CHƯƠNG 1 TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT

Phong hoá vật lý Do sự biến đổi về nhiệt độ, làm đá gốc bị nứt, vỡ vụn thành những hạt to nhỏ không đều nhau Ỉ đất rời: đá dăm, cuội, sỏi Hạt có góc cạnh và có kích thước lớn Thành phần

Trang 1

CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT

–CHƯƠNG MỞ ĐẦU

–CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT

–CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT

–CHƯƠNG 3: ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT

–CHƯƠNG 4: BIẾN DẠNG VÀ ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT

–CHƯƠNG 5: SỨC CHỊU TẢI CỦA ĐẤT

–CHƯƠNG 6: ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN

1.1 QUÁ TRÌNH THÀNH TẠO ĐẤT 1.2 CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT 1.3 KẾT CẤU VÀ CƠ CẤU CỦA ĐẤT 1.4 CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT 1.5 THÀNH PHẦN HẠT, CẤP PHỐI CỦA ĐẤT 1.6 PHÂN LOẠI ĐẤT

1.7 ĐẦM CHẶT ĐẤT 1.8 TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT

1.1.1 Phong hoá

Là quá trình phá hoại và làm thay đổi thành phần của đá gốc

do tác dụng vật lý, hoá học, sinh vật thuộc các yếu tố khác nhau

Có ba loại phong hoá: Phong hoá vật lý, phong hoá hoá học

và phong hoá sinh vật

_ Tất cả đất mềm đều có nguồn gốc từ đá rắn

_ Quá trình hình thành đất là kết quả của 3 quá trình liên tiếp

Phong hoá Ỉ Chuyển dời Ỉ Trầm tích

a Phong hoá vật lý

Do sự biến đổi về nhiệt độ, làm đá gốc bị nứt, vỡ vụn thành những hạt

to nhỏ không đều nhau Ỉ đất rời: đá dăm, cuội, sỏi

Hạt có góc cạnh và có kích thước lớn Thành phần khoáng vẫn giống đá gốc

Ỉ Hạt đất rời

Trang 2

b Phong hoá hoá học

Do nước, Oxy và các muối, axít hoà tan trong nước (H2CO3)

gây ra phản ứng hoá học làm biến đổi thành phần khoáng của

đá gốc cũng như SVPH vật lý làm cho đá bị vỡ vụn thành

những hạt khoáng rất nhỏ Ỉ đất dính: cát pha, sét pha, sét

c Phong hoá sinh vật

Do các loại động thực vật sống trên mặt đất phá hoại các lớp

đất, đá mềm Ỉ đất hữu cơ, đất than bùn, đất bùn

1.1.3 Các loại trầm tích và đặc điểm của sản vật trầm tích

Tàn tích

9Là sản vật phong hoá hình thành nằm ngay tại chỗ, không bị chuyển dời

9 Thành phần khoáng vật và kích thước hạt biến đổi mạnh, hạt đất có sắc cạnh, góc nhọn và thành phần khoáng giống đá gốc Sườn tích

9Là sản phẩm phong hoá do nước mưa, tuyết, trọng lực cuốn trôi từ trên núi cao đến lưng chừng hoặc xuống tận chân dốc

9Đặc điểm : đất rời không ổn định, hay bị trượt theo lớp đá gốc bên dưới, thành phần không đồng nhất, chiều dày tăng dần

1.1.3 Các loại trầm tích và đặc điểm của sản vật trầm tích

Bồi tích

9Là sản vật phong hoá lắng đọng tạo thành các thung lũng cổ

hoặc mới, có bề dày rất lớn từ hàng chục đến hàng trăm mét

9Có tính phân lớp, từ các lớp đất rời bên dưới đến các lớp đất

dính bên trên

Trầm tích châu thổ

9Là sản phẩm phong hoá đặc trưng bởi sự tồn tại một số lớp hạt

bụi trong lớp đất sét hoặc bùn chưa được nén chặt do độ ẩm lớn

9Tầng đất dày, có tính nén lún lớnỈkhi xây dựng công trình

bên trên cần có biện pháp xử lý nền

Phong tích: hình thành do gió, rời xốp và đồng nhất về t/p hạt

Tóm lại, sự hình thành đất bao gồm các quá trình phong hoá, chuyển dời và trầm tích Quá trình tạo thành đất phụ thuộc vào các yếu tố: bản chất đá gốc, điều kiện phong hoá, địa hình, địa mạo và cách thức vận chuyển

Câu hỏi: Theo các anh, chị thì đất ở Đồng bằng sông Cửu Long và Đồng bằng Sông Hồng chủ yếu là loại đất gì? Tại sao?

Đá gốc Phong hoá

Thời gian Đất tàn tích Đất trầm tích

Chuyển dời Và lắng đọng

Trang 3

1.2 CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT

• Mô hình 3 pha của đất

Phần lớn thể tích đất là các hạt rắn, phần thể tích còn lại là lỗ

rỗng, trong lỗ rỗng chứa nước và khí

ỈMô hình đất gồm 3 pha: rắn (hạt đất), lỏng (nước) và khí

1.2.1 Pha rắn

Hạt rắn chiếm phần lớn thể tích của đất, là cốt chịu lực, tạo thành bộ khung chịu lực của đất

Tính chất của đất phụ thuộc vào độ lớn, hình dạng hạt cũng như thành phần khoáng của đất

a Thành phần khoáng:

_ Phụ thuộc vào thành phần đá gốc và tác dụng phong hoá + Khoáng vật nguyên sinh

+ Khoáng vật thứ sinh + Chất hoá hợp hữu cơ

1.2.1 Pha rắn

b Thành phần hạt

Trong đất các hạt có kích thước khác nhau từ vài cm Ỉ vài ‰

mm nên không thể xác định kích thước riêng của từng hạt mà

xác định theo kích thước của từng nhóm hạt

Dựa trên kích thước, chia thành hai nhóm chính: hạt thô và hạt

mịn

Bảng 1.1

c Hình dạng hạt:

Aûnh hưởng đến đất hạt thô (từ hạt cát trở lên) nhưng không

ảnh hưởng đến đất hạt mịn (hạt sét hay hạt keo)

1.2.1 Pha rắn

d So sánh đất hạt thô và đất hạt mịn

Khả năng chịu tải kém Tính thấm kém Các đặc tính về cường độ và sự thay đổi thể tích bị ảnh hưởng bởi độ ẩm Tính chất kỹ thuật được kiểm soát bởi yếu tố khoáng vật hơn là kích thước hạt

Khảnăng chịu tải cao Khảnăng thoát nư ùc tốt

Cư øng độ và sự thay đổi thể tch không bị ảnh hư ûng bởi ộẩm Kích thư ùc và cấu trúc hạt quyết định tính chất kỹ thuật

Không nén được khi ởtr/thái chặt Sựrung động làm thay đổi thểtch khi ởtrạng thái rời

Hạt mịn Hạt thô

Trang 4

1.2.2 Pha lỏng

Nước

trong đất

Nước trong khoáng vật

Nước kết hợp

mặt ngoài

Nước tự do

Nước hút bám

Nước liên kết

Nước liên kết mạnh Nước liên kết yếu Nước mao dẫn

Nước trọng lực

1.2.2 Pha lỏng

a Nước trong khoáng vật của đất:

Là nước ở trong mạng tinh thể khoáng vật của đất, tồn tại dưới dạng phân tử (H2O) hoặc Ion (H+, OH-), coi như một bộ phận của khoáng vật Ỉ không ảnh hưởng tới tính chất cơ – lý của đất

b Nước kết hợp mặt ngoài:

Tạo nên bởi tác dụng của lực hút điện phân tử giữa hạt sét (-) và phân tử nước có tính chất lưỡng cực

+ Nước hút bám: là loại nước bám rát chặt vào mặt ngoài của hạt

đất Nước ở thể rắn và chui cả vào mạng tinh thể khoáng vật

Ỉxem như một phần của hạt rắn, do đó không ảnh hưởng tới tính chất đất

1.2.2 Pha lỏng

b Nước liên kết:

• Nước liên kết: là loại nước bao ngoài nước hút bám, bao gồm

Nước liên kết mạnh: ở xa hạt sét hơân một chút so với nước hút

bám Là lớp nước bám tương đối chặt ở bề mặt hạt Không có ảnh

hưởng nhiều đến tích chất của đất

Nước liên kết yếu: là lớp nước liên kết ngoài cùng của hạt đất,

nước vẫn còn bị giữ ở bề mặt hạt nhưng lực hút yếu dần cho đến

không còn ảnh hưởng Vành nước liên kết có ảnh hưởng đến tính

chất đất, nó làm cho đất có tính dẻo, tính dính

1.2 CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT 1.2.2 Pha lỏng

c Nước tự do

Là loại nước nằm ngoài phạm vi tác dụng của lực điện phân tử của hạt đất, bao gồm:

Nước mao dẫn :

Độ cao mao dẫn: hc= Tcos.d

n γ α

Vùng từ mặt nước ngầm đến chiều cao hcđược gọi là đới bão

hoà nước mao dẫn

Độ dâng lên của nước mao dẫn thay đổi theo sự lên xuống của mực nước ngầm

α

T–lực căng

MNN d

hc

Trang 5

1.2.2 Pha lỏng

c Nước tự do

Nước mao dẫn :

Aùp lực mao dẫn:

Là áp lực phụ thêm do nước mao dẫn gây ra cho hạt đất trong

đới bão hoà nước mao dẫn, làm tăng thêm trong lượng của đất

Tại bề mặt của đới bão hoà, áp lực này có giá trị:

uc= = Ỉuc(z) = , 0 ≤ z ≤ hc

Áp lực mao dẫn còn là một trong những yếu tố tạo nên tính

dính của đất

d

cos

c

n.h

γ γn.z

•1.2.2 Pha lỏng

•c Nước tự do

Nước trọng lực:

•_ Tồn tại trong các lỗ rỗng của đất, giống với nước thông thường Nó thấm trong đất dưới tác dụng của trọng lực Trong một số trường hợp có thể xem như chuyển động theo định luật Darcy

•_ Nước trọng lực ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất cơ – lý của đất và chúng ta phải nghiên cứu các vấn đề sau đây:

• Khả năng hoà tan và phân giải của nước

• Aûnh hưởng của áp lực thuỷ tĩnh đối với đất

• Aûnh hưởng của lựïc thấm do sử chuyển động của nước trong đất đối với tính ổn định của đất

1.2.3 Pha khí

Khí tồn tại trong lỗ rỗng của đất (khí tự do) hoặc hoà tan trong

nước, khí tự do bao gồm hai dạng khí kín và khí hở

a Khí kín :

Là khí không thông thương với khí quyển bên ngoài Có ảnh

hưởng lớn tới tính chất cơ học của đất, đặc biệt là đất dính.

b Khí hở :

Là khí có thông thương với khí quyển bên ngoài Khí hở không

có ảnh hưởng gì đáng kể đến các tính chất của đất

• Ảnh hưởng của khí đối với các tính chất của đất là không đáng

kể và khó tính toán Ỉ Trong cơ học đất cổ điển, người ta bỏ qua

vai trò của pha khí, coi đất là bão hoà lý tưởng (đất 2 pha)

1.3.1 KẾT CẤU CỦA ĐẤT:

• Là sự sắp xếp của các hạt đất hoặc các đám hạt đất có độ lớn và hình dạng khác nhau trong quá trình trầm tích

• Kết cấu hạt: các hạt sắp xếp theo một quy luật nhất định, dưới tác dụng của tải trọng các hạt sẽ chuyển vị và đạt đến trạng thái ổn định trong một thời gian ngắn, kết cấu này chủ yếu ở đất cát

• Kết cấu tổ ong:do sự lắng đọng tựa lên nhau giữa các hạt sét, hình dạng dẹt , kích thước nhỏ hơn nhiều so với hạt cát hình thành nên kết cấu tổ ong rời xốp không ổn định

• Kết cấu bông: do các hạt keo có kích thước rất bé (d<0.001 mm) lơ lững trong nước rồi liên kết với nhau thành các đám hạt để tạo nên kết cấu bông, kết cấu này rất không ổn định và thường gặp ở trầm tích biển

1.3 KẾT CẤU VÀ CƠ CẤU CỦA ĐẤT

Trang 6

Kết cấu hạt Kết cấu tổ ong Kết cấu bông

1.3.1 KẾT CẤU CỦA ĐẤT 1.3.2 CƠ CẤU CỦA ĐẤT:Là sự sắp xếp của các lớp đất khác nhau trong quá trình trầm

tích

• Cơ cấu ngang: các lớp đất nằm song song với mặt đất

• Cơ cấu xiên: các lớp đất nằm xiên với mặt đất.

• Cơ cấu hỗn hợp: tập hợp nhiều lớp đất nằm xiên theo mọi

chiều, nhiều lớp xen kẻ Ỉ dễ làm cho công trình bị nghiêng

1.4.1 Các chỉ tiêu vật lý:

1.4 CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT

Không khí Nước Hạt rắn

Va Vw Vs

Vv

V

Wa Ww Ws

W

Wv

V V Q W Q M Tổng

Vk

Va

Qk

Wa

Qk

Ma Khí (Air)

Vn

Vw

Qn

Ww

Qn

Mw Nước(water)

Vr

Vv

Qr

Wv

Qr

Mv Rỗng(Void)

Vh

Vs

Qh

Ws

Qh

Ms Rắn(Soil)

VN Qtế VN Qtế VN Qtế

Thể tích Trọng lượng

Khối lượng Pha

1.4.1 Các chỉ tiêu tính chất 1.4 CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT

Δ

Gs Tỷ trọng hạt

γn

γw Dung trọng nước

γh

γs Dung trọng hạt

n n Độ rỗng

γ’,γđn

γb Dung trọng đẩy nổi

e e Hệ số rỗng

γbh

γsat Dung trọng bão hoà

G S Độ bão hoà

γk

γd Dung trọng khô

W w Độ ẩm

γ, γw γ Dung trọng tự nhiên

VN Qtế VN

Qtế

Thể tích Tên

Ký hiệu Tên

d: dry ; sat: saturated ; b: bouyant ; S: degree of saturation; e: void ratio; n: porosity; w: water content; G : specific gravity

Trang 7

1.4.1 Các chỉ tiêu tính chất

Các chỉ tiêu vật lý cơ bản và các chỉ tiêu vật lý khác

Độ rỗng Trọng lượng

riêng hạt

Hệ số rỗng Dung trọng đẩy

nổi

Độ bão hoà Dung trọng bão

hoà

Độ ẩm

Dung trọng khô

Tỷ trọng hạt Dung trọng tự

nhiên

Công thức Tên

V

W

= γ V

Ws

d= γ

sat

V

γ

V V W '= s−γw s γ

s

W

= γ

w s

G =γ γ s

w W

W

w =

w v

V S V

=

s

v V V

e = V

V

n = v

1.4.1 Các chỉ tiêu tính chất

• * Các công thức quan hệ

γ’= γsat - γw

γs = Gs.γw

1 ) w 1 G

γ + γ

= 1 e

d

s − γ

γ

=

r

S

.(1 )

s w

γ

d

G

γ

( 1)

' 1

G e

γ

+

e 1

e n +

=

1

G S e e

γ

+

1

sat

G e e

γ

+

Va

Vw Vs

Vv V

Wa Ww Ws

W Wv

1.4.1 Các chỉ tiêu tính chất 1.4 CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT

Sr.e 1

e

v =1+e

Wa

Sr.e.γw

=w.Gs γw Gs.γw (1+w).Gs.γw

Trang 8

1.4.4 Các chỉ tiêu trạng thái

a.Đất cát

Đất cát có hai trạng thái độc lập nhau là: độ chặt và độ ẩm

• Chỉ tiêu đánh giá độ chặt của đất:

Độ chặt tương đối

emax- hệ số rỗng của đất ở trạng thái rời nhất

emin- hệ số rỗng của đất ở trạng thái chặt nhất

e - hệ số rỗng tự nhiên của đất

e, e max , e min đều được xác định từ các thí nghiệm

min max

max e e e e

−

a.Đất cát

• Chỉ tiêu đánh giá độ chặt của đất:

Hệ số rỗng tự nhiên e (Quy phạm Liên Xô cũ)

Bảng 1.4

Ngoài ra người ta còn p.loại t.thái của đất rời qua TN xuyên

+ Xuyên tiêu chuẩn SPT Bảng 1.4a

+ Xuyên tĩnh CPT Bảng 1.4b

Chỉ tiêu đánh giá độ ẩm của đất:

Đôï ẩm của đất được đánh giá theo độ bão hoà S (hoặc G)

Bảng 1.5

b.Đất dính

Đối với đất dính không thể tách rời trạng thái độ chặt riêng rẽ

với trạng thái độ ẩm Đất sét có trạng thái độ cứng, là sự kết hợp

của hai yếu tố chặt và ẩm

Các giới hạn Atterberg

Giới hạn co, Ws :

Giới hạn dẻo,WP(Wd, PL )

Giới hạn nhão,WL(Wnh, LL)

V

Vo

S c c.cắt 170 1,7 0

Như ư Dính

Chịu lực tốt Cứng

Ws: shrinkage limit

Wp: plastic limit

WL: liquid limit

b Đất dính

_ Ws: Độ ẩm tương ứng với trạng thái co hoặc nở thể tích _ WP: Độ ẩm giới hạn khi đất chuyển từ trạng thái cứng sang trạng thái dẻo Khi này các hạt đất có thể trượt lên nhau mà không xuất hiện vết nứt, có thể bóp nặn mẫu đất thành hình thù bất kỳ

_ WL: Độ ẩm giới hạn khi đất chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng thái nhão Khi này đất không còn khả năng hút ẩm, đất chảy tự

do dưới tác dụng của trọng lượng bản thân

_ Hiệu số IP = WL– WP= Φ gọi là chỉ số dẻo (plasticity index) của đất, đặc trưng cho tính dẻo của đất

Trang 9

b Đất dính

• Thí nghiệm xác định W P ,W L

Thí nghiệm xác định W P

b.Đất dính

• Thí nghiệm xác định W P ,W L

Thí nghiệm xác định W L

b.Đất dính

_ Theo G.s Atterberg:

Khi đất có: w < wP : trạng thái cứng

Khi đất có: wP< w < wL : trạng thái dẻo

Khi đất có: w > wL : trạng thái nhão

_ Theo TCXD 45-78, dùng chỉ tiêu độ sệt B(IL)- là sự kết hợp giữa

trạng thái độ chặt và độ ẩm để đánh giá trạng thái của đất dính

Độ sệt: IL = hoặc B=

•

Bảng 1.6

W W W W

W W

=

w w w w

−

Lượng chứa tương đối của các nhóm hạt trong đất tính theo % trọng lượng đất khô (sấy ở 105oC) gọi là hàm lượng cỡ hạt Hàm lượng cỡ hạt d(mm) là hàm lượng phần trăm các hạt có kích thước lớn hơn d(mm) Ỉ phân loại đất

Hàm lượng tích luỹ p(%) của một cỡ hạt d (mm) là hàm lượng phần trăm các hạt nhỏ hơn hoặc bằng d(mm) Ỉ biểu diễn cấp phối hạt

Tập hợp hàm lượng tất cả các cỡ hạt chứa trong một loại đất gọi là thành phần hạt hay là cấp phối hạt của đất

Cấp phối hạt thường được biểu diễn dưới dạng bảng tính hoặc dưới dạng đường cong cấp phối Cấp phối hạt là hình ảnh cho phép ta hình dung khá rõ ràng về đất

Trang 10

1.5 THÀNH PHẦN HẠT, CẤP PHỐI CỦA ĐẤT

1.5.1 Thí nghiệm phân tích thành phần hạt

Gồm 2 thí nghiệm: thí nghiệm sây sàng và thí nghiệm lắng đọng

a.Thí nghiệm rây sàng

• Áp dụng với những hạt có kích thước ≥ 0.1mm

Rây hạt thô: Rây 3” ; Rây 2” ; Rây 1” ; Rây ; Rây

Rây hạt mịn:

No 4; No 10; No 20; No 40; No 60; No 80; No 100; No 200

Chú thích:

Rây 1” có nghĩa là mắt lưới ô vuông kích thước 1”

Rây No200 có nghĩa là trên một inch vuông có 200 lỗ rây