CHƯƠNG 1 TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT

CHƯ CHƯƠNG 1: TÍ TÍNH CHẤ CHẤT VẬ VẬT LÝ LÝ CỦ CỦA ĐẤT CHƯ CHƯƠNG 1: TÍ TÍNH CHẤ CHẤT VẬ VẬT LÝ LÝ CỦ CỦA ĐẤT –CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 QUÁ TRÌNH THÀNH TẠO ĐẤT –CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT 1.2 CÁC THÀNH PHẦN 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 1.3 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 QUÁ QUÁ TRÌNH TẠ TẠO THÀ THÀNH NH ĐA Á T 1.1 QUÁ QUÁ TRÌNH TẠ TẠO THÀ THÀNH NH ĐA Á T 1.1.1 Phong hoá _ Tất đất mềm có nguồn gốc từ đá rắn a Phong hoá vật lý _ Quá trình hình thành đất kết trình liên tiếp Do biến đổi nhiệt độ, làm đá gốc bò nứt, vỡ vụn thành hạt to nhỏ không Ỉ đất rời: đá dăm, cuội, sỏi Phong hoá Ỉ Chuyển dời Ỉ Trầm tích 1.1.1 Phong hoá Là trình phá hoại làm thay đổi thành phần đá gốc tác dụng vật lý, hoá học, sinh vật thuộc yếu tố khác Có ba loại phong hoá: Phong hoá vật lý, phong hoá hoá học phong hoá sinh vật Ỉ Hạt đất rời Hạt có góc cạnh có kích thước lớn Thành phần khoáng giống đá gốc 1.1 QUÁ QUÁ TRÌNH TẠ TẠO THÀ THÀNH NH ĐA Á T 1.1 QUÁ QUÁ TRÌNH TẠ TẠO THÀ THÀNH NH ĐA Á T 1.1.1 Phong hoá b Phong hoá hoá học Do nước, Oxy muối, axít hoà tan nước (H2CO3) gây phản ứng hoá học làm biến đổi thành phần khoáng đá gốc SVPH vật lý làm cho đá bò vỡ vụn thành hạt khoáng nhỏ Ỉ đất dính: cát pha, sét pha, sét c Phong hoá sinh vật Do loại động thực vật sống mặt đất phá hoại lớp đất, đá mềm Ỉ đất hữu cơ, đất than bùn, đất bùn 1.1.3 Các loại trầm tích đặc điểm sản vật trầm tích Tàn tích Là sản vật phong hoá hình thành nằm chỗ, không bò chuyển dời Thành phần khoáng vật kích thước hạt biến đổi mạnh, hạt đất có sắc cạnh, góc nhọn thành phần khoáng giống đá gốc Sườn tích Là sản phẩm phong hoá nước mưa, tuyết, trọng lực trôi từ núi cao đến lưng chừng xuống tận chân dốc 9Đặc điểm : đất rời không ổn đònh, hay bò trượt theo lớp đá gốc bên dưới, thành phần không đồng nhất, chiều dày tăng dần 1.1 QUÁ QUÁ TRÌNH TẠ TẠO THÀ THÀNH NH ĐA Á T 1.1 QUÁ QUÁ TRÌNH TẠ TẠO THÀ THÀNH NH ĐA Á T 1.1.3 Các loại trầm tích đặc điểm sản vật trầm tích Bồi tích Là sản vật phong hoá lắng đọng tạo thành thung lũng cổ mới, có bề dày lớn từ hàng chục đến hàng trăm mét Có tính phân lớp, từ lớp đất rời bên đến lớp đất dính bên Trầm tích châu thổ Là sản phẩm phong hoá đặc trưng tồn số lớp hạt bụi lớp đất sét bùn chưa nén chặt độ ẩm lớn Tầng đất dày, có tính nén lún lớnỈkhi xây dựng công trình bên cần có biện pháp xử lý Phong tích: hình thành gió, rời xốp đồng t/p hạt Đá gốc Phong hoá Thời gian Đất tàn tích Chuyển dời Và lắng đọng Đất trầm tích Tóm lại, hình thành đất bao gồm trình phong hoá, chuyển dời trầm tích Quá trình tạo thành đất phụ thuộc vào yếu tố: chất đá gốc, điều kiện phong hoá, đòa hình, đòa mạo cách thức vận chuyển Câu hỏi: Theo anh, chò đất Đồng sông Cửu Long Đồng Sông Hồng chủ yếu loại đất gì? Tại sao? 1.2 CÁ CÁC THÀ THÀNH NH PHẦ PHẦN CỦ CỦA ĐẤT • Mô hình pha đất Phần lớn thể tích đất hạt rắn, phần thể tích lại lỗ rỗng, lỗ rỗng chứa nước khí Ỉ Mô hình đất gồm pha: rắn (hạt đất), lỏng (nước) khí 1.2 CÁ CÁC THÀ THÀNH NH PHẦ PHẦN CỦ CỦA ĐẤT 1.2.1 Pha rắn Hạt rắn chiếm phần lớn thể tích đất, cốt chòu lực, tạo thành khung chòu lực đất Tính chất đất phụ thuộc vào độ lớn, hình dạng hạt thành phần khoáng đất a Thành phần khoáng: _ Phụ thuộc vào thành phần đá gốc tác dụng phong hoá + Khoáng vật nguyên sinh + Khoáng vật thứ sinh + Chất hoá hợp hữu 1.2 CÁ CÁC THÀ THÀNH NH PHẦ PHẦN CỦ CỦA ĐẤT 1.2.1 Pha rắn b Thành phần hạt Trong đất hạt có kích thước khác từ vài cm Ỉ vài ‰ mm nên xác đònh kích thước riêng hạt mà xác đònh theo kích thước nhóm hạt Dựa kích thước, chia thành hai nhóm chính: hạt thô hạt mòn Bả Bảng ng 1.1 c Hình dạng hạt: nh hưởng đến đất hạt thô (từ hạt cát trở lên) không ảnh hưởng đến đất hạt mòn (hạt sét hay hạt keo) 1.2 CÁ CÁC THÀ THÀNH NH PHẦ PHẦN CỦ CỦA ĐẤT 1.2.1 Pha rắn d So sánh đất hạt thô đất hạt mòn Hạ Hạt thô Hạ Hạt mòn Khả Khả chòu tả tải cao Khả Khả thoá thoát nư nước tố tốt Cường ng độ và thay đổi thể thể tích không bò ả ảnh nh hư hưởng ng bở độ ẩm Kích thư thước và cấ cấu trú trúc hạ hạt quyế đònh tí tính chấ chất kỹ thuậ thuật Không né nén đươ ở tr/thá tr/thái chặ chặt Sự rung động ng làm thay đổi thể thể tích ở trạ trạng ng thá thái rờ rời Khả chòu tải Tính thấm Các đặc tính cường độ thay đổi thể tích bò ảnh hưởng độ ẩm Tính chất kỹ thuật kiểm soát yếu tố khoáng vật kích thước hạt 1.2 CÁ CÁC THÀ THÀNH NH PHẦ PHẦN CỦ CỦA ĐẤT 1.2.2 Pha lỏng 1.2.2 Pha lỏng a Nước khoáng vật đất: Là nước mạng tinh thể khoáng vật đất, tồn dạng phân tử (H2O) Ion (H+, OH-), coi phận khoáng vật Ỉ không ảnh hưởng tới tính chất – lý đất Nước khoáng vật Nước hút bám Nước đất Nước kết hợp mặt Nước liên kết Nước tự 1.2 CÁ CÁC THÀ THÀNH NH PHẦ PHẦN CỦ CỦA ĐẤT Nước mao dẫn Nước liên kết mạnh Nước liên kết yếu Nước trọng lực 1.2 CÁ CÁC THÀ THÀNH NH PHẦ PHẦN CỦ CỦA ĐẤT 1.2.2 Pha lỏng b Nước liên kết: • Nước liên kết: loại nước bao nước hút bám, bao gồm Nước liên kết mạnh: xa hạt sét hơân chút so với nước hút bám Là lớp nước bám tương đối chặt bề mặt hạt Không có ảnh hưởng nhiều đến tích chất đất Nước liên kết yếu: lớp nước liên kết hạt đất, nước bò giữ bề mặt hạt lực hút yếu dần không ảnh hưởng Vành nước liên kết có ảnh hưởng đến tính chất đất, làm cho đất có tính dẻo, tính dính b Nước kết hợp mặt ngoài: Tạo nên tác dụng lực hút điện phân tử hạt sét (-) phân tử nước có tính chất lưỡng cực + Nước hút bám: loại nước bám rát chặt vào mặt hạt đất Nước thể rắn chui vào mạng tinh thể khoáng vật Ỉ xem phần hạt rắn, không ảnh hưởng tới tính chất đất 1.2 CÁ CÁC THÀ THÀNH NH PHẦ PHẦN CỦ CỦA ĐẤT 1.2.2 Pha lỏng c Nước tự Là loại nước nằm phạm vi tác dụng lực điện phân tử hạt đất, bao gồm: Nước mao dẫn : Độ cao mao dẫn: hc = α 4T cos α γ n d Vùng từ mặt nước ngầm đến chiều cao hc gọi đới bão hoà nước mao dẫn Độ dâng lên nước mao dẫn thay đổi theo lên xuống mực nước ngầm T–lực căng hc d MNN 1.2 CÁ CÁC THÀ THÀNH NH PHẦ PHẦN CỦ CỦA ĐẤT 1.2.2 Pha lỏng c Nước tự Nước mao dẫn : p lực mao dẫn: Là áp lực phụ thêm nước mao dẫn gây cho hạt đất đới bão hoà nước mao dẫn, làm tăng thêm lượng đất Tại bề mặt đới bão hoà, áp lực có giá trò: uc = 4T cos α = γ n hc Ỉ uc(z) = γ n z , ≤ z ≤ hc d 1.2 CÁ CÁC THÀ THÀNH NH PHẦ PHẦN CỦ CỦA ĐẤT •1.2.2 Pha lỏng •c Nước tự Nước trọng lực: •_ Tồn lỗ rỗng đất, giống với nước thông thường Nó thấm đất tác dụng trọng lực Trong số trường hợp xem chuyển động theo đònh luật Darcy •_ Nước trọng lực ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất – lý đất phải nghiên cứu vấn đề sau đây: • Khả hoà tan phân giải nước • nh hưởng áp lực thuỷ tónh đất Áp lực mao dẫn yếu tố tạo nên tính dính đất • nh hưởng lựïc thấm sử chuyển động nước đất tính ổn đònh đất 1.2 CÁ CÁC THÀ THÀNH NH PHẦ PHẦN CỦ CỦA ĐẤT 1.3 KẾ KẾT CẤ CẤU VÀ VÀ CƠ CẤ CẤU CỦ CỦA ĐẤT 1.2.3 Pha khí Khí tồn lỗ rỗng đất (khí tự do) hoà tan nước, khí tự bao gồm hai dạng khí kín khí hở 1.3.1 KẾT CẤU CỦA ĐẤT: • Là xếp hạt đất đám hạt đất có độ lớn hình dạng khác trình trầm tích a Khí kín : Là khí không thông thương với khí bên Có ảnh hưởng lớn tới tính chất học đất, đặc biệt đất dính b Khí hở : Là khí có thông thương với khí bên Khí hở ảnh hưởng đáng kể đến tính chất đất • Ảnh hưởng khí tính chất đất không đáng kể khó tính toán Ỉ Trong học đất cổ điển, người ta bỏ qua vai trò pha khí, coi đất bão hoà lý tưởng (đất pha) • Kết cấu hạt: hạt xếp theo quy luật đònh, tác dụng tải trọng hạt chuyển vò đạt đến trạng thái ổn đònh thời gian ngắn, kết cấu chủ yếu đất cát • Kết cấu tổ ong: lắng đọng tựa lên hạt sét, hình dạng dẹt , kích thước nhỏ nhiều so với hạt cát hình thành nên kết cấu tổ ong rời xốp không ổn đònh • Kết cấu bông: hạt keo có kích thước bé (d wL : trạng thái nhão _ Theo TCXD 45-78, dùng tiêu độ sệt B(IL)- kết hợp trạng thái độ chặt độ ẩm để đánh giá trạng thái đất dính B= W − Wd = W − Wd Độ sệt: IL == w − wP = w − wP Wnh − Wd Φ w − w I L P P • Bảng 1.6 1.5 THÀ THÀNH NH PHẦ PHẦN HẠ HẠT, T, CẤ CẤP PHỐ PHỐI CỦ CỦA ĐẤT Hàm lượng cỡ hạt d(mm) hàm lượng phần trăm hạt có kích thước lớn d(mm) Ỉ phân loại đất Hàm lượng tích luỹ p(%) cỡ hạt d (mm) hàm lượng phần trăm hạt nhỏ d(mm) Ỉ biểu diễn cấp phối hạt Tập hợp hàm lượng tất cỡ hạt chứa loại đất gọi thành phần hạt cấp phối hạt đất Cấp phối hạt thường biểu diễn dạng bảng tính dạng đường cong cấp phối Cấp phối hạt hình ảnh cho phép ta hình dung rõ ràng đất 1.5 THÀ THÀNH NH PHẦ PHẦN HẠ HẠT, T, CẤ CẤP PHỐ PHỐI CỦ CỦA ĐẤT 1.5 THÀ THÀNH NH PHẦ PHẦN HẠ HẠT, T, CẤ CẤP PHỐ PHỐI CỦ CỦA ĐẤT 1.5.1 Thí nghiệm phân tích thành phần hạt 1.5.1 Thí nghiệm phân tích hạt Gồm thí nghiệm: thí nghiệm sây sàng thí nghiệm lắng đọng a Thí nghiệm rây sàng a.Thí nghiệm rây sàng • Áp dụng với hạt có kích thước ≥ 0.1mm 3" 3" Rây hạt thô: Rây 3” ; Rây 2” ; Rây 1” ; Rây ; Rây Rây hạt mòn: No 4; No 10; No 20; No 40; No 60; No 80; No 100; No 200 Chú thích: Rây 1” có nghóa mắt lưới ô vuông kích thước 1” Rây No200 có nghóa inch vuông có 200 lỗ rây Bảng 1.2 1.5 THÀ THÀNH NH PHẦ PHẦN HẠ HẠT, T, CẤ CẤP PHỐ PHỐI CỦ CỦA ĐẤT 1.5.1 Thí nghiệm phân tích hạt b Thí nghiệm lắng đọng • Áp dụng với hạt có kích thước từ 0.1 đến 0.002 mm • Tính toán: γs − γw d Dựa vào Đònh luật Stokes: v = 18μ Khoảng cách từ tâm bầu đến mặt thoáng Ỉ vận tốc chìm lắng Ỉ đường kính hạt di Dung trọng dung dòch trọng tâm bầu Ỉ hàm lượng hạt ≤ di 1.5 THÀ THÀNH NH PHẦ PHẦN HẠ HẠT, T, CẤ CẤP PHỐ PHỐI CỦ CỦA ĐẤT 1.5.1 Thí nghiệm phân tích hạt • Chú ý: Cỡ hạt d (mm) thí nghiệm rây hiểu tương ứng với đường kính mắt rây thí nghiệm phân tích hạt Cỡ hạt d(mm) thí nghiệm lắng đọng tương đương với hạt hình cầu có đường kính d (mm) tỷ trọng tốc độ chìm lắng nước Trong thí nghiệm lắng đọng hàm lượng hạt ≤ di tính từ thí nghiệm so với lượng đất làm thí nghiệm lắng đọng Chúng ta phải tính hàm lượng hạt ≤ di theo khối lượng mẫu đất tổng 1.5 THÀ THÀNH NH PHẦ PHẦN HẠ HẠT, T, CẤ CẤP PHỐ PHỐI CỦ CỦA ĐẤT 1.5 THÀ THÀNH NH PHẦ PHẦN HẠ HẠT, T, CẤ CẤP PHỐ PHỐI CỦ CỦA ĐẤT 1.5.2 Biểu diễn kết cấp phối hạt 1.5.2 Biểu diễn kết cấp phối hạt • a Bảng tính: Ví dụ thành phần cấp phối hạt loại đất • b Đường cong cấp phối log(d) hàm lượng tích luỹ p(%) 2-0,5 0,5-0,25 25 18 0,25-0,1 0,1-0,05 0,05-0,01 0,01-0,002 10 15 12 14 d (mm) 25 43 53 68 80 94 100 Hàm lượng tích luỹ cỡ hạt có đường kính – Với sỏi sạn Cu > – Với cát Và 1< Cg < Ỉ Đất cấp phối tốt, đường cong cấp phối có dạng thoai thoải, đất có nhiều loại nhóm hạt khác + Nếu Cu < – Với sỏi sạn Cu < – Với cát Ỉ Đất cấp phối kém, đường cong cấp phối có dạng dốc đứng, đất có loại nhóm hạt + Nếu Cg < Cg >3 Ỉ Đất cấp phối kém, đường cong cấp phối có dạng bậc thang, đất vắng mặt vài nhóm hạt 1.6 PHÂN LOẠ LOẠI ĐẤT 1.6.1 Ý nghóa • Là phương tiện để giao tiếp, giúp có hình dung phán đoán ban đầu đất Cho phép áp dụng kinh nghiệm, đònh tính khả xây dựng đất có dự kiến giải pháp công trình • Các tên gọi thường gắn liền với quy đònh, quy ước mà thoả thuận sử dụng phạm vi Nó “ngôn ngữ” thông tin đất xây dựng công trình 1.6.2 Tiêu chuẩn phân loại • Cấp phối hạt đất Ỉ đất rời • Các giới hạn Atterberg đất Ỉ đất dính Bài tập 1.1 1.6 PHÂN LOẠ LOẠI ĐẤT 1.6 PHÂN LOẠ LOẠI ĐẤT 1.6.3 Phân loại đất theo QPXD 45 -78 1.6.4 Một số loại đất đặc biệt a Đất rời a Đất bùn: dựa vào w e: Khi (w > wL) hay IL>1, Căn vào hàm lượng cỡ hạt Độ lớn thành phần cấp phối hạt có khả phản ánh đầy đủ tính chất học đất Bảng 1.7 _ Khi e ≥ 0,9: bùn cát _ Khi e ≥ 1,0: bùn sét _ Khi e ≥ 1,5: bùn sét b Đất lún ướt, đất trương nở: dựa vào số s = eL − e 1+ e b Đất dính _ Khi s < 0,1 Ỉ đất lún ướt Căn vào số dẻo IP phản ánh tương đối toàn diện nhân tố ảnh hưởng tới tính chất đất dính Với e, eL : hệ số rỗng trạng thái tự nhiên giới hạn chảy Bảng 1.8 Ngoài phân loại theo hàm lượng hạt sét _ Khi s > 0,3 Ỉ đất trương nở c Đất hữu than bùn: dựa vào hàm lượng hữu Ihc _ Khi Ihc < 30% Ỉ đất nhiễm hữu _ Khi 30 ≤ Ihc ≤ 60% Ỉ đất than bùn, Ihc > 60% Ỉ than bùn 1.6 PHÂN LOẠ LOẠI ĐẤT 1.6 PHÂN LOẠ LOẠI ĐẤT 1.6.5 Phân loại đất theo TCVN 5747 – 95 Đất Bảng 1.9 – 1.12 Đất rời 1.6.6 Phân loại đất theo USCS – ASTM D.2487 Bảng 1.13 – 1.15 Đất dính B1 B2a B2b 1.6.7 Phân loại đất trường Bảng 1.16 Đối với nước khác có phân loại khác nhau, nước, ngành khác - có mục đích sử dụng khác nhau- có cách phân loại khác 1.7 ĐẦM CHẶ CHẶT ĐẤT Cát vừa Cát nhỏ Cát bụi Sỏi sạn Cát sạn Cát thô Á cát Á sét Sét 1.7 ĐẦM CHẶ CHẶT ĐẤT 1.7.1 Các đònh nghóa 1.7.1 Các đònh nghóa •_ Đầm chặt đất cho tải trọng động tác dụng lặp lặp lại cho đất nén chặt •_ Các yếu tố ảnh hưởng đến việc đầm chặt đất là: Cấp phối đất; Độ ẩm đất; Công đầm nén • _ Nén chặt đất làm giảm thể tích lỗ rỗng cách làm cho hạt đất xích lại gần • _ Với cấp phối đònh công đầm đònh có giá trò độ ẩm tốt để đầm đất đạt độ chặt khả dó lớn đánh giá qua dung trọng khô Đường quan hệ γk W gọi đường cong đầm chặt γ γd •_ Hệ số đầm chặt : K= d = γ tc γ d max • _ Ứng dụng: công trình đất đắp, lõi chống thấm đập, đường, đường băng sân bay • _ Các phương thức đầm chặt: Xe lu,Tạ rơi, Rung sâu, Nổ mìn •_ Dưới tác động học rung, nén, nện hạt đất đất dòch chuyển xếp lại tạo kết cấu chặt hơn, tính thấm tính nén lún giảm, tính chống cắt tăng γd –trọng lượng riêng khô đất đạt công trường γd max - trọng lượng riêng khô lớn đất đó, xác đònh thí nghiệm đầm chặt phòng 1.7 ĐẦM CHẶ CHẶT ĐẤT 1.7.2 Thí nghiệm đầm chặt – Proctor 1.7 ĐẦM CHẶ CHẶT ĐẤT 1.7.2 Thí nghiệm đầm chặt – Proctor γd (γd)max • Có hai loại:TN Proctor chuẩn TN Proctor cải tiến TN Proctor bình thường Cối đầm Quả đầm D=6” =15.24 cm D=2”= 5.08 cm H=5” =12.70 cm M= 2.496 kg V=2317 cm3 h rơi: 30.5 cm, Số lớp đất đầm:3 Số lần đầm /lớp:55 TN Proctor cải tiến Cối đầm Quả đầm D=4” =10.16 cm D=2”= 5.08 cm H=11.70 cm M= 4.54 kg V=926.8 cm3 h rơi: 45.7 cm, Số lớp đất đầm:5 Số lần đầm /lớp:25 Wopt G ≅0.8 W G =1 γd • Chế bò đất với nhiều độ ẩm khác đồng thời đầm chặt với công khác Ỉ đường cong đầm chặt khác Ỉ Wopt γdmax ứng với công đầm khác (A=M.h.n, kNm/m3) 1.7 ĐẦM CHẶ CHẶT ĐẤT 1.7.2 Thí nghiệm đầm chặt – Proctor Nhận xét: • Công đầm lớn γdmax lớn Wopt nhỏ • Các đường cong đầm chặt nằm bên trái đường cong no nước Ỵ Khí không thoát toàn tác dụng đầm, thường đất đầm chặt tới trạng thái tốt G ≅ 0.8 • Với đất cát đường cong đầm gần nằm ngang, hiệu đầm chặt Loại đất đạt độ chặt cao với lượng đầm rung với lực ngấm nước từ xuống • Ỉ TN Đầm chặt: cho ta thông số ? Ý nghóa ? •Bảng 1.17 – 1.20 W 1.7 ĐẦM CHẶ CHẶT ĐẤT 1.7.3 Đầm chặt đất trường