Tài liệu Tiểu Luận Địa Chất Công Trình Các thông số áp lực lỗ rỗng khái niệm phương pháp xác định và khả năng ứng dụng cho bài toán thực tế

GVHD: TS.BUØI TRÖÔØNG SÔN Tieåu luaän moân hoïc: Ñòa Chaát Coâng Trình Naâng Cao Ñeà taøi: Caùc thoâng soá aùp löïc loã roãng: khaùi nieäm, phöông phaùp xaùc ñònh vaø khaû naêng öùng duïng cho baøi toaùn thöïc teá ÑEÀ TAØI 8 Trang 1 GVHD: TS.BUØI TRÖÔØNG SÔN Chöông 1 Giôùi thieäu veà cô hoïc ñaát khoâng baõo hoøa 1.1 Lòch söû phaùt trieån: Caùc nghieân cöùu veà ñaát khoâng baõo hoøa ra ñôøi ñaàu tieân trong hoäi nghò cuûa Hoäi Cô hoïc ñaát vaø Neàn Moùng quoác teá naêm 1936. Maõi tôùi khi coù coâng trình nghieân cöùu taïi Tröôøng Cao Ñaúng Hoaøng Gia 1950 thì caùc khaùi nieäm ñeå nhaän thöùc haønh vi cuûa cô hoïc ñaát khoâng baõo hoøa môùi ñöôïc xaùc laäp Tröôùc nhöõng naêm 1950, haàu heát ñeàu quan taâm ñeán ñaát khoâng baõo hoøa doøng mao daãn. Cuoái nhöõng naêm 1950, caùc khaùi nieäm ñeå nhaän thöùc veà haønh vi cuûa ñaát khoâng baõo hoøa baét ñaàu ñöôïc xaùc laäp vôùi caùc nghieân cöùu veà bieán thieân theå tích vaø ñoä beàn choáng caét daãn ñeán. Nghieân cöùu daãn ñeán ñeà nghò veà moät soá phöông trình öùng suaát hieäu quaû. Nhieàu nghieân cöùu cuûa Lytton (1967) nhaèm hieåu veà haønh vi cuûa ñaát khoâng baõo hoøa ñaõ ñöôïc xaây döïng treân cô sôû lyù thuyeát ñuùng ñaén phuø hôïp vôùi caùc nguyeân lyù ñöa ra trong cô hoïc moâi tröôøng lieân tuïc. 1.2 Khaùi nieäm: Trong thöïc teá xaây döïng coù nhieàu loaïi ñaát coù haønh vi khoâng thích hôïp vôùi nguyeân lyù vaø khaùi nieäm cuûa cô hoïc ñaát baõo hoøa coå ñieån. Khaùc vôùi khaùi nieäm veà ñaát baõo hoøa laø chæ coù 2 pha raén – loûng, ñaát khoâng baõo hoøa coù nhieàu hôn 2 pha vaø aùp löïc nöôùc loã roãng aâm (do coù aùp löïc khí loã roãng). Caùc tröôøng hôïp thöôøng gaëp veà ñaát khoâng baõo hoøa goàm: Ø Moïi loaïi ñaát naèm gaàn maët ñaát, moâi tröôøng töông ñoái khoâ, seõ chòu aùp löïc nöôùc loã roãng aâm, coù theå khoâng baõo hoøa. Ø Ñaát tröông nôû coù tính deûo cao, chòu söï thay ñoåi moâi tröôøng. Ø Ñaát buïi xoáp ôû traïng thaùi aåm hoaëc chòu gia taûi. Ø Ñaát co ngoùt. Ø Ñaát taøn tích. ÑEÀ TAØI 8 Trang 2 GVHD: TS.BUØI TRÖÔØNG SÔN 1.3 Caùc pha cuûa ñaát khoâng baõo hoøa: Ñaát khoâng baõo hoøa laø hoãn hôïp 3 pha cô baûn raén – loûng – khí vaø coù theå thöøa nhaän theâm söï toàn taïi cuûa pha thöù tö nhö 1 pha ñoäc laäp laø maët phaân caùch khí – nöôùc (maët ngoaøi caêng). Khi pha khí lieân tuïc, maët ngoaøi caêng töông taùc vôùi caùc haït ñaát vaø aûnh höôûng ñeán haønh vi cô hoïc cuûa ñaát. Moät phaân toá ñaát khoâng baõo hoøa coù pha khí lieân tuïc ñöôïc lyù töôûng hoùa trong Hình 1.1 Hình 1.1 – Moät phaân toá ñaát khoâng baõo hoøa vôùi pha khí lieân tuïc Khoái löôïng vaø theå tích cuûa moãi pha coù theå bieåu thò theo sô ñoà pha. Hình 1.2 cho sô ñoà 4 pha cuûa ñaát khoâng baõo hoøa. Beà daøy maët ngoaøi caêng chæ vaøo khoaûng vaøi lôùp phaân töû. Do vaäy khoâng caàn chia nhoû maët ngoaøi khi laäp caùc quan heä khoái löôïng vaø theå tích cho ñaát khoâng baõo hoøa ÑEÀ TAØI 8 Trang 3 GVHD: TS.BUØI TRÖÔØNG SÔN Hình 1.2 – Sô ñoà chính xaùc vaø ñôn giaûn hoùa cuûa ñaát khoâng baõo hoøa ÑEÀ TAØI 8 Trang 4 GVHD: TS.BUØI TRÖÔØNG SÔN Chöông 2 Caùc thoâng soá aùp löïc loã roãng Haønh vi cô hoïc cuûa ñaát khoâng baõo hoøa chòu aûnh höôûng tröïc tieáp cuûa caùc bieán ñoåi aùp löïc khí loã roãng vaø nöôùc loã roãng 2.1 Tính neùn cuûa dung dòch loã roãng Trong khi neùn khoâng thoaùt nöôùc, ñaát khoâng baõo hoøa khoâng cho khí loã roãng vaø nöôùc loã roãng thoaùt ra. Söï thay ñoåi theå tích laø do khí loã roãng bò neùn laïi vaø moät phaàn nhoû laø do söï neùn cuûa nöôùc (tính neùn cuûa pha raén xem nhö khoâng ñaùng keå). Luùc naøy aùp löïc khí loã roãng vaø nöôùc loã roãng taêng leân, ñoä taêng aùp löïc loã roãng thöôøng ñöôïc xem laø aùp löïc loã roãng thaëng dö. Trong ñaát khoâng baõo hoøa coù 4 pha: raén, nöôùc, khí hoøa tan, khí töï do. Bieán ñoåi theå tích 1 pha lieân heä vôùi bieán ñoåi aùp löïc qua ñoä neùn cuûa pha ñoù. Ñoä neùn ñaúng nhieät ñöôïc ñònh nghóa theo söï bieán ñoåi aùp löïc trong moãi ñôn vò theå tích taïi moät nhieät ñoä khoâng ñoåi Hình 2.1 – Ñònh nghóa ñoä neùn ñaúng nhieät C=− ÑEÀ TAØI 8 1 dV (1) V du Trang 5 GVHD: TS.BUØI TRÖÔØNG SÔN Trong ñoù: C : ñoä neùn V : theå tích dV/du : bieán ñoåi theå tích theo bieán ñoåi aùp löïc Soá haïng (dV/du) coù daáu aâm vì theå tích giaûm khi aùp löïc taêng. Vì vaäy daáu – trong phöông trình treân ñeå bieåu thò ñoä neùn döông Baây giôø ta seõ xeùt ñoä neùn rieâng cuûa töøng pha. 2.1.1 Ñoä neùn cuûa khí Ñoä neùn ñaúng nhieät cuûa khí bieåu thò bôûi phöông trình sau: Ca = − 1 dVa (2) Va du a Trong ñoù : Ca : ñoä neùn ñaúng nhieät cuûa khí Va : theå tích khí dV/du : bieán ñoåi theå tích khí theo bieán ñoåi aùp löïc khí ua : aùp löïc khí Duøng ñònh luaät Boyle bieåu thò quan heä theå tích vôùi aùp löïc cuûa khí khi neùn khoâng thoaùt nöôùc, ñaúng nhieät Va = u aoVao (3) ua Trong ñoù : u ao : aùp löïc khí tuyeät ñoái ban ñaàu ( u ao = u ao + u atm ) u ao : aùp löïc khí keá ban ñaàu u atm : aùp löïc khí quyeån (101.3 kPa) Vao : theå tích khí ban ñaàu u a : aùp löïc khí tuyeät ñoái ( u a = u a + u atm ) Laáy vi phaân theå tích khí V a theo aùp löïc khí tuyeät ñoái ta coù : dVa 1 = − 2 (u aoVao ) (4) dua ua ÑEÀ TAØI 8 Trang 6 GVHD: TS.BUØI TRÖÔØNG SÔN Phöông trình (4) cho bieát bieán ñoåi theå tích khí theo moät bieán ñoåi voâ cuøng nhoû aùp löïc khí. Thay ñònh luaät Boyle vaøo phöông trình (4) ta coù : dVa V = − a (5) ua dua Ñaïo haøm theå tích theo aùp suaát tuyeät ñoái ( löïc aùp keá ( dVa ) baèng ñaïo haøm theå tích theo aùp dua dVa ) vì aùp löïc khí quyeån u atm giaû thieát laø haèng soá. Do vaäy, ñoä neùn du a ñaúng nhieät cuûa khí coù ñöôïc baèng caùch thay phöông trình (5) vaøo phöông trình (2) : Ca = − 1 (6) ua Phöông trình (6) cho thaáy ñoä neùn ñaúng nhieät cuûa khí tæ leä nghòch vôùi aùp löïc khí tuyeät ñoái. Hay laø ñoä neùn khí giaûm khi aùp löïc khí taêng. 2.1.2 Ñoä neùn cuûa nöôùc Ñoä neùn cuûa nöôùc ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: Cw = − 1 dVw (7) Vw du w Trong ñoù : Cw : ñoä neùn cuûa nöôùc Vw : theå tích nöôùc dVw/duw : bieán ñoåi theå tích nöôùc theo bieán doåi aùp löïc nöôùc uw : aùp löïc nöôùc Hình döôùi ñaây bieåu thò keát quaû ño ñoä neùn cuûa nöôùc. Khí hoøa tan trong nöôùc laøm thay ñoåi khoâng ñaùng keå giöõa ñoä neùn cuûa nöôùc khoâng chöùa khí vaø nöôùc baõo hoøa khí. ÑEÀ TAØI 8 Trang 7 GVHD: TS.BUØI TRÖÔØNG SÔN Hình 2.2 – Ñoâä neùn ñaúng nhieät cuûa nöôùc baõo hoøa khí 2.1.3 Ñoä neùn cuûa hoãn hôïp khí – nöôùc Duøng tæ leä tröïc tieáp cuûa ñoä neùn khí vaø nöôùc coù theå tìm ñöôïc ñoä neùn cuûa hoãn hôïp khí nöôùc. Hình 2.3 – Thaønh phaàn theå tích cuûa dung dòch loã roãng trong ñaát khoâng baõo hoøa ÑEÀ TAØI 8 Trang 8 GVHD: TS.BUØI TRÖÔØNG SÔN Chuùng ta haõy xeùt ñeán quan heä theå tích khí, nöôùc vaø pha raén nhö hình treân. Giaû thieát ñaát coù ñoä baõo hoøa S vaø ñoä roãng n. Toång theå tích cuûa hoãn hôïp khí nöôùc laø toång cuûa theå tích nöôùc Vw vaø theå tích khí Va. Theå tích khí hoøa tan Vd naèm trong theå tích nöôùc Vw. Heä soá hoøa tan theå tích h cho bieát phaàn traêm cuûa khí hoøa tan vôùi theå tích nöôùc. Aùp löïc khí loã roãng vaø aùp löïc nöôùc loã roãng laàn löôït laø ua vaø uw. Ñaát chòu moät öùng suaát neùn toång laø σ. Baây giôø taùc duïng moät löôïng taêng voâ cuøng nhoû öùng suaát toång dσ vaøo ñaát khoâng thoaùt nöôùc. Luùc naøy aùp löïc khí loã roãng vaø aùp löïc nöôùc loã roãng taêng trong khi theå tích khí vaø theå tích nöôùc giaûm. Phöông trình sau bieåu thò moái quan heä ñoù (Fredlund-1976) : C aw = − 1  d (Vw − Vd ) d (Va + Vd )  +   (8) Vw + Va  dσ dσ  Trong ñoù: Caw : ñoä neùn cuûa hoãn hôïp khí nöôùc (Vw + Va) : theå tích hoãn hôïp khí nöôùc d(Vw-Vd)/dσ : bieán ñoåi theå tích nöôùc theo bieán ñoåi öùng suaát toång d(Va+Vd)/dσ : bieán ñoåi theå tích khí theo bieán ñoåi öùng suaát toång Bieán ñoåi theå tích khí xaûy ra do söï neùn khí töï do theo ñònh luaät Boyle, vaø do söï hoøa tan theâm nöõa cuûa khí töï do vaøo nöôùc theo ñònh luaät Henry. Ta coù theå xem khí töï do vaø hoøa tan nhö moät theå tích chòu aùp löïc nhö nhau Soá haïng d(Vw-Vd)/dσ trong phöông trình (8) ñöôïc xem baèng dVw/dσ vì khí hoøa tan laø moät theå tích coá ñònh trong nöôùc. Aùp duïng qui taéc chuoãi vi phaân vaøo phöông trình (8) ta coù: C aw = − 1 Vw + Va  dVw du w d (Va + Vd ) du a    (9)  du dσ + du a dσ    w Trong ñoù: dVw/duw : bieán ñoåi theå tích nöôùc theo bieán ñoåi aùp löïc nöôùc loã roãng duw/dσ : bieán ñoåi aùp löïc nöôùc theo bieán ñoåi öùng suaát toång ÑEÀ TAØI 8 Trang 9 GVHD: TS.BUØI TRÖÔØNG SÔN d(Va+Vd)/dua : bieán ñoåi theå tích khí theo bieán ñoåi aùp löïc khí loã roãng dua/dσ : bieán ñoåi aùp löïc khí theo bieán ñoåi Bieán ñoåi phöông trình (9) ta coù :  Vw d (Va + Vd )  du a 1 dVw  du w  Va + Vd 1  C aw = −  dσ (10)    V + V V du  dσ −  V + V V + V du a a w w  a a d   w  w Thay theá caùc phöông trình treân vaøo ta ñöôïc:  du   du Caw = SCw  w  + (1 − S + hS )Ca  a  dσ   dσ   (11)  2.1.4 Söû duïng caùc thoâng soá aùp löïc nöôùc loã roãng trong phöông trình neùn Tæ soá giöõa bieán ñoåi aùp löïc nöôùc loã roãng vaø bieán ñoåi öùng suaát toång (du/dσ) ñöôïc xem nhö laø moät thoâng soá aùp löïc loã roãng. Thoâng soá naøy bieåu thò ñoä lôùn cuûa bieán ñoåi aùp löïc loã roãng vôùi bieán ñoåi öùng suaát toång. Caùc thoâng soá aùp löïc loã roãng cuûa caùc pha khí nöôùc laø khaùc nhau vaø phuï thuoäc chuû yeáu vaøo ñoä baõo hoøa cuûa ñaát, ñieàu kieän gia taûi Ñoái vôùi tröôøng hôïp gia taûi ñaúng höôùng thoâng soá aùp löïc roãng kyù hieäu laø B C aw = SC w Bw + (1 − S + hS )C a Ba (12) Tính neùn cuûa chaát loûng loã roãng trong ñaát khoâng baõo hoøa ñaõ coù xeùt ñeán tính huùt dính cuûa ñaát qua vieäc söû duïng caùc thoâng soá Ba vaø Bw. Khi khoâng coù pha raén cuûa ñaát thì caùc thoâng soá treân baèng 1. Tuy nhieân khi coù pha raén aûnh höôûng cuûa söùc caêng beà maët seõ laøm caùc giaù trò treân nhoû hôn 1, tuøy thuoäc vaøo ñoä huùt dính cuûa ñaát. Caùc thoâng soá Ba vaø Bw tæ leä thuaän vôùi ñoä baõo hoøa. Caû 2 thoâng soá seõ baèng 1 neáu ñaát baõo hoøa. Luùc naøy ñoä huùt dính cuûa ñaát tieán tôùi 0 2.2 Suy Tìm Caùc Thoâng Soá Aùp Löïc Loã Roãng Phaûn öùng cuûa aùp löïïc loã roãng ñoái vôùi bieán ñoåi öùng suaát toång khi neùn khoâng thoaùt nöôùc ñöôïc bieåu thò baèng caùc thoâng soá aùp löïc loã roãng. ÑEÀ TAØI 8 Trang 10 GVHD: TS.BUØI TRÖÔØNG SÔN 2.2.1 Caùc Thoâng Soá Aùp Löïc Loã Roãng Tieáp Tuyeán Vaø Caùt Tuyeán. Hình 2.4 – Caùc thoâng soá tieáp tuyeán vaø caùt tuyeán cuûa aùp löïc loã roãng Söï phaùt trieån cuûa aùp löïc khí vaø nöôùc loã roãng trong neùn khoâng thoaùt nöôùc ñaúng höôùng vaø caùc thoâng soá caùt tuyeán vaø tieáp tuyeán cuûa aùp löïc loã roãng ñöôïc theå hieän ôû hình treân. Aùp löïc nöôùc loã roãng taêng nhanh hôn aùp löïc khí loã roãng khi phaûn öùng laïi söï taêng toång öùng suaát haïn hoâng. Phaûn öùng cuûa aùp löïc khí loã roãng ñoái vôùi söï taêng toång öùng suaát haïn hoâng ñöôïc xem nhö thoâng soá aùp löïc loã roãng B. ÑEÀ TAØI 8 Trang 11 GVHD: TS.BUØI TRÖÔØNG SÔN Thoâng soá aùp löïc loã roãng caùt tuyeán: Ø Ñoái vôùi pha khí: B 'a = ∆ua ∆σ 3 Ø Ñoái vôùi pha nöôùc: B 'w = ∆uw ∆σ 3 + B’a , B’w: thoâng soá aùp löïc loã roãng caùt tuyeán cuûa pha khí, nöôùc khi neùn khoâng thoaùt nöôùc, ñaúng höôùng. + ∆σa = ua – uao : ñoä taêng aùp löïc khí loã roãng do aùp löïc ñaúng höôùng taêng ∆σ3 + ∆σw = uw – uwo : ñoä taêng aùp löïc khí loã roãng do aùp löïc ñaúng höôùng taêng ∆σ3 + uao , uwo: aùp löïc khí, nöôùc loã roãng ban ñaàu. + ∆σ3 : ñoä taêng aùp löïc ñaúng höôùng töø ñieàu kieän ban ñaàu. Thoâng soá aùp löïc loã roãng tieáp tuyeán: Ø Ñoái vôùi pha khí: Ba = dua dσ 3 Ø Ñoái vôùi pha nöôùc: Bw = duw dσ 3 + Ba, Bw : thoâng soá aùp löïc loã roãng tieáp tuyeán cuûa pha khí, nöôùc khi neùn khoâng thoaùt nöôùc, ñaúng höôùng. + dua , duw: ñoä taêng aùp löïc khí, nöôùc loã roãng do ñoä taêng voâ cuøng nhoû cuûa aùp löïc ñaúng höôùng + dσ3 : ñoä taêng voâ cuøng nhoû cuûa aùp löïc ñaúng höôùng. 2.2.2 Toùm Taét Caùc Quan Heä Cô Baûn Caàn Thieát. Caùc quan heä cô baûn veà bieán ñoåi theå tích cuûa ñaát khoâng baõo hoøa moâ taû caùc bieán ñoåi traïng thaùi xaûy ra trong ñieàu kieän gia taûi thoaùt nöôùc. Töùc laø caùc bieán ñoåi theå ÑEÀ TAØI 8 Trang 12 GVHD: TS.BUØI TRÖÔØNG SÔN tích ñöôïc bieåu thò qua caùc bieán ñoåi bieán traïng thaùi öùng suaát. Vì vaäy vieäc ruùt ra caùc thoâng soá aùp löïc loã roãng caàn ñeán caùc quan heä cô baûn veà bieán ñoåi theå tích cuûa ñaát khoâng baõo hoøa. Xeùt moät maãu ñaát khoâng baõo hoøa chòu neùn moät höôùng thoaùt nöôùc. Caùc bieán traïng thaùi öùng suaát (σ – ua) vaø (ua – uw) thay ñoåi khi ñaát bò neùn. Bieán ñoåi theå tích chuû yeáu laø do söï neùn cuûa chaát loûng loã roãng vì pha raén cuûa ñaát cô baûn khoâng coù tính neùn. Hình 2.5 – Phaàn tuyeán tính cuûa caùc quan heä cô baûn khi neùn thoaùt nöôùc, 1 höôùng a. Maët cô baûn caáu truùc ñaát, b. Maët cô baûn pha khí, c. Maët cô baûn pha nöôùc Fredlund vaø Morgenstern (1976) ñaõ ñeà nghò phöông trình tuyeán tính bieán ñoåi theå tích ñöôïc vieát nhö sau: dVv = m1s d (σ − ua ) + m2 s d (ua − uw ) V0 dVv/Vo – bieán ñoåi theå tích so vôùi theå tích ban ñaàu cuûa ñaát. Vv – theå tích loã roãng cuûa ñaát. V0 – theå tích toång ban ñaàu cuûa ñaát. ÑEÀ TAØI 8 Trang 13 GVHD: TS.BUØI TRÖÔØNG SÔN ms1 – heä soá bieán ñoåi theå tích ñaát theo bieán ñoåi öùng suaát phaùp thöïc. ms2 – heä soá bieán ñoåi theå tích ñaát theo bieán ñoåi ñoä huùt dính. d(σ – ua) – bieán ñoåi öùng suaát phaùp thöïc. d(ua – uw) – bieán ñoåi ñoä huùt dính. Tính lieân tuïc cuûa phaân toá ñaát khoâng baõo hoøa ñang xeùt ñoøi hoûi laø bieán ñoåi theå tích cuûa phaân toá phaûi baèng caùc bieán ñoåi theå tích cuûa pha khí vaø nöôùc chöùa ñaày loã roãng. Caùc bieán ñoåi theå tích khí vaø nöôùc coù theå xem nhö moät haøm tuyeán tính cuûa caùc bieán ñoåi höõu haïn trong caùc traïng thaùi öùng suaát. Bieán ñoåi theå tích khí coù theå bieåu thò nhö sau: dVa = m1a d (σ − ua ) + m2 a d (ua − uw ) V0 Bieán ñoåi theå tích nöôùc coù theå bieåu thò nhö sau: dVw = m1w d (σ − ua ) + m2 w d (ua − uw ) V0 Do tính lieân tuïc cuûa phaân toá ñaát khoâng baõo hoøa ñang xeùt neân: dVV dVa dVw = + V0 V0 V0 Vaäy: ms1 = ma1 + mw1 ms2 = ma2 + mw2 Caùc quan heä cô baûn treân coù theå duøng ñeå tính caùc bieán ñoåi theå tích xaûy ra khi neùn khoâng thoaùt nöôùc. Caùc bieán ñoåi theå tích xaûy ra giöõa caùc ñieàu kieän ban ñaàu vaø cuoái cuøng coù theå tính baèng kyõ thuaät taêng daàn caùc bieán ñoåi höõu haïn ôû caùc bieán ÑEÀ TAØI 8 Trang 14 GVHD: TS.BUØI TRÖÔØNG SÔN traïng thaùi öùng suaát d(σ – ua) vaø d(ua – uw). sau moãi löôïng taêng öùng suaát toång, phaûi tính theå tích ñaát, nöôùc, khí. 2.2.3 Gia Taûi Thoaùt Nöôùc Vaø Khoâng Thoaùt Nöôùc. Trong gia taûi thoaùt nöôùc, ngay sau khi taùc duïng löôïng taêng öùng suaát toång, khí vaø nöôùc thoaùt ra khoûi ñaát. Caùc bieán traïng thaùi öùng suaát trong ñaát thay ñoåi vaø theå tích ñaát bieán ñoåi vaø theå tích ñaát bieán ñoåi. Bieán ñoåi theå tích coù theå tính töø caùc bieán ñoåi bieán traïng thaùi öùng suaát theo quan heä cô baûn caáu truùc ñaát. Trong gia taûi khoâng thoaùt nöôùc, khí vaø nöôùc khoâng ñöôïc thoaùt khoûi ñaát. Ñoä taêng öùng suaát toång laøm gia taêng öùng suaát khí loã roãng vaø nöôùc loã roãng, do ñoù caùc bieán traïng thaùi öùng suaát trong ñaát thay ñoåi. Söï taêng aùp löïc chaát loûng loã roãng xaûy ra do chaát loûng loã roãng bò neùn. Bieán ñoåi theå tích ñaát khi gia taûi khoâng thoaùt nöôùc coù theå coi nhö bieán ñoåi theå tích töông ñöông vôùi ñoä neùn chaát loûng loã roãng ÑEÀ TAØI 8 Trang 15 GVHD: TS.BUØI TRÖÔØNG SÔN Hình 2.6 – Caùc bieán ñoåi theå tích ñaát khoâng baõo hoøa khi gia taûi a. Bieán ñoåi V theo bieán ñoåi σ -ua hay σ, a. Bieán ñoåi V theo bieán ñoåi σ -uw Bieán ñoåi theå tích töông ñöông vôùi ñoä neùn chaát loûng loã roãng dV v, coù theå tính nhö sau:  dVV    = Caw ndσ  V0 0 + dσ: löôïng taêng öùng suaát toång + n: ñoä roãng. n = VV VV vôùi bieán ñoåi nhoû cuûa caùc bieán traïng thaùi öùng suaát hay ≈ V V0 theå tích. Ngoaøi ra ta coù: Suï taêng öùng suaát phaùp thöïc gaây ra söï giaûm theå tích:  dVV  s   = m 1d (σ − ua ) V0 1  Suï giaûm ñoä huùt dính gaây ra söï taêng theå tích:  dVV  s   = m 2 d (ua − uw ) V0  2  Bieán ñoåi theå tích toång nhaän ñöôïc töø quan heä cô baûn coù theå baèng bieán ñoåi theå tích do vieäc neùn chaát loûng loã roãng:  dVV   dVV   dVV    +  =   V0 1  V0  2  V0 0 Hay: m1s d (σ − ua ) + m2 s d (ua − uw ) = Caw ndσ ÑEÀ TAØI 8 Trang 16 GVHD: TS.BUØI TRÖÔØNG SÔN Trong ñaát baõo hoøa, caùc loã roãng chöùa ñaày nöôùc. Ñoä taêng öùng suaát toång khi gia taûi khoâng thoaùt nöôùc haàu nhö truyeàn toaøn boä cho pha khí. Do ñoù bieán ñoåi theå tích tính töø quan heä cô baûn cuûa caáu truùc ñaát laø raát nhoû. Bieán ñoåi theå tích nhaän ñöôïc töø söï neùn chaát loûng loã roãng laø cöïc nhoû do ñoä neùn cuûa nöôùc thaáp. Hình 2.7 – Caùc bieán ñoåi theå tích do ñieàu kieän baõo hoøa giôùi haïn trong ñaát baõo hoøa Trong ñaát khoâ, caùc loã roãng chuû yeáu chöùa ñaày khí, noù coù tính neùn lôùn hôn nhieàu so vôùi caáu truùc ñaát. Do vaäy ñoä taêng öùng suaát toång khi gia taûi khoâng thoaùt nöôùc haàu nhö truyeàn toaøn boä vaøo caáu truùc ñaát. Bieán ñoåi theå tích do bieán ñoåi ñoä huùt dính khoâng ñaùng keå cho ñaát khoâ. Moät bieán ñoåi theå tích lôùn caàn coù moät bieán ñoåi aùp löïc khí loã roãng lôùn, vì khí coù tính neùn cao. Hình 2.8 – Caùc bieán ñoåi theå tích do ñieàu kieän baõo hoøa giôùi haïn trong ñaát baõo khoâ 2.2.4 Öùng Suaát Toång Vaø Tính Dò Höôùng Cuûa Ñaát ÑEÀ TAØI 8 Trang 17 GVHD: TS.BUØI TRÖÔØNG SÔN Caùc thoâng soá aùp löïc loã roãng coù theå nhaän ñöôïc töø vieäc xeùt caùc ñieàu kieän gia taûi khaùc nhau. Caùc ñieàu kieän gia taûi töông töï nhö caùc ñieàu kieän ñöôïc Lambe vaø Whitman (1979) phaùc thaûo cho ñaát baõo hoøa. Caùc ñieàu kieän ñöôïc toùm taét trong baûng sau: Hình 2.9 – Toùm taét caùc ñieàu kieän gia taûi vaø tính dò höôùng cuûa ñaát duøng ñeå rìm thoâng soá aùp löïc loã roãng Ñaát ñaúng höôùng laø ñaát coù ñoä neùn khoâng ñoåi theo caùc phöông khaùc nhau. ÑEÀ TAØI 8 Trang 18 GVHD: TS.BUØI TRÖÔØNG SÔN Tính dò höôùng cuûa ñaát ñöôïc ñònh nghóa ôû ñaây laø ñoä neùn do söï thay ñoåi moãi bieán traïng thaùi öùng suaát gaây ra thì thay ñoåi theo caùc phöông khaùc nhau. 2.2.5 Gia Taûi K0 Hình 2.10 – Caùc ñieàu kieän moâ phoûng ñeå ruùt ra thoâng soá aùp löïc loã roãng khi gia taûi khoâng thoaùt nöôùc K0 Ta giaû ñònh löôïng taêng öùng suaát toång taùc duïng theo phöông thaúng ñöùng vaø phöông thaúng ñöùng laø phöông öùng suaát chính lôùn nhaát. Ta coù: m1k s d (σ y − ua ) + m2 s d (ua − uw ) = Caw ndσ y Maët khaùc:  du Caw = SCw  w  dσ  y  1  du  + (1 − S − hS )  a  ua  dσ y       Töø 2 phöông trình treân: ÑEÀ TAØI 8 Trang 19 GVHD: TS.BUØI TRÖÔØNG SÔN   du m1k s d (σ y − ua ) + m2 s d (ua − uw ) =  SCw  w  dσ   y   1  du  + (1 − S − hS )  a  u a  dσ y      ndσ y    du  m1k s d (σ y − ua ) + m2 s d (ua − uw ) =  nSCw duw + n(1 − S − hS ) a  ua    m s − m s1k − (1 − S + hS )n / ua duw =  2 m s 2 + SnCw     ms dua +  s 1k   dσ y  m 2 + SnCw   Ñaët: Rsk = ms2/ ms1k  Rsk − 1 − (1 − S + hS )n / (m s1k ua )    1 duw =   dua +   dσ y s s Rsk + SnCw / m 1k  Rsk + SnCw / m 1k    Coù theå ñôn giaûn theâm nhö sau: duw = R1k dua + R2 k dσ y (*)  Rsk − 1 − (1 − S + hS )n / (m s1k ua )   Rsk + SnCw / m s1k   Vôùi: R1k =    1 R2 k =   s  Rsk + SnCw / m 1k  Xeùt vieäc bieán ñoåi theå tích khí ta coù theâm phöông trình nhö sau: dVa (1 − S + hS )n = m1k a d (σ y − ua ) + m2 a d (ua − uw ) = dua V0 ua  ma2 ⇒ dua =  a a  m 2 − m 1k − (1 − S + hS )n / ua   m a1k duw −  a  a   m 2 − m 1k − (1 − S + hS )n / ua   dσ y  Ñaët: Rak = ma2/ ma1k     Rak 1 ⇒ dua =   duw −   dσ y a a  Rak − 1 − (1 − S + hS )n / (m 1k ua )   Rak − 1 − (1 − S + hS )n / (m 1k ua )  Coù theå ñôn giaûn theâm nhö sau: dua = R3k dua − R4 k dσ y (**) ÑEÀ TAØI 8 Trang 20