Đề cương ôn tập địa chất công trình

....................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... Tong Van Chung-13x5-facebook.com/tongchungdb-29/09/15 18 | Đề cương Địa Chất Công Trình Câu 13: Trình bày điều kiện địa chất công trình của một khu vực xây dựng? - Vị trí địa lý, dân cư và kinh tế khu vực xây dựng: yếu tố này quan trọng đối với công tác thiết kế quy hoạch, thiết kế cơ sở, lập luận chứng kinh tế kỹ thuật cho khu vực nghiên cứu. - Địa hình, địa mạo: thể hiện hình thái và cấu trúc của bề mặt địa hình. Cụ thể là độ cao tuyệt đối, tương đối, độ dốc, mức độ phân cắt, lồi lõm, nguồn gốc của các loại địa hình,... Yếu tố này có ảnh hưởng lớn tới việc lựa chọn vị trí công trình, sự ổn định của hố móng cũng như tổ chức thi công. - Cấu tạo địa chất: gồm các đặc điểm như thế nằm, nứt nẻ, đứt gãy, vỡ vụn,... của đất đá. Cấu tạo địa chất ảnh hưởng tới sự ổn định của nền, tính thấm của đất đá, sự phát triển của hiện tượng phong hoá, trượt, cactơ,... - Đặc điểm địa tầng và tính chất cơ lý của các lớp đất đá: đây là yếu tố quan trọng nhất bởi vì đất đá được dùng làm nền, môi trường hay vật liệu xây dựng. Chúng đóng vai trò quyết định đối với sự ổn định của công trình. Đối với mỗi loại đất đá, cần nghiên cứu đặc điểm phân bố (chiều dày và sự biến đổi trong không gian), đặc điểm kiến trúc, thành phần, màu sắc, trạng thái và các đặc trưng cơ lý của chúng. - Đặc điểm ĐCTV khu vực: Nước dưới đất có ảnh hưởng tới độ bền, độ ổn định của đất đá cũng như khả năng thi công, cung cấp nước trong quá trình xây dựng và sử dụng công trình. Khi nghiên cứu điều kiện ĐCTV, cần chú ý đặc điểm phân bố, chiều dày, tính thấm của đất đá, động thái, thành phần hoá học, tính chất ăn mòn cũng như mức độ phong phú của nước dưới đất. - Các hiện tượng địa chất động lực khu vực: Tuỳ trường hợp cụ thể mà các hiện tượng địa chất đóng vai trò khác nhau đối với sự ổn định cũng như hiệu quả xây dựng công trình. Cần làm sáng tỏ nguồn gốc phát sinh, quy mô phát triển, các yếu tố ảnh hưởng cũng như tác hại của chúng đối với việc xây dựng công trình. Từ đó đề ra các biện pháp ngăn chặn ảnh hưởng bất lợi của chúng. - Vật liệu xây dựng và khoáng tự nhiên: Đối với một số công trình như thuỷ lợi, giao thông có khối lượng đào đắp nhiều, yếu tố này có thể đóng vai trò quyết định tới việc lựa chọn loại, kết cấu, quy mô cũng như giá thành xây dựng công trình. Khi nghiên cứu vật liệu xây dựng, cần làm sáng tỏ chất lượng, trữ lượng, khả năng khai thác và vận chuyển đến công trình. Câu 14: Em hãy cho biết các giá trị cần đo trong các thí nghiệm nén tĩnh nền, thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn và thí nghiệm xuyên tĩnh?  Công tác thí nghiệm nén tĩnh nền: - Nghiên cứu đặc tính biến dạng của đất nền. - Xác định môđun tổng biến dạng và khả năng chịu tải của đất nền. - Nghiên cứu đặc tính lún ướt của đất có khả năng lún ướt. Trong khảo sát ĐCCT, nhiều trường hợp không lấy được mẫu nguyên dạng để xác định chỉ tiêu cơ lý (như đất chứa nhiều dăm sạn, nền đất rời, nền được gia cố bằng cọc tre, cọc cát, cọc xi măng, đất vôi hay đệm cát, hoặc công trình sử dụng lớp phủ như đường,...) thì thường sử dụng phương pháp này do diện tích bàn nén lớn. Ngoài ra, thí nghiệm này thường được sử dụng khi thiết kế móng nông cho công trình. Tong Van Chung-13x5-facebook.com/tongchungdb-29/09/15 19 | Đề cương Địa Chất Công Trình  Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn: Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (Standard Penetration Test) được dùng để phân chia địa tầng, phát hiện các thấu kính đất, độ chặt của đất rời, dự báo sức mang tải của móng nông trên đất rời, sức chịu tải của cọc. Ngoài ra, thí nghiệm SPT còn đánh giá một số chỉ tiêu động lực như khả năng hoá lỏng của đất rời, tốc độ truyền sóng trong đất.  Thí nghiệm xuyên tĩnh: -Thí nghiệm xuyên tĩnh dùng để xác định ranh giới địa tầng, mức độ đồng nhất của đất đá, đối chứng với khoan thăm dò và thí nghiệm trong phòng để phân chia loại đất, xác định độ chặt của đất loại cát, sức chịu tải của móng cọc, kiểm tra chất lượng các công trình bằng đất đắp như đường, đê, đập,... Câu 15: Em hãy viết và giải thích các biểu thức xác định modul tổng biến dạng của đất theo thí nghiệm nén không nở hông, thí nghiệm nén tĩnh nền và thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT)?  Thí nghiệm nén không nở hông: Ở trong phòng Eo thường được xác định theo thí nghiệm nén không nở hông theo công thức: ( 1) ( 1) 1 io i i ki i eE ma     (2.75) trong đó: ei - hệ số rỗng ứng với áp lực σi trên đường cong nén lún; ai÷i+1 - hệ số nén lún xác định ứng với áp lực i, i+1;  - hệ số chuyển đổi từ nén không nở hông sang nở hông và xác định theo hệ số nở hông  (Cát β = 0,80; Cát pha β = 0,74; Sét pha β = 0,62; Sét β = 0,40); mk - hệ số chuyển đổi từ thí nghiệm nén từ trong phòng ra ngoài hiện trường. Modul tổng biến dạng của đất đặc trưng cho khả năng chống lại biến dạng của nó khi chịu tác dụng của tải trọng ngoài.  Thí nghiệm nén tĩnh nền: Môđun tổng biến dạng được xác định như sau: 20 (1 ) P PE d kS S       : là hệ số poatson, lấy bằng 0.27 cho đất đá vụn thô; 0.3 cho cát và 0.35 cho sét pha; 0.42 cho sét.  : là hệ số không thứ nguyên, bằng 0.79 đối với bàn nén tròn và cứng d : đường kính bàn nén, cm P : số gia tải trọng gây nên số gia độ lún S của bàn nén và được xác định theo đoạn thẳng trung hoà (theo phương pháp bình phương bé nhất). Tong Van Chung-13x5-facebook.com/tongchungdb-29/09/15 20 | Đề cương Địa Chất Công Trình 2(1 )K d   , k là hằng số với bàn nén có kích thước nhất định và đất đá cùng loại.  Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn(SPT): - Mô đun tổng biến dạng được xác định như sau (theo Tassios, Anagnostopoulos): E0 = ( 30 6)10a c N  Trong đó:a: Hệ số, được lấy bằng 40 khi N30 > 15; bằng 0 khi N30 < 15. c: Hệ số phụ thuộc vào loại đất, xác định như sau: + Đất loại sét: c = 3 + Cát hạt mịn, hạt nhỏ: c = 3.5 + Cát hạt trung, hạt vừa: c = 4.5 + Cát hạ thô: c = 7.0 + Cát lẫn sạn sỏi: c = 10.0 + Sạn sỏi lẫn cát: c = 12.0 Câu 16: Trình bày mục đích và nội dung các giai đoạn khảo sát địa chất công trình cho xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp? a. Khảo sát ĐCCT sơ bộ: - Nhằm phục vụ giai đoạn thiết kế cơ sở. Mục đích là chọn được vị trí xây dựng tốt nhất trên cơ sở các phương án đã đặt ra, đồng thời đưa ra thông số ban đầu nhằm phục vụ cho công tác bắt đầu thiết kế. -Nội dung: + Trước tiên cần thu thập các tài liệu ĐCCT, ĐCTV đã có sẵn, hệ thống hoá những tài liệu này và vạch ra phương án khảo sát. Cơ sở của phương án khảo sát ĐCCT dựa trên nhiệm vụ khảo sát. +Sau đó tiến hành khảo sát thực địa, đo vẽ ĐCCT ở mỗi khu đất (nếu cần thiết), đồng thời tiến hành khoan đào thăm dò. lấy các mẫu đất đá để thí nghiệm trong phòng và tiến hành các thí nghiệm ngoài trời (xuyên tiêu chuẩn, xuyên tĩnh,...). + Cuối cùng phải lập được mặt cắt ĐCCT của khu đất, luận chứng để chọn ra vị trí xây dựng tốt nhất. b. Khảo sát ĐCCT chi tiết trên khoảnh đất được chọn: -Mục đích: Nhằm phục vụ thiết kế cụ thể trên diện tích xây dựng được chọn, tương ứng với giai đoạn thiết kế kỹ thuật. Từ đó có thể đánh giá được sự ổn định của công trình với kết cấu móng thiết kế. Tong Van Chung-13x5-facebook.com/tongchungdb-29/09/15 21 | Đề cương Địa Chất Công Trình -Nội dung: +Với công trình có quy mô lớn, cần tiến hành đo vẽ ĐCCT với tỷ lệ 1/200 đến 1/5000, sau đó tiến hành phân vùng cho phép giải quyết các giải pháp thiết kế tối ưu, khoan thăm dò là công tác chủ yếu trong giai đoạn này. Tổng số các công trình thăm dò không nhỏ hơn 3 đối với 1 công trình xây dựng riêng biệt. +Trong trường hợp vị trí công trình chưa xác định cụ thể, bố trí các điểm thăm dò theo tuyến. Chiều sâu công trình thăm dò căn cứ vào ảnh hưởng của công trình đối với nền đất. . Trong giai đoạn này, cần nghiên cứu các đặc trưng ĐCCT của đất đá dưới độ sâu đới ảnh hưởng ít nhất 1 - 2m +Với những công trình quan trọng, cần có một số hố khoan sâu hơn các hố khoan thông thường để khống chế địa tầng, tránh những bất ngờ khi điều kiện ĐCCT phức tạp (thấu kính đất yếu, hang cactơ,...). + Tuỳ theo loại công trình và điều kiện ĐCCT cụ thể mà có thể tiến hành các công tác thí nghiệm ngoài trời như xuyên tĩnh, nén tĩnh, cắt cánh, xuyên tiêu chuẩn. c. Khảo sát ĐCCT bổ sung: -Mục đích: Nhằm luận chứng cho giai đoạn thiết kế kỹ thuật - lập bản vẽ thi công. Thông thường, công tác này được thực hiện khi phát hiện những dị thường địa chất trong quá trình thi công, hoặc có sự sai khác giữa thiết kế và thực tế thi công. Những vấn đề phát sinh đó có thể ảnh hưởng đến giải pháp nền móng, tiến độ, biện pháp thi công, kết cấu, chất lượng, giá thành xây dựng công trình,... -Nội dung: Nội dung công tác khảo sát ĐCCT tương tự như giai đoạn chi tiết, phụ thuộc vào những phát sinh cần giải quyết. Công tác thí nghiệm ngoài trời được tiến hành phù hợp với nhiệm vụ cần giải quyết, ví dụ như xuyên tĩnh, nén tĩnh, cắt cánh, xuyên tiêu chuẩn, đổ nước hoặc ép nước thí nghiệm, đo địa vật lý,... +Trong từng trường hợp cụ thể, cần đề ra giải pháp nền móng hay gia cố nền để đảm bảo sự ổn định của công trình. Tong Van Chung-13x5-facebook.com/tongchungdb-29/09/15 22 | Đề cương Địa Chất Công Trình BÀI TẬP TỔNG HỢP Bài 1: a) Em hãy thành lập biểu thức xác định lưu lượng đơn vị và viết phương trình đường cong hạ thấp mực nước của tầng chứa nước không áp có hệ số thấm K nằm trên đáy cách nước nằm ngang như hình vẽ trên? b) Áp dụng khi h1 = 7,0m; h2 = 6,0m; L = 25m và K = 15,5m/ngđ? c) Xác định áp lực nền đất lên điểm A nằm ở đáy của tầng chứa nước và chính giữa 2 tiết diện 1 và 2? (Biết rằng khối lượng thể tích của đất ở trên mực nước ngầm là 1,73g/cm3 và ở dưới mực nước ngầm là 0,765g/cm3). Bài 2: Thí nghiệm cơ lý của một loại đất cho các kết quả theo bảng sau: Độ ẩm W (%) Khối lượng thể tích γo (g/cm3) Khối lượng riêng γs (g/cm3) Giới hạn chảy WL (%) Giới hạn dẻo WP (%) Hệ số rỗng tương ứng áp lực nén e0.5 e1.0 e2.0 e4.0 41,8 1,71 2,70 48,7 23,5 1,078 1,028 0,958 0,874 Em hãy: a) Tính khối lượng thể tích khô; độ rỗng và hệ số số rỗng của đất? b) Tính độ bão hoà? Khối lượng thể tích của đất dưới nước và khối lượng thể tích bão hoà của đất? c) Gọi tên và xác định trạng thái của đất? d) Vẽ đường cong nén lún? Tính modul tổng biến dạng của đất trong khoảng áp lực 1 đến 2 kG/cm2? Tong Van Chung-13x5-facebook.com/tongchungdb-29/09/15 23 | Đề cương Địa Chất Công Trình Bài 3: Một nền đất gồm 2 lớp, lớp trên cùng dày 4m có các chỉ tiêu cơ lý thể hiện ở bảng dưới, lớp nằm dưới là cuội sỏi chứa nước. Tầng chứa nước này là vô hạn và có mực nước nằm cách mặt đất 1m. Bảng chỉ tiêu thí nghiệm lớp đất 1: Độ ẩm W (%) Khối lượng thể tích  (g/cm3) Khối lượng riêng s (g/cm3) Giới hạn chảy WL (%) Giới hạn dẻo WP (%) 30,6 1,81 2,69 42,8 23,8 Em hãy: a) Vẽ hình biểu diễn các thông số? b) Tính khối lượng của thể tích đẩy và khối lượng thể tích bão hoà của đất? c) Mực nước trong hố đào cao bao nhiêu so với đáy hố đào, nếu hố đào sâu 2,0m và sâu 4,5m? d) Chiều sâu hố đào lớn nhất là bao nhiêu để đất dưới đáy hố đào không bị đẩy trồi? Bài 4: Kết quả thí nghiệm mẫu đất cho biết độ ẩm tự nhiên của đất W = 38%, khối lượng thể tích tự nhiên là o = 1,50g/cm3, khối lượng riêng s = 2,72g/cm3, giới hạn chảy WL = 42%, giới hạn dẻo WP = 35%. Hãy: 1) Tính độ lỗ rỗng n của đất và khối lượng thể tích khô của đất? 2) Hãy xác định tên và trạng thái của đất? 3) Kết quà thí nghiệm cắt phẳng trực tiếp mẫu đất như sau: Áp lực cắt thẳng đứng (kG/cm2) 1 2 3 Lực cắt lớn nhất (kG) 25,35 40,53 55,60 Biết diện tích mẫu đất F = 32cm2. Em hãy: a) Vẽ đường biểu diễn sức chống cắt của đất? b) Xác định các chỉ tiêu về sức kháng cắt của đất? Tong Van Chung-13x5-facebook.com/tongchungdb-29/09/15 24 | Đề cương Địa Chất Công Trình Bài 5: Một hố móng hình chữ nhật có kích thước rộng a = 1m, dài b = 3,14m, đáy hố nằm trùng với lớp sét cách nước sâu 6m. Hố nằm hoàn toàn trong tầng cát pha chứa nước, có mực nước cách mặt đất 2m. Tầng cát pha có hệ số thấm K= 4m/ngđ; khối lượng riêng 2,68g/cm3, độ ẩm 35% và khối lượng thể tích 1,75g/cm3. a) Vẽ mặt cắt và mặt bằng thể hiện các thông số của bài toán? b) Tính khối lượng thể tích đẩy nổi của đất? c) Hãy xác định lưu lượng hút để tháo khô hoàn toàn hố móng, biết rằng bán kính ảnh hưởng khi tháo khô hoàn toàn là 10m? d) Khi tháo khô hoàn toàn có xẩy ra hiện tượng cát chảy không? Bài 6: Một mẫu đất ở trạng thái tự nhiên có độ ẩm là 27%. Kết quả thí nghiệm xác định các chỉ tiêu tính dẻo của đất cho WP = 17,8%; WL=29,0%. Biết khối lượng riêng của đất là 2,69g/cm3. 1 - Hãy xác định tên và trạng thái của đất? 2 - Lấy 100cm3 có khối lượng là 200g tiến hành đầm chặt để xác định độ ẩm tối ưu (là độ ẩm mà khi đầm đất đạt kết cấu chặt nhất) của đất. Hãy xác định lượng nước cần thiết thêm vào để khi đầm chặt đất đạt được độ ẩm tối ưu là 30%? 3 - Khi làm chặt đất thuộc mẫu trên sao cho khối lượng thể tích khô của đất đạt 1,65g/cm3. Hỏi khi đó hệ số rỗng của đất giảm đi một lượng là bao nhiêu?