Bài giảng Cơ học đất - Chương 3: Ứng suất trong đất

CHƯƠNG III: ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT
(STRESSES IN SOIL)


Nội Dung
§3.1. Các loại ứng suất trong đất và các
giả thiết cơ bản để tính tốn
§3.2. Xác định ứng suất bản thân
§3.3. Xác định áp suất đáy móng
§3.4. Ứng suất tăng thêm trong nền
cơng trình


3

§3.1. Các loại ứng suất trong đất và các
giả thiết cơ bản để tính tốn


I. Các loại ứng suất trong đất

4


I. Các loại ứng suất trong đất
Trọng lượng bản thân đất
Tải trọng cơng trình

5

Ứng suất trong đất

Để xét ổn định về cường độ & biến dạng của
nền cơng trình, khối đắp (đê, đập…) & mái dốc
cần nghiên cứu & tính toán trạng thái ứng suất
sinh ra trong khối đất trước và sau khi xây dựng
cơng trình


I. Các loại ứng suất trong đất
Phân biệt:
Ứng suất bản thân: Ứng suất do trọng lượng bản
thân của đất gây ra
Ứng suất tăng thêm: Ứng suất trong đất do áp
suất đáy móng (tải trọng cơng trình) gây ra
Chú ý KN áp suất đáy móng: Áp suất tại mặt tiếp
giáp giữa nền & đáy móng do tải trọng cơng trình
truyền xuống thơng qua móng
Ứng suất thấm: Ứng suất trong đất do dòng thấm
gây ra gọi là ứng suất thấm (ứng suất thủy động).

6


II. Các giả thiết để tính tốn


II. Các giả thiết để tính tốn
Trong cơ học đất, lý thuyết đàn hồi thường được
dùng để nghiên cứu và tính tốn quy luật phân bố ứng
suất trong đất (trừ ứng suất thấm). Do đất là môi trường

rời rạc, phân tán, khơng liên tục
khi dùng lý thuyết
đàn hồi tính tốn ứng suất đã đưa vào 1 số giả thiết
sau:
+ Coi đất là 1 bán không gian vô hạn biến dạng tuyến
tính (vật thể chỉ GH bởi 1 mp) cịn vơ hạn theo các
phương khác
+ Đất là 1 vật thể liên tục, đồng nhất và đẳng hướng
(VD sét dẻo hoặc cát chặt thuần nhất)
+ Coi trạng thái ứng suất – biến dạng của đất là trạng
thái lúc cố kết đã kết thúc

8


§3.2. Xác định ứng suất bản thân

9


I. Ứng suất bản thân trong nền đất

10


I. Ứng suất bản thân trong nền đất

Phân tích các giả thiết:
Coi đất là 1 vật thể bán không gian vơ hạn
biến dạng tuyến tính: khối đất có mặt giới hạn là

mặt đất nằm ngang, chiều sâu & bên hông là vô
hạn
Trên mọi mặt phẳng thẳng đứng & nằm ngang,
không tồn tại ứng suất cắt ( = 0), chỉ có thành phần
ứng suất pháp (σx; σy; σz). Căn cứ vào tính đồng nhất
của nền, xét các TH sau:

11


I. Ứng suất bản thân trong nền đất
1. Trường hợp nền đồng chất

Xét phân tố đất M cách mặt nền độ sâu z với các
thành phần ứng suất như hình.
12


I. Ứng suất bản thân trong nền đất

13

1. Trường hợp nền đồng chất

σx, σy, σz được tính
như sau:
σzđ =

Trong đó:
Ko: hệ số áp lực hông

𝛍o: hệ số nở hông

M


I. Ứng suất bản thân trong nền đất

14

1. Trường hợp nền đồng chất

Hình 1: Quy luật phân bố ứng suất bản thân theo chiều sâu
(đất nền đồng nhất, không phân lớp)


I. Ứng suất bản thân trong nền đất
2. Trường hợp nền nhiều lớp

Trong đó:
Ko: hệ số áp lực hơng
𝛍o: hệ số nở hông

15


I. Ứng suất bản thân trong nền đất
2. Trường hợp nền nhiều lớp

Hình 2: Biểu đồ ứng suất bản thân TH nền gồm nhiều lớp

16


I. Ứng suất bản thân trong nền đất

17

3. Trường hợp có mực nước ngầm trong nền
Trong trường hợp đất nền có mực nước ngầm, các
tính tốn ứng suất bản thân tương tự như trường hợp nền
có nhiều lớp và trọng lượng riêng của các lớp đất nằm dưới
mực nước ngầm được tính bằng trọng lượng riêng đẩy nổi
(γ γ’ γsat- γw


II. Ứng suất bản thân trong cơng
trình đất


II. Ứng suất bản thân trong nền cơng trình đất

19

Đặc điểm: phía hơng cơng trình bị giới hạn với mái thượng
lưu & hạ lưu nên biến dạng của mái đập và thân đập khác
với biến dạng của nền đập. Tuy nhiên khi tính tốn, để đơn
giản vẫn giả thiết ứng suất bản thân tại 1 điểm bất kỳ trong
thân đập bằng trọng lượng cột đất phía trên điểm đó

VD1

20

Một bình chứa đất có khối lượng riêng bão hịa là 2.0 Mg/m3.
Tính ứng suất tổng, trung hịa & hiệu quả tại cao trình A khi:
(a) mực nước tại cao trình A
(b) mực nước dâng lên đến cao trình B.


VD1

21

Giải
(a) mực nước tại cao trình A
Coi đất trong bình là bão hòa tại thời điểm ban đầu. Xét các
ứng suất tại A:
Ứng suất tổng:

  sat gh  2.0 Mg/m3  9.81 m/s2  5 m
 98100 N/m2  98.1 kPa

Ứng suất trung hòa

u  w gzw  1.0 Mg/m 9.81 m/s  0 m  0
3

Ứng suất hiệu quả

 '    98.1 kPa

2


VD1

22

Giải
(b) khi mực nước dâng lên cao trình B
Ứng suất tổng:
   sat gh   w gz w

  2.0  9.81  5   1  9.81  2   117.7 kPa

Ứng suất trung hòa
u   w g  zw  h 

 1.0  9.81   2  5   68.7 kPa
Ứng suất hiệu quả

 '    u    sat gh   w gzw    w g  zw  h 
 117.7  68.7  49.0 kPa


§3.3. Xác định áp suất đáy móng

23

I. Khái niệm

24


I. Khái niệm
Áp suất đáy móng (ASĐM) (áp suất tiếp xúc) là
áp lực trên một đơn vị diện tích tại mặt nền do tải
trọng cơng trình truyền xuống thơng qua móng

25