Bài giảng ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH - Chương 2 doc

174
3. Tính chất cơ học của đất
* Đặc tính đầm chặt của đất
Thí nghiệm Proctor tiêu chuẩn
- Dùng thiết bị cối đầm proctor để xác định độ ẩm tối ưu và trọng lượng
thể tích khô lớn nhất
TN Proctor tiêu chuẩn:
TN Proctor cải tiến:
• 3 lớp
• 25 lần đầm/1lớp
• 5 lớp
• 25 lần đầm/1lớp
• Búa 2.7 kg
•Chiều cao rơi 300
mm
• Búa nặng 4.9 kg
• Chiều cao rơi 450
mmV=1000 ml
c tớnh m cht ca t
175
3. Tớnh cht c hc ca t
* Trỡnh t thớ nghim
Mẫu đất, sau khi đợc hong khô gió, sàng qua cỡ rây 20mm rồi trộn đều với một
lợng nớc nhất định
ất chế bị đó đợc cho vào cối đầm với số lớp và số búa đầm trong một lớp tuân theo
tiêu chuẩn ấn định trớc
Sau khi đầm xong, bỏ thành chắn ra, dùng dao sắc cạo phẳng bề mặt, đem cân cả cối
và đất
Sau đó, lấy đất trong cối ra, lấy một phần làm mẫu đất để thí nghiệm độ ẩm W
1

Biết đợc trọng lợng đất trong từng lần đầm và độ ẩm tơng ứng cho phép ta xác định
đợc trọng lng th tớch khô:
Tip tc thờm nc vo v tin hnh tng t , xỏc nh c
k2
Thớ nghim dng li khi tng m nhng
k
li gim( lm khong 5 ln)

1
1
1
01.01 W
k




g
V
mm
.
21

Đặc tính đầm chặt của đất
176
3. Tính chất cơ học của đất
* Kết quả thí nghiệm
15
W

14
16
17
1.80
19 20 21 22 23 24
%
k
max

k
Hệ số đầm chặt
max
k
tt
k
k



•Víi nÒn ®êng ®¾p
K=0.95 ~ 0.98.
Đặc tính đầm chặt của đất

177
3. Tính chất cơ học của đất
Tỷ số sức chịu tải California (CBR – California Bearing Ratio)
Là tỷ số % giữa áp lực cần thiết để ấn 1 trục thép hình trụ có d = 51mm ngập
sâu vào mẫu đất 2,54mm hoặc 5,08mm và áp lực cần thiết để ấn chính trục đó
ngập sâu vào mẫu đá dăm tiêu chuẩn các đoạn cũng bằng như vậy (Các áp
lực này đã tính bằng 6,9 và 10,3MPa)
%100
3,10
%100
9,6
08,5
54,2
p
CBR
p
CBR


Tỷ số sức chịu tải CBR thể hiện khả năng chịu tải của các loại đất, cốt liệu
đất khi chúng được đầm chặt trong phòng thí nghiệm, giúp cho việc đánh giá
các lớp đất nền, đất sét.
2. Tính chất cơ bản của đá
a. Tính chất cơ bản của mẫu đá
b. Tính chất cơ bản của khối đá
178
a. Tính chất cơ bản của đá
Các chỉ tiêu đặc trưng cho hàm lượng
tương đối giữa các pha trong đá (giống
như phần đất)

Các loại độ bền của đá
179
Các loại độ bền của đá
180
1. Tính chất cơ bản của mẫu đá
0
max
F
P
n


Trong đó:
P
max
lực nén lớn nhất làm phá huỷ mẫu
F
0
diện tích tiết diện ngang ban đầu của mẫu
Độ bền của đá là tính chất của đá chống lại sự phá hủy tạo nên biên
dạng dư lớn dưới tác dụng của tải trọng. Độ bền của đá bao gồm các
loại sau:
+ Độ bền nén (
n
, MPa) : là chỉ tiêu đặc trưng cho khả năng
chống nén của đá. Về trị số, nó bằng tỷ số giữa lực nén lớn
nhât làm phá hủy mẫu và diên tích tiết diện ngang ban đầu
của mẫu.
Các loại độ bền của đá
181

1. Tính chất cơ bản của đá
* Độ bền nén có thể xác định bằng 2 phương pháp sau:
Phương pháp nén mẫu hình dạng chuẩn : mẫu phải được mài nhẵn, sai
lệch về độ song song giữa 2 mặt mẫu không quá 0,05mm, sai lệch về
độ vuông góc giữa mặt mẫu và đường sinh không quá 0,05mm, độ lồi
của mặt mẫu không quá 0,03mm.
Phương pháp nén mẫu hình dạng bán chuẩn : chỉ cần mài nhẵn 2 mạt
để chúng song song với nhau, độ sai lệch không quá 0,05mm.
Hệ số hoá mềm k
hm
: là tỷ số giữa hai độ bền của cùng một loại đá ở trạng
thái no nước và trạng thái khô gió.
kg
nn
hm
K



182
Các loại độ bền của đá
183
1. Tính chất cơ bản của đá
* Độ bền kéo (
k
, MPa): là đặc trưng cho khả năng chống kéo của đá. Tùy
theo cách thức thí nghiệm mà công thức độ bền kéo cũng khác nhau.
 Phương pháp kéo trực tiếp : mẫu được gia công thành các hình dạng
khác nhau rồi được kẹp 2 đầu vào bộ phận kéo bằng những đồ gá đặc
biệt. Dưới tác dụng của lực kéo, mẫu bị phá huỷ.

max
k
p
P
F


Trong đó:
P
max
 lực kéo lớn nhất làm phá huỷ mẫu
F
p
diện tích tiết diện ngang của mẫu tại đó xảy ra sự phá huỷ
Các loại độ bền của đá
184
1. Tính chất cơ bản của đá
* Độ bền cắt (): là chỉ tiêu đặc trưng cho khả năng chống lại của đá với
các ngoại lực làm dịch chuyển phần này so với phần khác của nó. Về trị số,
độ bền cắt được xác định bằng tỷ số giữa lực tiếp tuyến (lực cắt) T và diện
tích mẫu đá ban đầu F
0
0
F
T


* Phương pháp cắt trực tiếp: Dựa vào lực cắt làm phá hủy mẫu theo 1
hay 2 mặt phẳng và diện tích các mặt cắt trong các phương pháp khác
nhau mà người ta sẽ tính được độ bền cắt. Phương pháp này hiện nay ít

được sử dụng.
* Phương pháp cắt có nén : Mẫu đá được đặt trong khuôn thép có góc
vát khác nhau (đối với đá cứng góc vát  = 45 và 600, đối với đá yếu  =
300). Dưới tác dụng của lực nén, khuôn thép dịch chuyển ngang và mẫu
sẽ bị phá huỷ theo mặt vát của khuôn.
u
u
u
W
M


185
1. Tính chất cơ bản của đá
* Độ bền cắt ():



sin.
sin
p
F
P
F
T

Trong đó:
T - thành phần lực cắt tính theo P (tải trọng phá huỷ mẫu)
F - tiết diện của mẫu khi bị phá huỷ, chính bằng d.h.
p - áp lực trên 1 đơn vị diện tích mặt mẫu.

* Độ bền uốn:
Trong đó:
M
u
– Mômen uốn lớn nhất ứng với tải trọng phá huỷ mẫu
W
u
– Mômen chống uốn của tiết diện
2. Tính chất cơ bản của khối đá
• Mức độ phong hóa
Dùng hệ số phong hoá kph
kph = 1 ®¸ kh«ng bÞ phong ho¸
kph = 1 - 0,9 ®¸ phong ho¸ nhÑ
kph = 0,9 - 0,8 ®¸ phong ho¸ võa
kph <0,8 ®¸ phong ho¸ m¹nh
186
187
2. Tính chất cơ bản của khối đá
Tính chất nứt nẻ
+ Nứt nẻ là những phá huỷ do nhiều nguyên nhân khác nhau ( tự nhiên, kiến
tạo, phong hóa, trượt…) làm mất tính liên tục của đá.
+ Đá bị nứt nẻ thể hiện bằng các khe nứt với các kích thước rất khác nhau
song song hay gần như song song tạo thành một hệ thống (hay một họ) khe
nứt hoặc sắp xếp hỗn loạn không theo quy luật nào.
+ Đặc tính nứt nẻ của đá ảnh hưởng tới các đặc trưng cơ học, độ ổn định đối
với nước, cường độ, phạm vi ảnh hưởng của đới phong hóa, độ khó khăn
trong khai thác, bề dày lớp bóc bỏ trong khi thi công xây dựng công trình.
Khoảng cách trung bình giữa
các khe nứt,cm
Mức độ nứt nẻ của khối đá

> 200 Rất ít
60-200 Ít
20-60 Vừa
6-20 Mạnh
< 6 Rất mạnh
188
2. Tính chất cơ bản của khối đá
Tính chất nứt nẻ
+ Đánh giá mức độ nứt nẻ của khối đá người ta sử dụng tham số
* Mật độ khe nứt là số lượng trung bình các khe nứt của 1 hệ thống khe nứt
trên 1 đơn vị chiều dài đường vuông góc với các khe nứt. Nghịch đảo của
mật độ khe nứt là khoảng cách trung bình giữa các khe nứt. Khoảng cách
này càng lớn thì đá càng ít nứt nẻ.
189
2. Tính chất cơ bản của khối đá
Tính chất nứt nẻ
* Hệ số nứt nẻ:
S
S
k
n
n

Trong đó: S
n
: tổng diện tích của các khe nứt.



n

i
iin
baS
1
a
i
, b
i
: chiều dài và chiều rộng trung bình của khe nứt thứ i
n : số lượng khe nứt trong mặt vết lộ đá
Tính chất nứt nẻ
190
2. Tính chất cơ bản của khối đá
* Biểu thị tính chất nứt nẻ của khối đá
Có một số phương pháp biểu thị chính sau đây:
Đồ thị hoa hồng của Fillips
Đồ thị vòng tròn của F.P. Xavarenxki
Đồ thị có đường đẳng trị
1. Mục đích và cơ sở phân loại
a. Mục đích:
191
V. Phân loại đất đá
Phân loại là sự hệ thống hóa đất đá theo một
trật tự nhất định, để làm phương tiện đánh
giá đất đá.
• Phân chia sự đa dạng của đất đá thành các nhóm riêng
biệt theo nguồn gốc, thành phần và chất lượng xây dựng
 đánh giá được sơ bộ đất đá về mặt địa chất công
trình
• Lập bản đồ, mặt cắt, sơ đồ địa chất công trình

• Xác định thành phần, khối lượng, phương pháp và
hướng nghiên cứu
• Lựa chọn các phương pháp cải thiện tính chất xây dựng
của đất đá, biện pháp thi công và sử dụng đất đá
192
a. Mục đích của phân loại
• Thành phần, tính chất xây dựng của đất đá
• Mục đích việc sử dụng trong xây dựng công trình: làm nền
công trình, làm môi trường xây dựng công trình, làm vật liệu
xây dựng
193
b. Cơ sở phân loại
• Theo quan điểm địa chất công trình.
• Theo phương pháp khoan đào
194
2. Các cách phân loại
• Dựa trên
– Các tính chất vật lý của đất đá
– Các tính chất cơ học của đất đá
– Tính chất đối với nước của đất đá
• Chia thành 5 nhóm:
– Đá cứng
– Đá nửa cứng
– Đất rời
– Đất dính
– Đất đá có thành phần và tính chất đặc biệt
195
Phân loại theo quan điểm ĐCCT
(Xavarenxki & Lomtade)
• Đá cứng

– Cường độ cao, R = 500 – 4000kG/cm
2
– Biến dạng nhỏ, Mô đun bd lớn E>100000kG/cm
2
– Tính ổn định cao, hệ số kiên cố k>8
– Thấm nước yếu, hệ số thấm k<10m/ngàyđêm
196
Phân loại theo quan điểm ĐCCT
Các đá magma, trầm tích, biến chất: thuận lợi làm
nền công trình xây dựng, thuận lợi, không cần xử lý.
• Đá nửa cứng
– Cường độ cao, R = 150 – 500kG/cm
2
– Biến dạng nhỏ, E=100000-20000kG/cm
2
– Tính ổn định khá, hệ số kiên cố k
ck
= 2 - 8
– Thấm nước trung bình, hệ số thấm k=0.5 -
10m/ngđ
197
Phân loại theo quan điểm ĐCCT
Các đá magma, trầm tích, biến chất bị phong hóa nhẹ, nứt
nẻ ít . Khá tốt, chủ yếu chỉ xử lý chống thấm
• Đất rời
– Cường độ thấp,
– Biến dạng trung bình, E<1000kG/cm
2
– Tính ổn định cao, hệ số kiên cố k
ck

<2
– Thấm nước lớn,
198
Phân loại theo quan điểm ĐCCT
Các đất cuội sỏi, dăm, cát không có liên kết xi măng
Khi xây dựng cần xử lý thấm, tăng cường độ