Kiến trúc xây dựng - Cường độ chống cắt đất

1Chương VI: Cường độ chống cắt đất (Phần II: Cường độ chống cắt của đất sét) 2 Khái quát • Cường độ chống cắt của đất có ý nghĩa quan trọng nhất trong địa kỹ thuật • Cường độ chống cắt có liên quan đến sức chịu tải của nền, ổn định mái dốc, tường chắn • Phân tích ổn định theo phương pháp cân bằng giới hạn đòi hỏi xác định giá trị cường độ chống cắt của đất 3 Nội dung • Ứng xử của sét bão hoà nước chịu cắt trong trường hợp cố kết, thoát nước (CD) • Ứng xử của sét bão hoà nước chịu cắt trong trường hợp cố kết, không thoát nước (CU) • Ứng xử của sét bão hoà nước chịu cắt trong trường hợp không cố kết, không thoát nước (UU) • Các hệ số áp lực nước lỗ rỗng • Một số ví dụ 4 Ứng xử của sét bão hoà chịu cắt trong trường hợp cố kết, thoát nước (CD) σ = u + σ’ σhcσhc σvc σvc 0 σ’hc= σhcσ’hc σ’vc σ’vc=σvc σhcσhc σvc σvc + Δσ ≈ 0 σ’h= σ’hc= σ’3σ’h σ’vc σ’v=σvc+Δσ= σ’1 σhcσhc σvc σvc+Δσf σ’hf= σhc=σ’3fσ’hf σ’vc σ’vf=σvc+Δσf=σ’1f Cuối giai đoạn cố kết (đẳng hướng σvc = σhc hoặc dị hướng σvc ≠ σhc ) Giai đoạn gia tải thẳng đứng (ứng suất ngang không đổi) (Nén 3 trục) Lúc phá hoại Δσf = (σ1-σ3)f ≈ 0 5Ứng xử của sét bão hoà chịu cắt trong trường hợp cố kết, thoát nước (CD) Sét quá cố kết Sét cố kết bình thường Sét cố kết bình thường Sét quá cố kết Holtz and Kovacs(1981). 6 Ứng xử của sét bão hoà chịu cắt trong trường hợp cố kết, thoát nước (CD) đất sét cố kết bình thường (NC) Holtz and Kovacs(1981). Vòng tròn Mohr ứng suất tổng = Vòng tròn Mohr ứng suất hiệu quả 7 Ứng xử của sét bão hoà chịu cắt trong trường hợp cố kết, thoát nước (CD) Đường cong nén nguyên sơ τ σ’ σ’ cố kết bình thườngQuá cố kết Holtz and Kovacs(1981). σ’p: ứng suất tiền cố kết 8 Quan hệ giữa góc ma sát trong và chỉ số dẻo Holtz and Kovacs(1981). PI=LL-PL (LL: liquid limit; PL: plastic limit) φ ’ x á c đ ị n h t ạ i g i á t r ị ( σ 1 ’ / σ 3 ’ ) m a x Chỉ số dẻo 9Một số ứng dụng kết quả CD Đập được xây dựng rất chậm trên nền sét yếu Đập đất với dòng thấm ổn định Mái đào hoặc mái dốc tự nhiên trong đất sét Holtz và Kovacs(1981). Cường độ chống cắt thoát nước tại hiện trường Cường độ chống cắt thoát nước của lõi sét Cường độ chống cắt thoát nước tại hiện trường 10 Ứng xử của sét bão hoà chịu cắt trong trường hợp cố kết, không thoát nước (CU) σ = u + σ’ σhcσhc σvc σvc 0 σ’hc= σhcσ’hc σ’vc σ’vc=σvc σhcσhc σvc σvc + Δσ ± Δu σ’h= σhc m Δuσ’h σ’vc σ’v=σvc+Δσ m Δu σhcσhc σvc σvc+Δσf σ’hf= σhc m Δuf = σ’3f σ’hf σ’vc σ’vf=σvc+Δσf m Δuf =σ’1f Cuối giai đoạn cố kết (đẳng hướng σvc = σhc hoặc dị hướng σvc ≠ σhc ) Giai đoạn gia tải thẳng đứng (ứng suất ngang không đổi) (Nén 3 trục) Lúc phá hoại Δσf = (σ1-σ3)f ± Δuf 11 Ứng xử của sét bão hoà chịu cắt trong trường hợp cố kết, không thoát nước (CU) quá cố kết cố kết bình thường quá cố kết quá cố kết cố kết bình thường cố kết bình thường quá cố kết Holtz and Kovacs(1981). 12 Ứng xử của sét bão hoà chịu cắt trong trường hợp cố kết, không thoát nước (CU) Đất sét cố kết bình thường Tổng Hiệu quả Tφφ >' Holtz and Kovacs(1981). 13 Ứng xử của sét bão hoà chịu cắt trong trường hợp cố kết, không thoát nước (CU) Đất sét quá cố kết Tφφ <' Holtz and Kovacs(1981). Hiệu quả Tổng 14 Ứng xử của sét bão hoà chịu cắt trong trường hợp cố kết, không thoát nước (CU) quá cố kết cố kết bình thường Holtz and Kovacs(1981). Hiệu quả Hiệu quả Tổng Tổng 15 Đường ứng suất (CU) Đất sét cố kết bình thường Holtz and Kovacs(1981). Đường ứng suất tổng Đường ứng suất hiệu quả Kf=σ’hf/σ’vf 16 Đường ứng suất (CU) Đất sét qúa cố kết Holtz and Kovacs(1981). Đường ứng suất tổng Đường ứng suất hiệu quả Đường ứng suất tổng-uo uo: back pressure 17 Góc ma sát trong (CU) Holtz and Kovacs(1981). φ’d xác định từ thí nghiệm CD (độ) φ ’ x á c đ ị n h t ừ t h í n g h i ệ m C U ( đ ộ ) 18 Một số ứng dụng kết quả CU b) Mực nước hồ rút nhanh, không có sự rút nước trong lõi c) Xây dựng mái đắp trên mái dốc tự nhiên a) Đê được đắp lớp 2 ngay sau khi cố kết do trọng lượng lớp 1 Holtz and Kovacs(1981).Đất đắp 19 Ứng xử của sét bão hoà chịu cắt không cố kết, không thoát nước (UU) Holtz and Kovacs(1981). Ngay sau khi tạo mẫu; trước khi áp dụng áp suất buồng Sau khi áp dụng áp suất buồng thuỷ tĩnh (S=100%) Trong quá trình chất tải dọc trục Khi phá hoại TỔNG, σ = Trung hoà, u + Hiệu quả, σ’ Áp suất dư (mao dẫn) sau khi tạo mẫu 20 Ứng xử của sét bão hoà chịu cắt không cố kết, không thoát nước (UU) Holtz and Kovacs(1981). Đất sét chế bị Đất sét nguyên dạng, độ nhạy trung bình Đất sét nguyên dạng, độ nhạy cao 21 Ứng xử của sét bão hoà chịu cắt không cố kết, không thoát nước (UU) Không bão hoà bão hoà Holtz and Kovacs(1981). Đường bao phá hoại Mohr (ứng suất tổng) 22 Ứng xử của sét bão hoà chịu cắt không cố kết, không thoát nước (UU) Holtz and Kovacs(1981). Đường bao phá hoại Mohr Ứng suất hiệu quả Ứng suất tổng Chú ý: σ’hf không đổi đối với 3 vòng tròn Mohr ứng suất tổng 23 Ứng xử của sét bão hoà chịu cắt trong T/H không cố kết, không thoát nước (UU) Holtz and Kovacs(1981). 24 Thí nghiệm nén nở hông Holtz and Kovacs(1981). Tổng Trung hoà Hiệu quả Ngay sau khi tạo và lắp mẫu, trước khi chất tải dọc trục Trong quá trình chất tải dọc trục Khi bị phá hoại 25 Một số ví dụ ứng dụng UU a) Đập được đắp nhanh trên nền đất sét yếu b) Đập cao được đắp nhanh mà không thay đổi độ ẩm lõi sét chống thấm c) Móng được xây dựng nhanh trên nền sét Holtz and Kovacs(1981). Sét yếu CĐCC không thoátnước CĐCC không thoát nước của lõi sét đầm chặt ASĐM lớn nhất, hàm của τf 26 Các hệ số áp lực nước lỗ rỗng • Dưới tác dụng của tải trọng+điều kiện không thoát nướcÆ áp lực nước lỗ rỗng (ALNLR) sẽ xuất hiện trong đất sét bão hoà nước • Điều quan trọng trong thực tiễn là cần tính giá trị ALNLR • Nếu đất bão hoà hoàn toàn, biến thiên ALNLR Δu bằng biến thiên áp suất buồng Δσ3. (Δu/ Δσ3 =1) • Nếu đất chưa bão hoà hoàn toàn, sử dụng hệ số B (Skempton) Trong đó, n: độ rỗng; Cv: Hệ số nén của lỗ rỗng Csk: Hệ số nén của cốt đất 27 Các hệ số áp lực nước lỗ rỗng • Nếu đất bão hoà hoàn toàn: Cw=CvÆCw/CskÆ0 Æ B=1 (tính nén của nước quá nhỏ so với tính nén của cốt đất) • Nếu đất khô, Cv/CskÆ∞Æ B=0 (tính nén của không khí lớn hơn nhiều tính nén của cốt đất) • Đất chưa bão hoà: 0<B<1 • Quan hệ B~S là phi tuyến, phụ thuộc loại đất và trạng thái ứng suất. 28 Quan hệ B và S (Black và Lee, 1973) H ệ s ố á p l ự c n ư ớ c l ỗ r ỗ n g B Độ bão hoà, S (%) Ướt Khô Sét đầm Số liệu Đất khác nhau Kaolinite Cát Ottawa Cát Ottawa (lý thuyết) Bụi pha sét đầm chặt (lý thuyết) 29 Các hệ số áp lực nước lỗ rỗng • Nén 3 trục (Δσ2=Δσ3), độ lệch ứng suất q gây ra biến thiên ALNLR: Δu=1/3*B(Δσ1-Δσ3): đất đàn hồi • Skempton: ALNLR bao gồm 2 thành phần do: (1) biến thiên ứng suất trung bình và (2) biến thiên ứng suất cắt gây ra Δu=B[Δσ3+A(Δσ1-Δσ3)] (đất không hoàn toàn đàn hồi) (biến thiên ALNLR do thay đổi ứng suất tổng khi gia tải trong điều kiện không thoát nước) Cách viết khác: Nếu B=1, S=100%Æ Δu=Δσ3+A(Δσ1-Δσ3) Chú ý: A, B không phải hằng số; phụ thuộc loại đất và đường ứng suất. Xem Bảng 11-8 và 11-9 (Holtz và Kovacs, 1981) Chi tiết, xem Phụ lục B-3 (Holtz và Kovacs, 1981) ( )313 σσσ Δ−Δ+Δ=Δ ABu BAA = 30 Các hệ số áp lực nước lỗ rỗng • Phương trình Skempton được ứng dụng dự đoán biến thiên ALNLR do tải trọng gây ra (công trình đất đắp như đê, đập, đường giao thông xây dựng trên nền đất yếu) • Cần có thiết bị quan trắc ALNLR tại hiện trường để đề phòng sự cố mất ổn định. 31 Một số ví dụ • Bài tập 1: ví dụ 11.11, tr. 558 (Holtz and Kovacs) • Bài tập 2: ví dụ 11.12, tr.567(Holtz and Kovacs) • Bài tập 3: ví dụ 11.13, tr. 568 (Holtz and Kovacs) • Bài tập 4: ví dụ 11.14, tr. 603 (Holtz and Kovacs) • Bài tập 5: ví dụ 11.15, tr. 612 (Holtz and Kovacs) • Xem thêm: – Các ví dụ 11.16÷11.18 (Holtz and Kovacs) – Bổ sung các ví dụ khác nếu cần