NGUYEN UYEN CO HOC DAT NHÀ XUAT BAN XÂY DITNG NGUYÊN UYÊN BÀI TẬP ĐỊA CHẤT - Cơ HỌC ĐẤT VÀ NÊN MÓNG CÔNG TRÌNH (Tái bản) TRANG ĩ r ? \ *■■■/£, - ».>.",-,«íỉ!riév,;:«.aea?s««aR» 10025505 NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG HÀ NỔI - 2012 LỜI GIỚI THIÊU Đ ể đáp ứng việc học tận giảng dạv môn kỹ thuật sở: Địa chất cóng trình, học đất móng công trình trường thuộc nhóm ngành xây dựng như: Đại học Xây dựng, Đại học Giao thòng, Đại học Thuỷ lợi, Đại học Kiến trúc, năm 2004 Nhà xuất bán Xây dựng xuất giáo trình "Cơ sở địa chất, học đất móng công trình" Đây giáo trình tổng hợp kiến thức ba môn học biên soạn Việt Nam Nội dung lý thuyết cập nhật nghiên cứu địa chất, địa kĩ thuật nước tiên tiến th ế giới: Anh, Mỹ, Canada, Nga , theo sát nội dung giáo trình dược giảng dạy cấc trường đại học nước phương Tây Dựa nội dung lý thuyết "Cơ sở địa chất, học đất móng công trình" xuất bản, "Bài tập địa chất - học đất móng công trìn h " biên soạn nhằm hệ thống kiến thức lý thuyết, đưa thêm nhiều ví dụ đ ể minh hoạ nội dung lý thuyết đưa tập để người dọc tự thực hành, tính toán Cuốn tập gồm phần với 11 chương (trừ chương 1, chương 10, chương 14), nên thứ tự sô'chương có thay đổi chút so với giáo trình lý thuyết Các ví dụ mẫu, tập tính độ lún lưu biến, tính toán cho công trình có cốt, dưa vào nhằm cập nhật theo xu hướng nghiên cứu địa kỹ thuật phục vụ cho xảy dựng công trình thời gian gần dây Các giáo trình tập môn học ít, da phần nằm giáo trình lý thuyết dạng vài ví dụ minh hoạ Do tập chưa đáp ứng ý nguyện người viết: tài liệu tốt cho học tập, tham khảo sinh viên, kỹ sư cán kỹ thuật xảy dựng qua ví dụ mẫu, tập sát với thực tế xây dựng Hy vọng có nhiều ý kiến đóng góp độc giả, chắn lẩn tái sau đáp ứng độc giả nhiều NGUYỄN UYÊN Trường Đại học Thuỷ Lợi PH Ầ N í BÀI TẬP ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH C hương TÍNH CHẤT VẬT LÝ, c HỌC CỦA ĐÂT ĐÁ CÔNG THỨC LÝ THUYẾT 1.1 Tính chất vật lý đất đá 1.1.1 Ba pha hợp thành đất đá: Các hạt khoáng vật thể rắn, nước thể khí lỗ rỗng hạt; lỗ rỗng, khe nứt chứa đầy nước gọi đất đá hai pha (hình 1.1) Trọng lượng Thể tích V, Không khí Qk=0 V =£ vr=e Nước vn= coA Trọng lượng Thể tích Q „= v r= wẢ=E Nước Q„=®Áy„=£Ỵ„ MÀy0 ,: ị vh=1 Hạt rắn ' u Vs Qh= AỶh Đất không bão hoà; Vh= v h= Hạt rắn Qh=Aý„ Đất bão hoà; Vh= Hình 1.1: Các pha hợp thành đất đá 1.1.2 S ự phân bố cỡ hạt Các đặc trưng thành phần hạt: Kích thước hiệu D[0, mm (1.1) Hệ số đồng đều: Cu = ^ ( Ị 2) Hê số cấp phối: H) ì2 Cp = - — g D60x D10 (1.3) Trong đó: D 10, D30, D60 - cỡ hạt cực đại chiếm 10%, 30% 60% mẫu Uất có cỡ hạt Cu Cg đơn vị; Cu < - cỡ hạt đồng Cu > ■> có cấp phối tốt Đất có cấp phối tốt 0,5 < Cg < 2,0 1.1.3 Tính lỗ rỗng tính nút nẻ đất đá Độ rỗng n đất đá tv số, thường phẩn trăm thể tích lỗ rỗng Vr với thể tích đất đá tương ứng, kể lỗ rỗng V: n = — 100% (1.4) Hệ sô' rỗng £ đất đá tỷ số thể tích lỗ rỗng Vr với thể tích phần hạt rắn Vh đất đá: £= V, (1.5) vh Quan hệ n £: n n = - ; = -1+8 1- n ( ) Có thể tính £ theo: _ Ayn(l + W) (1.7) y tn 6=^ - ( ) Yk Trong đó: À - tỉ trọng đất; yn - trọng lượng đơn vị nước; Ytn - trọng lượng dơn vị tự nhiên đất; Yk - trọng lượng đơn vị khô đất; yh - trọng lượng đơn vị hạt: w - độ ẩm đất (%) Độ chặt tương đối D dùng cho đất cát: £) — 8max —r 8°max —8min (1.9) Trong đó: £ max , £ - hệ SỐ rỗng trạng thái rỗng chặt xác định thực nghiệm ; £ - hệ sô' rỗng trạng thái tự nhiên Ba trạng thái chặt cát: xốp rời: D < 0,33; chặt vừa: D = 0,34 -T- 0,66; chặt nhất: D > 0,67 Chỉ sô'nén chặt K j dùng cho đất loại sét: ( 10) Trong đó: ch , d , - hệ SỐ rỗng đất trạng thái giới hạn chảy, giới hạn dẻo trạng thái tự nhiên; ch = À ,Wch ; d = A ,w d ; w ch ; w d - độ ẩm giới hạn chảy giới hạn dẻo đất có tỷ trọng A Ba trạng thái vật lý đất loại sét: chảy: Kd < 0; dẻo: Kd = 4- 1; cứng: Kd > Độ khe hở Kf tỷ số diện tích khe hở tạo khe nút (Fn) diện tích đá, kể khe nứt (F) diện tích khảo sát: p Trong đó: a¡ , b, - chiều rộng chiểu dài khe nứt thứ i; n - số khe nứt diện tích khảo sát F (F thường từ 4- 25 m2) Theo giá trị Kk chia: nứt nẻ yếu: Kk < 2; nứt nẻ vừa: Kk = 5; nứt nẻ mạnh K k = r 10; nứt nẻ mạnh: Kk = 10 4- 20; nứt nẻ đặc biệt mạnh: Kk > 20 1.1.4 Trọng lượng đất đá Dung trọng hạt đất đá ph khối lượng đơn vị thể tích hạt rắn đất đá: Ph = , t/m3 , g/crn’ (1.12) vh Trong đó: Qh - khối lượng hạt đất đá; Vh - thể tích hạt đất đá Tỷ trọng cita hạt đất đá A tỷ số dung trọng hạt đất đá ph dung trọng nước tinh khiết pn Ở4°C: Ạ _ PJl _ Qh Pn %1Pn Dung trọng tự nhiên đất đá pln khối lượng dơn vị thể tích đất đá trạng thái tự nhiên: Ptn = ậ 5- , t/m3 ; g/cm3 V.tn (1.13) Trong đó: Q tn - khối (ượng đất đá tự nhiên; v tn - thể tích đất đá trạng thái tự nhiên Dung trọng bão hoà p bh xác định theo: (1.14) pbh = p nu - n ) + pn.n ; t/m3, g/cm3 Dung trọng khô đất đá pk khối lượng khô (cốt đất đá) đơn vị thể tích đất đá tự nhiên: pk = — = ^tn ; t/m3, g/cm3 k v tn + w (1.15) Ditng trọng đẩy pđn khối lượng nước đơn vị thể tích đất đá trạng thái tự nhiên, trọng lượng đơn vị thể tích đất đá có tính đến lực đẩy nước: P k (A -1 ) _ _ , , , Pđn = -JílT - = Pbh-Pn = P bh- l ; t/m'>g/cm' A (1.16) Trọng lượng thể tích đơn vị gọi trọng lượng đơn vị Trọng lượng đơn vị liên hệ tương ứng với dung trọng sau: Trọng lượng đơn vị hạt: Yh =Ph-g (kN/m3); Trọng lượng đơn vị tự nhiên: Ytn = ptn.g (kN/m3); Trọng lượng đơn vị khô: Yk Trọng lượng đơn vị bão hoà: Ybh - Pbh -ê (kN/m 5); Trọng lượng đơn vị đẩy nổi: Yđn - Pđn -ể (kN/m3) = pk.g (kN/m3); 1.1.5 Tính ngậm nước cỉíữ đất đà Độ ẩm đất đá: tỷ số trọng lượng nước có đất đá Qn trọng lượng đất đá khô Qh (sấy 105°C): w - ậ - 100% Qh (1.17) Chỉ số dẻo A hiệu độ ẩm giới hạn chảy Wch giới hạn dẻo w d , đặc trưng cho tính dẻo đất: A = w - Wd (1.18) Cát pha: A = -r 7; sét pha: A = 4- 17; sét: A > 17 Độ sệt B tiêu đặc trưng trạng thái thực đất dính: (U ) Độ ẩm tương đối G (hay độ bão hoà) - tv số độ ẩm thực tế Wm với độ ẩm bão hoà w bh' w V G = -—JiL = — 100% w bh Vr (1.20) Đất ẩm: < G < 0,5 ; đất ẩm 0,5 < G < 0,8 ; bão hoà0,8 < G < 1.1.6 Tính mao dẫn đất đá Chiều cao mao dẫn hmd xác định theo: 2TS ( 1.21a) PngRs Trong đó: Ts - sức căng bề mặt nước; pn - dung trọng nước; g - gia tốc trọng trường; Rs - bán kính cong mặt khum (Rs = r/co sa - r bán kính ống mao dẫn, a - góc tiếp xúc) Tại 20°c, Ts vào khoảng 73 dyn/cm hay 73mN/m Vì pn = 1000 kg/m3 g = 9,81 m/s2 với nước ống thuỷ tinh sạch, phương trình ( 1.2 la) trở thành: _ -0,03m md d(mm) ( 1.21b) 1.1.7 Tính thấm nước đất đá Theo định luật Dacxi, thấm tầng đất đ bão hoà, vận tốc thấm V xác định theo v = k — = kJ / (1.22) AH Trong đó: k - hệ số tỷ lệ, gọi hệ số thấm (cm/s, m/ngđ); J = ——gradien cột nước áp lực hiệu số cột nước áp lực À H chiều dài dòng thấm I Vận tốc thấm V đất đá không bão hoà theo Fredlund Morgenstern xác định theo: v = k n (“ kq - u n) J (1 -2 ) Trong đó: kn - hệ số thấm pha nước hàm (ukq - un); ukq - áp lực khí quyên; un - áp lực nước lỗ rỗng 1.2 Tính chất học đát đá 1.2.1 Ứng suất đất đá + Trạng thái ứng suất hướng: ứng suất pháp: n = —ơ |(l + cos2cx) p (1.24) ứng suất tiếp: X= —ơ, sin2ot ? (1.25) a = 0° có ơ™x=ơ, a =45° có Xmax = ~~ + Trạng thái ứng suất hai hướng: ơ| X max (1.26) + Trạng thái ứng suất ba hướng: - - CT1 ~ CT3 X m a x - l-3~ (1.27) Phương trình Culông - phương trình đặc trưng tính bền đất đá: T= ptg