Chương 7 — Ứng suất hữu hiệu & Áp lực nước lỗ rỗng¶

7.1 Nguyên lý ứng suất hữu hiệu¶

Nguyên lý Terzaghi là nền tảng của cơ học đất:

\[\sigma' = \sigma - u\]

trong đó \(\sigma\) là ứng suất tổng tại một điểm, \(u\) là áp lực nước lỗ rỗng, và \(\sigma'\) là ứng suất hữu hiệu do khung hạt rắn chịu. Mọi khía cạnh ứng xử của đất — cường độ, độ cứng và biến đổi thể tích — phụ thuộc ứng suất hữu hiệu, không phải ứng suất tổng.

7.2 Tính ứng suất tổng¶

Ứng suất tổng ở độ sâu là tổng trọng lượng mọi thứ phía trên:

\[\sigma_v = \sum \gamma_i h_i\]

dùng dung trọng phù hợp cho mỗi lớp — tự nhiên trên mực nước ngầm, bão hòa dưới mực nước ngầm.

7.3 Áp lực nước lỗ rỗng¶

Áp lực nước lỗ rỗng được đo bằng áp kế (piezometer) (xem tài liệu Dunnicliff và FHWA). Hai trạng thái quan trọng:

Thủy tĩnh (ổn định) — \(u = \gamma_w z\), tăng theo độ sâu dưới mực nước ngầm.
Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư — sinh ra do chất tải hoặc dỡ tải nhanh hơn tốc độ thoát nước; nó tiêu tán theo thời gian (cố kết).

7.4 Mặt cắt ứng suất hữu hiệu¶

Kết hợp hai phần trên cho mặt cắt ứng suất hữu hiệu. Các nhận xét then chốt:

Dưới mực nước ngầm, ứng suất hữu hiệu tăng theo dung trọng đẩy nổi, không phải dung trọng bão hòa.
Gradient thấm hướng lên làm giảm ứng suất hữu hiệu; hướng xuống làm tăng.
Nơi ứng suất hữu hiệu đạt không, đất mất toàn bộ cường độ (hóa lỏng, trồi, sôi).

7.5 Vì sao nó quan trọng¶

Ứng suất hữu hiệu giải thích:

Cố kết — lún do tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư (Chương 9);
Sức kháng cắt — do \(\sigma'\) chi phối (Chương 10);
Hóa lỏng — mất ứng suất hữu hiệu dưới tải trọng chu kỳ; và
Ổn định thấm — đẩy nổi và xói ngầm (Chương 6).

7.6 Các điểm then chốt cần ghi nhớ¶

\(\sigma' = \sigma - u\) — nguyên lý trung tâm của cơ học đất.
Ứng suất tổng là tổng trọng lượng các lớp; áp lực nước lỗ rỗng đo từ áp kế (piezometer).
Dưới mực nước ngầm dùng dung trọng đẩy nổi cho ứng suất hữu hiệu.
Thấm làm thay đổi ứng suất hữu hiệu — dòng hướng lên làm giảm.
Ứng suất hữu hiệu chi phối cố kết, cường độ và hóa lỏng.