thỏa mãn. Do g vậy, phương trình (8-26) là cơ sỏ lí thuyết của thí nghiệm mỏ hình li tâm địa kĩ thuật (gcotechnical centrifuge model test). 8.4.2. Thí nghiệm mô hình li tâm Mô hình còng trình (hlnh 8.2b) hoặc mô hình mái đất (hình 8.3b) đặt Irong thùng máy li tâm (hình 8.17) ở trạng thái đứng yên, thùng máy và mô hình ở thế thẳng đứng do trọng lực. Hình 8.17 Thùng chứa mô hình được làm quay quanh một trục nhờ động cơ của máy với tốc độ góc (0 (tính bằng radian/giày). Dưới tác dụng của lực li tâm, thùng chứa mỏ hình chuyển từ vị tn' đứng sang vị trí ngang với khoảng cách R tính từ trục quay, ó mô hình, gia tốc li tâm d dược tính theo công thức: a = co^R (8-38) Đế có trị số a tươno đối đồng đều cho đất mô hình, các máy thí nghiệm li tâm thường có u ị sỏ' R khá lớn so \'ới kích thước cúa mô hình. Các máy li tâm địa kĩ thuật kiểu 680 của 305
LCPC, Nantes nước Pháp có R = 5,5m với trị số n = — vào khoảng 100 đến 200. Máy li g tâm nhỏ hiện nay là máy Mistral - MSE có R = 0,2m nhưng có trị số n = 1500, mô hình có kích thước chỉ vào khoảng 80mm X 80mm X 20mm nhưng do có n lớn, ví dụ n = 1000 thì có thể thí nghiệm mô hình của khối đất cỡ 80m X 80m X 20m dày. Thường phải chọn phưcmg án tối ưu với hướng dùng mò hình tỉ lệ lớn với trị số n nhỏ hoặc ngược lại dùng mô hình nhỏ nhưng trị số n phải lớn. ư u điểm của mô hình nhỏ là dễ quay phim toàn cảnh, nhưng lại có nhược điểm là khó đặt thiết bị đo vào khối đất mô hình. Khối lượng lớn nhất của mô hình, bao gồm đất mô hình, các thiết bị đo đạc theo dõi mô hình, khối lượng thùng chứa mô hình có thể đạt 2200kg (máy li tâm lớn như máy của LCPC, Nantes, Pháp) nhưng lại rất nhỏ, khoảng Ikg với máy nhỏ MSE - Mistral, Anh). Máy li tâm địa kĩ thuật còn dùng để nghiên cứu quá trình cố kế, của khối đất và cách ứng xử động học và động lực học của khối đất. Độc giả có thể tham khảo Phụ lục 2 của cuốn sách. 306
Chương 9 DÒNG NƯỚC NGÂM VÀ TÁC DỤNG CỦA NÓ ĐẾN Sự ỔN ĐỊNH CỦA KHỐl ĐÂT Nước tự do trong đất được phân làm hai loại: nước trọng lực và nước mao dẫn. Nước trọng lực chuyến động trong các đường rỗng của khối đất tạo nên dòng thấm trọng lực mà quen eọi là dòng nước ngầm. Nước mao dẫn, chuyển động trong đường rỗng của đất dưới tác dụng của lực hút mao dẫn, lạo Ihành dòng thấm mao dẫn. Trong chương 2 chúng ta đã đề cặp đến tính thấm nước và tính mao dẫn của đất thông qua mầu đất. Kết quả nghiên cứu từ mầu đất cho những số liệu cơ bản của khối đất, tuy nhiên trong tự nhiên khối đất là không đổng nhất về các tính chất theo các phưcíng trong không gian mà chúng ta quen gọi là tính đồne hướng và dị hướiig của đất. v ề vấn đề này chúng ta sẽ đề cập tiến các phưưnạ pháp thí nghiệm hiện trường xét đến tính không đồng nhất ấy. 9.1. DÒNC; T H Â M TRONC; NỂN c ô n g t r ìn h 9.1.1. Cột nước do áp, cột nước thè và đường đểnịỉ thê Áp lực nước trona đâì tại inộl đicm nào đó đưực xác định bằng chiều cao cột nước dâng lên trong ống do áp có cláv ốrm đật tại điếm đó. Kí hiệu là cột nước đo áp tại đicm M nào đó trong khôi đất thì áp lực nước tại đicMTi đó kí hiệu là u„ được xác định theo công thức: u „ = y .h (9-1) Vì nước ngầm chi tồn tại trong lỗ rỗng của đất nên Up được gọi là áp lực lỗ rỗng tại điếm đang xét (hình 9.1). - s r w n s ỉ Dường cột nước đo áp Nưởc ngám cóáp : Nước ngám khóng áp . ■ - ; . 2 . T77777777Tĩ7777ĩĩ77ĩ777777777777ư777777P ĨĨĨĨT77777777777TĨ77777777777777777777777:' Táng khỏng thảm Táng khóng thám Hỉnh 9.1 307
Những điểm nằm trên mặt thoáng nước ngầm đều có cộ! nước do áp bàng khòng do đó áp lực nước lỗ rỗng tại những điếm ấy cũng bằng không. Các chất điểm nước trong dòng thấm trọng lực chuyến động trong trưòíng trọng lực, tức chuyển dịch từ nơi có thế nắng lớn đến nơi có thế năng nhỏ. T h ể núng chuyến động cùa chất điểm lỏng của dòng thấm trọng lực được đặc trưng bằng cột nước thấm (hoặc cột nước thế năng) kí hiệu là H, xác định theo công thức: H=h+Z + — 2g Trong đó: h - cột nước đo áp tại điểm M đang xét; z - cao trình cúa điểm M lấy theo mặt chuẩn 0-0 chọn tùv ý; V - tốc độ dịch chuyển của chất điểm nước tại điểm M. V h^, = — , đươc goi là côt 2g nước tốc độ, có trị số nhỏ vì tốc độ thấm nhỏ nên thường được bó qua. Do vậy cột h nước thê H lính theo cõng 1 H thức (hình 9.2). z H = h„ + 7, (9-2) 0 7777777777777777777777 Trong hình 9.2a mặl a) chuẩn lây trùng \'ới mặt tầng không thấm nàm ngang. lỉìn h 9.2 Trường hựp tầng không ihấni nằm nghiêng thì inặt chuẩn được chọn như ớ hình 9.2b. Một mặl, hoặc một đường mà các điểm trên inặt đó, hoặc đường đó có cùng một trị số H dược gọi là niặ! dẳuiị //íí'1ioặc i ỉ i ữ / H i Ị cỉẳmị ///í"'(cquipotenlial liiie). ílitìh 93 308