Chapter 4: Settlement of foundation | Bài Giảng môn Soil Mechanic Trường đại học sư phạm kĩ thuật TP. Hồ Chí Minh

HCMC UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION
FACULTY OF CIVIL ENGINEERING
DEPARTMENT OF GEOTECHNICAL ENGINEERING BÀI GI¾NG MÔN HÞC SOIL MECHANICS MSc. LÊ PH¯¡NG BÌNH Contents and Plans Includes 7 chapters 3 60h C. 0 : Introduction 2h
C. 1 : Physical properties of soil 6h
C. 2 : Mechanical properties of soil 8h
C. 3 : Stress - Pressure in soil 14h
C. 4 : Settlement of foundation 12h
C. 5 : Bearing capacity of soil 10h
C. 6 : Lateral earth pressure and retaining wall 8h [ 6 ] CHAPTER 04
SETTLEMENT OF FOUNDATION 4.1. Introduction.
4.2. One-dimensional consolidation settlement of soils. 4.2.1. Oedometer test.
4.2.2. Primary Consolidation Parameters.
4.2.3. Calculation of primary consolidation settlement
4.3. One-dimensional consolidation settlement of foundation.
4.4. One dimensional consolidation theory for settlement vs. time evaluation. 4.4.1. Uniform soil condition.
4.4.2. Inconsistent soil condition [ 122 ] 4.1. INTRODUCTION [ 123 ] 4.1. INTRODUCTION
÷ D±ßi tác dÿng cÿa t¿i trßng công trình gây ra: bi¿nd¿ng
cÿakhung h¿t,s¿px¿pl¿ih¿t ¿t,thoátn±ßctronglß
rßngð Nßn bß bi¿n d¿ng (Lún - Settlement).
÷ Sÿ lún cÿa D¿t nßn có thß chia ra thành:
1. Lúntÿcthßi-Immediate or elastic compression: do bi¿n
d¿ng Dàn hßi cÿa D¿t. Nß lún tÿc thßi D±ÿc tính dÿa trên lý thuy¿t Dàn hßi.
2. Lúncßk¿tchính-Primaryconsolidation: k¿t qu¿ cÿa sÿ
thay Dßi thß tích trong D¿t dính bão hòa, do n±ßc thoát ra khßi lß rßng.
3. Lún cß k¿t do tÿ bi¿n 3 Secondary consolidation: có
trong D¿t dính bão hòa và là k¿t qu¿ cÿa hißu chßnh d¿o trong D¿t. [ 124 ]
4.2. ONE-DIMENSIONAL CONSOLIDATION SETTLEMENT OF SOILS 4.2.1. Oedometer test. V AH H H H ý H H v v v s e ý ý ý ý ý ý 1þ Hýs V AH H H H 1û e s s s s s Trong ó:
Hs=const là chißu cao cÿa ph¿n h¿t; H là
chißu cao cÿa m¿u D¿t ÿng vßi c¿p t¿i
trßng khác nhau và e là hß sß rßng t±¡ng
ÿng vßi c¿p t¿i trßng tác dÿng.
Tr¿ng thái tr±ßc và sau khi tgng ±/s hÿu hißu: H H 1 e û 1 2 2 H ý ý þ Hý H s 2 1 1û e 1û e 1û e 1 2 1 1 û e e e ý 6ßlúnS: 2 1 2 S ý H ý H ý H ý H þ Sý H 1 2 1 1 1 1û e 1û e 1 [ 125 ]
4.2. ONE-DIMENSIONAL CONSOLIDATION SETTLEMENT OF SOILS
4.2.2. Primary Consolidation Parameters.
Hß sß rßng cÿa m¿u D¿t t±¡ng ÿng vßi mßi c¿p áp lÿc: ôhi e e ý ý û e i o ø1 o ù ho Nß dßc e e ý ôe 1 2 tgñ ýa ý ýý
D±ÿc gßi là hß sß nén lún p ýp ôp 2 1 a (m²/kN) e ý ý e Tr±ßng hÿp tßng quát: n 1 n a ý n 1 ý ,n p ý p n n 1 ý [ 126 ]
4.2. ONE-DIMENSIONAL CONSOLIDATION SETTLEMENT OF SOILS
4.2.2. Primary Consolidation Parameters. a ý e ô
Hßsßnént±¡ng ßia (m²/kN) ý ý o ao 1û e ôp 1û e 1 ø 1 ù 2 MôDun bi¿n d¿ng E (kN/m²): ö 2þ ö 1 ò E ý 1ý ý ÷ ÷ ø 1 ýþ a a ø o o
Tßng quát theo ph±¡ng pháp nén cß k¿t: MôDun bi¿n 1û e d¿ng E: n 1 E ý ò ý ný1,n an 1ý,n
Nß lún cÿa lßp D¿t có chißu dày H e e ý ý e ô ô p ò 1 2 S ý H ý H þ S ý aô H p ý ô H p 1û e 1 o e û ô p E 1 ø 1 ù [ 127 ]
4.2. ONE-DIMENSIONAL CONSOLIDATION SETTLEMENT OF SOILS
4.2.2. Primary Consolidation Parameters.
Chß sß nén Cc D±ÿc xác Dßnh theo công thÿc: e e ý ýôe 1 2 C ý ý c log p ý logp ô logp 2 1 Suy ra: e e ý ý e ô ô logp C 1 2 c S ý H ý ô H ý Hôô log p 1û e ô log p 1û e 1û e 1 1 1 C C ö p ö c S ý H ô ølog p ý logp ù c 2 ý H ô l ÷ og ý 2 1 ÷ 1 û e 1û e p 1 1 ø 1 ø C ö p ûôp ö c 1 ý Hô ÷ log ÷ 1û e p 1 ø 1 ø [ 128 ]
4.2. ONE-DIMENSIONAL CONSOLIDATION SETTLEMENT OF SOILS
4.2.2. Primary Consolidation Parameters. [ 129 ]
4.2. ONE-DIMENSIONAL CONSOLIDATION SETTLEMENT OF SOILS
4.2.2. Primary Consolidation Parameters.
Tß sß tißn cß k¿t (hß sß cß k¿t tr±ßc) OCR: (Over Consolidation Ratio) pc OCR ý ' ó v Trong Dó: ' ó
ÿng su¿t hÿu hißu hißn t¿i theo ph±¡ng Dÿng v
do trßng l±ÿng b¿n thân D¿t nßn gây ra. (Chapter 02).
÷ OCR=1: N¿t cß k¿t th±ßng (NC: Normally consolidation)
÷ OCR>1: N¿t cß k¿t tr±ßc (OC: Overconsolidation)
÷ OCR<1: N¿t kém cß k¿t ho¿c ch±a D¿t Dÿ quá trình cß k¿t. [ 130 ]
4.2. ONE-DIMENSIONAL CONSOLIDATION SETTLEMENT OF SOILS
4.2.3. Calculation of primary consolidation settlement.
e1và e2: hß sß rßng ÿng vßi c¿p áp lÿc
p1 và p2 D±ÿc xác Dßnh tÿ bißu Dß e-p ü p þ e 1 1 ý p ý p ûô pþ e þ 2 1 2
Áp dÿng k¿t qu¿ tính lún tÿ thí nghißm nén cß k¿t (Oedometer) e e ý ò C ö p ûô p ö 1 2 1 s ý h ý a ô . ph ý ô . c ph ý H ô l ÷ og ÷ 1 o û e E 1û e p 1 1 ø 1 ø [ 131 ]
4.3. ONE-DIMENSIONAL CONSOLIDATION
SETTLEMENT OF FOUNDATION 4.3.1. Ph±¡ng pháp cßng
lún tÿng lßp (tßng phân tß) Các b±ßc ti¿n hành: 1. Chia D¿t nßn thành các phân tß có h<0.4b
2. Xác Dßnh Ãbt và Ãgl t¿i các
Dißm D¿u và cußi mßi phân tß.
3. Vß trí ngÿng tính lún có Ãbt
>5Ãgl khi E g5Mpa ho¿c Ãbt >10Ãgl khi E f5Mpa [ 132 ]
4.3. ONE-DIMENSIONAL CONSOLIDATION
SETTLEMENT OF FOUNDATION 4. Tính p1i ³e ³e 1i và p2i 2i 5. Tính Dß lún S theo công
thÿc dÿa vào hß sß rßng e: e e ý 1i 2i S ý õ S ýõ h i 1 i û e1i Ho¿c dÿa vào môDun bi¿n d¿ng E: ò gl S ý õ S ýõ ó h i i i Ei 6. So sánh S vßi [S]=8cm [ 133 ]
4.3. ONE-DIMENSIONAL CONSOLIDATION
SETTLEMENT OF FOUNDATION 4.3.2. Example.
Tính lún cho móng nông kích th±ßc 2x2m², chißu sâu chôn móng
Df=1.5m, chßu t¿i Dúng tâm Ntc=600kN. N¿t nßn cát ch¿t trung
bình có dung trßng tÿ nhiên ³=18kN/m³. Mÿc n±ßc ng¿m ß Dß
sâu -10m kß tÿ m¿t D¿t tÿ nhiên.
K¿t qu¿ thí nghißm nén cß k¿t nh± sau: Áp lÿc p(kPa) 0 25 50 100 200 400 640 800 Hß sß rßng e
0.879 0.869 0.855 0.831 0.800 0.785 0.770 0.757 Gi¿i tc tc N 600 Áp lÿc t¿i Dáy móng:p ý û ÷ D ý û ô ý kPa tb f 22 1.5 183ø ù F 2 ô 2
Áp lÿc gây lún ß tâm Dáy móng: tc p ý p ý D ÷ ý 183ý 18ô 1.5ý 156 kPa gl f ø ù [ 134 ]
4.3. ONE-DIMENSIONAL CONSOLIDATION
SETTLEMENT OF FOUNDATION [ 135 ]
4.4. ONE DIMENSIONAL CONSOLIDATION THEORY
FOR SETTLEMENT VS. TIME EVALUATION
Nß tính toán Dß lún theo thßi gian, có thß áp dÿng k¿t
qu¿ nghiên cÿu cÿa Terzaghi.
9ß cß k¿t =±ÿc xác =ßnh: St U ý S Trong ó: õ
3 St 3 là Dß lún ß thßi Dißm t
3 S> 3 là Dß lún ßn Dinh hay Dß lún sau khi cß k¿t th¿m k¿t thúc.
4.4.1. UNIFORM SOIL CONDITION:
3 Bi¿t D±ÿc Dß cß k¿t Ut=> xác Dßnh Dß lún St=U .S t >
3 Xác Dßnh mÿc Dß cß k¿t t¿i mßt thßi Dißm t b¿t kÿ: Ut=S /S t > [ 136 ]
4.4.1. UNIFORM SOIL CONDITION
S¡ =ß 0: þng su¿t gây lún không Dßi theo chißu sâu 3
Tr±ßng hÿp nßn D¿t chßu t¿i phân bß Dßu kh¿p. óz óz h/2 h óz óz h/2 z z [ 137 ]
4.4.1. UNIFORM SOIL CONDITION
S¡ =ß 0: þng su¿t gây lún không Dßi theo chißu sâu 3
Tr±ßng hÿp nßn D¿t chßu t¿i phân bß Dßu kh¿p. 2 8 ð ý
Nß cß k¿t D±ÿc xác Dßnh: 4 U ý 1 v T ý e t 2 ð Trong ó: C 3 T v ý v 3 nhân tß thßi gian: T t v 2 h 3 C 1û e k k 1 v 3 hß sß cß k¿t: C ý ý v a ÷ a ÷ w o w
3 k: hß sß th¿m cÿa D¿t; ao: hß sß nén lún t±¡ng Dßi;
³w: dung trßng cÿa n±ßc; h: chißu dày thoát n±ßc.
L±u ý: Tr±ßnghÿpthoátn±ßchaibiênthìchißudàythoátn±ßc làh/2 [ 138 ]
4.4.1. UNIFORM SOIL CONDITION
S¡ =ß 0: þng su¿t gây lún không Dßi theo chißu sâu 3
Tr±ßng hÿp nßn D¿t chßu t¿i phân bß Dßu kh¿p. 2 8 ð
Nß cß k¿t D±ÿc xác Dßnh: ý 4 U ý 1 v T ý e t 2 ð
Lßi gi¿i g¿n Dúng cÿa Casagrande và Taylor: 2 ü ð ö U ö ÿKhi U ó 60% t þ T ý ÿ t v ÷ ÷ 4 100 ý ø ø
ÿKhi U þ 60%þ Tý 1.781ý 0.933log ý U ÿ t v ø100 t ù þ [ 139 ]
4.4.1. UNIFORM SOIL CONDITION
S¡ =ß 1: þng su¿t gây lún có d¿ng tam giác tgng tuy¿n
tính theo chißu sâu 3 Tr±ßng hÿp ÿng su¿t do trßng
l±ÿng b¿n thân D¿t nßn gây ra. óz óz h/2 h óz óz h/2 z z [ 140 ]
4.4.1. UNIFORM SOIL CONDITION
S¡ =ß 1: þng su¿t gây lún có d¿ng tam giác tgng tuy¿n
tính theo chißu sâu 3 Tr±ßng hÿp ÿng su¿t do trßng
l±ÿng b¿n thân D¿t nßn gây ra. 2 ð
Nß cß k¿t D±ÿc xác Dßnh: 32 ý 4 U ý 1 v T ý e t 2 ð Trong ó: C 3 T v v 3 nhân tß thßi gian: T ý t v 2 h 1û e k k 3 C 1 C ý ý v 3 hß sß cß k¿t: v a ÷ a ÷ w o w
3 k: hß sß th¿m cÿa D¿t; ao: hß sß nén lún t±¡ng Dßi;
³w: dung trßng cÿa n±ßc; h: chißu dày thoát n±ßc.
L±u ý: TH thoátn±ßchai biênthìchißudày thoátn±ßclà h/2 [ 141 ]
4.4.1. UNIFORM SOIL CONDITION
S¡ =ß 2: þng su¿t gây lún có d¿ng tam giác gi¿m tuy¿n
tính theo chißu sâu 3 Tr±ßng hÿp g¿n Dúng cÿa t¿i phân
bß hÿu h¿n, ÿng su¿t gây lún có d¿ng D±ßng cong D±ÿc
chuyßn thành D±ßng th¿ng. U=f(T ) v ó ó z z h/2 ó ó z z h h/2 z z [ 142 ]
4.4.1. UNIFORM SOIL CONDITION
S¡ =ß 2: þng su¿t gây lún có d¿ng tam giác gi¿m tuy¿n
tính theo chißu sâu 3 Tr±ßng hÿp g¿n Dúng cÿa t¿i phân
bß hÿu h¿n, ÿng su¿t gây lún có d¿ng D±ßng cong D±ÿc chuyßn thành D±ßng th¿ng.
Nß cß k¿t D±ÿc xác Dßnh: 2 2 2 ð 9ð 25 16 ð ù ý T ý T ý T ù U ý 1ý ú ðý e û ð ý e û ðý e ú t ø 2ù v 1 v 1 4 ø3 2 ù 4 ø5 2 ù 4 v 2 ð 27 125 úû úû 2 16 ð ý U û 1ý øðý 2ù 4 vT e t 2 ð [ 143 ]
4.4.1. UNIFORM SOIL CONDITION S¡ =ß 0-1: T =T +(T -T )I v(0-1) v(0) v(1) v(0) 0-1
Giá trß Tv(0); Tv(1) tra b¿ng theo U và I0-1 tra b¿ng theo Ã1/Ã2 ó ó 1 ó 1 z óz h/2 h óz óz h/2 ó ó 2 2 z z [ 144 ]
4.4.1. UNIFORM SOIL CONDITION S¡ =ß 0-2: T =T +(T -T )I v(0-2) v(2) v(0) v(2) 0-2
Giá trß Tv(0); Tv(2) tra b¿ng theo U và I0-2 tra b¿ng theo Ã1/Ã2 ó ó 1 ó 1 z óz h/2 h ó ó z z h/2 ó ó 2 2 z z [ 145 ] B¾NG TRA TV; I ; I 0-1 0-2 T S¡ =ß 0-1 S¡ =ß 0-2 U v
S¡ =ß 0 S¡ =ß 1 S¡ =ß 2 Ã1/Ã2 I0-1 Ã1/Ã2 I0-2 0.100 0.008 0.047 0.003 0.00 1.00 1.00 1.00 0.200 0.031 0.100 0.009 0.10 0.84 1.50 0.83 0.300 0.071 0.158 0.024 0.20 0.69 2.00 0.71 0.400 0.126 0.221 0.048 0.30 0.56 2.50 0.62 0.500 0.197 0.294 0.092 0.40 0.46 3.00 0.55 0.600 0.287 0.383 0.160 0.50 0.36 3.50 0.50 0.700 0.403 0.500 0.271 0.60 0.27 4.00 0.45 0.800 0.567 0.665 0.440 0.70 0.19 5.00 0.39 0.900 0.848 0.940 0.720 0.80 0.12 6.00 0.30 0.993 2.000 0.90 0.06 8.00 0.20 0.994 2.000 1.00 0.00 9.00 0.17 0.996 2.000 12.00 0.13 1.000 > > > [ 146 ]
4.4.1. UNIFORM SOIL CONDITION
Ví dÿ tính lún theo thßi gian:
Nßn D¿t sét mßm bão hòa n±ßc có trßng l±ÿng riêng ³=18kN/m³,
hß sß th¿m cÿa D¿t k=4.10-7cm/s (Hình a). K¿t qu¿ thí nghißm nén cß k¿t nh± sau: Áp lÿc p(kPa) 25 50 100 200 400 Hß sß rßng e 1.348 1.303 1.245 1.167 1.082 Yêu c¿u:
1. Tính Dß lún ßn Dßnh cÿa lßp sét.
2. Tính hß sß cß k¿t Cv cÿa lßp D¿t sét.
3. Tính Dß lún S cÿa lßp sét sau 3 tháng kß tÿ ngày gia t¿i . t
4. Gi¿ sÿ n±ßc D±ÿc thoát hai biên (Hình b). Tính thßi gian Dß
lßp sét D¿t D±ÿc mÿc Dß cß k¿t Ut=60% [ 147 ]
4.4.1. UNIFORM SOIL CONDITION
Gi¿i bài toán tính lún theo thßi gian: 120kN/m² 120kN/m² óz óz 5m Hình b) Hình a) 10m 5m z z
þng su¿t b¿n thân t¿i giÿa lßp: bt ' ó ý p ý÷ ý ý ô ý ý z 18 10 5 40 kPa z 5m 1 ø ù ø ù [ 148 ]
4.4.1. UNIFORM SOIL CONDITION
1. Tính Dß lún ßn Dßnh cÿa lßp sét
3 þng su¿t b¿n thân t¿i giÿa lßp: bt ' ó ý p ÷ ý z ý 18ý 10 ô 5ý 40 kPa zý 5m 1 ø ù ø ù
3 þng su¿t do t¿i trßng ngoài: gl ó ýô ý ý p 120 kPa z 5m ø ù þ pý p ûô pý 40 û 120 ý 160 kPa 2 1 ø ù ü p ý 40 kPa ÿ e ü ý 1.32 1 ø ù 3 Tÿ: 1 ý þ ý ÿ p ý 160 kPa þ þe ý 1.19 2 ø ù 2
3 Suy ra Dß lún ßn Dßnh cÿa lßp D¿t sét: e e ý 1.32ý 1.19 1 2 S ý ý ý õ h 10 0.56 øm ù 1û e 1û 1.19 1 [ 149 ]
4.4.1. UNIFORM SOIL CONDITION
2. Tính hß sß cß k¿t Cv cÿa lßp D¿t sét: 3 Hß sß nén t±¡ng Dßi ao ýô e 1 1.32ý 1.19 1 ý 4 a ý ô ý ô ý 4.67ô 10 m kN o ø 2/ ù ô p 1û e 160ý 40 1û 1.32 1 3 Hß sß cß k¿t C : v ý7 k 4ô10 ý7 C ý ý ý 8.565ô 10 m s v ý ø ² / ù 4 ÷ ô a 10ô 4.67ô 10 w o 7 C 8.565 10ý ý ô ø ² m / ù s ý 2.22ø ² m /tháng v ù [ 150 ]
4.4.1. UNIFORM SOIL CONDITION
3. Tính Dß lún S cÿa lßp D¿t sét sau 3 tháng kß tÿ ngày t gia t¿i : C t ô 2.22ô 3 3 Nhân tß thßi gian T : v T ý ý ý 0.0666 v v 2 2 h 10 2 2 8 ð ð ý v T 8 ý 0.0666 3 Mÿc Dß cß k¿t U : 4 4 ý ý ý ý ý t U 1 e 1 e 0.312 t 2 2 ð ð 3 Nß lún S
S ý U ô S ý 0.312ô 0.56ý 0.175 m t t õ ø ù t sau 3 tháng: [ 151 ]
4.4.1. UNIFORM SOIL CONDITION
4. Gi¿ sÿ n±ßc D±ÿc thoát hai biên (Hình b). Tính thßi
gian Dß lßp sét D¿t D±ÿc mÿc Dß cß k¿t Ut=60%
3 Thoát n±ßc hai bißn suy ra chißu dày thoát n±ßc h=5m
3 Tÿ mÿc Dß cß k¿t Ut =60% suy ra: 2 2 8 ð ð ý T ý v 8 T 4 4 U ý1ý e û 0.6ý 1 v ý e t 2 2 ð ð 4 öø1ý U ö t ù 2 þ Týý ln ÷ ð ý÷ 0.286 v 2 ð 8 ø ø
3 Tÿ nhân tß thßi gian Tv suy ra: 2 2 C ô t T ô h 0.286ô 5 v v T ý þ tý ý ý 3.22 th áng v 2 ø ù h C 2.22 v [ 152 ]