Co Hoc Dat

CHÖÔNG III CÔ HOÏC ÑAÁT VAØ NEÀN MOÙNG 1. 2. 3. 4. 5.

Tính chaát vaät lyù cuûa ñaát Tính chaát cô hoïc cuûa ñaát Phaân boá öùng suaát trong ñaát Bieán daïng cuûa ñaát neàn . Söùc chòu taûi cuûa neàn ñaát

I. TÍNH CHAÁT VAÄT LÍ CUÛA ÑAÁT 1. 2. 3. 4.

5.

Môû ñaàu. Söï hình thaønh cuûa ñaát . CaÙc pha hôïp thaønh ñaát. CaÙc chæ tieâu vaät lí vaø traïng thaùi . Phaân loaïi ñaát.

1.Môû ñaàu

Ñònh nghóa Ñaát 1.

2.

Ñịnh nghóa ñaát : Taát caû caùc loaïi ñaát ñaù rôøi raïc Söï phaùt trieån cuûa moân hoïc : -Coulomb (1773) :aùp löïc ñaát -Boussinesq (1885):ÖÙng suaát -Terzaghi (1925) :Lyù thuyeát coá keát

Muïc ñích cuûa vieäc hoïc cô hoïc ñaát 



Phaân tích soá lieäu baùo caùo ñòa chaát Söû duïng soá lieäu cho vieäc thieát keá neàn vaø moùng coâng trình

II. Söï hình thaønh cuûa ñaát 



Do söï phaù hoaïi laøm thay ñoåi thaønh phaàn ñaù goác dưới taùc duïng cuûa hoùa hoïc vaø vaät lí. Ñaù goác ( Ñaù cöùng ) : 





Ñaù macma : Granit,basalt ,andesite, porphire,dolerite… taïo töø vaät lieäu noùng chaûy loûng trong loøng hay ngay taïi voû quaû ñaát. Ñaù traàm tích : Ñaù voâi (limestone) , ñaù caùt keát (sandstone),ñaù seùt (claystone), ñaù buøn (mudstone)… do vaät lieäu laêng ñoïng trong lôùp thuûy quyeån ( döôùi taùc ñoâng cuûa nhieät vaø aùp löïc ) Ñaù bieán chaát : Ñaù hoa (marble),ñaù thaïch anh (quartzite),ñaù phieán (slate),dieäp thaïch (Schist)..

Caùc loaïi phong hoùa 





Phong hoùa hoaù hoïc : do caùc chaát HH coù trong thieân nhieân laøm vôû vuïn . Phong hoùa vaät lyù :Do nhieät ñoä , cô hoïc (gioù) laøm vôû vuïn . Phong hoùa sinh hoïc :do taùc duïng cuûa caùc loaøi vi sinh .

Caùc saûn phaåm phong hoùa 

BaÛng 1-1

Khoùang trong ñaù

Caùc khoaùng trong vuïn ñaù

Loaïi ñaát hình thaønh

Thaïch anh (quartz)

Thaïch anh

Caùt

Moscovite

Moscovite

Caùt mica

Orthoclase feldspar

Illiite hoaëc Kaolinite Seùt saùng maøu Clorite hoaëc Seùt saãm maøu vermiculite

Biotite mica Plagioclase felspar

monmorilonite

Seùt tröông nôû

4.Caùc pha hôïp thaønh ñaát 1.

Pha raén :Goàm caùc haït ñaát a. Thaønh phaàn khoaùng : nguyeân sinh (mica, thaïch anh ..),thöù sinh(seùt ,mica ,muoái,…) b. Thaønh phaàn haït :(Thaønh phaàn caáp phoái)

PHAÂN LOAÏI HAÏT ÑAÁT 1.

4.

Thaønh phaàn haït : * Nhoùm haït thoâ :ñaù hoäc , cuoäi , soûi ,caùt . * Nhoùm haït mòn : boät ,seùt , keo . Ñaëc tính nhoùm haït : Haït thoâ :rôøi raïc ôû traïng thaùi khoâ hoaëc baûo hoøa. Haït mòn : coù tính deoû khi chöùa moät löôïng nöôùc nhaát ñònh

Pha raén :Baûng phaân loaïi ñaát

BaÛng kích thöôùc nhoùm haït (mm) Ñaù taûng

Cuoäi

Soûi

Caùt

Boät

Seùt

Keo

Atterber g

>200

20020

20-2

2-0.2

0,2— 0,02

0,02— 0,002

<0.00 2

ASTM

>300

300-75

75-2

2— 0.075

0.075 0.0050.001 0.005

<0.00 1

AASHTO

> 75

75-2

2— 0.075

0.075 0.0050.001 0.005

<0.00 1

QP45-78 >200

20010

10-2

2-0.05 0.050.005

Pha raén :Hình daïng haït ñaát Hình daïng haït ñaát aûnh höôûng ñeán tính chaát cuûa ñaát . Hình daïng haït lôùn : Troøn nhaún hoaëc goùc caïnh. Hình daïng haït nhoû : hình phieán hoaëc hình kim moûng Haït coù kích thöôùc caøng nhoû coù tæ dieän tích caøng lôùn neân coù nhieàu tính chaát ñoäc ñaùo nhö tính tröông nôû , tính dính …

2.Pha loûng cuûa ñaát 

Nöôùc trong ñaát goàm : 

Nöôùc trong khoùang vaät : Nöôùc trong maïng tinh theå cuûa ñaát toàn taïi daïng phaân töû H2O hoaëc ion H+,OH-



Nöôùc keát hôïp maët ngoaøi ( nöôùc lieân keát ) Nöôùc töï do



Haït ñaát

Nöôùc huùt baùm Nöôùc lieân keát maïnh Nöôùc lieân keát yeáu Nöôùc töï do

3.Pha khí cuûa ñaát 



Toàn taïi trong caùc loå roãng cuûa ñaát Bao goàm :  

Khí töï do : khí kín , khí hôû Khí hoøa tan trong nöôùc

VI.CaÙc chæ tieâu vaät lyù 

Sô ñoà hoaù thaønh phaàn ñaát :

Qk Q

Qn

Vk Vn

Vr V

Qh

Vh

VI.CaÙc chæ tieâu vaät lyù 1.Troïng löôïng ñôn vò 





1.Troïng löôïng ñôn vò : [T/m3] 2.Troïng löôïng rieâng öôùt : Qn)/ V

γ=Q/V γw = (Qh+

3.Troïng löôïng rieâng no nöôùc : γnn = (Qh+ Q’n)/ V Q’n : TL nöôùc toaøn boä loå roãng



 

4.Troïng löôïng rieâng ñaåy noåi : γñn = (Qh-Vh. γ n)/ V 5.Troïng löôïng rieâng khoâ :

γ k = Qh / V

VI.CaÙc chæ tieâu vaät lyù 2.Ñoä aåm cuûa ñaát : ω = Qn*100/Qh [%] 3.Ñoä baûo hoøa : G = Vn/ Vr = 0-1 4.Ñoä roång :

n% = Vr*100 / V

5.Heä soá roãng : ε = Vr / Vh εω

Caùc coâng thöùc tính ñoåi :

Qk

∆ωγn

Qn

Vk Vn

Vr=ε V

∆γ n Qh

Vh =1

Chæ tieâu traïng thaùi cuûa ñaát dính 

1. Ñoä ñaëc cuûa ñaát dính : V

deûo nhaû o RaénNöûa raén 







ω(Ñoä aåm) ωc ωd ωn ωc: giôùi haïn co :ñoä aåm öùng vôùi traïng thaùi raén vaø nöûa raén. ωd: giôùi haïn deûo: ñoä aåm öùng vôùi traïng thaùi nöûa raén vaø traïng thaùi deûo. ωn: giôùi haïn nhaûo: ñoä aåm öùng vôùi traïng thaùi deûo vaø traïng thaùi nhaûo. Chæ soá deûo : A = ω - ω

Giôùi haïn deûo

Chæ tieâu traïng thaùi cuûa ñaát rôøi 

2. Ñoä chaët töông ñoái cuûa ñaát caùt : D= (εmax- ε)/ (εmax- εmin)

Ñaát caùt chaët : 1>=D >0.67 Ñaát caùt chaët vöøa: 0.67 >D >0.33 Ñaát caùt chaët : 0.33 >D > 0.0 εmax: heä soá roång öùng vôùi traïng thaùi rôøi nhaát εmin: heä soá roång öùng vôùi traïng thaùi

Chæ tieâu traïng thaùi cuûa ñaát rôøi 

Phaân loaïi ñaát caùt theo heä soá roång:

LOAÏI ÑAÁT CaÙt soûi ,caùt thoâ , caùt vöøa Caùt nhoû Caùt boät

CHAËT

CHAËT VÖØA

XOÁP

ε<0.55

0.55<ε<0.70

ε>0.70

ε<0.60

0.60<ε<0.75

ε>0.75

ε<0.60

0.60<ε<0.80

ε>0.80

Chæ tieâu traïng thaùi cuûa ñaát dính 3.Ñoä seät B cuûa ñaát dính : B = (ω - ωd)/ (ωn ωd) * Ñaát caùt pha : û Traïng thaùi seät (nhaûo): B>1 û Traïng thaùi deûo: 1>= B>=0 Û Traïng thaùi raén: B<0 * Ñaát seùt pha vaø seùt: TT raén : B<0 TT nöûa raén : 0<=B<=0.25 TTdeûo : 0.25<=B<=0.50 TT deûo meàm : 0<=B<=0.25

V. Phaân loaïi ñaát :

Haït ñaát

%Nhoùm haït ñaát

Teân ñaát

V. Phaân loaïi ñaát rôøi: TEÂN ÑAÁT ÑAÁT HOØN LÔÙN Ñaù daêm ,cuoäi Soûi ( Troøn ,goùc caïnh) ÑAÁT CAÙT Caùt soûi Caùt thoâ Caùt vöøa Caùt nhoû Caùt boät

CAÁP PHOÁI HAÏT THEO % TL ÑAÁT KHOÂ Khoái löôïng haït > 10mm chieám treân 50% Khoái löôïng haït > 10mm chieám treân 50% Khoái löôïng haït > 2mm chieám treân 25% Khoái löôïng haït > 0.5mm chieám treân Khoái 50% löôïng haït > 0.25mm chieám treân 50% Khoái löôïng haït > 0.10mm chieám treân 75% Khoái löôïng haït > 0.10mm chieám döôùi 75%

Phaân loaïi ñaát theo TCVN 57471993:

ÑAÁT

HAÏT THOÂ SAÏN (G)

CAÙT (S)

BUØN HÖÕU CÔ

HAÏT MÒN BOÄT (M)

SEÙT (C)

Thiết bị khoan khảo saùt

Tb khoan

Ñaù töï nhieân

Caáu truùc haït thoâ

Boä raây

.

.

Raây öôùt

Coï trong boä raây

II.TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT     

1. Đại cương 2.Tính thấm của đñất 3.Tính neùn luùn. 4. Tính chống cắt 5. Tính ñầm chặt

2.Tính thấm của đất 





Nöôùc chaûy qua loã roãng do coù söï cheânh leäch cao ñoä Ñaát döôùi coâng trình giaûm ñoä roãng theo thôøi gian  tính thaám giaûm Tính thaám coù theå gaây hö hoûng coâng trình

2.Tính neùn luùn của đñất 



Qui luật lún : Lún trong đất không xảy ra tức thời. Nén lặp đi lặp lại nhiều lần : biến dạng dư giảm dần và chỉ còn lại biến dạng đàn hồi.

3.Tính chống cắt

Ñaát choáng ñöôïc söï phaù hoaïi do caét nhôø : Löïc ma saùt giöõa caùc haït ñaát Löïc dính giöõa caùc haït

3.Tính chống cắt

Neùn ba truïc

Neùn maãu caùt khoâng thoùat nöôùc,aùp löïc aâm taïo aùp löïc hoâng.

3.Tính đầm chặt Gia taêng ñoä chaët cuûa ñaát ñeå taêng löïc dính vaø goùc noäi ma saùt 









Ñoái vôùi coâng trình ñaát ñaép, traùnh luùn vaø tröôït baûn thaân phaàn ñaép. Ñoái vôùi loûi choáng thaám cuûa ñaäp, hình thaønh moät khoái caùch nöôùc khoâng coù veát nöùt. Ñoái vôùi neàn ñöôøng, gia taêng söùc chòu taûi vaø ñoä cöùng. Khi xaây döïng moät phi ñaïo hoaëc ñöôøng baèng ñaát, thích öùng vôùi chaát löôïng ñaát taïi choå hay thay baèng moät lôùp ñaõ caûi thieän. Trong moïi tröôøng hôïp, giaûm ñoä thaám vaø giaûm haáp thuï nöôùc.

H=12in

3 : Phaân boá öùng suaát trong ñaát I.

II.

III. IV.

V.

VI.

Thaønh phaàn öùng suaát vaø caùc loaïi öùng suaát . ÖÙng suaát do troïng löôïng baûn thaân gaây ra. ÖÙng suaát do taûi troïng ngoaøi gaây ra. ÖÙng suaát trong tröôøng hôïp baøi toaùn khoâng gian. Öùng suaát trong tröôøng hôïp baøi toaùn phaúng. ÖÙng suaát thuûy ñoäng

Thaønh phaàn öùng suaát vaø caùc loaïi öùng suaát . 1./-Thaønh phaàn öùng suaát trong phaân toá ñaát : + ÖÙng suaát phaùp : σ x σ y σ z + ÖÙng suaát tieáp : τzx

τzy τyx τyz τxy

τ

xz

2 /- Caùc loaïi öùng suaát trong ñaát : + ÖÙng suaát do troïng löôïng baûn thaân ñaát . + ÖÙng suaát do taûi troïng beân ngoaøi gaây ra . + ÖÙng suaát thuyû ñoäng do doøng nöôùc

ÖÙng suaát do troïng löôïng baûn thaân ÖÙng suaát do troïng löôïng baûn thaân taïi ñieåm M coù ñoä saâu H : σ,z = σv = γH

ÖÙng suaát do taûi troïng ngoaøi Tuyø thuoäc vaøo daïng taûi troïng Ngay taïi ñaùy moùng, öùng suaát lôùn nhaáät vaø giaûm daàn theo ñoä saâu Phaïm vi gaây luùn : ÖÙng suaát do tt ngoaøi <= 0.2 ÖÙng suaát baûn thaân

4. BIEÁN DAÏNG CUÛA ÑAÁT NEÀN I. II.

III.

Moät soá khaùi nieäm. Caùc phöông phaùp xaùc ñònh ñoä luùn oån ñònh. Xaùc ñònh ñoä luùn theo thôøi gian .

I. Khaùi nieäm veà ñoä luùn Ñoä luùn : S= S1 + S2+ S3 + S4 + … Trong ñoù : S1 : Ñoä luùn do keát caáu ñaát bò phaù hoaïi S2 : Ñoä luùn do neàn bò tröôït ra ngoøai (nôû hoâng ) S3 : Ñoä luùn do taûi troïng coâng trình (neùn chaët ) S4 : Ñoä luùn do töø bieán (coá keát ) S5 : Ñoä luùn do thay ñoåi ñoä aåm.(co ngoùt) S6 : Ñoä luùn do aûnh höôûng thöïc vaät S7 : Ñoä luùn do haï möïc nöôùc ngaàm S8 : Ñoä luùn do söï bieán ñoå nhieät ñoä. S9 : Ñoä luùn do thaám vaø xoùi moøn. S10 : Ñoä luùn do ñaøo moû…

Khaùi nieäm veà aùp löïc gaây luùn 

Aùp löïc gaây luùn : p= po - γ hm

γ

po

hm

Trong ñoù : po : aùp löïc döôùi ñaùy moùng do coâng trìng gaây ra . hm: chieàu saâu shoân moùng

γ : dung troïng cuûa lôùp ñaát trong phaïm vi

Khaùi nieäm veà bieán daïng 

Caùc thaønh phaàn bieán daïng :Cô cheá bieán daïng cuûa ñaát raát phöùc taïp .Cô baûn goàm 2 loaïi nhö sau : 1.Bieán daïng ñaøn hoài : Bieán daïng cuûa khung haït öùng vôùi taûi troïng gaây luùn nhoû .  2.Bieán daïng deûo :Bieán daïng cuûa khung haït öùng vôùi taûi troïng lôùn laøm caùc haït ñaát saép xeáp laïi. Bieán daïng naøy khoâng hoài phuïc . Luùn laø bieán daïng theo phöông thaúng ñöùng . 

Aûnh höôûng cuûa nöôùc ñoái vôùi bieán daïng Nöùôùc trong ñaát goàm : 1. Nöôùc trong haït khoaùng hay nöôùc lieân keát hoùa hoïc : Khoâng aûnh höôûng ñeán bieán daïng . 2. Nöôùc lieân keát chaët treân beà maët haït ñaát : Khoâng aûnh höôûng ñeán bieán daïng . 3. Nöôùc lieân keát yeáu, phaàn beân ngoaøi cuûa voû nöôùc, coù theå bò taùch khoûi voû nöôùc bôûi taùc duïng cuûa taûi ngoaøi, coù theå aûnh höôûng ñeán bieán daïng cuûa ñaát neàn.      4.Nöôùc troïng löïc laø phaàn nöôùc bò chi phoái bôûi aûnh höôûng cuûa löïc troïng tröôøng goàm nöôùc mao daãn vaø nöôùc coù theå di chuyeån giöõa caùc haït ñaát do troïng löïc, loaïi nöôùc naøy aûnh höôûng raát lôùn ñeán söï chaûy trong ñaát vaø bieán daïng cuûa ñaát neàn. 

Hoäp neùn coá keát

Dung cuï

Goït maãu ñaát

5. SÖÙC CHÒU TAÛI CUÛA NEÀN ÑAÁT

Toång quan söùc choáng caét cuûa ñaát 

Nguyeân nhaân gaây tröôït: 

 

Nöôùc thaám vaøo ñaát laøm thay ñoåi chæ tieâu cô lyù . Do kieán taïo ñòa chaát. Do taùc nhaân nhaân taïo .

Moät soá hình aûnh hö hoûng coâng trình do tröôït : Tröôït ñaát töï nhieân

Neàn nhaø bò tröôït

Nhaø ñöôïc baûo veä bôûi töôøng chaén luõ buøn

Maùi daäp ñaát bò tröôït doïc

Quaït gioù bò laät

Caùc daïng maët tröôït N

W E

Maët tröôït

TRÖÔÏT ÑAÙY MOÙNG

b

TRÖÔÏT MAÙI DOÁC

Maët tröôït

c

TRÖÔÏT PHAÚNG ÑAÙY TÖÔØNG CHAÉN

Tröôït saâu vaø tröôït maùi

Coâng thöùc theo QP.XD 45-78 p

π

z max =

b 4

 b  =  γ + γD f + c cot gϕ  + γD f π  4  cot gϕ + ϕ − 2

R = Rtc = pZmax=b/4 = Abγ2 + BDfγ1 +Dc A,B,D tra baûng trang 265

Baûng A,B,D ñöôïc xaùc dònh theo coâng thöùc : A=

0,25π

π cot gϕ + ϕ − 2

B = 1+

D=

π

π cot gϕ + ϕ − 2

π cot gϕ

π cot gϕ + ϕ − 2

QPXD 45-70 Trong QPXD 45-70, coâng thöùc naøy ñöôïc giôùi thieäu döôùi daïng söùc chòu taûi tieâu chuaån cuûa ñaát neàn coù daïng: Rtc = m(Abγ2 + BDfγ1 +Dc) Caùc ñaëc tröng ñaát neàn trong Rtc laø caùc ñaëc tröng tieâu chuaån goàm γtc, ctc vaø ϕtc Trong ñoù m - heä soá ñieàu kieän laøm vieäc, ñöôïc choïn nhö sau: m = 0,6 khi neàn laø caùt boät döôùi möïc nöôùc ngaàm m = 0,8 khi neàn laø caùt mòn döôùi möïc nöôùc

RII =

QPXD 45-78 m1 m2 (Abγ + BD γ’ k tc II

f

II

+DcII) [IV.43]

Trong ñoù : m1 vaø m2 - laàn löôït laø heä soá ñieàu kieän laøm vieäc cuûa neàn ñaát vaø heä soá ñieàu kieän laøm vieäc cuûa coâng trình taùc ñoäng qua laïi vôùi neàn ñaát, ñöôïc choïn theo baûng sau : ktc - heä soá ñoä tin caäy, ñöôïc choïn nhö sau: ktc = 1 khi caùc ñaëc tröng tính toaùn laáy tröïc tieáp töø caùc thí nghieäm ktc = 1,1 khi caùc ñaëc tröng tính toaùn laáy tröïc tieáp töø caùc baûng thoáng keâ.

Baûng tra m1,m2 (trang 266) Loaïi ñaát Ñaát hoøn lôùn laép ñaày caùt. Caùc loaïi caùt (tröø caùt Caùt mòn mòn vaø caùt buïi)

m2 m1 1.4

Tyû leä kích thöôùc coâng trình L/H ≥4

≤1,5

1,2

1,4

  1,2 1,1

  1,1 1,1

  1,3 1,3

Caùt buïi •Khoâ vaø ít aåm •Baõo hoøa nöôùc

  1,2 1,1

  1,1 1,0

  1,2 1,2

Ñaát hoøn lôùn laáp ñaày seùt Caùc loaïi coù ñoä seät B>

  1,1

  1,0

  1,0

•Khoâ vaø ít aåm •Baõo hoøa nöôùc