Chương 4 Sức chịu tải của nền đất
4.2 Phương pháp tính toán dựa vào lý luận nền biến dạng tuyến tính kết hợp với điều kiện cân bằng giới hạn (dựa vào sự phát triển của vùng biến dạng dẻo). 39
Sự biến dạng của nền đất đƣợc chia làm ba giai đoạn: giai đoạn nén chắt – giai đoạn biến dạng trƣợt – và giai đoạn phá hoại hoàn toàn. Trong giai đoạn trƣợt, quan hệ giữa biến dạng và tải trọng không còn là tuyến tính nữa, nên phương pháp này chỉ đúng khi đất nền còn nằm trong giai đoạn thứ nhất (P ≤ PghI). Phương pháp này chỉ xác định được trị số tải trọng giới hạn ban đầu, rồi từ đó suy ra sức chịu tải của nền.
4.2.1 Xác định ranh giới vùng biến dạng dẻo.
Nếu tại một điểm trong nền đất, ứng suất cắt vƣợt quá sức chống cắt của đất, thì đất tại điểm đó sẽ bị trƣợt và mất sức bền, nghĩa là điểm đó đã rơi vào trạng thái biến dạng dẻo. Nếu có nhiều điểm nằm trong trạng thái biến dạng dẻo, thì sẽ hình thành một vùng biến dạng dẻo, vùng biến dạng dẻo thường xuất hiện đầu tiên dưới mép đáy móng và phát triển rộng ra, cũng nhƣ xuống theo chiều sâu khi tải trọng P tăng dần.
Những điểm nằm ngoài vùng biến dạng dẻo thì hoàn toàn ổn định, những điểm nằm trên đường biên giới của vùng biến dạng dẻo thì ở trạng thái cân bằng giới hạn, những điểm nằm trong vùng biến dạng dẻo thì hoàn toàn mất ổn định.
Sơ đồ tác dụng củ tải trọng hình băng.
Xét trường hợp tải trọng phân bố đều p tác dụng trên hình băng có chiều rộng b, tải trong là tải trọng quy đổi của lớp đất từ đáy móng trở lên (h độ sâu đặt móng, γ là dung trọng của đất từ đáy móng đến mặt đất).
z Là độ sâu của điểm xét (trong vùng biến dạng dẻo), zmax là độ sâu lớn nhất cho phép của vùng biến dạng dẻo (tại đó nền đất nằm ở trạng thái cân bằng giới hạn), chiều sâu lớn nhất của vùng biến dạng dẻo đƣợc xác định theo biểu thức:
( )
Tải trọng Pmax ứng với sự phát triển của vùng biến dạng dẻo tới độ sâu zmax:
Trang 40
( ) 4.2.2 Xác định tải trọng giới hạn.
Theo N.P.Puzureski, tải trọng giới hạn ban đầu ứng với zmax = 0, tức là khi vùng biến dạng dẻo chỉ vừa mới bắt đầu ở hai mép đáy móng. Tải trọng này còn gọi là tải trọng giới hạn thứ nhất Pgh
I.
⁄
Theo N.N. Maslov đề nghị lấy zmax = b.tgφ và quy định này có nghĩa không cho phép vùng biến dạng dẻo lan vào phạm vị bao gồm giữa hai đường thẳng đứng đi qua mép đáy móng (hình b), tải trong pzmax lúc này đƣợc xác định theo biểu thức:
⁄
Theo Yaropolxki cho vùng biến dạng dẻo phát triển tới độ sâu zmax nhƣ sau.
( )
[ ( ) ]
⁄
Lúc này các vùng biến dạng dẻo đã nối liền với nhau, vì vậy tải trọng xác định theo công thức của Yaropolxki tương ứng với trạng thái của đất nền bắt đầu mất ổn định. Có thể xem đó là tải trọng giới hạn Pgh
II, tức là tải trọng giới hạn của nền. Còn tải trọng xác định theo công thức N.N.Maslov có thể xem là tải trọng cho phép.
Theo tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình TCXD 45-78, thì độ sâu phát triển khu vực biến dạng dẻo zmax = b/4, (với b là chiều rộng của móng) thì biến dạng của nền có thể kiểm tra theo công thức tính lún của lý thuyết nền biến dạng tuyến tính.
Có nghĩa là, khi tính toán biến dạng củ nền theo công thức tính lún của lý thuyết nen biến dạng tuyến tính, khi áp lực trung bình tác dụng lên nền ở dưới đáy móng do tải trọng ngoài gây ra, không đƣợc vƣợt quá áp lực tiêu chuẩn Rtc(t/m2) tác dụng lên nền tính theo công thức:
Trang 41
Trong đó:
m1, m2 : lần lƣợt là hệ số điều kiện làm việc của nền và hệ số làm việc của công trình có tác dụng qua lại với nền, hệ số này phụ thuộc vào tỷ lệ chiều dài và chiều cao của công trình (tra bảng 1.22 – Nền và Móng – Châu Ngọc Ẩn – trang 54;)
Ktc: hệ số tin cậy, lấy bằng 1.0 nếu các chỉ tiêu cơ lý đƣợc xác định bằng thí nghiệm trực tiếp đối với đất, lấy bằng 1.1 nếu các chỉ tiêu cơ lý lấy theo bảng của quy phạm.
A, B, C: hệ số tra bảng V-5 trang 269 (Bài tập cơ học đất).
b: Cạnh bé của đáy móng (m).
h : Chiều sâu chôn móng kể từ đáy móng đến cốt thiết kế.
γ’II : Trọng lƣợng thể tích đất kể từ đáy móng trở lên.
γII : Nhưng đất nằm trực tiếp dưới đế móng.
cII : Lực dính đơn vị của đất nằm trực tiếp
γ1 : Trọng lƣợng thể tích đất kể từ đáy móng trở lên.
γ2 : Nhưng đất nằm trực tiếp dưới đế móng.
c : Lực dính đơn vị của đất nằm trực tiếp dưới đáy móng.
Bảng tra giá trị hệ số sức chịu tải A, B, D
Bảng tra hệ số m1, m2.
φ A B D
0 0 1 3.1416
2 0.0290 1.1159 3.3196 4 0.0614 1.2454 3.5100 6 0.0976 1.3903 3.7139 8 0.1382 1.5527 3.9326 10 0.1837 1.7349 4.1677 12 0.2349 1.9397 4.4208 14 0.2926 2.1703 4.6940 16 0.3577 2.4307 4.9894 18 0.4313 2.7252 5.3095 20 0.5148 3.0591 5.6572 22 0.6097 3.4386 6.0358 24 0.7178 3.8713 6.4491 26 0.8415 4.3661 6.9016 28 0.9834 4.9338 7.3983 30 1.1468 5.5972 7.9453 32 1.3356 6.3424 8.5497 34 1.5547 7.2188 9.2198 36 1.8101 8.2403 9.9654 38 2.1092 9.4367 10.7985 40 2.4614 10.8455 11.7334 42 2.8785 12.5138 12.7874
Trang 42