BÀI GIẢNG CƠ HỌC ĐẤT

CHƯƠNG 1: BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT §1. Sự hình thành đất – Phân loại đất theo nguồn gốc hình thành Sự hình thành đất: Sự hình thành đất: Phong hoá Di chuyển, tích tụ ố ẩ ấ Đág ố c → Sảnph ẩ m phong hóa →Đ ấ t +Quátrìnhtạorahạt đất: quá trình phong hóa (PH). + Quá trình di chuyểnvàtíchtụ: quá trình trầmtích. Hai quá trình trên diễn ra xen kẽ lẫn lộn → hình thành đất Hai quá trình trên diễn ra xen kẽ , lẫn lộn → hình thành đất . 1 1. Q uá trình p hon g hóa * Định nghĩa: là quá trình phá hoại và làm thay đổi thành ầ ố ẩ Qpg ph ầ n đág ố c tạoracácsảnph ẩ mPHdướitácdụng vậtlý, hóa học, sinh học. * Phân loại : - Phong hóa vật lý Phân loại : Phong hóa vật lý - Phong hóa hóa học Ph hó ih h - Ph ong hó as i n h h ọc Theo quan điểmXD:chỉ nghiên cứuPHvậtlývàPHhóa học. 2 a. Phong hóa vật lý - Định nghĩa: PH vậtlýlàPHdosự thay đổi độtngộtvề nhiệt đ ộ, á p su ấ t , và s ự va ch ạ m g â y ra , làm cho đá gố cb ị p há ho ạ i ộ, p , ự ạ gy , g ị p ạ và vỡ vụntạorasảnphẩmPHvậtlý. - Đặc điểm của sản phẩm PH vật lý : Đặc điểm của sản phẩm PH vật lý : +bề mặt góc cạnh, gồ ghề; + kí h th ớ t hỏ khô đề + kí c h th ư ớ c t on hỏ khô ng đề u; + thành phần khoáng vậtvàhóahọc không thay đổihoặc ổ ố ít thay đ ổ isovới đág ố c; + khôn g có khả năn g k ế t dính. g g →đượcgọilàcác hạt đấtrời – là thành phần chính của đất rời, đại diện là cát . 3 rời, đại diện là cát . b. Phong hóa hóa học - Định nghĩa: PH hóa họclàPHdo các tác động hóa học gây ra Yếu tố gây ra PH hóa học : nước ôxy axit cacbonic trong ra . Yếu tố gây ra PH hóa học : nước , ôxy , axit cacbonic trong không khí. Tá độ hó h ả tê bề ặt tiế ú iữ h t đất Tá c độ ng hó a h ọcx ả yra t r ê n bề m ặt tiế px ú cg iữ a h ạ t đất và môi trường → biến đổi thành phần khoáng vậtgốccủahạt đá bị ỡ thà h h t ất hỏ → đá bị v ỡ vụn thà n h h ạ t r ất n hỏ . Hạtcàngbé→ diệntíchbề mặtS/1đơnvị khốilượng càng lớn → tác động hóa họcxảyracàngmạnh → các hạt càng dễ bị chia nhỏ. Monmorilonit: 800m 2 /g; Ilit : 80 m 2 /g ; 4 Ilit : 80 m /g ; Kaolinit: 10m 2 /g. - Đặc điểmcủasảnphẩmPHhóahọc: + bề mặt “ nhẵn nhụi ” ; + bề mặt nhẵn nhụi ; +kíchthướchạtnhỏ,thường có kích thướchạtkeo(nhỏ hơn 2 micron) ; hơn 2 micron) ; + thành phần khoáng và hóa họcthayđổi nhiềusovới đá ố g ố c; +cókhả năng liên kếtvới phân tử nướctạonêntínhnhớt ế và có khả năng tự liên k ế tcáchạtvới nhau. → nhữn g h ạ tkíchthướcr ấ tbécótínhdính gọ ilàcác h ạ t đ ấ t g ạ gọ ạ dính (hạtsét)– đạidiệnlàsét. Thực tế : các hạt đất rời và các hạt đất dính thường lẫn Thực tế : các hạt đất rời và các hạt đất dính thường lẫn lỗn nhau, hạtnàochiếm ưuthế thì gọi tên theo loại đó. 5 Phân loạitheonguồngốc phong hóa Phân loại theo nguồn gốc phong hóa Đấtrời: đádăm, cuộisỏi, các loại cát. ể Đặc đi ể m: kích thướchạtto. 2lo ạ irờir ạ c , khôn g dính. ạ ạ , g tính thấmlớn, hút nướcít. Đất dính : các loại đất sét Đất dính : các loại đất sét . Đặc điểm: kích thướchạtnhỏ,mịn. ẩ khô: cứng; ẩ m: dẻo. tính th ấ m bé, hút nướclớn. Đất pha trộn: cátcóítsét :cát pha sét có ít cát : sét pha 6 sét có ít cát : sét pha . 2- Quá trình tr ầ m tích Quá trình trầm tích bao gồm sự di chuyển và tích tụ . Sự Quá trình trầm tích bao gồm sự di chuyển và tích tụ . Sự di chuyểndotrọng lượng bảnthânhạt đất, do nước, do gió, băng tuyết băng tuyết a. Di chuyểndotrọng lượng bảnthânhạt đất D ới tá d t l ợ bả thâ á h t đất ó thể - D ư ới tá c d ụng t rọng l ư ợ ng bả n thâ n, c á c h ạ t đất c ó thể +nằm nguyên tạichỗ: đấttàntích; +lăntừ chỗ cao xuống chỗ thấphơn, dễổn định hơntheo các sườndốc: đấtsườntích. - Đặc điểmcủa2loại trên: + không phân lớp hoặc chiều dày lớp đất không đều ; + không phân lớp hoặc chiều dày lớp đất không đều ; + thành phầnvàkíchthướchạtlộnxộn, không đều; i ấ à á ố ó ặ â á iê C 7 +g i ữa đ ấ tv à đ á g ố cc ó m ặ tph â nc á ch ngh iê ng → C TXD trên khu vựcnàydễ mất ổn định. b. Di chuyểndonướccuốntrôi(bồi tích, sa tích) Cá h t đất d ớ ố tôi bị à l hâ hi th - Cá c h ạ t đất d onư ớ ccu ố n t r ôi bị s à ng l ọc, p hâ nc hi a th eo kích thướctùythuộc vào vậntốcdòngchảy. ể - Đặc đi ể m: +cótính p hân lớ p đ ề u đ ặ nv ề thành p h ầ nvàkíchthước; p p ặ p +chiềudàylớpthường lớnvàrấtlớn; + các lớp có kích cỡ hạt khác nhau thường xen kẽ nhau và + các lớp có kích cỡ hạt khác nhau thường xen kẽ nhau và chủ yếulànằm ngang hoặcgầnnằm ngang. + tí h hất ủ đất t từ lớ ít th đổi h h + tí n h c hất c ủ a đất t rong từ ng lớ p ít th ay đổi n h ưng ran h giớigiữacáclớp đấtthường khó phân biệtrõrệt. ấ ầ ế -Khixâydựng CT trên các loại đ ấ tnàyc ầ n quan tâm đ ế n biếndạng, đặcbiệtlàbiếndạng không đều do các dị lớp. 8 c. Các loạitrầm tích khác * Trầm tích gió (phong tích) : gió vận chuyển các sản phẩm Trầm tích gió (phong tích) : gió vận chuyển các sản phẩm PH rấtnhỏđếncácnơi xa. Đặ điể - Đặ c điể m: +cótínhrờixốp; +cótínhđồng nhấtvề thành phầnhạt. * Trầm tích biển : đất được hình thành do tác dụng vận Trầm tích biển : đất được hình thành do tác dụng vận chuyểncủadòngnướcbiển. Trầmtíchbiển(chủ yếulàsétvà bùn) có tính chất rất khác nhau . bùn) có tính chất rất khác nhau . 9 §2. Các thành phần của đất Đấ á h đấ lỗ ỗ ( ớ khí) Đấ t=c á c h ạt đấ t+ lỗ r ỗ ng ( nư ớ c, khí) . -Trường hợp thông thường: đấtgồm 3 pha -Trường hợp đặcbiệt: đấtgồm 2 pha + đất khô hoàn toàn : hạt đất và khí + đất khô hoàn toàn : hạt đất và khí + đất bão hoà: hạt đấtvànước. Cá à ầ ấ ớ í ó á ộ i Cá cth à nh ph ầ nhạt đ ấ t–nư ớ c–kh í c ó t á c đ ộ ng qua lạ i lẫn nhau và ảnh hưởng đếntínhchất chung củacả tậphợp ( ứ à ủ ấ ) ( t ứ cl à c ủ a đ ấ t ) . 10 I Hạt đất : I . Hạt đất : *Hạt đất là thành phầnchủ yếucủa đất, tạo thành khung kết ấ ấ ố ấ c ấ ucủa đ ấ t(c ố t đ ấ t). -H ạ t đ ấ tcóđ ặ ctrưn g c ơ bản: kích thướch ạ t ( đ ộ lớn ), hình ạ ặ g ạ ( ộ ), dạng hạt và thành phần khoáng. - Hạt đất thường có kích thước từ vài centimet đến vài phần Hạt đất thường có kích thước từ vài centimet đến vài phần trămhoặc vài phần nghìn milimet. 11 1. Kích thướchạt đất a Định nghĩa kích thước hạt đất (mang tính quy ước vì hạt D ôi tỷ t Δ độ a . Định nghĩa kích thước hạt đất (mang tính quy ước vì hạt đấtcókíchthướcvàhìnhdạng đadạng, bấtkỳ) - D ung m ôi : tỷ t rọng Δ o , độ nhớt μ o . H t đất h ìh d bất kỳ tỷ - H ạ t đất : h ì n h d ạng bất kỳ , tỷ trọng Δ,chìmlắng trong dung ôi ậ tố V V đ V c Quả c ầ u Hạt đất m ôi v ậ n tố c V đ . -Quả cầu: đường kính d, tỷ t bằ tỷ t h t đất Δ đ c Hạt đất t rọng bằ ng tỷ t rọng h ạ t đất Δ , chìm lắng trong dung môi vận tố V Dung môi tố c V c . *Quyước: V đ =V c thìdgọilà đờ kí h thủ l ủ h t 12 đ ư ờ ng kí n h thủ y l ựcc ủ a h ạ t đất(gọitắtlàđường kính hạt). *Nhómhạt: là tậphợp các hạt đấtcókíchthướcthayđổitrong m ộ t p h ạ mvinàođó. ộ p ạ VD: Hạtcókíchthước d 1 <d≤ d 2 : nhóm hạtkíchthước (d 1 ,d 2 ]. * Hàm lượng nhóm hạt p(d 1 d 2 ] : là phần trăm theo trọng Hàm lượng nhóm hạt p(d 1 , d 2 ] : là phần trăm theo trọng lượng của nhóm hạt đótrongloại đấtnghiêncứu (tính theo phần trăm trong tổng trọng lượng khô) . phần trăm trong tổng trọng lượng khô) . ] ( d d Q Q(d d ] : trọng lượng nhóm hạt ; %100 ] , ( ],( 21 21 Σ = Q d d Q ddp Q(d 1 , d 2 ] : trọng lượng nhóm hạt ; Q Σ :tổng trọng lượng củamẫu đất Σ Q * Thành phầncấpphối (thành phầnhạt) của1loại đất: là tập ấ ấ ấ đất . hợp hàm lượn g t ấ tcả các c ỡ hạtchứatron g đ ấ t ấy . * Hàm lư ợ n g tích lũ y đ ế n đườn g kính d, k ý hi ệ u p d (%): là hàm 13 ợ g y g ý ệ p d lượng của 1 nhóm hạtcóđường kính nhỏ hơnhoặcbằng đường kính d nào đó. -Căn cứ vào giá trị d có các tên gọi khác nhau của các loại hạt đất: đásỏicáttocátvừacátnhỏ bụisét hạt đất: đá sỏi , cát to , cát vừa , cát nhỏ , bụi , sét . Phân loại và đặt tên nhóm hạt theo d (TCVN): Kích thước hạt d(mm) Tên nhóm hạt 10 < d ≤ 100 Hạt cuội 2 10 ỏi 2 < d ≤ 10 Hạt s ỏi 005<d ≤ 2 Hạtcát 0 , 05 < d ≤ 2 Hạt cát 0,005 < d ≤ 0,05 Hạt bụi d ≤ 0,005 Hạt sét 14 b. Thí nghiệm thành phầnhạt (TN phân tích hạt) * M đíh Để tá h iê hó h t bất kỳ á đị h hà * M ục đí c h : Để tá c h r iê ng n hó m h ạ t bất kỳ ,x á c đị n h hà m lượng của nhóm hạt đó, từđó xác định cấpphốihạtcủa đất. ẩ *Dụng cụ th í nghiệm: Bộ rây tiêu chu ẩ n - Theo Tiêu chuẩnN g a: 10–5–2–1–0,5–0,25–0,1 ( mm ) g () - Theo ASTM: N°4, N°8, N°12, N°20, N°40, N°70, N°100, N ° 120 , N ° 200 . N 120 , N 200 . Rây số N°4 có d = 4,76mm; Râ ố N ° 200 ó d 0 074 Râ ys ố N ° 200 c ó d = 0 , 074 mm. Số rây N ° 4 N ° 8 N ° 12 N ° 20 N ° 40 N ° 70 N ° 100 N ° 120 N ° 200 Số rây N 4 N 8 N 12 N 20 N 40 N 70 N 100 N 120 N 200 d(mm) 4,76 2,38 1,68 0,84 0,42 0,21 0,149 0,105 0,074 15 * Cách thí nghiệm : * Cách thí nghiệm : -Phơi khô mẫu đất. ổ ầ -Cânmẫu xác định t ổ ng trọng lượng ban đ ầ u Q Σ . -Chomẫu đ ấ t q ua b ộ râ y TN , sau đól ắ cho ặ crun g cho h ạ t q ộ y , ặ g ạ có kích thướcnhỏ hơnrơixuống dưới. - Cân lượng đất trên từng rây và ở ngăn đáy được Q i → Cân lượng đất trên từng rây và ở ngăn đáy được Q i → chính là trọng lượng nhóm hạt Q(d1, d2]. Phần lọt qua rây cuối cùng được phân tích tiếp bằng - Phần lọt qua rây cuối cùng được phân tích tiếp bằng phương pháp thủylực(phương pháp tỷ trọng dựavàođịnh luật Stock kết hợp với nguyên lý tỷ trọng kế) luật Stock kết hợp với nguyên lý tỷ trọng kế) 16 Nguyên lý TN + Lấy đất TN cho vào bình chứa nước; + Khu ấy đ ề u dun g d ị ch , theo dõi s ự chìm y g ị , ự lắng của các hạt đất trong bình; + á p d ụ n g : - n g u y ên l ý t ỷ tr ọ n g k ế p ụ g gy ýỷ ọ g - định luật Stock: (*) 18 . 2 μ o dv Δ − Δ = Số đọc Roi Sau các thời gian: t → v =L /t → từ (*) → d 18 μ L i t i → v i = L i /t i → từ (*) → d i . - Theo dõi cho đến khi các hạt trong bình lắng hết lắng hết - Xác định: %100 ) 1 ( % Hi d R Q p Δ Δ = R Hi = R oi + c i +m i ố ấ ) . 1 ( o Q − Δ Trọng tâm bầu tỷ trọng kế 17 Q o : kh ố i lượng đ ấ t TN; Δ tỷ trọng hạt của đất; Δ o : tỷ trọng của dung dịch. Hà l hó h t (%) Kết quả thí nghiệm Hà m l ượng n hó m h ạ t p i (%) 2-0,5 0,5- 025 0,25- 01 0,1- 005 0,05- 001 0,01- 0005 <0,005 0 , 25 0 , 1 0 , 05 0 , 01 0 , 005 2% 6 10 28 22 21 11 11% 32 32 54 82 92 98 18 100% Hàm lượng tích luỹ các hạtcóđường kính nhỏ 18 hơnc ỡ d xác định (p d (%)) Kết quả TN phân tích hạt Đường cong cấpphốihạt (tích lũyhạt) p (%) Đường cong cấp phối hạt (tích lũy hạt) 100 i P' (%) p d (%) 90 80 60 70 50 40 20 40 30 20 10 19 10 5 1 0.5 0.1 log d 0.010.050.25 d 60 30 dd 10 lgd d 60 d 30 d 10 Ứng dụng của TN phân tích hạt * Xác định được hàm lượng tích lũy * Xác định được hàm lượng tích lũy của đường kính d A bấtkỳ p dA ,hàm lượng nhóm hạt bất kỳ p(d d ] ; p d (%) lượng nhóm hạt bất kỳ p(d A , d B ] ; * Xác định hệ số C u , C c : 60 d 30 10 60 d d C u = -Hệ sốđồng đều C u > 4 : cấp phối tốt 30 10 2 30 d d d C c = -Hệ sốđộcong C u 4 : cấp phối tốt lgd d 30 d 60 d 10 1060 . d d C c = [1, 3]: phân phối đều đặn. Quy ước: đấtcóC u >4,C c = [1, 3]: đượccoilàcócấpphối t ố t , thí c hh ợp c h o sử dụ n g làm vậ tli ệu XD . 20 ố , c ợp co sử dụ g vậ ệu . *Phânloạichitiết đấtrời (xem bài 6). 2. Hình dạng hạt đất Hì h d h t đất ất đ d à ả h h ở tới tí h hất - Hì n h d ạng h ạ t đất r ất đ a d ạng v à ả n h h ư ở ng tới tí n h c hất của đất. Có 3 d hí h + d khối 3 hiề - Có 3 d ạng c hí n h : + d ạng khối 3 c hiề u; +dạng tấm (dạng phiến)2chiều; ề +dạng thanh (dạng kim) 1 chi ề u; -Hạtkíchthướclớn: hình dạng hạt đất ảnh hưởng nhiều đến ấ ấ tính ch ấ tcủa đ ấ t. VD:cùng1loạicátnhưng hạtcóhìnhdạng góc cạnh sắc ộ nhọn, nh ờ có sự xen kẽ vàonhaumàcócường đ ộ lớnhơnhạt có kích thướctương tự nhưng dạng tròn nhẵn. í ớ ỏ ấ ì í -Hạtk í ch thư ớ cnh ỏ : dạng t ấ mhoặc thanh. H ì nh dạng hạt í t ảnh hưởng đếntínhchấtXDcủa đất. ấ ời ối ấ í ấ ặ 21 - Đ ấ tr ời : dạng kh ối ; đ ấ td í nh: dạng t ấ mho ặ c thanh. 3. Thành phần khoáng củahạt đất * ầ ấ ấ * Thành ph ầ n khoáng của đ ấ tr ấ t đadạng phụ thuộc vào - thành p h ầ n đá gố c; p g -tácdụng phong hóa; lịch sử tồn tại - lịch sử tồn tại Vớicùng1loại đágốcnhưng tác dụng PH khác nhau thì thà h hầ kh á ẽ khá h thà n h p hầ n kh o á ng s ẽ khá cn h au. * Khoáng nguyên sinh: thành phần khoáng không thay đổi ổ ố hoặcítthayđ ổ isovới đág ố c(doPHvật lý gây ra). -thường gặp: fenpat, mica, thạch anh - Đặc điểm: +kíchthướclớn + góc cạnh rời rạc 22 + góc cạnh , rời rạc . *Khoángthứ sinh: thành phần khoáng thay đổisovới đágốc (do PH hóa học gây ra) . (do PH hóa học gây ra) . -thường gặp: khoáng thứ sinh không hòa tan trong nước: Kaolinit Ilit Montmorilonit ; khoáng thứ sinh hòa tan trong Kaolinit , Ilit , Montmorilonit ; khoáng thứ sinh hòa tan trong nước: Canxit, mica trắng, thạch cao, muốimỏ… Đặ điể kí h th ớ ất hỏ - Đặ c điể m:- kí c h th ư ớ cr ất n hỏ -cócấutrúcdạng lướilớp(dạng phiến), bề mặtmangđiệntíchâm(còngọi là khoáng vậtsét). *Hợpchấthữucơ *Hạtcókíchthướclớn, thành p h ầ n khoán g ít ảnh hưởn g đ ế n + = − = 4 2 0 Si p g g tính chấtcơ –lýcủa đất; hạtcó kích thướcnhỏ thành p h ầ n 23 p khoáng đóng vai trò quyết định tính ch ấ tc ơ –l ý của đ ấ t. II. Nướctrongđất * Nướctrongđấttồntạidưới nhiềudạng, tùy theo dạng tồn t i à tá d khá h đế tí h hất ủ đất t ạ i m à tá c d ụng khá cn h au đế n tí n h c hất c ủ a đất . * V. A. Priklonxki (1955) kiếnnghị:nướctrongbảnthânhạt ấ ấ đ ấ tvànước ngoài hạt đ ấ t. -Nướctron g bảnthânh ạ t đ ấ t: có d ạ n g tinh thể , có thể coi là g ạ ạ g , 1bộ phậncủahạt khoáng → ít ảnh hưởng đếntínhchấtcủa đ ấ t. -Nước ngoài hạt đất: gồm nước liên kếtvànướctự do. Vậy nói đến nước trong đất chính là nói nước ngoài hạt đất Vậy , nói đến nước trong đất chính là nói nước ngoài hạt đất . 24 * Xét tương tác giữa hạt sét – nước Nước tự do 1/4 Hạt sét NướcLK yếu Nước LK mạnh 25 Nước liên kết 1. Nước liên kết -Nướcliênkết là nướcchịu ảnh hưởng củalực hút điện p hân tử→nước liên k ế tchỉ t ồ nt ạ i trên b ề m ặ th ạ tm ị n. p ạ ặ ạ ị -Dựa vào mức độ hút bám chia nướcliênkếtlàm3loại: nước màng nước liên kết mạnh nước liên kết yếu nước màng , nước liên kết mạnh , nước liên kết yếu . a. Nướcmàng(nước hút bám): bám rấtchặt ngay ngoài hạt đất và được coi là 1 phần của hạt đất không tách ra được ít đất và được coi là 1 phần của hạt đất , không tách ra được , ít ảnh hưởng đếntínhchấtcủa đất. Đấtsétchỉ có nướcmàng thì nó ở trạng thái rắn thì nó ở trạng thái rắn . 26 b. Nướcliênkếtmạnh: bám tương đốichặt xung quanh hạt đ ấ t , ch ị u ảnh hưởn g lớncủal ự c hút đi ệ n. Nước liên k ế tm ạ nh , ị g ự ệ ạ ảnh hưởng nhiều đến tính dính của đất. * Đặc điểm : - khác nước thông thường : Đặc điểm : khác nước thông thường : - tỷ trọng = 1,2-1,4; nhiệt độ sôi = 105 °C. Đất hỉ ó ớ LK h thì ó ở t thái ử ắ h Đất c hỉ c ó nư ớ c LK mạn h thì n ó ở t rạng thái n ử ar ắ n, c h ưa thể hiệntínhdẻo ể - Độ nhớt cao; không di chuy ể ndướitácdụng củaáplực. c. Nước liên k ế t yế u: ch ị u ảnh hưởn g yế ucủal ự c hút đi ệ n. y ị g y ự ệ * Đặc điểm: -Cótínhchấtgầngiống nước thông thường: tỷ trọng = 1 - tỷ trọng = 1 Tính dẻocủa đấtxuấthiện khi có đủ nướcliênkếtyếuvàkết ấ bị há h i Độ ẩ ủ đất khi ó đủ ớ liê kết ế 27 c ấ u bị p há h oạ i . Độ ẩ mc ủ a đất khi c ó đủ nư ớ c liê n kết y ế u gọilàđộ ẩm phân tử tối đahayđộ ẩmgiớihạndẻo. 2. Nướctự do ằ *Nướctự do là nướcn ằ m ngoài phạmvicủalực hút điện. -Nướct ự do có tính ch ấ tnhư nướcthôn g thườn g, di chu y ển ự g g, y trong đấtdotrọng lượng bảnthânhoặcdolực hút dính (lực mao dẫn ) . ) a. Nướctrọng lực: nước di chuyểndotrọng lượng bảnthân (do có áp lực) . (do có áp lực) . b. Nướcmaodẫn: nước di chuyểndolựcmaodẫn(dotrong đất có nhiều lỗ rỗng nối với nhau) đất có nhiều lỗ rỗng nối với nhau) *Có3vấn đề cần quan tâm: ấ +Khả năng hòa tan và phân giảicủa đ ấ t + Ảnh hưởn g củaá p l ự cthủ y tĩnh đ ố ivới đ ấ tvàCT. 28 g p ự y + Ảnh hưởng củalựcthấm đốivớisựổn định của đất. III. Khí trong đất *Nếucáclỗ rỗng không chứa đầynước thì khí sẽ chiếmchỗ. * Khí t đất ó 2 ồ * Khí t rong đất c ó 2 ngu ồ n: -Khítự nhiên (khí trời): chiếmchủ yếutrongđất; - Khí gas: chiếmphầnnhỏ * Có 2l oạ ikh í t r o n g đất Có oạ tog đất -Khíhở: khí liên thông vớimôitrường bên ngoài. Khí kín : khí không liên thông ới môi trường bên ngoài - Khí kín : khí không liên thông v ới môi trường bên ngoài . *Khíkínảnh hưởng nhiều đếntínhchấtcủa đất, đặcbiệtlà ế ấ tính bi ế ndạng (nén lún) và tính th ấ m. Khí kín làm tăng tính đàn hồi, làm giảmtínhthấm. 29 §4 - Các chỉ tiêu vật lý của đất *Kháiniệm: C ỉ iê ậ ý à i ô ả ệ ề ề - C h ỉ t iê uv ậ tl ý l à đạ i lượng m ô t ả quan h ệ v ề trọng lượng, v ề thể tích giữa các thành phầncủa đất. -Chiacácchỉ tiêu vật lý thành 2 nhóm: +Các chỉ tiêu v ậ tl ý xác đ ị nh b ằ n g TN b ắ tbu ộ c ( các chỉ tiêu ậ ý ị g ộ ( cơ bản): biểudiễnbảnchấtcủa đất. + Các chỉ tiêu vật lý tính đổi (tính toán được từ các chỉ tiêu + Các chỉ tiêu vật lý tính đổi (tính toán được từ các chỉ tiêu TN): nhấnmạnh 1 tính chấtnàođó. Để nghiên cứu tính chất vật lý của đất người ta dùng sơ đồ - Để nghiên cứu tính chất vật lý của đất , người ta dùng sơ đồ 3 pha để mô tả các khối đất. 30 Mô hình 3 pha Thể tích Trọng lượng V k V Q k = 0 khí V n V r V Q nước Q n V h Q h Q hạt V=V +V +V Q=Q +Q +Q V = V k + V n + V h Q = Q k + Q n + Q h V = V r + V h Q = Q n + Q h 31 V r = V k + V n I. Các chỉ tiêu vật lý thí nghiệm 1 Trọng lượng riêng tự nhiên của đất (t l ợ 1 . Trọng lượng riêng tự nhiên của đất (t rọng l ư ợ ng riêng ướt hay trọng lượng thể tích đấttự nhiên) γ w (kN/m 3 ; N/cm 3 ) . N/cm ) . * ĐN: là trọng lượng củamột đơnvị thể tích đấttự nhiên. Q * CT: V Q w = γ CT: Q: trọng lượng mẫu đất; V: thể tích mẫu đất. γ = 13 ÷ 22 (kN/m 3 ) γ w 13 ÷ 22 (kN/m ) *TN:-MẫuTNlà mẫu nguyên dạng, kếtcấu đượcbảotoàn, độ ẩm được giữ đúng độ ẩm được giữ đúng . -CáchTN: Lấymẫutự nhiên xác định thể tích V (bằng d ò h ặ thả t ớ ) 32 d ao v ò ng h o ặ c thả t rong nư ớ c ) . Cân xác định trọng lượng mẫuQ. Phương pháp dao vòng * Dụng cụ TN : Dao vòng ; Cân kỹ thuật độ chính xác 0 , 01 g Dụng cụ TN : Dao vòng ; Cân kỹ thuật độ chính xác 0 , 01 g *CáchTN: - Cân dao vòng xđ trọng lượng Q o ; Xác định thể tích dao vòng V ; - Xác định thể tích dao vòng V ; -Lấymẫu đất vào dao vòng, gạtphẳng; ẫ -Cânm ẫ u và dao vòng được Q 1 ; → Trọng lượng mẫu Q=Q 1 –Q o . Phương pháp bọc paraphin * Dụng cụ TN : paraphin, cân thủy tĩnh Dụng cụ TN : paraphin, cân thủy tĩnh *CáchTN: -Cânmẫu xác định trọng lượng Q; Nhúng mẫu vào sáp đã nóng chảy ; - Nhúng mẫu vào sáp đã nóng chảy ; -Cânmẫu đãbọc sáp trong nướcbằng cân thủytĩnh Q 1 . ể ẫ 33 Dựavàonguyên lý Acsimet: th ể tích củam ẫ u đãbọcsáp= thể tích phầnnướcmàđấtchiếmchỗ→thể tích đất V. 2. Độ ẩmtự nhiên của đất W (thường biểuthị bằng %) * ĐN: là tỷ số giữatrọng lượng nướcchứatronglỗ rỗng của đ ấ tvớitr ọ n g lư ợ n g h ạ tr ắ n. ọ g ợ g ạ % 100 n Q W = * CT: Q n : tr ọ n g lư ợ n g nước tron g lỗ rỗn g; * % 100 h Q W = CT: Q n ọ g ợ g g g; Q h : trọng lượng hạt đất. * TN: -MẫuTNphải đượcgiữđúng độ ẩm. -CáchTN: + Cân xác định trọng lượng mẫu Q = Q + Q h + Cân xác định trọng lượng mẫu Q Q n + Q h . +Sấy khô mẫu ở nhiệt độ 105 °C ÷ 110 °C đếnkhốilượng không đổi 34 không đổi . + Cân xác định trọng lượng hạtrắn Q h . 3. Trọng lượng riêng hạt γ h - Tỷ trọng hạt Δ. * ĐN t l iê h t là t l ủ 1 đ ị thể * ĐN : t rọng l ượng r iê ng h ạ t là t rọng l ượng c ủ a 1 đ ơnv ị thể tích hạt đất. ố Tỷ trọng hạt là tỷ s ố giữatrọng lượng riêng hạtvớitrọng lượng riêng củanước ởđiềukiệntiêuchuẩn. h h V Q = γ hh γ γ γ γ ==Δ * CT: h h V no γ γ Q : trọng lượng hạt đất ; V : thể tích hạt đất ; γ ( γ ) : trọng Q h : trọng lượng hạt đất ; V h : thể tích hạt đất ; γ o ( γ n ) : trọng lượng riêng củanước, γ o ≈ 10 (kN/m 3 ). * TN Sấ khô ẫ â á đị h Q * TN : - Sấ y khô m ẫ uc â nx á c đị n h Q h ; -Xácđịnh thể tích V h . 35 * ĐấtcátΔ =2,6÷ 2,67; ĐấtsétΔ =2,65÷ 2,74. II. Các chỉ tiêu vậtlýtínhđổi 1. Trọng lượng riêng khô (γ k ):làtrọng lượng củamột đơnvị hể íh đấ ở hái hà à khô ( l ủ h t hể t í c h đấ t ở trạng t hái h o à nto à n khô ( trọng l ượng c ủ a h ạt rắntrong1đơnvị thể tích đất. ấ ể ể 2. Độ rỗng của đ ấ t (n):làth ể tích lỗ rỗng trong 1 đơnvị th ể tích đất(biểudiễnbằng phầntrămhoặcthập phân). 3. Độ hạt(độ đặc) của đất (m):làthể tích hạt đấttrong1đơn v ị thể tích đ ấ t. ị 4. Hệ số rỗng của đất (e):làtỷ số giữathể tích lỗ rỗng vớithể tích hạt rắn của đất . tích hạt rắn của đất . 36 II. Các chỉ tiêu vậtlýtínhđổi (tiếp) ẩ ầ ẩ ẩ 5. Độ ẩ m toàn ph ầ n(độ ẩ m bão hòa) (W tp ,W bh ):làđộ ẩ mcủa đất bão hòa. 6. Độ bão hòa của đất(độ no nước, mức bão hòa) (S, G):làtỷ s ố g iữathể tích nướcvàthể tích lỗ rỗn g . g g 7. Trọng lượng riêng bão hòa (trọng lượng riêng no nước) ( γ bh , γ ) : là trọng lượng của 1 đơn vị thể tích đất ở trạng thái ( γ bh , γ nn ) : là trọng lượng của 1 đơn vị thể tích đất ở trạng thái bão hòa (các lỗ rỗng chứa đầynước). 8 Trọng lượng riêng đẩy nổi ( γ ) (trọng lượng riêng của đất 8 . Trọng lượng riêng đẩy nổi ( γ đn ) (trọng lượng riêng của đất nằmdướimựcnướcngầm): là trọng lượng của1đơnvị thể tích đất khi bị ngập nước tích đất khi bị ngập nước . *Lưuý:Cùng 1 loại đất: γ bh > γ w > γ k > γ đn . 37 Các chỉ tiêu tính đổi Công thức định nghĩa Công thức tính toán Công thức định nghĩa Công thức tính toán 1. Trọng lượng riêng khô: Q ) 01 0 1 ( w γ V h Q k = γ ) 01 , 0 1 ( 01,01 n h W w k −= + = γ γ γ 2. Trọng lượng riêng bão hòa V k bh Q Q Q + h m o n bh γ γ γ + = 3T l iê đẩ ổi V n Q h Q V bh Q bh + == γ h m o n bh γ γ γ + 3 . T rọng l ượng r iê ng đẩ y n ổi o h V h Q γ γ .− = e o o bhđn + −Δ =−= 1 ).1( γ γγγ 4. Độ ẩm toàn phần(độ ẩm bão hòa) V đn γ = e + 1 e γ 38 4. Độ ẩm toàn phần (độ ẩm bão hòa) %100. h Q bh n Q bh W = h o e bh W γ γ . = II. Các chỉ tiêu tính đổi Công thức định nghĩa Công thức tính toán Công thức định nghĩa Công thức tính toán 1. Trọng lượng riêng khô: Q ) 01 0 1 ( w γ V h Q k = γ ) 01 , 0 1 ( 01,01 n h W w k − = + = γ γ γ 2. Trọng lượng riêng bão hòa V k bh Q Q Q + h n o n bh γ γ γ + = 3T l iê đẩ ổi V n Q h Q V bh Q bh + == γ h n o n bh γ γ γ + 3 . T rọng l ượng r iê ng đẩ y n ổi o h V h Q γ γ .− = e o o bhđn + − Δ =−= 1 ).1( γ γγγ 4. Độ ẩm toàn phần V đn γ = e + 1 bh Q e γ 39 4. Độ ẩm toàn phần %100. h Q n Q bh W = h o e bh W γ γ . = Công thức định nghĩa Công thức tính toán ỗ ấ e 5. Độ r ỗ ng của đ ấ t %100. V r V n= m e e n −= + = 1 1 6. Độ hạtcủa đất V V 1 1 V h V m = n e m −= + = 1 1 1 7. Hệ số rỗng V Vr e = )01,01.(. +Δ W h γ γ Vh e = 11 −=−= w o k h e γγ 8. Độ bão hòa n V G S ) ( W G S Δ = .01,0 ) ( 40 r V n G S = ) ( e G S ) ( [...]... Đất bùn và bùn hữu cơ - khi W > Wch, e > 1,1 : bùn á cát (bùn cát pha); - khi W > Wch, e > 1,5 : bùn á sét (bùn sét pha), bùn sét; - Bù nhiễm các h chất hữ cơ đ Bùn hiễ á hợp hất hữu được gọi là bùn hữu cơ i bù hữ Khi hàm lượng hữu cơ chiếm: < 30%: = 30 - 60%: > 60%: đất nhiễm hữu cơ đất than bùn than bùn 60 1 Đất hạt thô II Phân loại theo hệ thống thống nhất USCS: * 2 nhóm lớn: đất hạt thô ấ ạ ị đất. .. đề nghị) * Đất chia làm 2 nhóm lớn: đất rời và đất dính Không có quy định chặt chẽ mà chủ yếu dựa vào: - nhận biết trực tiếp bằng mắt hoặc bằng tay (vê đất) ; - A ≠ 0 → đất dí h dính 1 Đất dính = {sét, sét pha (á sét), cát pha (á cát)} Phân loại đất dính theo chỉ số dẻo A = Wch – Wd Tên đất ấ A A ≤ 7% 7% < A ≤ 17% A > 17% Cát pha (á cát) Sét pha (á sét) Sét 57 2 Phân loại đất rời * Phâ l i đất rời d...§5 Trạng thái của đất – Các chỉ tiêu đánh giá trạng thái của đất I Trạng thái của đất rời 1 Trạng thái độ chặt của đất cát ấ Khái niệm trạng thái của đất gắn liền với phẩm chất XD của đất ạ g ợ g g Trạng thái của đất được mô tả theo 3 khả năng đánh giá phẩm chất XD của đất: Tốt - Vừa - Xấu Chỉ tiêu trạng thái là chỉ tiêu dùng để đánh giá trạng thái của đất Theo độ chặt, đất rời có 3 trạng thái:... CL OH và MH ML OL ( 10 20 30 40 50 60 70 80 90 LL(Wch) * Tên đất hạt mịn: ab a: chỉ tên loại hạt cơ bả C - sét ; M - b i ;O - h t hữ cơ hỉ tê l i h t ơ bản: ét bụi O hạt hữu ơ b: chỉ tính dẻo của đất: H- tính dẻo cao; L- tính dẻo thấp Ví dụ: CL - sét tính dẻo cao 64 CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT * Khái niệm: - Các tính chất cơ học của đất chịu ảnh hưởng nhiều của nước trong lỗ rỗng và khả năng... bộ rây của ASTM * Tên đất: gồm 2 chữ cái: (I.7 – 41) - Chữ đầ tê thà h phần h t cơ bả đầu: tên thành hầ hạt bản; - Chữ sau: tên thành phần hạt lẫn hay tính chất cơ bản của loại đất ấ * Dựa vào hàm lượng trên rây N°200 để phân biệt đất hạt thô ự ợ g y p ệ ạ hay đất hạt mịn: - Nếu p(d > 0,074mm ↔ N°200) > 50%: đất hạt thô N 200) 61 - Nếu p(d > 0,074mm ↔ N°200) < 50%: đất hạt mịn 2 Đất hạt mịn * Chữ thứ... thay đổi tính chất của đất) §1 Tính thấm của đất I Các định hĩ I Cá đị h nghĩa 1 Tính thấm của đất củ đ * Tính thấm của đất là tính chất của đất cho phép dòng nước chảy qua trong một điều kiện thuận lợi nào đó đó - Dòng nước chảy qua đất gọi là dòng thấm - Trong đất tồn tại các lỗ rỗng nền tất cả các loại đất ấ ồ ỗ ỗ ề ấ ấ trong thiên nhiên ít nhiều đều thấm nước - Tính thấm của đất phụ thuộc vào: g(... và σ’v mà CHĐ phân biệt các trạng thái cố kết như sau: ố ế - σ’c = σ’v: đất cố kết bình thường (đất NC: normally g( y Consolidated) - σ’c > σ’v: đất quá cố kết (đất OC: Over Consolidated); σ σ - σ’c < σ’v: đất chưa cố kết (đất UC: Under Consolidated) Consolidated) d Mođun nén lún của đất En c TN mẫu đất ở độ sâu h nào đó trong nền đất (tiếp) * Cả σ’c và σ’v đề phụ th ộ vào độ sâu lấ mẫu, gần ’ à ’ đều... chảy… * Các tính chất cơ học của đất được đánh giá định lượng bằng các đặc trưng cơ học (xác định bằng TN): g ặ g ọ ( ị g ) - TN trong phòng (Test in – lab): phân tích mẫu phục vụ cho việc nghiên cứu CHĐ theo mô hình cơ bản; - TN hiện trường (Test in – situ) 2 Cột nước áp, chiều cao cột nước áp, áp lực nước tại một điểm * Khảo sát một nền đất như sau Ống Ố đo áp IAB = ΔHAB/LAB Mặt đất tự nhiên ΔHAB MNN... mẫu đất ậ à ẫ 1cm, khi đó đất đã đạt đến TTGH chảy hả - Giai đoạn 2: xác định độ ẩm ẩ của đất ở TTGH chảy ấ Que đất ở TTGH dẻo - Giai đoạn 1: + tạo mẫu đến TTGH dẻo; + lăn mẫu đất TN bằng mu bàn tay trên tấm kính nhám đến khi tạo thành que đất có d = 3mm đồng 3mm, thời trên thân que có xuất hiện những vết nứt chân chim, khi đó đất đã đạt tới TTGH dẻo - Giai đoạn 2: xác định độ ẩm của những que đất. .. Thay y λz = * Qua các TN nhận thấy BD của đất diễn ra theo thời ậ y gian, với đất rời xảy ra nhanh hơn đất dính * Hiện tượng cố kết là hiện tượng BD của đất kéo dài theo thời gian dưới tác dụng của tải trọng không đổi - Đất càng nhiều hạt mịn thời gian cố kết càng dài → cố kết của đất sét được coi là điển hình và nghiên cứu kỹ * BD của đất ≡ Lú ≡ ↓Vr ủ Lún Đất sét bão hòa nước khi chịu tải trọng, để . đất: H- tính dẻo cao; L- tính dẻo thấp 64 Ví dụ: CL - sét tính dẻo cao CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT *Kháiniệm: - Các tính chất cơ học của đất chịu ảnh hưởng nhiều của Các tính chất cơ học của đất chịu ảnh hưởng nhiều của nướctronglỗ. thấmchothấy: Đối với đất hạt thô (đất rời) : I > 0 là xuất hiện dòng - Đối với đất hạt thô (đất rời) : I > 0 là xuất hiện dòng thấm. Đối ới đất h t ị (đất dí h) I hải lớ h I* à - Đối v ới đất h ạ t m ị n (đất dí n h) : I p hải lớ n h ơn I* n à o đómớixuấthiệndòngthấm n hiễ m c á c h ợp c hất hữ u cơ đ ược gọ i là bù n hữ u cơ. Khi hàm lượng hữu cơ chiếm: < 30%: đất nhiễm hữu cơ =30 - 60%: đất than bùn = 30 - 60%: đất than bùn > 60%: than