Bài tập lớn cơ học đất có lời giải năm 2024

Nội dung Text: Bài tập lớn Cơ học đất (1)

1. SV: Nguyễn Ngọc Hiếu GVHD: Đào Nguyên Vũ PHỤ LỤC Trang Mở đầu……………………………………………………………………………………….....2 Nội dung………………………………………………………………………………………...3 A. Đề bài.............................................................................................................................3 B. Yêu cầu........................................................................................................................... 3 C. Bài làm............................................................................................................................ I. Phân loại đất­chọn chiều sâu chôn móng Df..............................................................4 a.i.1............................................................................................................................... Phâ n loại lớp đât...........................................................................................................4 a.i.1.a..................................................................................................................... Phâ n loại lớp 1...........................................................................................................4 b. Phân loại lớp 2.....................................................................................................6 c. Phân loại lớp 3.....................................................................................................7 2............................................................................................................................ Ch ọn chiều sâu chôn móng.......................................................................................8 II.Vẽ đường comg e­p,e­logp,xác định chỉ số a,a0,Cc,Cs.................................................................................... 8 a.i.1................................................................................................................................ Lớp đất số 1(số hiệu 46).................................................................................................8 a.i.1.a..................................................................................................................... Vẽ đường cong e­p,e­logp..........................................................................................8 a.i.1.b..................................................................................................................... Xác định chỉ số a,a0,Cc,Cs................................................................................................................................................................. 9 a.i.2.............................................................................................................................. Lớp đất số 2(số hiệu 85)...............................................................................................10 a.i.2.a..................................................................................................................... Vẽ đường cong e­p,e­logp..........................................................................................10 b............................................................................................................................ Xác định chỉ số a,a0,Cc,Cs ............................................................................................10 III.Xác định sơ bộ kích thước móng..............................................................................11 b.i.1.......................................................................................................................... The o điều kiện cường độ tiêu chuẩn...........................................................................11 a............................................................................................................................Tín h giá trị Rtc............................................................................................................................................................................................. 11 b............................................................................................................................ Xác định kích thước móng...........................................................................................12 b.i.2.......................................................................................................................... The o điều kiện ứng suất cho phép...............................................................................13 IV. Xác định ứng suất dưới đáy móng­Tính và vẽ biểu đồ ứng suất...........................13 c.i.1............................................................................................................................... Xác định ứng suât dưới đáy móng...............................................................................13 BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC ĐẤT Page 1
2. SV: Nguyễn Ngọc Hiếu GVHD: Đào Nguyên Vũ c.i.2.............................................................................................................................. Biề u đồ ứng suất.......................................................................................................22 V. Tính lún......................................................................................................................23 c.i.2.a.i.1................................................................................................................... Tín h độ lún ổn định­xác định độ nghiêng của móng...................................................23 a............................................................................................................................Kiể m tra điều kiện áp dụng lí thuyết đàn hồi...........................................................23 b............................................................................................................................ Tín h lún theo phương pháp công lún từng lớp..........................................................24 c.i.2.a.i.2..................................................................................................................Tín h lún tức thời...........................................................................................................35 c.i.2.a.i.3..................................................................................................................Tín h lún theo thời gian(t=4 năm)..................................................................................35 VI. Sử dụng phần mềm phần tử hữu hạn để mô phỏng và tính toán chuyển vị đứng (độ lún)...........................................................................................................................36 VII. Nhận xét............................................................................................................... 40 Kết luận .............................................................................................................................. 41 BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC ĐẤT Page 2
3. SV: Nguyễn Ngọc Hiếu GVHD: Đào Nguyên Vũ MỞ ĐẦU Cơ học đất là một ngành cơ học ứng dụng nghiên cứu về ứng xử của đất trong tự nhiên vì hầu hết các công trình đều đặt trên nền đất, muốn cho công trình được tốt,bền ,lâu dài,tiết kiệm thì cần nắm rõ các tính chất cơ lí của đất. Cơ học đất là một môn học rất quan trọng, nắm vững các kiến thức của môn học này sẽ tạo được nền tang vững chắc cho các môn học kế tiêp như thiết kế nền móng,kêt cấu bê tong cốt thép… Chúng em đã đươc thầy hướng dẫn nghiên cứu về các vấn đề của môn học đó là những đặc tính của đất, cách ứng xử của đất trên các loại tải khác nhau,xác định độ lún,độ ẩm,dung trong, giói hạn chảy dẻo… Chúng em xin cảm ơn thầy vì những bài giảng,những kiên thức mà thầy đã tận tình chỉ dạy trong những giờ lên lớp. Nó không chỉ đơn thuần là những bài giảng mà còn là những kinh nghiệm nghề nghiệp để chúng em có thể tự tin bước vào đời một cách vững vàng hơn. Thay mặt tất cả các bạn sinh viên đã được thầy dạy dỗ em xin chân thành cảm ơn những đóng góp,cống hiến của thầy suốt bao năm qua để chúng em có được những bài học bổ ích,những kiến thức vững vàng. Em xin chân thành cảm ơn!!! TPHCM, ngày 04 tháng 01 năm 2015 Nguy ễn Ng ọc Hi ếu BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC ĐẤT Page 3
4. SV: Nguyễn Ngọc Hiếu GVHD: Đào Nguyên Vũ TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC KIEÁN TRUÙC TP.HCM KHOA XAÂY DÖÏNG – BOÄ MOÂN: NEÀN MOÙNG ----- BAØI TAÄP LÔÙN Moân hoïc: CÔ HOÏC ÑAÁT Họ và tên SV: Nguyễn Ngọc Hiếu Mã số SV: 12520800982 Lớp : XD12a1 BẢNG SỐ LIỆU BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC ĐẤT A.DÖÕ LIEÄU Cho moùng ñôn döôùi coät vaø truï hoá khoan goàm 3 lôùp nhö hình veõ: BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC ĐẤT Page 4
5. SV: Nguyễn Ngọc Hiếu GVHD: Đào Nguyên Vũ Maët ñaát töï nhieân: code 0.00. Möïc nöôùc ngaàm ôû code -1.00(m). Nội lực Các lớp đất STT N(T/m) M(Tm/m) Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Số hiệu h1 (m) Số hiệu h2 (m) Số hiệu 27 80 28.5 46 1.4 85 4.2 4 B.YÊU CẦU 1. Phân loại đất (xác định tên và trạng thái của đất theo tiêu chuẩn Việt Nam và các bộ tiêu chuẩn khác (nếu thấy cần thiết)) . Chọn chiều sâu chôn móng Df. 2. Vẽ đường cong nén e – p, e – logp, xác định: a, ao, Cc, Cs cho các lớp đất. 3. Xác định sơ bộ kích thước đáy móng (axb) theo các điều kiện: 3.1. Điều kiện về cường độ tiêu chuẩn: ptctb Rtc 3.2. Điều kiện về ứng suất cho phép: , FS = 2 4. Xác định ứng suất dưới đáy móng. Tính và vẽ biểu đồ ứng suất tổng, ứng suất hữu hiệu và áp lực nước lỗ rỗng phân bố trong nền do tải trọng bản thân và tải trọng ngoài gây ra theo phương thẳng đứng. Mực nước ngầm ổn định tại code ­1.00m so với mặt đất tự nhiên. 5. Tính độ lún tức thời; độ lún theo thời gian (t = 4 năm) và độ lún cố kết thấm ổn định tại tâm móng (điểm O), tại trung điểm hai cạnh bề rộng của móng (điểm A, B). Từ đó, xác định độ nghiêng của móng. 6. Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (như chương trình Plaxis hoặc Geo Slope) để mô phỏng và tính toán các giá trị chuyển vị đứng (độ lún) và so sánh với kết quả trong câu 5. 7. Nhận xét kết quả cho hai nội dung ở câu 5, 6.. BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC ĐẤT Page 5
6. SV: Nguyễn Ngọc Hiếu GVHD: Đào Nguyên Vũ I. PH ÂN LO ẠI ĐẤT­CHỌN CHIỂU SÂU CHÔN MÓNG D f 1. Ph ân lo ại đất a) Phân loại lớp 1 Keá Söù Keát quaû xuyeân t c tieâu chuaån (SPT) qua kha N û ùng thí xuy nghi eân eäm tón neù h Goù n (CP Ñoä Giô Giô c coá T) Löïc keát qc( aåm ùi ùi Tyû ma dính (e – MPa Soá töï haïn haïn troï saùt c hieä nhie loûn deû Dun ng tron (kG/ p) ) u ân g o haït g vôùi g cm2 caá W( WL Wp troï Gs ) %) (%) (%) (ñoä p ng ) taûi töï troï nhie ng ân neù n (T/ p(K m3) Pa) 50 100 150 200 2. 0.1 0.99 0.95 0.92 0.90 0.2 46 41.6 44.5 23.7 1.78 5o55 2 69 3 1 3 3 3 Theo đề bài đã cho móng là móng nông đặt trên nền gồm 3 lớp. Ta phân loại đất dựa vào đặc trừng về cấp phối, các trạng thái Attergerg  Phân loại lớp 1 theo TCXD 45­78. Đây lớp đất dính, ta phân loại dựa vào các giới hạn Anterbeg.  Chỉ số dẻo của đất:  Độ sệt :  Theo TCXD 45­78, ta có: Đây là lớp đất sét Đất ở trạng thái dẻo. Như vậy, đây là lớp đất sét ở trạng thái dẻo.  Phân loại theo USCS­ASTM.D2487: BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC ĐẤT Page 6
7. SV: Nguyễn Ngọc Hiếu GVHD: Đào Nguyên Vũ IP 80 70 60 CH 50 40 CL MH­OH 30 20 10 CL­ML ML­OL 0 10 20 30 40 50 60 70 80 W 90 100 110 120 L Căn cứ vào biểu đồ casagrander đất này thuộc loại đất CL(đất kém dẻo)  đất sét vô cơ,độ dẻo thấp đến trung bình,sét lẫn sỏi cuội,sét lẫn cát b) Phân loại lớp 2 Ta có bảng số liệu của lớp đất thứ hai: Soá Ñoä Giôù Giôù Dun Tyû Goù Löïc Keát Söù Keát quaû xuyeân tieâu hieä aåm i i g troï c dính qua c chuaån (SPT) u töï haïn haïn troï ng ma c û thí kha N nhie loûn deû ng haït saùt (kG/ nghi ùng tron cm ) 2 ân g o töï Gs eäm xuye W(% WL Wp nhie g neù ân ) (%) (%) ân n tónh (ñoä coá (CP (T/m ) keát T) 3 ) (e – qc(M p) Pa) vôùi caáp taûi troï ng neù n p(KP a) BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC ĐẤT Page 7
8. SV: Nguyễn Ngọc Hiếu GVHD: Đào Nguyên Vũ 100 200 300 400 21o 0.7 0.6 0.6 0.6 85 23.5 30,6 24,1 1.92 2.70 0,27 40 00 88 80 83 7.16 35  Phân loại theo TCXD 45-78: Đây lớp đất dính, ta phân loại dựa vào các giới hạn Anterbeg.  Chỉ số dẻo của đất:  Độ sệt : Theo TCXD 45­78, ta có: Đây là lớp á cát Đất ở trạng thái cứng. Như vậy, đây là lớp á cát ở trạng thái cứng.  Phân loại theo USCS­ASTM.D2487: IP 80 70 60 CH 50 40 CL MH­OH 30 20 10 CL­ML ML­OL 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 L W Căn cứ vào biểu đồ casagrander đất này thuộc loại đất ML (đất bụi dẻo) Nhận xét: Ta thấy lớp đất nằm khu vực đất bụi M và năm bên phía đất có tính dẻo thấp L. WL=30,6
9. SV: Nguyễn Ngọc Hiếu GVHD: Đào Nguyên Vũ Th Ño Ty Sö Keát quaû xuyeân tieâu chuaån (SPT) So aøn ä û ùc N á h aå troï kha hie ph m ng ùn äu aàn töï haï g haï nhi t xuy t eân Gs eân (%) W tón töô % h ng (CP öù T) ng qc( vôù MP i a) caù c côõ haï t Haï Haï Haï Haï t t t caù buï seù t i t Th To Vöø Nh Mò oâ a oû n Ñö ôøn g kín h haï t (m m) 10 10- 5-2 2-1 1- 0,5- 0,2 0,1- 0,0 0,0 5 0,5 0,2 5- 0,0 5- 1- 0,0 5 0.1 5 0,0 0,0 02 1 02 4 2 21 25 30 10 8 4 19,6 2, 5,4 15 65 Phân loại theo TCXD 45­78: Mẫu đất trên có hàm lượng các hạt có chiếm hơn 75% nên đây thuộc loại đất cát nhỏ. Theo kết quả của thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT và thí nghiệm xuyên tĩnh CPT, ta có: Đất cát này ở trạng thái chặt vừa. BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC ĐẤT Page 9
10. SV: Nguyễn Ngọc Hiếu GVHD: Đào Nguyên Vũ ( Theo bảng tra trang 15, sách Bài tập cơ học đất, Vũ Công Ngữ­ Nguyễn Văn Thông)  Như vậy, đây là lớp đất cát nhỏ ở trạng thái chặt vừa. Hàm lượng cỡ hạt được cho trong bảng sau: Đường kính hạt ≥0.5 ≥0.25 ≥0.1 ≥0.05 ≥0.01 ≥0.002
11. SV: Nguyễn Ngọc Hiếu GVHD: Đào Nguyên Vũ a) Vẽ đường cong nén ép e­p, e­lgp Độ rỗng tự nhiên của đất khi chưa có tải trọng tác dụng: Kết quả thí nghiệm nén ép e­p với tải trọng nén p(kPa) Cấp tải trọng 0 50 100 150 200 Hệ số rỗng e 1.14 0,991 0,953 0,923 0,903 Căn cứ vào bảng kết quả thí nghiệm trên, ta vẽ được đường cong nén lún sau: e Từ đồ thị e­lgp, ta ước lượng áp lực tiền cố kết theo phương pháp Casagrande: ứng với độ rỗng . e e 1.14 1.14 0.991 0.991 e 0.953 0.953 0.923 p 0.923 logp 0.903 0.903 50 100 150 200 1.67 2.00 2.18 2.30 b) Xác định a, ao, Cc, Cs Chỉ số nén: Chỉ số nở : Ta xác định hệ số nén a và ao theo công thức sau: ; Cấp tải Hệ số nén 13 Hệ số nén ai trọng ei ?ei =ei+1­ei tương đối aoi (m2/kN) (kPa) (m2/kN) 1 0 1.14 ­ 0,149 2,98.10­3 1,39.10­3 50 0.991 50 0.991 ­ 0,038 7,6.10­4 3,8.10­4 100 0.953 100 0.953 ­ 0,03 6.10­4 3.07.10­4 150 0.923 BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC ĐẤT Page 11
12. SV: Nguyễn Ngọc Hiếu GVHD: Đào Nguyên Vũ 150 0.923 ­ 0,02 4.10­4 2,08.10­4 200 0.903 2.Lớp đất số 2 (Số hiệu 85) a) Vẽ đường cong nén ép e­p, e­lgp Độ rỗng tự nhiên của đất khi chưa có tải trọng tác dụng: Kết quả thí nghiệm nén ép e-p với tải trọng nén p(kPa) Cấp tải trọng 0 100 200 300 400 Hệ số rỗng e 0,74 0,70 0,688 0,680 0,683 Căn cứ vào bảng kết quả thí nghiệm trên, ta vẽ được đường cong nén lún sau: Từ đồ thị e-lgp, ta ước lượng áp lực tiền cố kết theo phương pháp Casagrande: ứng với độ rỗng . e 0.74 e 0.74 0.7 0.7 0.693 e 0.688 0.688 0.683 0.683 0.68 p p 2.21 logp 0.68 2 2.3 2.47 2.6 100 200 300 400 b) Xác định a, ao, Cc, Cs Chỉ số nén: Chỉ số nở : Ta xác định hệ số nén a và ao theo công thức sau: BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC ĐẤT Page 12
13. SV: Nguyễn Ngọc Hiếu GVHD: Đào Nguyên Vũ Cấp tải Hệ số nén tương Lớp Hệ số nén ai trọng ei ?ei =ei+1-ei đối aoi đất (m2/kN) (kPa) (m2/kN) 0 0.74 - 0,04 4.10-4 2,3.10-4 100 0.7 100 0.7 - 0,012 1,2.10-4 7,05.10-5 200 0.688 1 200 0.688 - 0,008 8.10-5 4,74.10-5 350 0.68 350 0.68 0,003 -3.10-5 -1,78.10-5 400 0.683 III. XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC MÓNG Giả thiết tỷ lệ kích thước chiều dài và chiều rộng ban đầu của móng là: Dựa trên tỉ lệ này, ta đi tính toán kích thước móng với 2 điều kiện sau đây: 1. Theo đ i ề u ki ệ n v ề c ườ ng độ ti ê u chu ẩ n tc 1.a) Tính giá tr ị R Móng đặt trên lớp đất thứ 2 (Số hiệu 85) . Từ kết quả thí nghiệm CPT và SPT, sử dụng bảng tra ( I ­ 6 trang 15 – bài tập Cơ học đất – tác giả: Vũ Công Ngữ) suy ra các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 2 : Góc ma sát trong =0,378 rad  Dung trọng của lớp đất ngay dưới đáy móng:  Dung trọng của lớp đất phủ trên móng:  Dung trong đẩy nổi của lớp 1:  Dung trong đẩy nổi của lớp 2: Sức chịu tải của đất nền dưới đáy móng được xác định theo TCXD 45­70: BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC ĐẤT Page 13
14. SV: Nguyễn Ngọc Hiếu GVHD: Đào Nguyên Vũ ,27kG/cm2 m1 = 1,4 m2 = 1,4 ktc= 1,1 Cường độ tiêu chuẩn: 10,323b + 446,69 1.b) Xác định kích thước móng Ta có điều kiện về cường độ tiêu chuẩn cho móng : Trong đó, Ứng suất tiêu chuẩn cực đại và cực tiểu dưới đáy móng được tính theo công thức: Với: k là hệ số vượt tải, lấy bằng 1.2 là dung trọng trung bình của đất và bê tông phía trên móng, được phép lấy bằng 20(kN/m3). F,W là diện tích và modun chống uốn của tiết diện đáy móng, Vậy ta có 2. Theo điều kiện về ứng suất cho phép Ta có điều kiện về ứng suất cho phép: Sử dụng thức tính sức chịu tải của lớp đất dưới nền móng nông của Terzaghi : Với Trọng lượng lớp đất phủ lên móng: (kN/m2) Giá trị ta có giá trị của các hệ số sức chịu tải theo bảng tra V­2 sách bài tập Cơ học đất của Vũ Công Ngữ: Sức chịu tải cực hạn: Chọn hệ số an toàn Fs = 2. Sức chịu tải cho phép: Mặt khác, tải trọng tiêu chuẩn trung bình được tính: Biểu thức (3) được viết lại là: BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC ĐẤT Page 14
15. SV: Nguyễn Ngọc Hiếu GVHD: Đào Nguyên Vũ Từ phương pháp tính toán theo điều kiện về cường độ tiêu chuẩn và sức chịu tải cực hạn của nền đất, ta thấy để đảm bảo an toàn cho móng, ta chọn móng theo điều kiện về ứng suất nén chính là phù hơp. Vậy chọn b =1,6(m), l = 1.5b = 2,4(m). Kết luận: Vậy ta chọn: IV. XÁC ĐỊNH ỨNG SUẤT DƯỚI ĐÁY MÓNG.TÍNH VÀ VẼ BIỂU ĐỒ ỨNG SUÂT c.i.3. Xác đị nh ứ ng su ấ t d ướ i đ á y m ó ng. Xét các điểm có độ sâu như bảng bên dưới. Ta xem toàn bộ diện tích chịu tải chịu tác dụng của tải trọng: Trong đó: Tải trọng gây lún: Lớp thứ 3 là lớp cát nhỏ ở trạng thái chặt vừa nên chọn e = 0,7 Với dung trọng riêng đẩy nổi của lớp 3 là Gọi: Z: độ sâu tính từ mặt đất Z’ :độ sâu tính từ đáy móng ứng suất do tải trọng bản thân gây ra trên trục qua tâm móng : ứng suất do tải trọng gây lún gây ra trên trục đi qua tâm móng ­Tính ứng suất hữu hiệu do tải trọng bản thân gây ra:  Tại mặt đất = 0  Tại mực nước ngầm  Tại đáy móng  Tại đáy lớp 1  Tại đáy lớp 2 ­Tính ứng suất nước lỗ rỗng : u= 10h BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC ĐẤT Page 15
16. SV: Nguyễn Ngọc Hiếu GVHD: Đào Nguyên Vũ ­Ứng suất tổng Để tính ứng suất do tải trọng ngoài trên trục qua tâm móng O: Ta chia diện chịu tải làm 4 phần (như hình vẽ), tính toán cho mỗi phần và cộng tác dụng ( Dùng hệ số kg). Các số liệu tính toán ghi ở bảng 1. Để tính ứng suất trên trục đi qua trung điểm A và B của 2 cạnh bề rộng móng : Ta chia diện chịu tải thành 2 hình chữ nhật như hình vẽ. Sau đó chia tải trọng thành 2 phần: - Phần phân bố đều có cường độ bằng . Ta dùng hệ số kg để tính. - Phần phân bố tam giác có cường độ lớn nhất bằng . Đối với B thì ta dùng hệ số k’T để tính, còn A thì dùng hệ số kT để tính. 154,65 KN/cm2 331,7KN/cm2 309,3 KN/cm2 22,4 KN/cm2 22,4 KN/cm2 A B Oz Ax Bx 1,2m 2,4m 0,8m 0,8m O A B BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC ĐẤT Page 16
17. SV: Nguyễn Ngọc Hiếu GVHD: Đào Nguyên Vũ Table : ỨNG SUẤT TẠI TÂM MÓNG O BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC ĐẤT Page 17
18. SV: Nguyễn Ngọc Hiếu GVHD: Đào Nguyên Vũ BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC ĐẤT Page 18
19. SV: Nguyễn Ngọc Hiếu GVHD: Đào Nguyên Vũ Table : ƯNG SUẤT DO TẢI TRỌNG NGOÀI GÂY RA TẠI A BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC ĐẤT Page 19
20. SV: Nguyễn Ngọc Hiếu GVHD: Đào Nguyên Vũ Table : ỨNG SUẤT DO TẢI TRỌNG NGOÀI GÂY RA TẠI B BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC ĐẤT Page 20