Cơ học đất - Chương 5: Khả năng chịu tải của nền móng công trình

CƠ HỌC ĐẤT Chương 5 Khả năng chịu tải của nền móng công trình Ba giai đoạn làm việc của nền đất khi tăng tải • Sức chịu tải cực hạn qu: giá trị cường độ tải trọng thực mà tại đó đất bị phá hoại do trượt • 3 dạng phá hoại cắt: - Phá hoại cắt tổng quát - Phá hoại cắt cục bộ - Phá hoại cắt kiểu xuyên Phá hoại cắt tổng quát Phá hoại cắt cục bộ Phá hoại cắt kiểu xuyên Ba giai đoạn làm việc của nền đất khi tăng tải • Tăng từ từ tải trọng (ứng suất q) cho đến khi đất phá hoại trượt, ta sẽ được đồ thị quan hệ giữa độ lún ổn định s tương ứng với từng cấp tải trọng (ứng suất q) Ba giai đoạn làm việc của nền đất khi tăng tải 1) q < q1: giai đoạn nén chặt, quan hệ q – s là quan hệ tuyến tính, đất được coi như trong trạng thái đàn hồi 2) q1 < q < qgh: giai đoạn chuyển tiếp, quan hệ q – s là quan hệ phi tuyến 3) q > qgh: giai đoạn phá hoại, nền đất bị phá hoại cùng với các biến dạng lớn (đường cong s – p dốc đứng) Sức chịu tải của nền đất • Để nền đất không mất ổn định thì q < qgh • Khả năng chịu tải an toàn của đất nền: gh s q q h F   h: độ sâu chôn móng F: hệ số an toàn Các phương pháp tổng quát để xác định sức chịu tải của nền đất 1) Tính toán dựa trên một mặt trượt giả định và xét sự cân bằng của lăng thể trượt 2) Tính toán dùng kết quả của lý thuyết đàn hồi (xem đất là một bán không gian biến dạng tuyến tính) 3) Tính toán theo lý thuyết cân bằng giới hạn của môi trường rời Xác định sức chịu tải qgh của nền đất Phương pháp Terzaghi • Phá hoại cắt tổng quát • Thực nghiệm cho thấy khi móng làm việc, một khối đất được gắn chặt với đáy móng tạo thành một nêm đất • Terzaghi đã xây dựng được đường trượt từ thực nghiệm, từ đó chỉ cần xét cân bằng tĩnh học của lăng thể trượt để có được qgh Phương pháp Terzaghi qgh = 0,5γbNγ + γhNq +cNc Nγ, Nq, Nc là các hệ số chịu tải, phụ thuộc φ → tra bảng Nγ, Nq, Nc của Terzaghi Xác định sức chịu tải qgh của nền đất Cách làm của Bêrêzantxev (dựa theo phương pháp Terzaghi) Bêrêzantxev, cũng bằng thực nghiệm, phát hiện thấy khi bị trượt đáy móng gắn với một nêm đất hình thành dưới đế móng (bởi ma sát đáy móng – đất). Khi móng đặt khá nông (h/l < 0,5) nêm đất có dạng tam giác vuông cân. qgh = γbNγ + γhNq +cNc Nγ, Nq, Nc là các hệ số chịu tải, phụ thuộc φ → tra bảng Nγ, Nq, Nc của Bêrêzantxev Xác định sức chịu tải qgh của nền đất Phương pháp Xôcôlovxki • Phương pháp tính toán theo lý thuyết cân bằng giới hạn: Xôcôlovxki xét một nửa mặt phẳng cân bằng giới hạn với giả thiết mọi điểm trong nền đất đều ở trạng thái cân bằng giới hạn, nghĩa là các ứng suất σz, σz, τzx của nó thỏa mạn điều kiện Mohr – Rankine. Xôcôlovxki giải hệ 3 phương trình (biểu thức Mohr – Rankine cùng 2 phương trình cân bằng tĩnh học) → qgh(x) = xγNγ + γhNq +cNc • Nγ, Nq, Nc là các hệ số chịu tải, phụ thuộc φ và δ (góc nghiêng của tải trọng) → tra bảng Nγ, Nq, Nc của Xôcôlovxki Phương pháp Xôcôlovxki Tải trọng giới hạn theo phương thẳng đứng: qgh(x) = xγNγ + γhNq +cNc → qgh(0) = γhNq +cNc → qgh(b) = bγNγ + γhNq +cNc Tải trọng giới hạn theo phương thẳng ngang: tgh(x)= qgh(x).tg(δ) Xác định giới hạn tuyến tính qm và q1/4 theo giả thuyết nền là một bán không gian biến dạng tuyến tính • Xác định ứng suất tại mỗi điểm trong nền đất dưới tác dụng của tải trọng ngoài và trọng lượng bản thân • Dựa vào điều kiện cân bằng của phân tố đât ta xác định được vùng cân bằng cực hạn (biến dạng dẻo) sin 2 ( 2 ) cot sin p h c z g h             • Độ sâu vùng biến dạng dẻo: ax (cot ) cot2m p h c z g g h              • Tải trọng giới hạn theo độ sâu vùng biến dạng dẻo: ax max ( cot ) cot 2 m gh z c z h g p p h g              Lưu ý: những tính toán trên chỉ đúng khi trong nền đất không có biến dạng dẻo Những tính toán trên chỉ đúng khi trong nền đất không có biến dạng dẻo → công thức tính pgh có thể dùng để xác đinh tải trọng ứng với lúc bắt đầu phát triển vùng biến dạng dẻo (zmax=0) gọi là tải trọng mép: ( cot ) cot 2 m c h g p h g             Nhận xét: pm rất bé vì thực chất nó chưa đụng chạm tới vấn đề ổn định của đất nền (khi đất biến dạng dẻo) Nhận xét: pm rất bé vì thực chất nó chưa đụng chạm tới vấn đề ổn định của đất nền (khi đất biến dạng dẻo) → chấp nhận giả thiết đất nề ổn định khi zmax = 1/4b 1/4 ( cot ) 4 cot 2 b c h g p h g             Nhận xét: pm rất bé vì thực chất nó chưa đụng chạm tới vấn đề ổn định của đất nền (khi đất biến dạng dẻo) 2 giá trị pm và p1/4 được gọi là tải trọng giới hạn tuyến tính của nền đất Bài tập