Bài giảng Cơ học đất và thí nghiệm | Trường Đại học Giao thông vận tải

ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
VIỆN NC-ĐT ĐÈO CẢ
CƠ HỌC ĐẤT VÀ THÍ NGHIỆM
BIÊN SOẠN: TS. TRẦN DUY TÂN
THAM KHẢO CƠ HỌC ĐẤT ( CHÂU NGỌC ẨN)
BÀI TẬP CƠ HỌC ĐÂT ( VŨ CÔNG NGỮ)
VÀ MỘT SỐ TÁC GIẢ KHÁC 1 NỘI DUNG CHƯƠNG 1
TÍNH CHẤT CƠ LÍ CỦA ĐẤT CHƯƠNG 2
PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT CHƯƠNG 3
BIẾN DẠNG VÀ ĐỘ LÚN CỦA NỀN CHƯƠNG 4 SỨC CHỊU TẢI CỦA NỀN CHƯƠNG 5
ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN 2 CHƯƠNG 1
TÍNH CHẤT CƠ LÍ CỦA ĐẤT
1.1. CÁC PHA HỢP THÀNH ĐẤT
1.2. CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÍ CỦA ĐẤT
1.3. CÁC CHỈ TIÊU CƠ HỌC CỦA ĐẤT 3
4.1.CÁC PHA HỢP THÀNH ĐẤT
4.1.1. Khái quát chung
Thông thường đất đá có ba thành phần tạo nên là rắn – lỏng –
khí. Tỷ lệ của ba thành phần này thay đổi thì trạng thái vật lý cũng thay đổi theo. 4
4.2.CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÍ CỦA ĐẤT
-Dung trọng tự nhiên ( khối lượng thể tích tự nhiên): là khối
lượng của một đơn vị thể tích đất ký hiệu γ, đơn vị: (kN/m3) γ 𝑄 = 𝑉
-Dung trọng đẩy nổi ( Khối lượng thể tích đẩy nổi): là khối
lượng của một đơn vị thể tích đất khi cân trong nước,đơn vị: (kN/m3) 𝑄 γ 𝑠 − γ𝑤𝑉𝑠 𝑠𝑢𝑏 = 𝑉 -Độ ẩm 𝑄 W(%) = 𝑤 𝑄𝑠 5
4.2.CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÍ CỦA ĐẤT
-Các công thức liên hệ
Khối lượng thể tích đất khô: γ γ𝑑 = 1 + 𝑊 Hệ số rỗng e: γ 𝑒 = 𝑠 − 1 γ𝑑 Độ rỗng 𝑒 × 100% 𝑛 = 1 + 𝑒 Độ bão hòa 𝑊 × γ 𝑆 𝑠 𝑟 = 𝑒 × γ𝑤
Khối lượng thể tích đẩy nổi và thể tích bão hòa γ γ 𝑠 − γ𝑤 γ 𝑠𝑢𝑏 = 1 + 𝑒
𝑠𝑎𝑡 = γ𝑠𝑢𝑏 + γ𝑤 6
4.2.CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÍ CỦA ĐẤT
*Hình ảnh một số thí nghiệm
Xác định khối lượng thể tích đất (dao vòng)
Xác định độ ẩm của đất 7 BÀI TẬP
Một mẫu đất ở trạng thái tự nhiên có đường kính 6cm và chiều cao 3cm, cân
nặng 160g. Lấy 20g đất trên đem sấy khô hoàn toàn cân lại được 16g. Tỷ
trọng hạt Gs=2.65. Lấy trọng lượng riêng của nước là 10 kN/m3 . Xác định
các đặc trưng sau của mẫu đất trên:
1. Dung trọng tự nhiên của mẫu đất
2. Hệ số rỗng e ở trạng thái tự nhiên của mẫu đất 3. Độ bão hòa Sr (%) 4. Dung trọng đẩy nổi 8 GIẢI
- Thể tích của mẫu đất: 2 2  d 14 , 3 6 3 V = h = 3 = , 84 78 cm 4 4
- Dung trọng tự nhiên của mẫu đất: Q 160 3 3  = = = 8 , 1 87 g / cm = 87 , 18 kN / m V 78 , 84
- Độ ẩm của mẫu đất: Q q − q 20−16 w = w = d = = , 0 25 = % 25 Q q 16 s d
=> Hệ số rỗng e ở trạng thái tự nhiên của mẫu đất : e=0.76
-Độ bão hòa Sr (%) Sr= 88%
-Dung trọng đẩy nổi là 9.4 kN/m3 9
4.2.CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÍ CỦA ĐẤT
*Phân tích thành phần hạt
➢ Phương pháp cơ học hay pp rây sàng: Dùng cho hạt có D > 0,074 mm
➢ Phương pháp lắng đọng: D < 0,074 mm; ĐL Stockes cho vật thể hình
cầu rơi trong một chất lỏng phụ thuộc vào đường kính D, tỉ trọng hạt, tỉ
trọng dung dịch và độ nhớt dung dịch 10
4.2.CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÍ CỦA ĐẤT
*Phân tích thành phần hạt
➢ Phương pháp cơ học hay pp rây sàng
Phần trăm trọng lượng đất giữ lại cộng dồn trên mỗi rây:
N1 % = (Khối lượng đất giữ lại cộng dồn trên mỗi rây x 100%) / A
A là khối lượng đất đem làm thí nghiệm rây khô
- Tính % trọng lượng đất lọt qua rây: P1 (%) = 100% - N1 %
Đường cong cấp phối hạt 11
4.2.CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÍ CỦA ĐẤT *Phân loại đất
Phân loại kích thước hạt đất 12
4.2.CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÍ CỦA ĐẤT
*Tính đầm chặt của đất
Thí nghiệm đầm Proctor
- Chia thành 3 lớp để đầm, mỗi lớp 25 chày
- Xác định độ ẩm  và w cho các lần đầm - Xác định d
- Vẽ đường cong đầm chặt dựa vào quan hệ giữa w và d
V = 944 cm3 , Q = 2,5kg, h = 30,48 cm . 13
4.2.CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÍ CỦA ĐẤT
*Tính đầm chặt của đất
Thí nghiệm đầm Proctor 1.75 ) 1.73 3 mc/ 1.71 (G ô 1.69 hk 1.67 gnê 1.65 ri g 1.63 nơ 1.61 ưl g 1.59 nọ 1.57 Tr 1.55 6 7 8 9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Độ ẩm (%)
Hệ số đầm chặt k 14 BTVN
Một mẫu đất ở trạng thái tự nhiên có đường kính 6 cm và chiều cao 12 cm,
cân nặng 550g. Lấy 30 g đất trên đem sấy khô hoàn toàn cân lại được 22 g.
Tỷ trọng hạt Gs=2,65. Lấy trọng lượng riêng của nước là w = 10 kN/m3 .
Xác định các đặc trưng sau của mẫu đất trên:
a. Dung trọng tự nhiên của mẫu đất (kN/m3)
b. Xác định hệ số rỗng của mẫu đất 15
4.3.CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÍ CỦA ĐẤT
4.3.1. Ứng suất hữu hiệu và áp lực nước lỗ rỗng
Có tải trọng P tác dụng phân bố đều lên một tiết diện A của mẫu
đất gây ứng suất σ. Tải trọng thực sự tác dụng lên phần hạt rắn
của mẫu đất là P’ gây ứng suất hữu hiệu σ’. σ=σ’+u
σ là ứng suất tổng , σ’ là ứng suất hữu hiệu ( tác dụng lên khung
hạt ), u là áp lực nước lỗ rỗng. 16
4.3.CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÍ CỦA ĐẤT
4.3.2. Các đặc trưng biến dạng
Thí nghiệm bàn nén hiện trường 17
4.3.CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÍ CỦA ĐẤT
4.3.2. Các đặc trưng biến dạng
*Thí nghiệm nén cố kết (oedometer) 18
4.3.CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÍ CỦA ĐẤT
4.3.2. Các đặc trưng biến dạng
*Định luật nén lún
Mô hình nén mẫu đất và Quan hệ giữa hệ số rỗng và lực tác
dụng ( Biểu đồ e-p) 19
4.3.CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÍ CỦA ĐẤT
4.3.2. Các đặc trưng biến dạng
*Định luật nén lún
Hệ số nén lún a (m2/kN ) là độ dốc của đường cong e-p e − e e − e 2 1 1 2 a  tan = − = p − p p − p 2 1 2 1
Hệ số nén lún tương đối ao hay hệ số nén thể tích mv (m2/kN) a m = a = v o 1+ e0 e0 : h/s rỗng ban đầu 20