Bài giảng địa kỹ thuật (đại học thủy lợi)

CHƯƠNG 3
CHƯƠNG 3

CƯỜNG
ĐỘ
KHÁNG
CẮT
CƯỜNG ĐỘ KHÁNG CẮT CỦA
CỦA
ĐẤT CÁT VÀ ĐẤT SÉT
ĐẤT CÁT VÀ ĐẤT SÉT


NỘI DUNG § 1
3.1 Giới thiệu chung
3.2 Góc nghỉ của đất cát
3.3 Ứng xử của đất cát bão hòa khi cắt
thoát nước
3.4 Ảnh hưởng của hệ số rỗng và áp lực
thẳng đứng đến sự thay đổi thể tích


NỘI DUNG § 2
3.5 Ứng xử của đất cát bão hịa khi cắt
khơng thốt nước
3.6 Những yếu tố ảnh hưởng đến sức
kháng cắt của đất cát
3.7 Hóa lỏng và ứng xử linh động chu kỳ
của đất cát bão hòa

§1

3.1 Giới thiệu chung
1. KN về cường độ kháng cắt của đất (CĐKC)
‘’ ứng suất cắt tới hạn hay cực đại mà đất có thể
chịu đựng’’

2. Ý nghĩa trong xây dựng nói chung
-

Ý nghĩa quan trọng trong thiết kế cơng trình bởi vì
khi sử dụng các hệ số an tồn cao thì các ứng
suất cắt thực tế hình thành trong đất dưới tác
dụng của tải trọng nhỏ hơn rất nhiều so với các
ứng suất gây ra phá huỷ cơng trình.


§1

3. Một số phương pháp thí nghiệm xác định
CĐKC của đất
Thí nghiệm hiện trường
- Thí nghiệm trong phịng
-

4. u cầu kiến thức
Chương này sẽ làm sáng tỏ mối quan hệ cơ bản giữa
ứng suất và biến dạng và biểu hiện chống cắt của đất
thơng qua các kết quả thí nghiệm trong phịng của một

số loại đất điển hình. Qua đây, hy vọng có thể giúp
bạn nhận biết được một số biểu hiện của đất khi bị cắt

5. Giới thiệu các ký hiệu được dùng trong chương


§1

3.2 Góc nghỉ của đất cát
1. Giới thiệu chung
Khái quát về góc nghỉ của đất và sự hình thành đụn cát

Hình 3.1 Sự tạo thành của các cồn cát và minh họa góc nghỉ
của cát


Hình 3.2 ảnh các đụn cát ngồi thực tế


Hình 3.3 Góc nghỉ của một số loại vật liệu rời


§1

2. Góc nghỉ khơ và góc nghỉ ướt
4. Ý nghĩa
của việc
nghiên
cứu xác
định góc

nghỉ khơ,
ướt


§1

3.3 Ứng xử của đất cát bão hòa khi cắt thốt
nước
1. Sơ đồ thí nghiệm
Hình 3.4
Sơ đồ thí
nghiệm nén
ba trục cố kết
thốt nước
(CD) có đo
thay đổi thể
tích


NX:
Nếu mẫu đất bão hoà → dễ dàng đo được lượng
nước đi vào hoặc đi ra khỏi mẫu, cũng chính là sự
biến đổi thể tích và cũng là sự biến đổi hệ số rỗng của
mẫu đất. Lượng nước đi ra khỏi mẫu đất trong quá
trình cắt thể hiện sự giảm thể tích của mẫu, và ngược
lại là sự tăng thể tích của mẫu. Trong cả hai thí
nghiệm, áp lực đẳng hướng σc bằng với σ3 giữ không
đổi và ứng suất dọc trục gia tăng cho đến khi xảy ra
sự phá hoại mẫu đất.

§1

2. Các cách xác định đất ở trạng thái phá hoại
Sự phá hoại được xác định theo:
1. Độ lệch ứng suất chính lớn nhất (σ1 – σ3)max
2. Hệ số ứng suất chính hiệu quả lớn nhất, (σ’1/σ’3)max
3. τ = (σ1 – σ3)/2 tại một biến dạng quy định


Chú ý:
1. (σ1 – σ3)max xác định tại thời điểm phá hoại, cũng là
cường độ kháng nén của mẫu đất.
2. Thí nghiệm cắt mẫu cát rời, khi ứng suất gia tăng thì
hệ số rỗng giảm từ el (e-rời) xuống ecl (ec - rời), rất
gần với e giới hạn ecrit. Casagrande (1936a) gọi là hệ
số rỗng cuối cùng, tại đó xảy ra biến dạng liên tục khi
độ lệch ứng suất chính không đổi, là e tới hạn.
2. Khi cắt mẫu cát chặt, độ lệch ứng suất chính đạt giá
trị max, sau đó giảm tới gần giá trị (s1-s3)ult của cát rời.
Đường cong quan hệ ứng suất-hệ số rỗng cho thấy
ban đầu mẫu cát chặt giảm nhẹ thể tích, sau đó phình
ra hay nở ra đạt tới ecd (e-chặt)


Hình 3.5: Thí
nghiệm ba trục trên
các mẫu ‘xốp’ và
‘chặt’ của một loại
cát điển hình(a)

Đường cong ứng
suất-biến dạng; (b)
Biến đổi hệ số rỗng
khi cắt (theo
Hirschfeld. 1963)


§1

3.4 Ảnh hưởng của hệ số rỗng và áp lực đẳng
hướng đến sự thay đổi thể tích
1. Một số KN và công thức cần quan tâm
- Hệ số ứng suất chính
(3-1)
- Độ lệch ứng suất chính
(3-2)
- Tại thời điểm phá hoại
(3-3)


- Biến dạng thể tích

(3-5)
- Hệ số rỗng giới hạn ecrit và, gián tiếp
- Độ chặt tương đối
(3-6)


2. Biểu đồ quan hệ ứng suất - biến dạng và hệ
số rỗng đối với cát chặt và cát xốp

Hình 3.6: Kết quả thí nghiệm nén ba trục thốt nước điển hình của
mẫu cát chặt ở sơng Sacramento- tỷ số ứng suất chính và biến
dạng dọc trục


Hình 3.7: Kết quả thí nghiệm nén ba trục thốt nước điển hình của
mẫu cát chặt ở sơng Sacramento- biến dạng thể tích với biến dạng
dọc trục (Theo Lee, 1965)


Hình 3.8: Kết quả thí nghiệm nén ba trục thốt nước điển hình của
mẫu cát chặt ở sơng Sacramento- biến dạng thể tích với biến dạng
dọc trục (Theo Lee, 1965)


Hình 3.9 Quan hệ giữa biến dạng thể tích lúc phá hoại với hệ số rỗng khi
kết thúc cố kết từ thí nghiệm nén ba trục thốt nước với nhiều cấp áp
lực đẳng hướng


3. Quan hệ giữa Biến thiên thể tích – hệ số
rỗng ứng với các áp lực buồng

Hình 3.10: Quan hệ giữa hệ số rỗng giới hạn với áp lực đẳng hướng
từ thí nghiệm nén ba trục thốt nước. Số liệu trong Hình 3.9


4. Quan hệ giữa biến thiên thể tích với ứng suất cố kết
hiệu quả với các hệ số rỗng ban đầu khác nhau

Hình 3.11 Quan hệ giữa biến dạng thể tích lúc phá hoại với ứng suất
cố kết hiệu quả cho các hệ số rỗng ban đầu khác nhau


Hình 3.12 Lý
tưởng hóa số
liệu
biến
dạng thể tích
từ thí nghiệm
nén ba trục
thoát
nước:(a)
∆V/Vo ~ eo;
(b)
∆V/Vo~
σ’3


Hình 3.13 Biểu đồ Peacock