Quá trình hợp nhất biến dạng đất
Bất cứ khi nào một khối đất bị căng thẳng, nó biến dạng. Biến dạng có thể ở dạng biến dạng hoặc thay đổi thể tích của khối đất. Như trong một lớp trầm tích tự nhiên, khối lượng đất bị giới hạn ở tất cả các mặt do đó thay đổi hình dạng, nghĩa là, sự biến dạng của đất là không thể. Khả năng duy nhất là sự thay đổi thể tích tức là nén đất.
Khi tải, một nén đất do:
(i) Nén hạt rắn
(ii) Nén nước lỗ rỗng và không khí
(iii) Trục xuất nước và không khí từ khoảng trống của khối đất. Theo tải trọng kỹ thuật điển hình, việc nén chất rắn trong đất và đổ nước không đáng kể.
Do đó, nén cho không khí và trục xuất không khí và nước từ các lỗ rỗng đóng góp phần lớn sự thay đổi thể tích của đất được tải. Những thay đổi âm lượng này có thể được đưa ra bởi hai quá trình riêng biệt. Nén chặt và hợp nhất.
Nén
Nén chặt là quá trình các hạt đất được đóng gói chặt chẽ hơn với nhau bằng các phương tiện cơ học, tức là tải trọng động như lăn, xáo trộn và rung, v.v. Nó đạt được thông qua việc giảm khoảng trống không khí. Có rất ít hoặc không giảm hàm lượng nước.
Hợp nhất:
Hợp nhất là quá trình trong đó các hạt đất được đóng gói chặt chẽ hơn với nhau trong một khoảng thời gian dưới áp dụng áp lực liên tục, tức là tải tĩnh. Nó đạt được chủ yếu bằng cách thoát nước dần dần từ lỗ chân lông đất. Hợp nhất xảy ra đối với đất sét bão hòa hoặc gần bão hòa hoặc các loại đất khác có độ thấm thấp.
Kiểm tra hợp nhất:
Để dự đoán độ lún cố kết trong đất, chúng ta cần biết các đặc tính căng thẳng (nghĩa là mối quan hệ giữa áp suất hiệu dụng và tỷ lệ rỗng) của đất. Điều này thường liên quan đến việc tải mẫu đất trong phòng thí nghiệm đến một loạt các tải trọng và đo các khu định cư tương ứng. Thử nghiệm này được gọi là thử nghiệm hợp nhất. Thiết bị thử nghiệm được gọi là hợp kim.
Hình 6.1 (a) và (b) hiển thị loại vòng cố định và vòng cố định kiểu vòng nổi được thiết lập. Trong loại vòng cố định, chỉ có đá xốp trên cùng được phép di chuyển xuống dưới trong khi ở loại vòng nổi, cả hai loại đá xốp trên và dưới đều có thể tự do di chuyển. Độ thẩm thấu của mẫu thử ở bất kỳ giai đoạn nạp nào chỉ có thể được đo trong loại vòng cố định. Độ nén của mẫu thử được đo bằng phương pháp quay số được trang bị tại nắp tải. Mẫu thử được phép cố kết dưới một số gia số của áp lực dọc như 0, 1, 0, 2, 0, 5, 1, 2, 4, 8 và 10 kg / cm 2 .
Sự lựa chọn áp lực dọc phụ thuộc chủ yếu vào áp suất vị trí dự kiến, bao gồm áp lực quá tải. Tỷ lệ tăng tải (LIR) của sự thống nhất được sử dụng trong thử nghiệm thông thường. LIR của sự thống nhất có nghĩa là tải được nhân đôi mỗi lần. Mỗi lần tăng áp suất được duy trì trong khoảng thời gian 24 giờ. Mẫu thử hợp nhất với hệ thống thoát nước miễn phí xảy ra từ mặt trên và mặt dưới. Chỉ số đo quay số được ghi chú vào 30 giây, 1, 2, 4, 8, 15, 30 phút, 1 giờ, 2, 4, 8 và 24 giờ.
Khi hợp nhất dưới áp suất cuối cùng hoàn thành, mẫu thử được dỡ ra và cho phép phồng lên. Các kết quả được trình bày trong một biểu đồ bán nhật ký với áp lực lên thang đo log ở abscissa và tỷ lệ khoảng trống tương ứng như được quy định trên thang đo tuyến tính. Tỷ lệ khoảng trống tương ứng với mỗi LIR được áp dụng được xác định là áp suất có thể được tính từ số đọc của đồng hồ quay số và trọng lượng khô của mẫu thử được lấy ở cuối thử nghiệm.
Xác định tỷ lệ trống bằng phương pháp trọng lượng khô:
Phương pháp này được áp dụng cho cả mẫu bão hòa và mẫu bão hòa một phần.
Đặt M s = khối lượng khô của mẫu thử vào cuối thử nghiệm
A = Diện tích mẫu vật
G = Sp. trọng lực của đất
Sau đó, độ dày tương đương của chất rắn 'H S ' được tính như sau:
Đường cong nén có thể thu được từ phép thử cố kết được thực hiện trên mẫu đất sét được thể hiện trong hình 6.3.
Sau khi củng cố mẫu thử đến điểm áp suất Q, mẫu thử được phép mở rộng bằng cách giảm áp suất. Trong quá trình mở rộng, mẫu thử không bao giờ trở lại thể tích ban đầu do một số nén vĩnh viễn. Khi tải lại, thu được đường cong RS.
Khi đạt được áp suất trước tương ứng với điểm 0, đường cong hồi quy có tỷ lệ khoảng trống thấp hơn một chút. Thử nghiệm được tiếp tục bằng cách tăng áp lực hơn nữa, đường cong kết quả ít nhiều là phần mở rộng của phần PQ ban đầu. Hình 6.3 (b) cho thấy biểu đồ tỷ lệ áp suất và khoảng trống hiệu quả trên giấy biểu đồ bán nhật ký. Các phần thẳng P 1 Q 1 và S 1 T 1 ở hai bên của O 1 được gọi là đường cong nén nguyên.
Hệ số nén:
Hệ số khả năng nén 'a V ' được định nghĩa là tỷ lệ giảm khoảng trống trên mỗi đơn vị tăng áp suất.
trong đó e 0 và e là các tỷ lệ rỗng ở đầu và cuối hợp nhất dưới sự gia tăng áp suất ∆σ '. Dấu âm cho thấy e giảm khi tăng.
Hệ số nén âm lượng (m V )
[Quan trọng thay đổi âm lượng]
Hệ số thay đổi thể tích là sự thay đổi thể tích của đất trên một đơn vị thể tích ban đầu trên mỗi đơn vị tăng áp suất. Đơn vị của m v giống như của một v
khi đất bị giới hạn ngang, sự thay đổi về thể tích tỷ lệ thuận với sự thay đổi độ dày H và khối lượng ban đầu tỷ lệ thuận với độ dày ban đầu H 0 . Do đó eqn. (i) trở thành
mv = H / H 0 - 1 /
Thay đổi độ dày, ∆H do tăng áp suất được đưa ra bởi
∆H = - m v H o
Chỉ số nén (c c )
Đây là độ dốc của phần tuyến tính của đường cong e vs log and và không có thứ nguyên.
Đối với phần tuyến tính của đường cong:
Hệ số hợp nhất:
Đó là tỷ số giữa hệ số thấm và tích của hệ số thay đổi thể tích với đơn vị trọng lượng của nước. Nó được ký hiệu là cv = K / m v γ w
Trong đó K = Hệ số thấm
w = đơn vị trọng lượng của nước
C v = hệ số hợp nhất
m V = hệ số thay đổi âm lượng
Hệ số cố kết là chỉ số về tác động kết hợp của độ nén và tính thấm của đất đối với tốc độ thay đổi thể tích.
Hệ số hợp nhất cũng có thể được tính từ mối quan hệ được đưa ra dưới đây.
Truyền hình = c v t / d 2
Trong đó T v = Hệ số thời gian là hàm của mức độ hợp nhất
t = Thời gian hợp nhất
d = Đường thoát nước, cho điều kiện thoát nước kép d = H / 2
Vì Tv không đổi đối với một mức độ hợp nhất nhất định và các điều kiện biên của vấn đề đang được xem xét, thời gian cần thiết để đạt được một mức độ nhất định 'U' tỷ lệ thuận với bình phương đường thoát nước của nó và tỷ lệ nghịch với hệ số hợp nhất. Đối với một loại đất nhất định ở một tỷ lệ rỗng nhất định, c v tăng lên khi tăng cường độ của áp lực cố kết.
Hợp nhất đất không bị xáo trộn:
Tùy thuộc vào lịch sử hợp nhất, tiền gửi đất có thể được chia thành ba lớp:
(i) Đất trước hợp nhất hoặc đất cố kết.
(ii) Đất hợp nhất thông thường.
(iii) Dưới đất hợp nhất.
(1) Đất tổng hợp trước:
Một đất sét được cho là hợp nhất trước nếu nó luôn phải chịu một áp lực lớn hơn áp lực quá tải hiện tại.
Một loại đất có thể đã được củng cố trước bởi tải trọng cấu trúc không còn tồn tại hoặc do trọng lượng của một tảng băng đã tan chảy.
(ii) Đất hợp nhất thông thường:
Đất chưa bao giờ chịu áp lực hiệu quả lớn hơn áp lực quá tải hiện tại được gọi là đất cố kết thông thường. Đất được củng cố hoàn toàn bởi áp lực quá tải hiện có.
(iii) Dưới đất hợp nhất:
Đất không được củng cố hoàn toàn bởi áp lực quá tải hiện tại được gọi là dưới đất hợp nhất.
Tỷ lệ hợp nhất (OCR):
Đó là tỷ lệ của áp lực trước hợp nhất với áp lực quá tải hiệu quả hiện tại.
OCR = Áp suất trước hợp nhất / Áp lực quá tải hiện tại
OCR> 1, chỉ ra đất sét thường được củng cố.
Và OCR> 1, chỉ ra đất sét quá cố
Các yếu tố ảnh hưởng đến hợp nhất:
Các yếu tố ảnh hưởng đến hợp nhất là:
(a) Độ dày của lớp đất sét
(b) Số lượng đường thoát nước
(c) Hệ số thấm
(d) Hệ số hợp nhất
(e) Độ lớn của áp suất cố kết và cách phân phối của nó trên bề dày của lớp.
(f) Yếu tố thời gian
(a) Độ dày của lớp đất sét:
Nếu độ dày nhiều hơn, sự cố kết của lớp sẽ nhiều hơn do áp lực tự quá tải.
(b) Số lượng đường thoát nước:
Đường thoát nước biểu thị khoảng cách tối đa mà các hạt nước phải di chuyển để đến lớp thoát nước tự do. Nếu đường thoát nước nhiều hơn khoảng cách di chuyển của các hạt nước sẽ làm giảm tỷ lệ và đến lượt nước sẽ ra khỏi lớp đất gây ra sự cố kết. Do đó đường dẫn thoát nước càng nhiều, sẽ càng hợp nhất.
(c) Hệ số thấm:
Nếu hệ số thấm của đất nhiều hơn, nước sẽ ra khỏi lỗ chân lông dễ dàng hơn và do đó sự cố kết sẽ nhiều hơn.
(d) Hệ số hợp nhất:
Hệ số cố kết tỷ lệ thuận với mức độ cố kết và do đó nếu hệ số cố kết càng nhiều thì sự cố kết của đất sẽ nhiều hơn.
(e) Độ lớn của áp suất cố kết và phân bố của nó:
Sự hợp nhất của đất bị ảnh hưởng rất lớn bởi áp lực cố kết và phân bố của nó. Nếu áp lực hợp nhất là nhiều hơn và Nó được phân phối đồng đều trên khu vực, thì hợp nhất sẽ nhiều hơn.
(f) Yếu tố thời gian:
Từ phương trình hợp nhất tức là, Tv = C v t / d 2 rõ ràng rằng hệ số hợp nhất (Cv) tỷ lệ thuận với hệ số thời gian (T V ). Nếu yếu tố thời gian là hợp nhất sẽ nhiều hơn.
Tổng giải quyết:
Tổng nén của một lớp đất bão hòa trong một khoảng thời gian dài dưới tải trọng tĩnh được gọi là tổng độ lún. Nó được ký hiệu là S.
S = S i + S c + S s
S i = giải quyết ngay lập tức
Sc = giải quyết hợp nhất hoặc giải quyết chính
Ss = giải quyết thứ cấp
Giải quyết ngay lập tức:
Đây là một phần của việc giải quyết xảy ra ngay sau khi áp dụng tải. Điều này chủ yếu là do nén ngay lập tức lớp đất trong điều kiện không được đào tạo. Giải quyết ngay lập tức là rất nhỏ so với giải quyết chính.
Hợp nhất Giải quyết op Giải quyết chính:
Đây là một phần của khu định cư trong đó có sự trục xuất nước lỗ rỗng từ các lỗ rỗng của đất. Quá trình này gây ra sự giảm âm lượng của các khoảng trống.
Giải quyết hợp nhất Sc có thể được tính bằng bất kỳ phương pháp nào sau đây:
(i) Dựa trên hệ số thay đổi âm lượng, m v
Chuyển động đi xuống của bề mặt của lớp hợp nhất được gọi là độ lún cố kết. Chuyển động này là do giảm thể tích của một khối đất bão hòa dưới tải trọng ứng dụng.
Giải quyết thứ cấp:
Đó là do định hướng lại hạt, leo và phân hủy vật liệu hữu cơ. Nó không yêu cầu trục xuất nước lỗ chân lông. Độ lún thứ cấp không đáng kể trong cát và sỏi, nhưng có thể có ý nghĩa trong đất sét có độ dẻo cao, đất hữu cơ và chất làm đầy mức vệ sinh.
Giải quyết thống nhất:
Nếu khối đất bên dưới một cấu trúc nén đồng đều trong suốt, thì độ lún của cấu trúc là đồng nhất. Nó được gọi là giải quyết thống nhất. Sơ đồ dòng công ty (Hình 6.6) cho thấy tình trạng của cấu trúc trước khi giải quyết và đường chấm chấm hiển thị điều kiện sau khi giải quyết.
Nếu một cấu trúc có nền tảng cứng nhắc, nó trải qua quá trình giải quyết thống nhất.
Giải quyết khác biệt:
Hình 6.8 cho thấy một bóng đèn áp lực có diện tích tải hoàn toàn linh hoạt, có chiều rộng B. Giá trị của ứng suất dọc gây ra bên dưới đường trung tâm của khu vực được tải luôn lớn hơn giá trị của nó ở cùng độ sâu bên dưới cạnh của khu vực được tải. Do sự khác biệt này của ứng suất gây ra, việc giải quyết ở trung tâm nhiều hơn ở rìa.
Khi độ lún không đồng đều, nó được gọi là độ lún chênh lệch. Giải quyết khác biệt là sự khác biệt trong việc giải quyết giữa hai nền tảng hoặc giữa hai điểm của một nền tảng duy nhất. Điều này chủ yếu là do sự không đồng đều trong đất, sự khác biệt về tải trọng kết cấu, v.v.
Tỷ lệ giải quyết:
Tỷ lệ giải quyết là thời gian trong đó một số phần trăm của tổng giải quyết xảy ra.
Tỷ lệ giải quyết phụ thuộc vào các yếu tố sau:
(i) Độ dày của lớp đất
(ii) Tính thấm của đất
(iii) Số mặt thoát nước
(iv) Độ lớn của tải trọng ứng dụng.
Tỷ lệ giải quyết có thể được tính bằng cách sử dụng công thức
(i) T = C v t / h 2
Trong đó T = hệ số thời gian
C v = hệ số hợp nhất
h = chiều dài đường thoát nước dài nhất
Giải quyết do hoạt động xây dựng và hạ thấp mực nước:
Việc đào đất gây ra sự di chuyển của đất xung quanh về phía đào gây ra sự lún của mặt đất liền kề với việc đào. Giải quyết có thể xảy ra gần gấp đôi độ sâu đào xung quanh các cuộc khai quật mở. Trong quá trình đào hầm, việc giải quyết mặt bằng phía trên đường hầm có thể xảy ra. Nền móng của các cấu trúc có trong vùng bị ảnh hưởng có thể di chuyển dẫn đến nghiêng các cấu trúc hoặc hình thành các vết nứt trong các cấu trúc.
Để giảm thiểu thiệt hại cho các cấu trúc liền kề, Kỹ sư Geotectonic phụ trách chọn phương pháp đào để giảm thiểu chuyển động của đất. Trước khi đào hầm, các biện pháp bảo vệ nền móng dưới dạng vữa vữa được thực hiện nhằm giảm thiểu sự di chuyển vào bên trong của đất trong quá trình đào hầm và giảm độ lún bề mặt.
Đất hạt lỏng lẻo, bão hòa và thô được nén chặt bởi các rung động được tạo ra trong các hoạt động xây dựng, dẫn đến sụt lún đáng kể của bề mặt đất. Nguồn chủ yếu của rung động xây dựng là đóng cọc, đào rãnh cơ học, phá hủy thuốc nổ, v.v. cho đến gần đây, các biện pháp bảo vệ dựa trên vận tốc của hạt gây ra rung động và sự phân rã của nó với khoảng cách từ nguồn. Hướng dẫn hợp lý hơn hiện đang được phát triển.
Việc hạ thấp mực nước làm tăng trọng lượng đơn vị hiệu quả của đất ban đầu bên dưới mực nước, điều này có thể gây ra sự lún đáng kể cả ở vùng bị mất nước và trong lớp đất bên dưới. Sự gia tăng áp lực hiệu quả này gây ra sự lún trong cát lỏng lẻo. Trong đất sét, sự gia tăng áp lực hiệu quả sẽ gây ra độ lún lớn vì đất sét có khả năng nén cao.
Trời cao:
Chuyển động đi lên của đất được gọi là dồn dập. Vấn đề nặng nề phát sinh khi đất mở rộng do giảm áp lực giới hạn hoặc tăng hàm lượng nước. Mức độ cao của đặc tính nóng được quan sát thấy trong đất mở rộng. Vấn đề nặng nề là đặc biệt phổ biến ở các khu vực khô cằn. Ở những vùng như vậy, đất khô và co lại trong thời tiết khô cằn và mở rộng khi có hơi ẩm.
Ở những khu vực đất bị đóng băng, có sự di chuyển lên trên mặt đất do sự hình thành của băng ngầm và hiện tượng này được gọi là sương muối.
Frostve chủ yếu là do các lý do sau đây:
(i) Khi đất đóng băng, đổ nước mở rộng khoảng 9% về thể tích và đất mở rộng 4% về thể tích. Các lò sưởi như vậy khá đồng đều và gây ra thiệt hại tương đối ít.
(ii) Nếu mực nước ngầm cao, hành động mao dẫn có thể hút nước lên đến vùng đóng băng nơi nó tạo thành các đường băng như trong hình 6.11. Cơ chế này có thể di chuyển một lượng lớn nước và có thể tạo ra các bề mặt đất từ 12 inch trở lên. Những khối lượng như vậy là rất bất thường và có thể gây ra thiệt hại lớn cho các công trình kỹ thuật dân dụng.
Các vấn đề nặng nề thường liên quan đến các cấu trúc ánh sáng như các tòa nhà nhỏ, mặt đường, đập, đập tràn, v.v.
Leo:
Creep là sự di chuyển chậm và dài hạn của đất trong các sườn dốc. Phong trào này thường theo thứ tự milimet mỗi năm. Nó xảy ra do trọng lực gây ra xuống ứng suất cắt dốc, tác động băng giá, mở rộng và co lại của đất sét. Nếu ứng suất cắt trong đất sét vượt quá khoảng 70% cường độ cắt, chuyển động cắt chậm hoặc leo bắt đầu xảy ra.
Một số clays thể hiện creep đáng kể nếu ứng suất cắt vượt quá khoảng 50% cường độ cắt. Creep kéo dài đến độ sâu 0, 3 đến 3 m, với sự dịch chuyển tối đa xảy ra ở mặt đất. Trong ngắn hạn, ảnh hưởng của creep trong các cấu trúc là không đáng kể, nhưng về lâu dài, creep có thể tạo ra các biến dạng đáng kể trong các cấu trúc được thiết lập trên các loại đất như vậy. Do leo đất, đất di chuyển xuống dốc, tạo ra một vật liệu kém hơn đất mẹ. Hành vi leo trèo này là một trong những lý do mà yếu tố an toàn cao hơn được yêu cầu trong đất sét.
