1 CÁC CHỈ TIÊU CƠ HỌC CỦA ĐẤT, PHÂN LOẠI ĐẤT Người lập: KS. Đặng Xuân Trường Mọi thông tin xin liên hệ: Email: Dangxuantruongdhkt@gmail.com SĐT: 0936126632 2 Mục lục A. Chương 1: Xác định thông số độ cứng và cường độ đất nền từ thí nghiệm trong phòng 4 1 Đặc trưng độ cứng của đất: 4 1.1 Đặc trưng đàn hồi 4 1.1.1 Đẳng ứng suất 5 1.1.2 Cắt thuần túy 5 1.1.3 Biến dạng phẳng 5 1.1.4 Đối xứng trục 5 1.1.5 Nén một trục không nở hông 5 1.1.6 Nén đơn 6 1.2 Đặc trưng thoát nước và không thoát nước 6 1.2.1 Đặc trưng không thoát n ước 6 1.2.2 Đặc trưng thoát nước. 6 1.3 Xác định mô đun đàn hồi và mô đun biến dạng 7 1.3.1 Thí nghiệm nén 1 trục không nở hông 7 1.3.2 Thí nghiệm nén 3 trục 8 1.4 Hệ số poisson 12 2 Đặc trưng cường độ của đất 12 2.1 Thí nghiệm cắt trực tiếp. 13 2.2 Thí nghiệm nén 3 trục 13 2.3 Thí nghiệm nén nở hông 14 2.4 Giới hạn Atterberg 15 3 Mô đun biến dạng 15 3.1 Thí nghiệm nén 1 trục không nở hông 15 3.2 Biến dạng theo 3 hướng ( 123 #0, #0, #0   ) 15 B. Chương 2: Xác định thông số độ cứng và cường độ đất nền từ thí nghiệm hiện trường 17 1 Mô đun đàn hồi, mô đun biến dạng 17 1.1 Thí nghiệm SPT 17 1.2 Thí nghiệm xuyên tĩnh 18 1.3 Thí nghiệm bàn nén 19 3 2 Thông số cường độ của đất (Lực dính C và góc nội ma sát  ) 19 2.1 Thí nghiệm SPT 19 2.2 Thí nghiệm CPT 20 C. Chương 3: Các tính chất cơ lý khác của đất 22 1 Đánh giá trạng thái của đất 22 1.1 Trạng thái và chỉ tiêu trạng thái của đất dính 22 1.2 Trạng thái và chỉ tiêu đánh giá trạng thái của đất rời 23 2 Công thức liên hệ giữa các chỉ tiêu của đất 24 3 Áp lực tiền cố kết 25 4 Hệ số thấm của đất 26 5 Tính đầm chặt đất 27 D. Tiêu chuẩn và tài liệu tham khả o 28 4 CÁC CHỈ TIÊU CƠ HỌC CỦA ĐẤT, PHÂN LOẠI ĐẤT NỀN Đặt vấn đề: Dữ liệu thu được từ các báo cáo khảo sát địa chất hiện nay thường không đủ để đánh giá và sử dụng để giải quyết các bài toán về địa kĩ thuật. Nhằm đưa ra các thông số cần thiết sử dụng để có phương án khảo sát địa chất phù hợp, chuyên đề này nhằm phân loại và đưa ra các mối liên quan giữa các thông số độ cứng, cường độ của đất ở các trạng thái khác nhau, phân loại trạng thái của đất giúp người sử dụng có thể dựa vào đó để yêu cầu phương pháp thí nghiệm phù hợp cho quá trình thiết kế và thi công. A. Chương 1: Xác định thông số độ cứng và cường độ đất nền từ thí nghiệm trong phòng 1 Đặc trưng độ cứng của đất: Độ cứng của đất được đặc trưng bởi hai thông số đặc trưng đàn hồi E và hệ số poisson 1.1 Đặc trưng đàn hồi Đặc trưng đàn hồi của đấ t trong phân tích tính biến dạng của đất được đánh giá qua các thông số: Mô đun đàn hồi: E= Ứng suất dọc trục/ Biến dạng dọc trục=   (1) Mô đun cắt: G= Ứng suất tiếp/ biến dạng cắt= s   (2) Mô đun thể tích: K= Đẳng ứng suất/Biến dạng thể tích= v P  (3) Hệ số poisson (Mô đun biến dạng kích thước)  = Biến dạng ngang/ Biến dạng dọc (4) Định luật Hooke tổng quát: Xét phân tố lập phương đàn hồi đẳng hướng (E 1 =E 2 =E 3 ) chịu ứng suất chính 123 ,,   , các biến dạng tương ứng là: 5    1123 2213 3312 1 () 1 () 1 () E E E           (5) 1.1.1 Đẳng ứng suất Trong trường hợp đẳng ứng suất: 123 P     3( 1 2 ) E K    (6) 1.1.2 Cắt thuần túy 22 1313 0; 0, ,    2(1 ) E G    (7) 1.1.3 Biến dạng phẳng 2213 0, ( )    2(1 2 )(1 ) ps E K      (8) Với K ps là mô đun biến dạng thuần túy đối với biến dạng phẳng 1.1.4 Đối xứng trục 232 3 ,     3( 1 2 ) v E E    (9) 1.1.5 Nén một trục không nở hông 23 2 3 0,     2 2 (1 ) 1 oed E E      (10) 6 1.1.6 Nén đơn 11 23 1 23 0, , EE          (1 2 ) vuc E E    (11) 1.2 Đặc trưng thoát nước và không thoát nước Cần phân biệt trường hợp thoát nước và không thoát nước trong việc phân tích biến dạng nền. Trường hợp không thoát nước tương ứng với E u và u  , E’ và '  với trường hợp thoát nước. 1.2.1 Đặc trưng không thoát nước Những điều kiện không thoát nước xảy ra khi mọi sự thoát nước đều bị ngăn cản (Ví dụ như thí nghiệm 3 trục không thoát nước) hoặc tốc độ tăng tải quá nhanh làm nước không kịp thoát ra ( Xây dựng công trình trên nền đất sét). Với trường hợp không thoát nước, 0, 0.5 vu u     Mô đun cắt không phụ thuộc vào trạng thái thoát nước hay không thoát nước do nước trong đất có độ cứng trượt bằng 0.   21 21 u u u E E GG     (12)  3 21 u E E    (13) Với nén 1 trục không nở hông ou E   Nén 1 trục nở hông: 1 1 u E    (14) Với 1  là độ gia tăng của tổng ứng suất 1.2.2 Đặc trưng thoát nước. Khi gia tải đủ chậm để áp lực nước lỗ rỗng không tăng, trạng thái đàn hồi của của đất có thể xác định được bằng các thông số hữu hiệu: 13 '' 13     G’= 2(1 ) E G    ; E’= '   ; K= ' v P  và  ’ (15) 7 1.3 Xác định mô đun đàn hồi và mô đun biến dạng 1.2.3 Thí nghiệm nén 1 trục không nở hông(Nén cố kết) Số gia biến dạng của mẫu đất: 0 1 e e     (16) Số gia áp lực: p Mô đun đàn hồi một trục:  d0 1 oe pp E e e      (17) Gọi v e a p    là hệ số nén lún   0 d 1 oe v e E a   (18) - Xác định mô đun đàn hồi Eoed từ số liệu kết quả thí nghiệm nén 1 trục không nở hông P(kg/cm2) 0.5 1 2 3 4 e 0.858 0.809 0.775 0.736 0.709 0.69 e 0 0.049 0.083 0.122 0.149 0.168  0.026372 0.044672 0.065662 0.080194 0.09042 Bảng 1:Ví dụ Kết quả thì báo cáo khảo sát địa chất Hình 1:Biểu đồ quan hệ ứng suất-biến dạng Xác định ứng suất hữu hiệu thẳng đứng tại độ sâu z là p, nội suy biến dạng tại cấp áp lực đó. E oed =y’=32.332*0.2253*e^(32.332*x) - Xác định mô đun đàn hồi từ biểu đồ e-logp 8 Hình 2: Biểu đồ quan hệ e-log '  Với đất chịu áp lực nhỏ hơn áp lực tiền cố kết ' p  thì xem như biến dạng (độ lún là đàn hồi). Cs và Cc được gọi là chỉ số nén và chỉ số nở. ' '(1) oed s Ee C   (19) Note: Nếu trường hợp nén 1 trục là nén nhanh, thì giá trị E nhận được là giá trị mô đun đàn hồi không thoát nước E u 1.3.1 Thí nghiệm nén 3 trục - Mô đun đàn hồi E’ được tính từ đường cong mối quan hệ giữa độ lệch ứng suất và biến dạng dọc trục: 1 'dq E d   với '' 13 'q     Hình 3: Thí nghiệm nén 3 trục CD (20) 9 Hình 4: Kết quả thí nghiệm nén 3 trục CD Hình 5: Các thông số của mô hình Hardening soil 10 - Hoặc xác định theo mô hình Duncan và Chang (Duncan-chang, 1970) [9] Theo mô hình này thì mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng là một đường cong hypecpon. Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của mô hình theo công thức:  1 13 1 ab      (21) Trong đó 1 i E a  ;  13 1 ult b    (22) Hình 6: Quan hệ giữa độ lệch ứng suất và biến dạng [...]... tại điểm thí nghiệm 21 C Chương 3: Các tính chất cơ lý khác của đất 1 1.1 Đánh giá trạng thái của đất Trạng thái và chỉ tiêu trạng thái của đất dính Theo TCVN 4197-2012, chỉ số dẻo và độ sệt của đất được tính như sau: Chỉ số dẻo (A) của đất được tính theo công thức A =WL - Wp (54) Trong đó: WL là giới hạn chảy của đất; WP là giới hạn dẻo của đất Chỉ số sệt (B) của đất được tính theo công thức: B (55)... dính 22 Bảng 7: Phân loại đất dính 1.2 Trạng thái và chỉ tiêu đánh giá trạng thái của đất rời Đối với đất rời, trạng thái của đất được đánh giá qua hai thông số là độ chặt Dr và hệ số rỗng e Độ chặt của đất : Dr  emax  e0 emax  emin (56) Có thể phân chia độ chặt của đất rời như sau: Dr < 0,33 - cát xốp; 0,66  Dr  0,33 - cát chặt vừa; Dr>0,66 - cát chặt Độ chặt của đất cát Loại đất cát Chặt Sỏi, cát... 30 Đất thuộc loại yếu khi hệ số rỗng lớn (đối với đất sét khi e>1,1, á sét khi e>1,0 và á cát khi e>0,70), có hệ số nén lớn khi mô đun biến dạng e00,75; chảy khi Il>1,0 2 Công thức liên hệ giữa các chỉ tiêu của đất  : Tỷ trọng hạt W: Độ ẩm của đất (%)  : Trọng lượng riêng tự nhiên của đất  k : Trọng lượng riêng khô của đất  h : Trọng lượng riêng hạt đất. .. khô[6] Loại đất Độ ẩm tự nhiên W(%)  k ,max (kN/m3) Đất cát 8-12 18-18.8 Đất á sét 9-15 18.5-20.8 Đất sét 19-23 15.8-17 27 Bảng 14: Độ ẩm tốt nhất và trọng lượng riêng khô lớn nhất của một số loại đất [6] D Tiêu chuẩn và tài liệu tham khảo [1] TCVN 9351-2012: Đất xây dựng - phương pháp thí nghiệm hiện trường - thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) [2] TCVN 9352-2012: Đất xây dựng - thí nghiệm xuyên tiêu. .. lượng riêng tự nhiên của đất  k : Trọng lượng riêng khô của đất  h : Trọng lượng riêng hạt đất  bh : Trọng lượng riêng bão hòa của đất  dn : Trọng lượng riêng đẩy nổi n: Độ rỗng e: hệ số rỗng G: Độ bão hòa của đất 24 Các chỉ tiêu đã biết  x W  x x k x x  bh e Chỉ tiêu quy đổi e x x h x Công thức e e x G x G x h h x x x x  dn  dn x x n G  n (1  0.01W )  h e  1 k  0, 01W 1 ... số, được lấy bằng 40 khi Nspt >15; lấy bằng 0 khi Nspt 10-2 cm/s 26 -3 -5 - Đất nền thấm trung bình khi k=10 – 10 cm/s - Đất nền thấm yếu hoặc không thấm khi k . cắt Mohr-Coulumb 13 13 13 13 13 13 13 13 cos ; sin 222 cos sin 222 sin .cos 22 tg c c                        (25) Biểu thức Mohr-Coulumb. lại như sau: 13 13 .sin . cos 22 c       (26) Từ kết quả thí nghiệm vẽ được biểu đồ như hình dưới 14 =  13 2  = 2 13 sin c.cos Test data Best fit line s t 1 . số trung bình, lấy giá trị k=4.5kN/m 2 - Góc nội ma sát theo Halanakar và Uchida (1996)[8] 0 or or 17 ; 0.5( 15) cocr c NNNN     (49) N ocr là số búa ở cấp áp lực ' 100 v kPa  