chuyên đề lún của đất đá bản tiếng anh kèm bản dịch

Course (khóa)
: S0705 – Soil Mechanic (cơ học đất)
Year (năm) : 2008

TOPIC 4 (chủ đề 4)
DEFORMATION AND SETTLEMENT OF SOIL
(biến dạng và lún của đất)

Bna Nusantaira

collected and translated by HO SI LANH

1


CONTENT (Nội dung)

•
•
•

Bna Nusantaira

SETTLEMENT (lún)
CONSOLIDATION (cố kết)
TIME RATE OF CONSOLIDATION (thời gian cố kết)

collected and translated by HO SI LANH

2

SETTLEMENT (lún)
•

Definition (định nghĩa)
The total vertical deformation at the surface resulting from :
(biến dạng tổng theo phương thẳng đứng ở bề mặt là kết quả
từ)
– External Load (tải trọng ngoài)
– Dewatering (thoát nước)

•

Settlement Components (Các thành phần lún)
– Immediate Settlement (lún tức thời); Se
– Primary Consolidation Settlement (lún cố kết sơ cấp); Sc
– Secondary Settlement (lún thứ cấp) (Creep) (từ biến); Ss

S  Se  Sc  Ss

Bna Nusantaira

collected and translated by HO SI LANH

3


SETTLEMENT Lún

• Purpose (mục đích)

– Study the settlement behavior (nghiên cứu ứng xử lún)
– Determine the settlement value and time (xác định giá trị lún và
thời gian)
– Study the settlement influence to the structure stability (nghiên
cứu ảnh hưởng của lún đến ổn định công trình)

Bna Nusantaira

collected and translated by HO SI LANH

4


SETTLEMENT INFLUENCE (ảnh hưởng lún)

Bna Nusantaira

collected and translated by HO SI LANH

5


IMMEDIATE SETTLEMENT (lún tức thời)
•

•
•

•

•
Bna Nusantaira

Defined as settlement which occurred directly after the application of
a load, without a change in the moisture content. (được định nghĩa
là lún xẩy ra ngay sau khi tác dụng tải trọng, không có sự thay đổi
độ ẩm)
Caused by soil elasticity behavior (gây ra do ứng xử đàn hồi của
đất)
The magnitude of the contact settlement will depend on the flexibility
of the foundation and the type of material on which it is resting. (độ
lớn của lún tiếp xúc sẽ phụ thuộc vào độ mềm của móng và loại vật
liệu móng đặt trên)
For clay, the immediate settlement generally very small comparing
to the consolidation settlement, therefore this immediate settlement
mostly ignored. ( đối với đất sét, lún tức thời thường rất là nhỏ so
sánh với lún cố kết, do đó độ lún tức thời thường được bỏ qua)
Usually considered at sand or sandy soil. (thường được xét cho đất
cát pha và cát)
collected and translated by HO SI LANH

6


IMMEDIATE SETTLEMENT (lún tức thời)

Foundation: Móng
Rigid foundation
settlement: lún móng
cứng

Flexibe foundation
settlement: lún của
móng mềm
Poisson’s ratio: hệ số
Poat xong
Young’s modulus: mô
đun biến dạng
Soil: đất
Rock: đá
Bna Nusantaira

collected and translated by HO SI LANH

7


IMMEDIATE SETTLEMENT (lún tức thời)
General Equation công thức tổng quát (Harr, 1966)
•

Flexible Foundation (móng mềm)
– At corner ở góc

Se 

– At center ở tâm

Se 







B.q o
1   s2 
Es
B.q o
Se 
1   s2  av
Es



– Average trung bình

 1  m 2  1 
1   1  m 2  m 



ln
 m. ln
 1  m 2  1 
   1  m 2  m 




•



B.q o

1   s2
Es
2

;



m

B
L

; H=

Rigid Foundation móng cứng

Se 





B.q o

1   s2  r
Es

Es = Elasticity modulus of soil mô đun đàn hồi của đất
B = Foundation width chiều rộng
Bna Nusantaira

L = Foundation Length chiều dài

collected and translated by HO SI LANH

8


IMMEDIATE SETTLEMENT (lún tức thời)

Cho móng tròn
Bna Nusantaira

collected and translated by HO SI LANH

9


IMMEDIATE SETTLEMENT lún tức thời
General Equation công thức tổng quát (Bowles, 1982)

1   s2
S e  q o .B'.
.F1

Es









1
1  M2  1 M2  N2
M  M2  1 1  N2 
F1  M. ln
 ln

2
2
2
2
 
M 1 M  N 1
M  M  N  1 





M

L'
B'

N

H
B'

Es = Elasticity modulus of soil mô đun đàn hồi

H = Effective thickness of soil layer chiều dày có hiệu của lớp đất,
e.g. 2 to 4B under foundation ví dụ từ 2  4B dưới móng
At the center
ở tâm
At the corner
Bna Nusantaira

Ở góc

L' 

L
2

L'  L

B' 

B
2

B'  B

collected and translated by HO SI LANH

and F1 is multiplied by 4
Và F1 được nhân với 4

and F1 is multiplied by 1
Và F1 nhân với 1

10


IMMEDIATE SETTLEMENT lún tức thời
•

Saturated Clay sét bão hòa

S e  A 1 .A 2

Bna Nusantaira

q o .B
Es

collected and translated by HO SI LANH

11

IMMEDIATE SETTLEMENT (lún tức thời)
•

Sandy soil (cát pha)





z

Se  C1.C2 q  q 
0

Iz
z
Es

where : trong đó
– Iz = strain influence factor (hệ số ảnh hưởng biến dạng)
– C1 = correction factor of foundation embedded thickness
= 1 – 0.5.[q/(q-q)] (hệ số điều chỉnh chiều dày của móng)
– C2 = correction factor for soil creep = 1 + 0.2 . log(t/0,1) (hệ số
điều chỉnh từ biến đất)
– t = time in year thời gian tính theo năm
– q = the stress at foundation base caused by external load ứng
suất dưới đáy móng do tải trọng ngoài gây ra
– q =  . Df
Bna Nusantaira

collected and translated by HO SI LANH

12


IMMEDIATE SETTLEMENT lún tức thời

Modulus Young mô đun biến dạng

Móng tròn
Circular Foundation or L/B =1

z=0

 Iz = 0.1

z = z1 = 0.5 B  Iz = 0.5
z = z2 = 2B

 Iz = 0.0

Móng chữ nhật
Foundation with L/B ≥ 10
z=0

 Iz = 0.2

z = z1 = B  Iz = 0.5
z = z2 = 4B  Iz = 0.0

Bna Nusantaira

collected and translated by HO SI LANH

13


EXAMPLE ví dụ
A shallow foundation on a deposit of sandy soil that is 3m x 3m in plan. The actual variation of the
values of Young’s Modulus with depth determined by using the Standard Penetration numbers
(correlation : Es = 766N) are also shown in the following figure. Một móng nông đặt trên trầm tích
cát pha, móng có kích thước 3mx 3m. Giá trị mô đun thực theo chiều sâu được xác định theo thí
nghiệm xuyên tiêu chuẩn (giá trị tương quan: Es = 766N) cũng được thể hiện trong hình.

Estimate the immediate
settlement of the foundation
five years after construction
by using the strain influence
factor method.
Tính toán lún tức thời của
móng sau thời gian 5 năm sử
dụng phương pháp hệ số biến
dạng ảnh hưởng

Bna Nusantaira

collected and translated by HO SI LANH

14

EXAMPLE ví dụ

Bna Nusantaira

Chiều sâu

collected and translated by HO SI LANH

15


EXAMPLE ví dụ
Depth chiều sâu
(m)

z
(m)

Es
(kN/m2)

Iz
(average trung
bình)

(m3/kN)

0.0 – 1.0

1.0

8000

0.233

0.291 x 10-4

1.0 – 1.5

0.5

10000

0.433

0.217 x 10-4

1.5 – 4.0

2.5

10000

0.361

0.903 x 10-4

4.0 – 6.0

2.0

16000

0.111

0.139 x 10-4

Iz
z
Es



 t 
 5 
C2  1  0.2. log
  1  0.2. log
  1.34
 0.1 
 0.1 

 q 


17.8 x1.5
  1  0.5
  0.9
C1  1  0.5

 160  17.8 x1.5 
qq



1.55 x 10-4



2B

Se  C1.C2 . q  q 
0

Iz
.z
Es

Se  (0.9)(1.34)(160  17.8 x1.5)(1.55 x10 4 )
Se  24.8 mm
Bna Nusantaira

collected and translated by HO SI LANH

16


CONSOLIDATION cố kết
•

•

When the stress on a saturated clay layer in the field is increased, the pore
water pressure in the clay will increase. Khi ứng suất trong lớp đất sét ngoài
hiện trường tăng, áp lực nước lỗ rỗng sẽ tăng trong lớp sét
Because the coefficients of permeability of clays are very low, it will take
some time for the excess pore water pressure to dissipate and the stress
increase to be transferred to the soil skeleton gradually. Do hệ số thấm của
đất sét thấp, do đó phải mất thời gian dài để tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng và
phần ứng suất tăng thêm sẽ truyền vào khung hạt đất từ từ.
Consolidation is the process of dissipation of excess pore water pressure in
a row of time. Cố kết là quá trình tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian.

Note: chú ý
Dissipation of pore water pressure occurs simultaneously with the squeezing out of the pore
water. Therefore the consolidation time depend on: sự tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng xẩy ra đồng
thời với quá trình ép (nén) nước lỗ rỗng ra ngoài. Do đó, thời gian cố kết phụ thuộc vào:
The distance of pore water to be squeezed out khoảng cách của nước lỗ rỗng bị ép
The coefficient of permeability of soft soil hệ số thấm của đất yếu
Bna Nusantaira

collected and translated by HO SI LANH

17


CONSOLIDATION cố kết
a

o

Valve
(soil’s perm eab ility)
a a
o

Ho

Spring

i

Si

(soil partic les)

(Ho - Si)

Water filled c ha m ber
(water saturated soil’s p ores)

IDEALISASI

Pressure is b orne
by pore water

UNDRAINED

SETTLEMENT CURVE

La tera l d eform ation

IMMEDIATE
SETTLEMENT (Si)

SETTLEMENT

PRIMARY OR
CONSOLIDATION
SETTLEMENT (Sc )
Water is expelled
a

i

a

c

SECONDARY
SETTLEMENT (Ss)

HYDROSTATIC
PRESSURE

LOG TIME

(Ho - Si - Sc )

Sc

Spring c om pressed
Water p ressure reduc ed

CONSOLIDATION
No water flow
a a
c

s

Bna Nusantaira

LOAD

(Ho - Si - Sc - Ss)

Ss

All loa d is borne by spring
Hyd rostatic pressure
(zero exc ess p ore water pressure)

DRAINED CREEP

collected and translated by HO SI LANH

18

CONSOLIDATION cố kết

First time, suggested by Terzaghi (1920-1924) with several
assumption : đầu tiên, được đề xuất bởi Terzaghi (1920-1924)
với các giả thiết:
–
–
–
–
–
–
–
–

Bna Nusantaira

1 dimensional một chiều
Saturation is complete bão hòa hoàn toàn
Compressibility of water is negligible nước không chịu nén
Compressibility of soil grains is negligible (but soil grains rearrange)
các hạt đất không chịu nén (nhưng các hạt đất sắp xếp lại)
Darcy’s Law is valid Định luật Darcy là hiệu lực
Soil deformation is small biến dạng của đất nhỏ
Soil permeability is constant thấm của đất là không đổi
Soil skeleton of each layer is homogeneous, so isotropic linier elastic
constitutive law is valid khung đất của mỗi lớp là đồng nhất, do đó
quan hệ đàn hồi đẳng hướng tồn tại
collected and translated by HO SI LANH

19

CONSOLIDATION cố kết
• Consolidation Type Các loại cố kết
– Normal consolidation cố kết thông thường
Preconsolidation pressure (Pc) just equals the
existing effective vertical overburden pressure (Po)
Áp lực tiền cố kết (Pc) bằng với ứng suất có hiệu
thẳng đứng (Po)
– Over consolidation quá cố kết
If the soil whose preconsolidation pressure (Pc) is
greater than the existing overburden pressure
Nếu đất có áp lực tiền cố kết (Pc) lớn hơn ứng suất
có hiệu
Bna Nusantaira

collected and translated by HO SI LANH

20


CONSOLIDATION cố kết

•

Normal Consolidation cố kết bình thường

pc  po
•

OR

pc
1
po

p  p
Cc
.H c . log o
1  eo
po

Over consolidation quá cố kết

pc  po

OR

po + p < pc
po < pc < po+p
Bna Nusantaira

Sc 

pc
1
po
Sc 

p  p

Cs
.H c . log o
1  eo
po

Sc 

p
p  p
Cs
Cc
.H c . log c 
.H c . log o
1  eo
p o 1  eo
pc

collected and translated by HO SI LANH

21


CONSOLIDATION cố kết

Where : trong đó
– eo = initial void ratio which getting from index test hệ số rỗng ban
đầu thu được từ thí nghiệm
– Cc = compression index from consolidation test chỉ số nén từ thí
nghiệm cố kết (thí nghiệm nén không nở hông “oedometer test”)
– Cs = swelling index from consolidation test chỉ số trương nở từ thí

nghiệm cố kết
– pc = preconsolidation pressure from consolidation test áp lực tiền
cố kết từ thí nghiệm cố kết
– po =  ’.z
– p = the total stress at any depth of the clay layer caused by
external load, which can be determined by using method of
Boussinesq, Westergaard or Newmark ứng suất tổng ở độ sâu bất
kỳ của lớp sét gây ra do tải trọng ngoài, có thể được xác định bằng
phương pháp của Boussinesq, Westergaard
Bna Nusantaira

collected and translated by HO SI LANH

22


DETERMINATION OF CONSOLIDATION PROPERTIES
Xác định các đặc trưng cố kết

Added pressure: áp lực thêm
Ground water table: mực nước ngầm
Sand: cát
Clay: sét
Initial void ration = eo: hệ số rỗng ban đầu
Average effective pressure before load application – po:
ứng suất có hiệu trung bình trước khi gia tải
Bna Nusantaira

Dial gauge: đồng hồ đo
Load: gia tải (tải trọng)

Water level: mực nước
Porous stone: đá thấm
Ring: dao vòng
Soil specimen: mẫu đất

collected and translated by HO SI LANH

23


DETERMINATION OF CONSOLIDATION PROPERTIES
Xác định các đặc trưng cố kết

Hệ số rỗng

Procedures : Trình tự
1.

Determine the point O on the e-lop p
curve that has the sharpest curvature
(that is, the smallest radius of
curvature) xác định điểm O trên đường
cong e-logp có bán kính nhỏ nhất

2.

Draw a horizontal line OA vẽ đường
ngang OA (song song trục hoành)

3.

Draw a line OB that is tangent to the elog p curve at O Vẽ đường OB tiếp
tuyến với đường cong e-logp tại O

4.

Draw a line OC that bisects the angle
AOB vẽ đường phân giác OC của góc
AOB

5.

Produce the straight line portion of the
e-log p curve backward to intersect
OC. This is point D. The pressure that
corresponds to the point p is the
preconsolidation pressure, pc. Kéo dài
phần đường thẳng của đường cong elogp cắt OC tại D. Áp lực tương ứng với
điểm D là áp lực tiền cố kết pc

Áp lực
Bna Nusantaira

collected and translated by HO SI LANH

24


DETERMINATION OF CONSOLIDATION PROPERTIES
Xác định các đặc trưng cố kết

Hệ số rỗng

Hệ số rỗng

Đường cong
nén ban đầu

Đường cong
cố kết trong
phòng

Đất sét cố kết bình thường

Áp lực p

Bna Nusantaira

collected and translated by HO SI LANH

e1  e 2
Cc 
 p2 
log
p 

 1
25