Tổng hợp công thức tính toán Địa chất công trình

ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH
Thí nghiệm xuyên tĩnh
(Cone penetration test -CPT)
Sức kháng ở mũi xuyên (Cone tip resistance):
là sức kháng của đất tác dụng lên mũi côn và được xác định bằng cách chia lực tác dụng
thẳng đứng Qc(kN) cho tiết diện đáy mũi côn Ac (cm2)
qc 

Qc Rc

Ax
Ac Ac

Trong đó:
Qc - là lực tác động lên mũi côn, Qc =Rc.Ax
Ac – diện tích tiết diện đáy mũi côn (cm²).
Ax – là tiết diện pittông-xilanh
-Với máy xuyên Gouda 10 tấn :
Ax = 20cm2 nên Ax / Ac = 2
qc =2 Rc
-Với máy xuyên Gouda 2,5 tấn :
Ax = 10cm2 nên Ax / Ac = 1
qc = Rc
Ma sát thành đơn vị fs là sức kháng của đất tác dụng lên bề mặt của măng xông do ma sát
và được xác định bằng cách chia lực tác dụng lên bề mặt măng xông Qs (kN) cho diện
tích bề mặt của măng xông As (cm2):
fs 

Qs Rcf  Rc . Ax

As

As

Trong đó:
As - là tiết diện măng xông
Qs - là lực tác động lên măng xông, Qs =( Rcf - Rc). Ax
Chỉ số ma sát : Tỷ sức kháng Fr là tỷ số giữa ma sát thành đơn vị fs và sức kháng mũi côn
qc ở cùng một độ sâu thí nghiệm, được thể hiện bằng % hay số thập phân:
Fr 

fs
.100%
qc


Phân loại đất theo kết quả xuyên tĩnh CPT
Loại đất
Schmertman Begemann
%
%
0 < Fr < 0,5
Cát sạn sỏi
1,25 < Fr < 1,6

Fugro
%
-

Sanglerat
%
-

0,5 < Fr < 1,5

Fr > 2

Cát

0,5 < Fr < 2

Cát bụi

1,75 < Fr < 2,5 1,6 < Fr < 2,5

1,5 < Fr < 2

1< Fr < 2,75

Bụi

2,3 < Fr < 3,5

2,5 < Fr < 3,6

2 < Fr < 2,5

2,75 < Fr < 3,5

Sét bụi và sét pha

3 < Fr < 4,5

3,6 < Fr < 4

2,5 < Fr < 3

3,4 < Fr < 7

Sét

Fr > 4

4 < Fr < 7

3 < Fr < 6

3 < Fr < 8

Bùn và than bùn

-

Fr > 7

Fr > 6

-

Xác định trạng thái đất theo sức kháng mũi qc
Loại đất
qc(105 Pa)

Cát hạt thô và hạt trung

Cát hạt mịn

Cát lẫn bụi

Cát bụi bão hòa

qc < 50
50 < qc < 150
qc > 150
qc < 40
40 < qc < 120
qc > 120
qc < 30
30 < qc < 100
qc > 100
qc < 20
20 < qc < 70
qc > 70

Độ chặt
Rời
chặt vừa
chặt
Rời
chặt vừa
chặt
Rời
chặt vừa

chặt
Rời
chặt vừa
chặt

2


Phân loại đất theo TN CPT
(TT nghiên cứu thuộc LH Khảo sát - BXD

Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn
(Standard penetration test - SPT)
Quan hệ giữa sức kháng xuyên tiêu chuẩn Nspt và sức kháng xuyên tĩnh đầu mũi qc
Thứ tự Loại đất

Tỉ số qc/Nspt

1

Sét

2

2

Sét pha

3

3

Cát hạt mịn

4

4

Cát hạt trung, thô

Từ 5 đến 6

5

Cát hạt trung lẫn sạn sỏi

Lớn hơn 8

3


Quan hệ qc/Nspt và thành phần hạt

ỨNG DỤNG CỦA KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM SPT
ĐỐI VỚI ĐẤT RỜI
Độ chặt tương đối (Dr) và góc ma sát trong ()
Bảng Quan hệ N30 với Dr (%) và φ của đất hạt rời
( theo Terzaghi và Peck)
N30

Dr (%)

φ0

Trạng thái

0 – 10

<30

25 – 30

Xốp

10 – 30

30 – 60

30 – 32,3

Chặt ít

30 – 50

60 – 80

32,3 – 40

Chặt vừa

> 50

> 80

40 - 45

Rất chặt

4


Quan hệ giữa góc ma sát trong và sức kháng xuyên tiêu chuẩn

=

12

+a

trong đó:
a là hệ số được lấy bằng 40 khi N30 >15;
lấy bằng 0 khi N30 <15.
Tính modun biến dạng E
+ (
+ 6)
=
10
trong đó:
a là hệ số, được lấy bằng 40 khi N30>15; lấy bằng 0 khi N30 <15.
c là hệ số, được lấy phụ thuộc vào loại đất:

- c được lấy bằng 3,0 với đất loại sét;
- lấy bằng 3,5 với đất cát mịn;
- lấy bằng 4,5 với đất cát trung;
- lấy bằng 7,0 với đất cát thô;
- lấy bằng 10,0 với đất cát lẫn sạn sỏi;
- lấy bằng 12,0 với đất sạn sỏi lẫn cát.

5


Thí nghiệm nén bàn ngoài hiện trường
Khi đặt tải trọng N (P) lên bàn gia tải thì áp lực dưới bàn nén là
p

P
F

F là diện tích bàn nén

Biểu đồ quan hệ độ lún ~ tải trọng
ỨNG DỤNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Tính modun tổng biến dạng E0 ứng với từng cấp tải trọng
E0  (1  2 )d

p
S

ν- Hệ số Poisson của đất
lấy bằng 0,27 (đá vụn thô); 0,30 (cát, cát pha), 0,35 (sét pha); 0,42 (sét).
ω- Hệ số không thứ nguyên lấy bằng 0,79

d- Đường kính bàn nén(cm)
Δp - Số gia áp lực tác dụng lên bàn nén, Pc - Pd
ΔS - Số gia độ lún bàn nén tương ứng với Δp (cm)
Nếu đặt K=(1-ν2)ωd
E0  K

p
S

6


Các trị số của hệ số K
Diện tích bàn nén, cm2
Đất, đá

600

1000

2500

5000

Vụn thô

20,5

26,4

41,6

59,2

Cát và cát pha

20,2

25,9

40,9

58,1

Sét pha

19,4

25,0

39,5

56,0

Sét

18,3

23,5

37,0

52,6

Giá trị môđun biến dạng tổng còn được tính theo công thức:



E0  1   2

 SdP

E0 – môđun tổng biến dạng , kG/cm2
P – tổng tải trọng tác dụng lên bàn nén, kG
d- đường kính bàn nén, cm
S – độ lún cuối cùng của bàn nén, cm
μ- hệ số nở hông của đất, đối với cát và cát pha là 0,3; đối với sét pha là 0,35; đối với sét
là 0,42.

7


CÁC THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG:
Phân loại đất hạt thô
Tên gọi và ký hiệu quy ước quốc tế các loại đất
Tên hạt & tính chất

Tên gọi quốc tế thông dụng

Ký hiệu

Tảng lăn (tảng góc)
Cuội (dăm)
Sỏi (sạn)
Cát
Bụi
Sét
Hữu cơ
Than bùn
Cấp phối tốt
Cấp phối kém
Tính nén cao (dẻo cao)
Tính nén thấp (dẻo
thấp)

Boulder
Cobble
Gravel
Sand
Silt (Mo,Mjala,tiếng Thụy Điển)
Clay
Organic
Peat
Well graded
Poorly graded
High compressibility
Low compressibility

B
Co

G
S
M
C
O
Pt
W
P
H
L

Phân loại đất hạt mịn
Đất hạt mịn được phân loại dựa trên kết quả thí nghiệm giới hạn chảy WL và giới hạn
dẻo Wp
ML: đất bụi dẻo Ip<4 %
CL: Đất sét ít dẻo Ip>7 %
MH: Đất bụi rất dẻo
CH: Đất sét rất dẻo
OL: Đất bụi và sét hữu cơ rất dẻo
Đường A là đường Ip = 0,73(WL – 20).

8


- WL - Giới hạn chảy (%); WL =(m1 – m2)/(m2 – m)x100 (%)
m1 là khối lượng đất ẩm và hộp (g);
m2 là khối lượng đất khô và hộp (g);
m là khối lượng của hộp (g);
- Wp - Giới hạn dẻo (% );
- Ip – Chỉ số dẻo (% ) với Ip =WL – Wp

- Độ sệt B : B 

W Wp
WL  W p

Với W là độ ẩm của mẫu đất

9


Bảng quan hệ tên trạng thái đất và độ sệt
Tên đất và trạng thái

Độ sệt (B)

Đất cát pha sét
Nửa cứng

B<0

Dẻo

0≤B<1

Sệt(chảy)

≥1
Đất sét pha và đất sét

Nửa cứng

B<0

Dẻo cứng

0 ≤ B < 0.25

Dẻo

0.25 ≤ B < 0.5

Dẻo mềm

0.5 ≤ B < 0.75

Dẻo sệt

0.75 ≤ B < 1

Sệt(chảy)

B≥1

CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT
ĐỘ ẨM
W %

m1  m2
.100%
m2  mb

mb : Khối lượng lon, hộp hoặc dao vòng chứa đất
m1 : Khối lượng Lon và đất tự nhiên
m2 : Khối lượng Lon và đất sau khi sấy khô
KHỐI LƯỢNG THỂ TÍCH
Khối lượng thể tích khô:
d 

mh
V (g/ cm3)

Trong đó

10


ρd
:Trọng lượng thể tích khô
mh
:Khối lượng hạt
V
:Thể tích mẫu đất
Khối lượng thể tích bão hòa
 sat   bh 

 sat 

m
V (g/ cm3 ; T/m3 )

Gs  e
. n
1 e

Khối lượng thể tích đẩy nổi
 '   đn 

m   n .V
 w  n
V

Thông thường trọng lượng riêng của nước : ρn =1g/cm3
->  đn   w  1
DUNG TRỌNG (TRỌNG LƯỢNG THỂ TÍCH):
γ = ρ.g
Ký hiệu là γ ; đơn vị là g/cm3 ; kg/m3; T/m3
Đôi khi người ta không phân biệt giữa khối lượng thể tích(ρ) và trọng lượng thể tích(γ)
mà gọi chung là dung trọng khi xem g=10m/s2 -> γ = g
Dung trọng tự nhiên
w 

m1  m2  m3
V

m1 : Trọng lượng của mẫu đất có dao vòng (g)
m2 : Trọng lượng dao vòng (g)
m3 : Trọng lượng tấm kính (g) (Nếu có)
D : Đường kính dao vòng
V: thể tích dao vòng (cm3)
V

 .D 2
.H
4

11


Dung trọng khô
=

=

1+
Giá trị độ ẩm khi tính toán thay vào công thức không nhân 100 %
TỶ TRỌNG
Tỷ trọng của đất là tỷ lệ giữa khối lượng riêng của hạt đất và khối lượng riêng của nước
hoặc trọng lượng riêng của hạt đất với trọng lượng riêng của nước.
Tỷ trọng là đại lượng không thứ nguyên
Gs   

h  h

n  n

HỆ SỐ RỖNG
e

G s . n .1  W 
1

w

e

G s . n .(1  W )
1
w

e

s
1
d

e

n
1 n

ĐỘ RỖNG
n% 

Vr
e
%
%
V
e 1

ĐỘ BÃO HÒA

Sr%: là tỷ số giữa thể tích nước và thể tích lỗ rỗng, tính theo %.
Sr % 

Đối với đất bão hòa nước ta có:

Vn
G .W
% s
Vr
e
e  Gs .W

12