() L I NÓI Đ U Giáo trình cơ h c đ t đ a ch t đ c biên so n làm cơ s cho vi c gi ng d y và h c t p môn h c Cơ h c đ t và đ a ch t công trình c a h c viên h trung h c c u đ ng c a tr ng Trung h c C u đ[.]
L I NĨI Đ U Giáo trình h c đ t - đ a ch t đ c biên so n làm s cho vi c gi ng d y h c t p môn h c Cơ h c đ t đ a ch t cơng trình c a h c viên h trung h c c u đ ng c a tr ng Trung h c C u đ ng d y nghề thu c T ng công ty xây d ng Tr ng Sơn Giáo trình g m ch ơng: Ch ơng Các tính ch t v t lý c a đ t Ch ơng Các tính ch t h c c a đ t Ch ơng Phân bố ng su t đ t Ch ơng Biến d ng lún c a Ch ơng S c ch u t i c a đ t Ch ơng n đ nh c a mái đ t Ch ơng Áp l c đ t lên t ng chắn Ch ơng Khái ni m đ a ch t t nhiên đ a ch t cơng trình Ph n ph l c Thí nghi m xác đ nh m t số ch tiêu v t lý c a đ t Khi biên so n giáo trình, chúng tơi d a vào tiêu chuẩn kỹ thu t cơng trình giao thơng đ ng b giáo trình đ a ch t cơng trình, giáo trình h c đ t đ c gi ng d y t i tr ng chuyên nghi p nghành Giao thông v n t i Trong q trình biên so n, chúng tơi nh n đ c nhiều ý kiến đóng góp quý báu c a đ ng nghi p để xây d ng n i dung giáo trình Song trình đ có h n, nên giáo trình khơng tránh kh i thiếu sót R t mong đ ng chí tiếp t c đóng góp ý kiến để tu ch nh n i dung giáo trình hồn ch nh nhằm đáp ng đ c yêu c u gi ng d y h c t p nhà tr ng TÁC GI BÀI M Đ U 1.Đ i t ng nghiên c u c a môn h c Đối t ng nghiên c u c a môn h c đ t đá thiên nhiên l p c a v trái đ t Đối v i nghành xây d ng cơngtrình giao thơng c n ph i nắm v ng nh ng khái ni m b n đ a ch t cơng trình, q trình hình thành đ t t o nhiều lo i đ t có tính ch t khác Đ t khơng ph i v t thể liên t c, mà v t thể nhiều h t khoáng v t bé, có kích th c khác h p thành Các h t t o thành m t khung kết c u có nhiều l h ng, th ng ch a n c khí Trong khung kết c u, h t đ t xếp r i r c đ c gắn kết liền v i b i nh ng liên kết yếu r t nhiều so v i c ng đ b n thân h t Chính nh ng đặc điểm làm cho đ t có nh ng tính ch t khác hẳn so v i v t li u khác, đ ng th i làm cho hiên t ng h c x y đ t theo nh ng quy lu t đặc thù riêng Để sử d ng đ t vào xây d ng cơng trình giao thơng đ c tốt, c n ph i xác đ nh đ c s c ch u t i biến d ng c a đ t d i tác d ng c a t i tr ng áp l c c a lên v t chắn Nội dung đặc điểm c a môn h c Cơ h c đ t - đ a ch t môn h c khoa h c nghiên c u trình đ a ch t t nhiên trình h c x y đ t d i nh h ng c a tác d ng bên vàbên ngồi, tìm quy lu t t ơng ng v n d ng quy lu t để gi i v n đề có liên quan đến vi c xây d ng cơng trình giao thơng Nhi m v c a mơn h c xác đ nh quy lu t ho t đ ng c a hi n t ng đ a ch t t nhiên tác d ng đến công trình xây d ng Vi c xác đ nh quy lu t b n c a qúa trình h c x y đ t đặc tr ng tính tốn c a đ t m t v t thể phân tán ph c t p, nghiên c u tr ng thái ng su t biến d ng c a đ t giai đo n biến d ng khác nhau, gi i v n đề c ng đ ch u t i n đ nh c a khối đ t nh v n đề áp l c c a đ t lên v t chắn Đặc điểm c a môn h c nghiên c u m t đối t ng r t ph c t p, g m nhiều thành ph n v i tính ch t khác nhau, đ ng th i l i ph thu c chặt chẽ v i điều ki n xung quanh Chính v y nghiên c u mơn h c bên c nh vi c sử d ng ph ơng pháp lý thuyết ph i hết s c coi tr ng ph ơng pháp th c nghi m phịng thí nghi m hi n tr ng M CL C M C Ch ng 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Ch ng 2.1 2.2 2.3 2.4 Ch ng 3.3 3.4 3.5 ng 4.1 4.2 4.3 Ch 5.1 5.2 ng TRANG CÁC TÍNH CH T V T LÝ C A Đ T S hình thành đ t Các thành ph n ch yếu c a đ t Kết c u c a đ t Các ch tiêu v t lý c a đ t Các ch tiêu tr ng thái c a đ t Phân lo i đ t Câu h i t p 7 10 13 15 15 CÁC TÍNH CH T C H CC AĐ T Tính ch t ch u nén c a đ t Tính ch t th m c a đ t C ng đ chống cắt c a đ t Tính ch t đ m nén c a đ t đắp Câu h i t p 3.1 3.2 Ch L I NÓI Đ U BÀI M Đ U N I DUNG 16 16 20 21 24 24 NG SU T TRONG Đ T 25 Khái ni m Phân bố ng su t tr ng l ng b n thân đ t gây Phân bố ng su t t i tr ng gây nên đ ng nh t Phân bố ng su t t i tr ng ngồi gây nên khơng đ ng nh t Phân bố ng su t tiếp xúc d i đáy móng Câu h i t p 25 25 BI N D NG LÚN C A N N 41 Khái ni m Tính lún cuối theo quy ph m 22 – TCN – 18 -79 Tính lún theo ph ơng pháp c ng lún l p Câu h i t p 41 41 42 45 S C CH U T I C A Đ T N N 46 Khái ni m Xác đ nh t i tr ng t i dẻo 46 46 PHÂN B 26 37 38 40 Xác đ nh t i tr ng gi i h n Quy đ nh s c ch u t i c a đ t Kiểm toán c ng đ đ t Câu h i t p 5.3 5.4 5.5 Ch ng 6.1 6.2 6.3 6.4 Ch Ch 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 N Đ NH C A MÁI Đ T Khái ni m n đ nh c a mái đ t dính n đ nh c a mái đ t r i Các bi n pháp đề phòng chống đ t tr Câu h i t p ng 7.1 7.2 ng 47 51 53 55 ÁP L C Đ T LÊN T 56 t NG CH N Khái ni m Xác đ nh áp l c đ t lên t ng chắn Câu h i t p KHÁI NI M Đ A CH T T NHIÊN VÀ Đ A CH T CƠNG TRÌNH Tác d ng c a phong hóa Tác d ng đ a ch t c a m ơng xói Tác d ng đ a ch t c a dịng sơng Tác d ng đ a ch t c a biển h Đ ml y Hi n t ng Kás-tơ Hi n t ng cát ch y Hi n t ng đ t tr t Khái ni m kh o sát đ a ch t cơng trình Câu h i t p H ng d n thí nghi m ch tiêu lý c a đ t Tài li u tham kh o 56 56 59 61 64 65 65 66 73 74 74 75 76 77 79 79 80 80 81 82 85 91 Ch ng CÁC TÍNH CH T V T LÝ C A Đ T 1.1 S hình thành đ t Thành ph n ch yếu c a đ t h t đ t, h t đ t có kích th c to nh khác nhau, chúng đ c t o nên s phá ho i t ng l p đ t đá ban đ u b i tác d ng v t lý, hoá h c, trình g i q trình phong hố Q trình phong hố đ t đá đ c phân làm ba lo i là: Phong hoá v t lý, Phong hoá hoá h c phong hoá sinh h c Ba lo i phong hoá th ng tác d ng đ ng th i th i gian dài làm cho l p đá mặt b vỡ v n, sau tác d ng c a dịng n c c a gió làm h t b nơi khác Tuỳ theo kích th c h t to nh mà trình di chuyển chúng sedx lắng đ ng l i rơi xuống t o thành t ng l p đ t khác Quá trình di chuyển lắng đ ng s n phẩm phong hoá g i tr m tích, ba ph n t bề mặt l c đ a đ c bao ph b i l p đ t đá tr m tích, ph n l i vùng gi đ c thành ph n khoáng ch t nh đá gốc thay đ i Các h t lắng đ ng ch ng ch t lên nhau, gi a chúng l c liên kết l p đ t cát, cu i, s i, lo i nói chung đ t r i Các h t nh v i kích th c vài ph n nghìn mm th ng có tính keo dính tích n, lắng đ ng chúng liên kết v i thành t ng đ t g i chung đ t dính đ t sét 1-2 Các thành ph n ch y u c a đ t Thành ph n ch yếu c a đ t h t đ t, Các h t đ t có kích th c hình dáng khác nên xếp v i t n t i khe r ng, khe r ng t nhiên th ng có n c khơng khí N c khơng khí khe r ng có nh h ng đáng kể đến tính ch t c a đ t v y nghiên c u đ t ph i sét t i ph n này, v y đ t v t thể ba pha: Pha c ng h t đ t, Pha l ng n c khe r ng, pha khí khí khe r ng 1.2.1 Hạt đất H t đ t thành ph n ch yếu ci a đ t Khi ch u l c tác d ng bên lên mặt đ t h t đ t ch u l c, v y ng i ta g i t p h p h t đ t khung cốt c a đ t Các h t đ t có hình d ng kích th c khác tuỳ thu c vào tác đ ng c a q trình phong hố q trình di chuyển, lắng đ ng Để phân lo i g i tên h t đ t, ng i ta dùng khái ni m đ ng kính trung bình c a h t, đ ng kính c a vịng tròn bao quanh tiết di n l n nh t c a h t đ t y (hình 1-1) a, b, c, D D D Hình 1.1 Theo quy trình quy ph m hi n tên h t đ t đ B ng 1-1: Tên h t đát g i theo đ TÊN H T Đ T Đá t ng H t cu i H ts i H t cát H tb i H t sét c g i theo b ng 1-1 ng kính trung bình KÍCH TH C H T (MM) > 200 200 – 10 10 – 2 – 0.1 0.1 – 0.005 < 0.005 Các h t đ t có kích th c l n thành ph n khống v t giống đá gốc cịn h t có kích th c nh thành ph n khống v t b biến ch t đ c g i khoáng v t th sinh Nh ng h t l n nh cát, cu i, s i có thành ph n khoáng v t giống đá gốc, xếp c nh gi a chúng khơng có l c liên kết lo i g i chung đ t h t r i Khi số l ng h t sét h t keo có m t tỷ l nh t đ nh đ t có hi n t ng h t dính kết v i thành l p khối, lo i g i chung đ t dính 1.2.2 Nước đất N c đ t có nh h ng l n đến tính ch t ch u l c c a đ t, n c đ c t n t i đ t d i nhiều d ng khác nhau, v i m i d ng có nh h ng nh t đ nh đến tính ch t khác c a đ t ng i ta phân làm ba d ng sau a, Nước khoáng vật hạt đất Đây lo i n c nằm tinh thể khoáng v t c a h t đ t, t n t i d i d ng phân tử H2O d ng i-on H+ OH- Lo i n c nh h ng đến tính ch t h c c a đ t b, Nước kết hợp mặt đất Đây lo i n c đ c gi l i bề mặt h t đ t d i tác d ng c a l c hoá lý Tuỳ theo m c đ kết h p m nh yếu khác đ c phân thành lo i: - N c hút bám: Là lo i n c bám r t chặt vào mặt h t đ t, khơng thể tr c tiếp di chuyển từ h t sang h t khác mà ch di chuyển d i d ng bay - N c màng m ng: Là lo i n c bao phía ngồi n c hút bám Lo i n c nh h ng đến tính ch t h c c a đ t c, Nước tự Đây lo i n c nằm ph m vi l c hút phân tử, lo i đ c phân thành lo i là: N c tr ng l c n c mao d n - N c tr ng l c: Là n c t nhiên nằm khe h ng c a đ t, di chuyển từ nơi sang nơi khác d ic tác d ng c a tr ng l c, th ng đ c g i n c ng m n c m ch Khi ch y qua l h ng, v i tốc đ th m l n sinh áp l c thuỷ đ ng lên h t đ t - N c mao d n: n c dâng lên theo đ ng l h ng gi a h t đ t d i tác d ng c a l c mao d n N c mao d n làm tăng đ ẩm c a đ t, làm gi m s c ch u t i c a nền, làm tăng tr ng l ng riêng c a đ t Lo i n c có nh h ng đáng kể đến tính ch t h c c a đ t 1.2.3 Khí đất Nếu l h ng c a đ t khơng có n c khí chiếm ch l h ng y đ t có hai lo i khí khí t khí hồ tan n c Nói chung thành ph n c a khí nh h ng đến tính ch t h c c a đ t, ch nh h ng đến tính th m n c c a đ t, c n tr dòng th m c a n c 1.3 K t c u c a đ t Kết c u c a đ t s xếp h t đ t v i nhau, có nh h ng đáng kể t i tính ch t v t lý h c c a đ t Kết c u c a đ t ph thu c vào trinhg hình thành t n t i r t lâu nên r t đa d ng Ng i ta th ng phân kết c u c a đ t thành ba lo i sau: 1.3.1 Kết cấu hạt đơn Lo i đ c hình thành s chìm lắng h t t ơng đối l n môi tr ng n c Nh ng h t đ c xếp c nh nhau, gi a chúng khơng có l c liên kết (hình 12a) a, b, c, Hình 1.2 Kết c u h t đơn th ng th y lo i đ t b i, đ t cát cu i s i Kết c u h t đơn đ c phân kết c u xốp kết c u chặt - Kết c u xốp s xếp h t m t cách r i r c, gi a chúng th h ng l n Lo i đ t ch u l c yếu, gây lún l n ng có l - Kết c u chặt s xếp h t liền khít đ đ tnày có h số r ng nh , s c ch u t i l n lún c chèn chặt v i Lo i 1.3.2 Kết cấu tổ ong Các tr m tích g m h t t ơng đối nh , lắng đ ng tr ng l ng h t không đ thắng đ c l c tác d ng t ơng h gi a chúng v i nhau, h t bám vào lắng xuống t o thành nhiều l h ng nh t ong (hình 1-2b) 1.3.3 Kết cấu bơng Các h t kích th c r t nh ( h t sét, h t keo) th ng lơ lửng n c m t th i gian nh t đ nh, sau chúng kết h p vơi snhau r i lắng xuống t o thành đám nh bơng (hình 1-2c) 1.4 Các ch tiêu v t lý ch y u c a đ t Đ t g m có ba ph n h t đ t, n c khí Tỷ l gi a ba thành ph n gián tiếp cho biết đ t r ng hay chặt, nặng hay nhẹ, khô hay t Xét m t m u đ t có tr ng l ng Q tích V T ng t ng ph n h t Q k Vk nén chặt khơng cịn l r ng có l ng Q r Vr Q n Vn là: Qh thể tích Vh Ph n n c đ t có tr ng l ng Qn thể tích Vn Ph n Q.V khí đ t có tr ng l ng Qk thể tích Vk Q h Vh Ph n r ng c a đ t có tr ng l ng Qr thể tích Vr (hình 1-3) Các ch tiêu v t lý c a đ t: có ch tiêu 1.4.1 Trọng lượng riêng đất a, Trọng lượng riêng tự nhiên: Là tr ng l ng c a m t đơn v thể tích đ t th c xác đ nh: Q (kN/m3;T/m3) V Hình 1.3 tr ng thái t nhiên ký hi u: , công b, Trọng lượng riêng no nước: Là tr ng l ng c a m t đơn v thể tich đ t tr ng thái no n l h ng đ t ch a đ y n c) ký hi u: nn Công th c xác đ nh Q nn Q h Q n (kN/m3;T/m3) nn V V Trong đó: Qn: tr ng l ng n c l p đ y l r ng c, Trọng lượng riêng đẩy nổi: (1.1) c (là tr ng thái mà (1.2) Là tr ng l ng c a m t đơn v thể tích đ t nằm d i mặt n đ t ch u tác d ng c a l c đẩy n i Ac-si-mét, ký hi u: đn Công th c xác đ nh: Q h n V h (kN/m3;T/m3) dn V Trong đó: n: tr ng l ng đơn v c a n c (n 10 kN/m3) c t do, tr ng thái (1.3) d, Trọng lượng riêng khô: Là tr ng l ng c a h t đ t m t đơn v thể tích đ t ký hi u: k , cơng th c Qh xác đ nh: (kN/m3;T/m3) (1.4) k V e, Trọng lượng riêng hạt: Là tr ng l ng c a m t đơn v thể tích h t (khơng có l r ng) ký hi u: h, cơng th c xác đ nh: Qh (kN/m3;T/m3) (1.5) h Vh B ng 1-2: Tr ng l ng riêng c a lo i đ t TÊN Đ T Cát s i chặt Cát xốp Cát chặt đ t sét pha Đ t sét c ng Đ t sét dẻo (kN/m3) 21.0 15.0 17.0 16.0 18.0 15.0 h (kN/m3) 22.4 19.0 21.0 19.0 20.0 17.7 k (kN/m3) 20.0 12.0 13.3 15.4 16.1 - 1.4.2 Độ rỗng hệ số rỗng đất a, Độ rỗng: Là tỷ số gi a thể tích l r ng v i t ng thể tích tồn b c a m u đ t (bao g m thể tích l r ng thể tích h t) ký hi u n , cơng th c xác đ nh V n r (1.6) V b, Hệ số rỗng: Là tỷ số gi a thể tích l r ng thể tích h t; ký hi u e công th c xác đ nh V e r (1.7) Vh e n e (1.8) Gi a hai ch tiêu có s liên h : n 1 e 1 n 1.4.3 Độ ẩm độ bão hoà nước đất a, Độ ẩm đất: Là tỷ số gi a tr ng l ng n c đ t tr ng l ng h t đ t; ký hi u W công th c xác đ nh: Q W n 100 (%) (1.9) Qh b, Độ bão hoà nước đất: Là tỷ số gi a thể tích n c đ t thể tích l r ng c a đ t, ký hi u G công th c xác đ nh V G n (1.10) Vr Để đánh giá m c đ khô, ẩm c a đ t ng i ta dùng đ bão hoà để phân thành tr ng thái sau: G=0 : Đ t khô < G < 0.5 : Đ t ẩm 0.5 < G < 0.8 : Đ t ẩm 0.8 < G < : Đ t no n c G=1 : Đ t bão hoà n c (các l ch a đ y n c) 1.4.4 Mối liên hệ tiêu vật lý đất Gi a ch tiêu v t lý c a đ t có s liên h chung số l ng qua đ nh nghĩa cơng th c tính rút g n s liên h gi a ch tiêu qua b ng công th c sau B ng 1-3: M i liên h gi a ch tiêu v t lý c a đ t TÊN G I Tr ng l ng riêng h t Tr ng l ng riêng t nhiên Tr ng l ng riêng khô Đ r ng H số r ng CH TIÊU h CƠNG TH C TÍNH h k k n n II (1 e) - k e I 1 W e 1 e n e 1 n III - h = k(1+W) k = h (1-n) k n - e h (1 W) 1 e IV 1 n - - - k 1 e h h k h h k - k - e W G h n