Tài liệu Tổng hợp công thức tính toán Địa chất công trình

ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Thí nghiệm xuyên tĩnh (Cone penetration test -CPT) Sức kháng ở mũi xuyên (Cone tip resistance): là sức kháng của đất tác dụng lên mũi côn và được xác định bằng cách chia lực tác dụng thẳng đứng Qc(kN) cho tiết diện đáy mũi côn Ac (cm2) qc  Qc Rc  Ax Ac Ac Trong đó: Qc - là lực tác động lên mũi côn, Qc =Rc.Ax Ac – diện tích tiết diện đáy mũi côn (cm²). Ax – là tiết diện pittông-xilanh -Với máy xuyên Gouda 10 tấn : Ax = 20cm2 nên Ax / Ac = 2 qc =2 Rc -Với máy xuyên Gouda 2,5 tấn : Ax = 10cm2 nên Ax / Ac = 1 qc = Rc Ma sát thành đơn vị fs là sức kháng của đất tác dụng lên bề mặt của măng xông do ma sát và được xác định bằng cách chia lực tác dụng lên bề mặt măng xông Qs (kN) cho diện tích bề mặt của măng xông As (cm2): fs  Qs Rcf  Rc . Ax  As As Trong đó: As - là tiết diện măng xông Qs - là lực tác động lên măng xông, Qs =( Rcf - Rc). Ax Chỉ số ma sát : Tỷ sức kháng Fr là tỷ số giữa ma sát thành đơn vị fs và sức kháng mũi côn qc ở cùng một độ sâu thí nghiệm, được thể hiện bằng % hay số thập phân: Fr  fs .100% qc Phân loại đất theo kết quả xuyên tĩnh CPT Loại đất Schmertman Begemann % % 0 < Fr < 0,5 Cát sạn sỏi 1,25 < Fr < 1,6 Fugro % - Sanglerat % - 0,5 < Fr < 1,5 Fr > 2 Cát 0,5 < Fr < 2 Cát bụi 1,75 < Fr < 2,5 1,6 < Fr < 2,5 1,5 < Fr < 2 1< Fr < 2,75 Bụi 2,3 < Fr < 3,5 2,5 < Fr < 3,6 2 < Fr < 2,5 2,75 < Fr < 3,5 Sét bụi và sét pha 3 < Fr < 4,5 3,6 < Fr < 4 2,5 < Fr < 3 3,4 < Fr < 7 Sét Fr > 4 4 < Fr < 7 3 < Fr < 6 3 < Fr < 8 Bùn và than bùn - Fr > 7 Fr > 6 - Xác định trạng thái đất theo sức kháng mũi qc Loại đất qc(105 Pa) Cát hạt thô và hạt trung Cát hạt mịn Cát lẫn bụi Cát bụi bão hòa qc < 50 50 < qc < 150 qc > 150 qc < 40 40 < qc < 120 qc > 120 qc < 30 30 < qc < 100 qc > 100 qc < 20 20 < qc < 70 qc > 70 Độ chặt Rời chặt vừa chặt Rời chặt vừa chặt Rời chặt vừa chặt Rời chặt vừa chặt 2 Phân loại đất theo TN CPT (TT nghiên cứu thuộc LH Khảo sát - BXD Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (Standard penetration test - SPT) Quan hệ giữa sức kháng xuyên tiêu chuẩn Nspt và sức kháng xuyên tĩnh đầu mũi qc Thứ tự Loại đất Tỉ số qc/Nspt 1 Sét 2 2 Sét pha 3 3 Cát hạt mịn 4 4 Cát hạt trung, thô Từ 5 đến 6 5 Cát hạt trung lẫn sạn sỏi Lớn hơn 8 3 Quan hệ qc/Nspt và thành phần hạt ỨNG DỤNG CỦA KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM SPT ĐỐI VỚI ĐẤT RỜI Độ chặt tương đối (Dr) và góc ma sát trong () Bảng Quan hệ N30 với Dr (%) và φ của đất hạt rời ( theo Terzaghi và Peck) N30 Dr (%) φ0 Trạng thái 0 – 10 <30 25 – 30 Xốp 10 – 30 30 – 60 30 – 32,3 Chặt ít 30 – 50 60 – 80 32,3 – 40 Chặt vừa > 50 > 80 40 - 45 Rất chặt 4 Quan hệ giữa góc ma sát trong và sức kháng xuyên tiêu chuẩn = 12 +a trong đó: a là hệ số được lấy bằng 40 khi N30 >15; lấy bằng 0 khi N30 <15. Tính modun biến dạng E + ( + 6) = 10 trong đó: a là hệ số, được lấy bằng 40 khi N30>15; lấy bằng 0 khi N30 <15. c là hệ số, được lấy phụ thuộc vào loại đất: - c được lấy bằng 3,0 với đất loại sét; - lấy bằng 3,5 với đất cát mịn; - lấy bằng 4,5 với đất cát trung; - lấy bằng 7,0 với đất cát thô; - lấy bằng 10,0 với đất cát lẫn sạn sỏi; - lấy bằng 12,0 với đất sạn sỏi lẫn cát. 5 Thí nghiệm nén bàn ngoài hiện trường Khi đặt tải trọng N (P) lên bàn gia tải thì áp lực dưới bàn nén là p P F F là diện tích bàn nén Biểu đồ quan hệ độ lún ~ tải trọng ỨNG DỤNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Tính modun tổng biến dạng E0 ứng với từng cấp tải trọng E0  (1  2 )d p S ν- Hệ số Poisson của đất lấy bằng 0,27 (đá vụn thô); 0,30 (cát, cát pha), 0,35 (sét pha); 0,42 (sét). ω- Hệ số không thứ nguyên lấy bằng 0,79 d- Đường kính bàn nén(cm) Δp - Số gia áp lực tác dụng lên bàn nén, Pc - Pd ΔS - Số gia độ lún bàn nén tương ứng với Δp (cm) Nếu đặt K=(1-ν2)ωd E0  K p S 6 Các trị số của hệ số K Diện tích bàn nén, cm2 Đất, đá 600 1000 2500 5000 Vụn thô 20,5 26,4 41,6 59,2 Cát và cát pha 20,2 25,9 40,9 58,1 Sét pha 19,4 25,0 39,5 56,0 Sét 18,3 23,5 37,0 52,6 Giá trị môđun biến dạng tổng còn được tính theo công thức:  E0  1   2  SdP E0 – môđun tổng biến dạng , kG/cm2 P – tổng tải trọng tác dụng lên bàn nén, kG d- đường kính bàn nén, cm S – độ lún cuối cùng của bàn nén, cm μ- hệ số nở hông của đất, đối với cát và cát pha là 0,3; đối với sét pha là 0,35; đối với sét là 0,42. 7 CÁC THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG: Phân loại đất hạt thô Tên gọi và ký hiệu quy ước quốc tế các loại đất Tên hạt & tính chất Tên gọi quốc tế thông dụng Ký hiệu Tảng lăn (tảng góc) Cuội (dăm) Sỏi (sạn) Cát Bụi Sét Hữu cơ Than bùn Cấp phối tốt Cấp phối kém Tính nén cao (dẻo cao) Tính nén thấp (dẻo thấp) Boulder Cobble Gravel Sand Silt (Mo,Mjala,tiếng Thụy Điển) Clay Organic Peat Well graded Poorly graded High compressibility Low compressibility B Co G S M C O Pt W P H L Phân loại đất hạt mịn Đất hạt mịn được phân loại dựa trên kết quả thí nghiệm giới hạn chảy WL và giới hạn dẻo Wp ML: đất bụi dẻo Ip<4 % CL: Đất sét ít dẻo Ip>7 % MH: Đất bụi rất dẻo CH: Đất sét rất dẻo OL: Đất bụi và sét hữu cơ rất dẻo Đường A là đường Ip = 0,73(WL – 20). 8 - WL - Giới hạn chảy (%); WL =(m1 – m2)/(m2 – m)x100 (%) m1 là khối lượng đất ẩm và hộp (g); m2 là khối lượng đất khô và hộp (g); m là khối lượng của hộp (g); - Wp - Giới hạn dẻo (% ); - Ip – Chỉ số dẻo (% ) với Ip =WL – Wp - Độ sệt B : B  W Wp WL  W p Với W là độ ẩm của mẫu đất 9 Bảng quan hệ tên trạng thái đất và độ sệt Tên đất và trạng thái Độ sệt (B) Đất cát pha sét Nửa cứng B<0 Dẻo 0≤B<1 Sệt(chảy) ≥1 Đất sét pha và đất sét Nửa cứng B<0 Dẻo cứng 0 ≤ B < 0.25 Dẻo 0.25 ≤ B < 0.5 Dẻo mềm 0.5 ≤ B < 0.75 Dẻo sệt 0.75 ≤ B < 1 Sệt(chảy) B≥1 CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT ĐỘ ẨM W % m1  m2 .100% m2  mb mb : Khối lượng lon, hộp hoặc dao vòng chứa đất m1 : Khối lượng Lon và đất tự nhiên m2 : Khối lượng Lon và đất sau khi sấy khô KHỐI LƯỢNG THỂ TÍCH Khối lượng thể tích khô: d  mh V (g/ cm3) Trong đó 10 ρd :Trọng lượng thể tích khô mh :Khối lượng hạt V :Thể tích mẫu đất Khối lượng thể tích bão hòa  sat   bh   sat  m V (g/ cm3 ; T/m3 ) Gs  e . n 1 e Khối lượng thể tích đẩy nổi  '   đn  m   n .V  w  n V Thông thường trọng lượng riêng của nước : ρn =1g/cm3 ->  đn   w  1 DUNG TRỌNG (TRỌNG LƯỢNG THỂ TÍCH): γ = ρ.g Ký hiệu là γ ; đơn vị là g/cm3 ; kg/m3; T/m3 Đôi khi người ta không phân biệt giữa khối lượng thể tích(ρ) và trọng lượng thể tích(γ) mà gọi chung là dung trọng khi xem g=10m/s2 -> γ = g Dung trọng tự nhiên w  m1  m2  m3 V m1 : Trọng lượng của mẫu đất có dao vòng (g) m2 : Trọng lượng dao vòng (g) m3 : Trọng lượng tấm kính (g) (Nếu có) D : Đường kính dao vòng V: thể tích dao vòng (cm3) V  .D 2 .H 4 11 Dung trọng khô = = 1+ Giá trị độ ẩm khi tính toán thay vào công thức không nhân 100 % TỶ TRỌNG Tỷ trọng của đất là tỷ lệ giữa khối lượng riêng của hạt đất và khối lượng riêng của nước hoặc trọng lượng riêng của hạt đất với trọng lượng riêng của nước. Tỷ trọng là đại lượng không thứ nguyên Gs    h  h  n  n HỆ SỐ RỖNG e G s . n .1  W  1 w e G s . n .(1  W ) 1 w e s 1 d e n 1 n ĐỘ RỖNG n%  Vr e % % V e 1 ĐỘ BÃO HÒA Sr%: là tỷ số giữa thể tích nước và thể tích lỗ rỗng, tính theo %. Sr %  Đối với đất bão hòa nước ta có: Vn G .W % s Vr e e  Gs .W 12