Cơ học đất – Nguyễn Đình Dũng (CHCS0088)

Cơ học đất – Nguyễn Đình Dũng

Nội dung tài liệu:

CHƯƠNG 1. BẢN CHẤT VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT

• 1 – SỰ HÌNH THÀNH ĐẤT 5

I, Quá trình phong hoá và đặc điẻm của đất tàn tích 5

II, Quá trình trầm tích và đặc điểm của đất trầm tích 6

1. Trầm tích lục địa 6
2. Trầm tích vũng vịnh 7
3. Trầm tích biển

III, Hoạt động phát triển của con người và sự hình thành một số loại đất đặc biệt 8

• 2 – CẤU TRÚC CỦA ĐẤT 8

I, Pha rắn (hạt đất) 8

1. Khái niệm chung 8
2. Một số đặc tính của khoáng vật sét và đất chứa hạt sét 11

II, Nước trong đất 14

1. Nước trong khoáng vật của hạt đất 14
2. Nước kết hợp mặt ngoài 15
3. Nước tự do 15

III, Khí trong lỗ rỗng của đất 16

IV, Kết cấu và liên kết kiến trúc của đất 17

1. Kết cấu của đất 17
2. Liên kết kiến trúc của đất 18

• 3 – CÁC CHỈ TIÊU TÍNH CHẤT CỦA ĐẤT 19

I, Trọng lượng thể tích 19

1. Trọng lượng thể tích tự nhiên 19
2. Trọng lượng thể tích bão hoà 21
3. Trọng lượng thể tích đẩy nổi 21
4. Trọng lợng thể tích khô 22
5. Trọng lượng thể tích hạt 22

II, Độ rỗng và hệ số độ rỗng 23

1. Độ rỗng 23
2. Hệ số rỗng 23

III, Độ ẩm và độ bão hoà của đất 24

1. Độ ẩm 24
2. Độ bão hoà 25

IV, Một số công thức liên hệ 26

Ví dụ minh hoạ 26

• 4 – CÁC CHỈ TIÊU TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT 30

I, Chỉ tiêu độ chặt của đất rời 30

1. Chỉ tiêu độ chặt và cách đánh giá trạng thái của đất rời 30
2. Thí nghiệm xác định emax và emin 31

II, Độ sệt của đất dính 32

1. Sự thay đổi trạng thái của đất dính khi độ ẩm thay đổi 32
2. Chỉ số dẻo 32
3. Chỉ số độ sệt 33
4. Xác định các giới hạn Atterberg 33

Ví dụ minh hoạ 36

• 5 – XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG CẤP PHỐI 38

I, Thí nghiệm xác định thành phần hạt 38

1. Phân tích thành phần hạt của đất cát 39
2. Phân tích thành phần hạt của đất dính 41

II, Đường cong cấp phối 42

1. Xây dựng đường cong cấp phối 42
2. Các ứng dụng của đường cong cấp phối 43

Ví dụ minh hoạ 45

• 6 – PHÂN LOẠI ĐẤT XÂY DỰNG 47

I, Phân loại và mô tả đất đá trong xây dựng 47

1. Mục đích phân loại đất trong xây dựng 47
2. Phân loại đất theo nguồn gốc địa chất 47
3. Phân loại đất theo hệ U.S. (Unified Classification for Soil) 48
4. Phân loại đất theo tiêu chuẩn BS (British Classification for Soil) 50
5. Phân loại đất theo tiêu chuẩn AASHTO/ASTM (USA) 53

II, Phân loại đất theo qui phạm của Liên Xô và tiêu chuẩn 22TCN 18-79 54

1. Phân loại đá 55
2. Phân loại đất 56

CHƯƠNG 2. CÁC TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT

• 1 – TÍNH CHỊU NÉN CỦA ĐẤT 59

I, Thí nghiệm nén đất tại hiện trường (Pbt) 59

1. Giới thiệu khái quát 59
2. Mục đích và nguyên lý thí nghiệm 59
3. Thiết bị thí nghiệm 59
4. Tiến hành thí nghiệm 60
5. Trình bày kết quả 62
6. Diễn dịch kết quả 62

II, Thí nghiệm nén đất trong phòng (OCT) 65

1. Khái quát chung 65
2. Thiết bị và phương thức tiến hành 65
3. Các kết quả xác định từ thí nghiệm 70

Ví dụ minh hoạ 77

• 2 – TÍNH THẤM CỦA ĐẤT 79

I, Điều kiện xuất hiện dòng thấm, vận tốc thấm và áp lực thấm, ảnh hưởng của dòng thấm tới ứng suất có hiệu 79

1. Điều kiện xuất hiện dòng thấm, vận tốc thấm, áp lực thấm 79
2. Ảnh hưởng của dòng thấm tới ứng suất có hiệu 81
3. Điều kiện chảy và độ dốc thuỷ lực tới hạn 82

II, Xác định hệ số thấm trong phòng và ngoài trời 82

1. Xác định hệ số thấm trong phòng thí nghiệm 82
2. Xác định hệ số thấm ở hiện trường 85
3. Hệ số thấm trong đất không đồng nhất nhiều lớp 89

III, Các nhân tố ảnh hưởng đến tính thấm 90

1. Gradien thuỷ lực ban đầu trong đất sét 90
2. Các nhân tố ảnh hưởng đến tính thấm 91

V, Lý thuyết Cố kết thấm của Terzaghi 92

1. Mô hình cố kết thấm của Terzaghi cho đất dính bão hoà 92
2. Phương trình vi phân cố kết thấm của Terzaghi cho đất dính no nước 93

Ví dụ minh hoạ 96

• 3 – SỨC CHỐNG CẮT CỦA NỀN ĐẤT 100

I, Định luật A.Coulomb về sức chống cắt 100

II, Thí nghiệm cắt trực tiếp (DST) 101

1. Giới thiệu chung 102
2. Thiết bị thí nghiệm 102
3. Chuẩn bị mẫu 103
4. Tiến hành thí nghiệm 103
5. Trình bày kết quả thí nghiệm 105

III, Thí nghiệm nén ba trục (TCT) 106

1. Giới thiệu chung 106
2. Chuẩn bị mẫu 106
3. Thiết bị và vận hành thí nghiệm 107
4. Các sơ đồ thí nghiệm nén ba trục (UU, CU, CD) 107

IV, Điều kiện cân bằng Morh-Rankine 111

1. Điều kiện cân bằng Morh-Rankine 111
2. Xác định phương của mặt trượt 113

VI, Các nhân tố ảnh hưởng đến sức chống cắt 113

1. Thành phần khoáng, hình dạng cấp phối hạt 113
2. áp lực có hiệu theo chiều pháp tuyến 113
3. Độ chặt ban đầu 113
4. Độ ẩm 114

Ví dụ minh hoạ 115

• 4 – THÍ NGHIỆM ĐẦM CHẶT ĐẤT 120

I, Thí nghiệm đầm chặt đất (SCT) 120

1. Thiết bị thí nghiệm 120
2. Phương thức thí nghiệm 121
3. Một số lưu ý 122

II, Hệ số chặt đất (k) 122

Ví dụ minh hoạ 123

CHƯƠNG 3. PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT

• 1 – PHÂN BỐ ỨNG SUẤT DO TRỌNG LƯỢNG BẢN THÂN 125

I, Áp lực nước lỗ rỗng và ứng suất hiệu quả 125

II, Áp lực nước lỗ rỗng trong đất bão hoà một phần 127

III, Ảnh hưởng của dòng thấm tới ứng suất có hiệu 127

Ví dụ minh hoạ 128

• 2 – PHÂN BỐ ỨNG SUẤT DO TẢI TRỌNG NGOÀI GÂY NÊN TRONG NỀN ĐỐNG NHẤT 131

I, Tác dụng của lực tập trung thẳng đứng 131

II, Phân bố ứng suất trong trường hợp bài toán không gian 137

1. Tải trọng phân bố trên diện tích hình chữ nhật 137
2. Tải trọng phân bố tam giác trên diện tích hình chữ nhật 141

Ví dụ minh hoạ 143

III, Phân bố ứng suất trong trường hợp bài toán phẳng 147

1. Tải trọng đường thẳng 147
2. Tải trọng hình băng phân bố đều 148
3. Tải trọng hình băng phân bố tam giác 152

IV, Tác dụng của tải trọng bất kỳ, có hình gãy khúc 152

Ví dụ minh hoạ 155

• 3 – PHÂN BỐ ỨNG SUẤT DƯỚI ĐÁY MÓNG 158

I, Phân bố ứng suất dưới đáy móng cứng 158

1. Trường hợp bài toán không gian 158
2. Trường hợp bài toán phẳng 161

II, Phương pháp đơn giản tính ứng suất dưới đáy móng cứng 162

Ví dụ minh hoạ 164

CHƯƠNG 4. DỰ TÍNH ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT

• 1 – LÝ THUYẾT CHUNG VỀ LÚN CỦA NỀN ĐẤT 166

I, Các dạng chuyển vị của nền đất và nguyên nhân gây lún 166

1. Nén chặt 166
2. Cố kết 166
3. Biến dạng đàn hồi 166
4. Ảnh hưởng của việc hạ thấp mực nước ngầm 167
5. ảnh hưởng của thấm và xói mòn 167

II, Lý thuyết chung về lún 167

1. Lún tức thời – Si 168
2. Lún cố kết sơ cấp -Sc 170
3. Lún cố kết thứ cấp – S 170

• 2 – DỰ TÍNH ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT DỰA THEO KẾT QUẢ BÀI TOÁN NÉN ĐẤT MỘT CHIỀU 171

I, Phương pháp áp dụng trực tiếp 171

II, Phương pháp cộng lún từng lớp 172

• 3 – DỰ TÍNH ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT THEO LÝ THUYẾT NỀN BIẾN DẠNG TUYẾN TÍNH 177

I, Trường hợp nền đất có chiều dày vô hạn 177

II, Trường hợp nền đất có chiều dày giới hạn 180

III, Trường hợp nền có nhiều lớp đất 182

Ví dụ minh hoạ 183

• 4 – DỰ TÍNH ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN 192

I, Độ cố kết 192

II, Các trường hợp và sơ đồ thường gặp 194

Ví dụ minh hoạ 197

CHƯƠNG 5. XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA NỀN ĐẤT

• 1 – KHÁI QUÁT CHUNG VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA NỀN ĐẤT 208

I, Các quá trình cơ học trong đất 208

II, Các giai đoạn làm việc của nền đất 208

III, Định nghĩa về sức chịu tải 209

• 2 – XÁC ĐỊNH PGH1 THEO LÝ THUYẾT HẠN CHẾ VÙNG BIẾN DẠNG DẺO 210

I, Thành lập công thức 210

II, Lời giải của một số tác giả 212

1. Lời giải của Puzưrievxki 212
2. Lời giải Maxlov 212
3. Lời giải Iaropolxki 213

• 3 – XÁC ĐỊNH PGH2 THEO LÝ LUẬN CÂN BẰNG GIỚI HẠN 213

I, Thành lập hệ phương trình cơ bản 213

1. Vấn đề chung 213
2. Hệ phương trình cơ bản 214

II, Một số lới giải của một số tác giả 214

1. Lời giải của Prandlt 214
2. Lời giải của Xôcôlovxki 215
3. Lời giải của Berezantsev 216
4. Lời giải của Terzaghi và các tác giả khác 219
5. Thiết kế ổn định giới hạn cho móng nông 220

Ví dụ minh hoạ 222

• 4 – SỨC CHỊU TẢI THEO TIÊU CHUẨN CỦA MỘT SỐ NƯỚC 230

I, Theo tiêu chuẩn 22TCN-18-1979 230

II, Tiêu chuẩn hiệp hội đường bộ nhật bản (JRA) 232

1. Khả năng chịu tải của đất nền dưới đáy móng 232
2. Khả năng chịu tải của đất nền dưới đáy móng có xét đến sự lệch tâm của tải

trọng

232

3. Hệ số xét đến chiều sâu chôn móng có hiệu 234
4. Các hệ số hình dạng 235
5. Hệ số khả năng chịu tải xét đến độ nghiêng của tải trọng 235
6. Diện tích chịu tải có hiệu 236

CHƯƠNG 6. ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN

• 1 – CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TƯỜNG CHẮN VÀ ÁP LỰC ĐẤT LÊN

TƯỜNG CHẮN

239

I, Tường chắn đất 239

1. Khái quát về tường chắn 239
2. Phân loại tường chắn đất 239
3. Điều kiện sử dụng các loại tường chắn 243

II, Khái niệm về áp lực đất 244

1. Áp lực đất chủ động 244
2. Áp lực đất bị động 245
3. Áp lực đất tĩnh 245

• 2 – CÂN BẰNG DẺO VÀ LÝ THUYẾT RANKINE VỀ ÁP LỰC ĐẤT 247

I, Cân bằng dẻo và lý thuyết rankine về áp lực đất 247

1. Lý thuyết Rankine về áp lực đất 247
2. Đất dính thoát nước và không thoát nước 250

II, Ảnh hưởng của mặt đất nghiêng sau lưng tường 251

III, Ảnh hưởng của tải trọng trên mặt đất 252

1. Tải trọng phân bố đều kín khắp 252
2. Tải trọng phân bố theo đường thẳng 252
3. Tải trọng tập trung 253

• 3 – LÝ THUYẾT C.A. COULOMB VỀ ÁP LỰC ĐẤT CHỦ ĐỘNG 255

I, Trường hợp đất sau lưng tường là đất rời đồng nhất 255

II, Trường hợp đất sau lưng tường là đất dính đồng nhất 260

III, Trường hợp sau lưng tường có tải trọng rải đều kín khắp 262

1. Trường hợp đất sau lưng tường là đất rời 262
2. Trường hợp đất sau lưng tường là đất dính 266

IV, Trường hợp lưng tường gẫy khúc 267

V, Trường hợp sau lưng tường gồm nhiều lớp đất 269

• 4 – LÝ THUYẾT C.A. COULOMB VỀ ÁP LỰC ĐẤT BỊ ĐỘNG 272
• 5 – LÝ THUYẾT VỀ KẼ NỨT TRONG KHỐI ĐẤT ĐẮP SAU TƯỜNG CHẮN VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA KẼ NỨT ĐỐI VỚI TRỊ SỐ ÁP LỰC ĐẤT CHỦ ĐỘNG 272

I, Chiều sâu kẽ nứt phát triển trong khối đất dính đắp sau lưng tường 272

1. Kẽ nứt trong khối đất đắp 273
2. Kẽ hở tiếp giáp đất đắp với lưng tường 273

II, Chiều cao không cần tường chắn của khối đất dính 274

Ví dụ minh hoạ 277

CHƯƠNG 7. ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

• 1 – VẤN ĐỀ CHUNG VỀ ỔN ĐỊNH BỜ DỐC 291

I, Phân loại các hiện tượng mất ổn định bờ dốc 291

1. Sụt lở 291
2. Trượt 292
3. Trôi 292

II, Nguyên nhân chung làm mất ổn định bờ dốc 293

1. Các nguyên nhân làm giảm yếu cường độ đất đá 293
2. Các nguyên nhân tăng lực gây trượt 294

III, các biện pháp nâng cao ổn định bờ dốc 295

1. Các biện pháp không có công trình 296
2. Các biện pháp công trình 296

• 2 – TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI ĐẤT DÍNH 298

I, Giới thiệu 298

1. Hệ số ổn định (hệ số an toàn) 299
2. Xác định tâm trượt nguy hiểm nhất 300

II, Phân tích cho trường hợp đất có u=0 302

Ví dụ minh hoạ 304

III, Phương pháp phân mảnh 305

1. Giới thiệu chung 305
2. Phương pháp Fellenius (hoặc Swedish) 306
3. Phương pháp Bishop thông thường 307

Ví dụ minh hoạ 308

4. Một số trường hợp khác 310
5. Mặt trượt là mặt phẳng 311

Ví dụ minh hoạ 312

TÀI LIỆU THAM KHẢO 315

MỤC LỤC 317