Cơ học đất là một ngành khoa học kỹ thuật nghiên cứu về tính chất, hành vi và ứng dụng của các loại đất trong các công trình xây dựng và môi trường. Cơ học đất nâng cao là một lĩnh vực mở rộng và sâu sắc của cơ học đất, bao gồm các chủ đề như: động lực học đất, cơ học đất không bão hòa, cơ học đất mềm, cơ học đất phức tạp, cơ học đất sinh học và cơ học đất mô phỏng.
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giới thiệu về các khái niệm cơ bản, các phương pháp phân tích và các ứng dụng thực tế của cơ học đất nâng cao. Chúng tôi hy vọng bài viết này sẽ giúp bạn có cái nhìn tổng quan và sâu sắc về lĩnh vực này, cũng như khơi gợi sự quan tâm và nghiên cứu của bạn.
Động lực học đất là một phần quan trọng của cơ học đất nâng cao, nghiên cứu về ảnh hưởng của các tải trọng động (như rung động, sóng, va chạm) lên các loại đất. Động lực học đất có thể được chia thành hai nhóm chính: động lực học đất tuyến tính và phi tuyến. Động lực học đất tuyến tính giả sử rằng mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của đất là tuyến tính và không phụ thuộc vào thời gian. Động lực học đất phi tuyến xem xét các hiệu ứng phi tuyến, như sự phụ thuộc vào thời gian, sự phụ thuộc vào biến dạng, sự phụ thuộc vào ứng suất và sự phụ thuộc vào lịch sử biến dạng của đất.
Một số phương pháp phân tích thường được sử dụng trong động lực học đất là: phương pháp số (như phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp phần tử biên), phương pháp lý thuyết (như giải tích biến phức, giải tích sóng), và phương pháp thí nghiệm (như thử nghiệm rung bàn, thử nghiệm sóng xung). Một số ứng dụng thực tế của động lực học đất là: thiết kế móng cho các công trình chịu tải trọng động (như nhà máy điện, cầu, nhà cao tầng), khảo sát và giảm thiểu hiện tượng rung chấn do giao thông và máy móc, khảo sát và giảm thiểu hiện tượng sóng do thiên tai (như sóng thần, sóng do nổ) và hiện tượng trượt lở do rung chấn.
Cơ học đất không bão hòa là một lĩnh vực khác của cơ học đất nâng cao, nghiên cứu về tính chất và hành vi của các loại đất có chứa không khí và nước trong các khoang trống. Các loại đất này thường gặp ở các tầng trên cùng của lớp đất, hoặc ở các vùng khí hậu khô hạn, nơi mức nước ngầm thấp. Cơ học đất không bão hòa có thể được xem như một trường hợp đặc biệt của cơ học đa pha, trong đó có hai pha rắn (đất) và lỏng (nước), và một pha khí (không khí).
Một số khái niệm cơ bản trong cơ học đất không bão hòa là: độ bão hòa (tỉ lệ thể tích nước trên thể tích khoang trống), ứng suất hiệu dụng (ứng suất chuyển giao giữa các hạt rắn), ứng suất mao dẫn (ứng suất do sự thấm nước trong khoang trống), và ứng suất toàn phần (tổng của ứng suất hiệu dụng và ứng suất mao dẫn). Một số phương pháp phân tích thường được sử dụng trong cơ học đất không bão hòa là: phương pháp số (như phương pháp phần tử hữu hạn phi tuyến, phương pháp sai phân hữu hạn), phương pháp lý thuyết (như giải tích biến phức, giải tích biến đổi Laplace), và phương pháp thí nghiệm (như thử nghiệm triaxial không bão hòa, thử nghiệm nén không bão hòa). Một số ứng dụng thực tế của cơ học đất không bão hòa là: thiết kế móng cho các công trình ở vùng khô hạn, khảo sát và giảm thiểu hiện tượng co ngót và sụt lún do biến đổi độ ẩm của đất, khảo sát và giảm thiểu hiện tượng xâm nhập mặn do biến đổi mực nước biển.
Cơ học đất mềm là một lĩnh vực nữa của cơ học đất nâng cao, nghiên cứu về tính chất và hành vi của các loại đất có chỉ số nhựa cao, tỉ trọng rỗng cao, và chịu tải trọng thấp. Các loại đất này thường gặp ở các vùng ven biển, ven sông, hoặc các vùng ngập nước. Cơ học đất mềm có thể được xem như một trường hợp đặc biệt của cơ học đất bão hòa, trong đó có hai pha rắn (đất) và lỏng (nước), và không có pha khí.
Một số khái niệm cơ bản trong cơ học đất mềm là: chỉ số nhựa (tỉ lệ giữa giới hạn chảy và giới hạn co lại của đất), tỉ trọng rỗng (tỉ lệ thể tích khoang trống trên thể tích rắn), chỉ số thoát nước (tỉ lệ giữa lượng nước thoát ra và lượng biến dạng theo chiều dọc của mẫu đất khi chịu tải trọng), và chỉ số cố kết (tỉ lệ giữa ứng suất hiệu dụng ban đầu và ứng suất toàn phần ban đầu của đất). Một số phương pháp phân tích thường được sử dụng trong cơ học đất mềm là: phương pháp số (như phương pháp sai phân hữu hạn phi tuyến,