Chuong5 suc chiu tai

Chương 5:
SỨC CHỊU TẢI CỦA
NỀN ĐẤT
1.
2.

3.

4.
5.

Sức chống cắt của đất
Thí nghiệm xác đònh đặc trưng
chống cắt
Điều kiện cân bằng MohrRankine
Sức chòu tải của nền đất
Tóm tắt và bài tập chương
1


1. SỨC CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT
1.1. Tổng quan
Trong tự nhiên thường có hiện tượng trượt lở sườn
đồi, sườn núi, mái dốc, lũ bùn, trượt lở bờ
sông, bờ biển…v.v, nguyên nhân:
Do nước mưa lũ thấm vào đất làm thay đổi tính
chất cơ lý của đất.
Do tác động của gió, của dòng nước chảy, của
tác động kiến tạo đòa chất làm thay đổi hình dạng
của sườn dốc.
Độ ẩm không khí thay đổi do xây dựng các hồ

chứa nước trong khu vực gây ra.
Tóm lại, là điều kiện cân bằng cơ học vốn có
của sườn dốc bò xâm phạm dẫn đến sự trượt.


2


3


Các công trình nhân tạo như nhà ở, nhà
máy, đập, đê, cầu, đường, tunnel và các
công trình phụ trợ cũng bò trượt, bò lật trong
quá trình thi công hay giai đoạn khai thác,
nguyên nhân:
Khi xây dựng công trình trên nền đất sẽ
gây ra trong nền đất một trường ứng suất
gia tăng.
Các số gia ứng suất pháp gây ra sự thay
đổi thể tích của các phân tố đất.
Các số gia ứng suất tiếp gây ra biến hình
các phân tố trong nền đất, có khuynh
4
hướng gây trượt hoặc cắt đất. Và hậu quả


5

1.2. Lý thuyết sức chống cắt của đất
Sức chống cắt của đất bao gồm hai thành
phần: ma sát giữa các hạt và lực dính giữa
các hạt đất.
a. Sức chống cắt của đất rời
Sức chống cắt chỉ có duy nhất thành
phần ma sát:
o Ma sát trượt khi các hạt trượt lên nhau, phụ thuộc
vào ứng suất pháp tác động lên các hạt.
o Ma sát lăn khi các hạt lăn tròn lên nhau.
o Ma sát gài móc giữa các hạt trong thế nằm hết
sức phức tạp trong khung hạt.
6


b. Sức chống cắt của đất dính
 Sức chống cắt của đất hạt mòn hay đất
dính gồm hai thành phần là ma sát và lực
dính.
 Với đất dính bão hoà nước, khi chòu tải ƯS
gánh đỡ bởi khung hạt phụ thuộc vào độ
thoát nước lỗ rỗng → có hai biên giới hạn:
 Ứng với điều kiện áp lực nước lỗ
rỗng thặng dư thoát hết (lâu dài).
 Ứng với điều kiện không thoát nước
(tức thời).
Trong thực tế khi tính toán phải lựa chọn sức
7
chống cắt của đất dính bão hoà nước trong

1.3. Đònh luật Mohr – Coulomb
Năm 1776, Coulomb: s = τ f = σtgϕ + c
Thành phần ma sát phụ thuộc vào ƯS pháp,
ký hiệu là σtgϕ, (ϕ là góc ma sát trong của
đất).
Thành phần lực dính không phụ thuộc ƯS
pháp, ký hiệu là c.

8


Các nghiên cứu sau Morh – Coulomb cho
thấy các thông số chống cắt c, ϕ còn phụ
thuộc vào nhiều yếu tố khác như: trạng
thái ƯS ban đầu, độ ẩm của đất, điều kiện
thoát nước, điều kiện thí nghiệm,…v.v
Terzaghi cải tiến: s = σ’tgϕ’ + c’
Sức chống cắt phụ thuộc vào ƯS pháp hữu
hiệu chứ không phải là ƯS pháp tổng, vì
chỉ có phần ƯS hữu hiệu mới phát sinh ma
sát.
9


2. THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG
CHỐNG CẮT
Thí nghiệm trong phòng: Thí nghiệm cắt
trực tiếp với hộp cắt Casagrande, hiện nay
vẫn còn sử dụng nhiều cho thiết kế nền

móng; Thí nghiệm nén 3 trục; Thí nghiệm
nén đơn; Thí nghiệm cắt đơn.
Thí nghiệm hiện trường: Thí nghiệm
xuyên động chuẩn (SPT); Thí nghiệm xuyên
tónh (CPT); Thí nghiệm nén ép ngang; Thí
nghiệm cắt cánh. Nhóm thí nghiệm hiện
trường cho kết quả trực tiếp trên mẫu
nguyên dạng, tránh tình trạng xáo trộn mẫu
do quá trình lấy mẫu, quá trình vận chuyển,
10
bảo quản,…v.v và đặc biệt là với các loại


2.1. Thí nghiệm trong phòng
 Các TN trong phòng xác đònh sức chống
cắt của đất đều có hai giai đoạn cơ bản:
Giai đoạn 1: Tác động hệ lực lên mẫu,
tạo trạng thái ƯS tương tự như mẫu đất ở
thế nằm tự nhiên.
Giai đoạn 2: Tác động độ thay đổi áp lực
lên mẫu tương ứng với mẫu đất hoạt động
khi xây dựng công trình.

 Có 3 phương pháp TN xác đònh đặc trưng
chống cắt của đất:
 Phương pháp thí nghiệm không cố
kết – không thoát nước (UU):
o Giai đoạn 1:

11

không cho nước trong mẫu


Phương pháp thí nghiệm cố kết –
thoát nước (CD)
o GĐ1: cho nước trong mẫu đất thoát ra,
tức là cho cố kết – Consolidated.
o GĐ2: cho nước trong mẫu thoát ra –
Drained.
Phương pháp thí nghiệm cố kết –
không thoát nước (CU)
o GĐ1: cho nước trong mẫu thoát ra –
Consolidated.
12

o GĐ2: không cho nước trong mẫu thoát ra


a. Thí nghiệm cắt trực tiếp
Là thí nghiệm đơn giản nhất xác đònh các
đặc trưng chống cắt của đất.
Hộp
cắt

Vòng ứng
biến
N

Thớt di

động
δv

δh
T
Chuyển vò
kế

Mẫu
đất

Thớt cố
đònh
13


τ
τ3

N
T

N
σ' =
A
T
τ=
A

ϕ

τ2
τ1
c

σ’1

σ’2

σ’3 p

Các máy cắt trực tiếp thường cắt đất
trong điều kiện không thoát nước (UU),
nhưng cũng có nước thoát qua khe cắt.
Hiện nay đã có một số máy cắt trực tiếp
kiểm tra được khả năng thoát nước của
mẫu đất trong quá trình cắt, tức là có
14
thể tiến hành cả 3 phương pháp thí nghiệm


15


 Ứng xử của cát chặt, cát rời trong
thí nghiệm cắt trực tiếp

Cát chặt

Cát rời

Cát rời: chỉ có một giá trò góc ma sát ϕc
ứng với trạng thái tới hạn (lúc bò trượt).
Cát chặt: có góc ma sát ứng với trạng
thái đỉnh ϕp và ứng với trạng thái tới hạn ϕc
16
(lúc bò trượt).


Caùt
chaët
Caùt
rôøi

17


ẹổnh
Tụựi
haùn

p = 38o; c = 31o (maóu
caựt chaởt)
18


b. Thí nghiệm nén 3 trục
Thí nghiệm nén ba trục là thí nghiệm tin cậy
nhất để xác đònh các đặc trưng sức chống
cắt của đất, vì:

Mô tả xác thực nhất mẫu đất trong
những điều kiện chòu tải trong đất nền
khi gánh đỡ các loại công trình khác
nhau.
Có thể mô phỏng các điều kiện
thoát nước khác nhau của đất nền.
Có thể xác đònh đồng thời các đặc
19
trưng biến dạng của đất nền đồng thời


 Hiện nay, chỉ có loại thí nghiệm ba trục
đối xứng trục là được sử dụng rộng rãi. Thí
nghiệm này gồm một mẫu đất hình trụ có
chiều cao bằng hai lần đường kính, thông
thường là h = 7,6cm và d = 3,8 cm hoặc h =
10cm và d = 5cm.
 Mẫu đất được bọc cao su mỏng thật kỷ
rồi đạt vào một buồng nén kín nước. Bơm
nước hoặc glycerine Mẫu đất được bọc cao su
mỏng thật kỷ rồi đạt vào một buồng nén
kín nước. Bơm nước hoặc glycerine vào
20
buồng nén tạo áp lực đẵng hướng lên


 Thí nghiệm được tiến hành ít nhất với
ba giá trò áp lực buồng nén ổn đònh
khác nhau.
 Trạng thái ứng suất lúc mẫu đất bò

phá sẽ được biểu thò trên hệ tọa trục
(τ,σ) bằng ba vòng tròn ứng suất Mohr,
đường tiếp tuyến chung của ba vòng
Mohr là đường chống cắt Mohr-Coulomb.
 Từ đó xác đònh được các thông số
chống cắt của mẫu đất.
21


Mô hình thí nghiệm
nén ba trục
Lực đứng, P

Biến dạng dọc
trục

Đá thấm
Thể tích thay
đổi,dV
Màng cao
su
Mẫu đất
Áp lực
buồng,
σ3

Áp
lực
nước lỗ
rỗng, u

Piston
Van

22


23


Cắt cố kết – thoát nước Vòng
(CD) tròn

Mohr lúc mẫu
bò phá hoại

τ
s = ϕ’+c’
g
σ ’t

σ3

σ1

σ

24


Voứng troứn

Mohr luực maóu
bũ phaự hoaùi


cCD = c

s = +c
g
t

CD =
3

1



1- 3
25