Bài viết trình bày các nội dung: thành phần hạt, phân loại đất theo thành phần hạt; thành phần khoáng vật của đất; thành phần hóa học của đất; nước (pha lỏng) trong đất; nước liên kết vật lý; khí trong đất; kiến trúc và liên kết kiến trúc; cấu tạo của đất...
CHỦ ĐỀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ 644 Đất Đỗ Minh Toàn - Khoa Địa chất Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đông Ngạc – Từ Liêm – Hà Nội Giới thiệu Đất đối tượng nghiên cứu Địa chất cơng trình (ĐCCT) Đất hệ phân tán gồm chủ yếu ba pha: rắn – hạt khống vật, lỏng – nước khí đất Nội dung nghiên cứu đất bao gồm: thành phần hạt, phân loại đất, thành phần khống vật hóa học pha đất, tính chất hóa lý, đặc điểm kiến trúc cấu tạo đất Thành phần hạt, phân loại đất theo thành phần hạt 2.1 Các khái niệm Hạt đất hiểu hạt (mảnh) khoáng vật nhiều hạt (mảnh) khoáng vật khác mà chúng dính kết với mối liên kết hóa học bền vững Kích thước hạt đất lấy đường kính trung bình (mm) Trong địa chất cơng trình (ĐCCT), đất phân thành nhóm hạt, nhóm hạt nằm giới hạn đường kính xác định Các hạt xếp vào nhóm chúng có tính chất ĐCCT tương tự Ở Việt Nam giống Nga số nước khác, đất phân nhóm hạt lớn: tảng (>200mm), cuội (dăm) (20-200,mm), sỏi (sạn) (2-20,mm), cát (2-0.05,mm), bụi (0.05-0,002,mm) sét (< 0,002mm) Thành phần hạt đất hàm lượng phần trăm tương đối nhóm hạt có đất Để xác định thành phần hạt đất, tiến hành thí nghiệm phân tích thành phần hạt Đối với đất rời, sử dụng phương pháp rây; đất dính sử dụng phương pháp dựa vào nguyên lý Stốc “Sự lắng chìm hạt rắn mơi trường nước yên tĩnh”- Thường sử dụng tỷ trọng kế 2.2 Phân loại đất Từ kết phân tích hạt, trước tiên sơ phân đất lớn chứa lớn (nhóm hạt >2mm chiếm >10%) – sử dụng bảng phân loại đất lớn đất cát; đất hạt mịn (nhóm hạt >2mm chiếm 10mm chiếm > 50%; >2mm chiếm > 50% Khi hàm lượng NH >2mm từ 30-50% >NHt cát > NH bụi Khi hàm lượng NH >2mm từ 30-50% > NH bụi > NH cát Khi hàm lượng NH >2mm từ 10-50% < NH cát bụi sét – Phân loại theo đất hạt nhỏ, tên đất thêm chữ “chứa sỏi” NH > 2mm chiếm > 25% NH > 0.5mm chiếm > 50% NH > 0.25mm chiếm > 50% NH > 0.1mm chiếm 75% NH > 0.1mm chiếm < 75% 645 Bảng 2: Phân loại đất hạt nhỏ (Thạch luận cơng trình, V.Đ Lơmtađze) Hàm lượng NH sét 0.05mm) Đất sét nặng Đất sét nhẹ Đất sét pha nặng Đất sét pha vừa Đất sét pha nhẹ Đất cát pha nặng Đất cát pha nhẹ Đất cát (nhóm hạt bụi 20%) Hàm lượng NH bụi (0.05-0.002, mm) > NH cát sỏi (>0.05mm) Đất sét bụi nặng Đất sét bụi nhẹ Đất sét pha bụi nặng Đất sét pha bụi vừa Đất sét pha bụi nhẹ Đất cát pha bụi nặng Đất cát pha bụi nhẹ Đất bụi Thành phần khoáng vật đất 3.1 Phân loại khoáng vật Trong đất gồm khoáng vật nguyên sinh, thứ sinh Các khoáng vật ngun sinh khống vật hình thành phong hóa vật lý làm cho đá mẹ bị vỡ vụn chưa bị biến đổi thành phần khống hóa Các khống vật thứ sinh hình thành phong hóa hóa học, chiểm phần chủ yếu đất tồn nhóm hạt sét Các khống vật thứ sinh gồm: loại dễ bị hòa tan khơng bị hòa tan Các khống vật dễ bị hòa tan tồn nước dạng dung dịch thật bị nước vận chuyển Các khoáng vật khơng bị hòa tan tồn phố biến nhóm hạt sét, phần dạng keo đất, bao gồm: xít SiO2 thứ sinh, Al2O3, Fe2O3 khoáng vật sét Các khoáng vật sét thường phổ biến đất loại sét, hình thành q trình phong hóa khống vật fenpat mica Khoáng vật sét tên gọi chung nhiều loại khống vật có kích thước hạt nhỏ, thuộc họ alumosilicat phức tạp Na, Mg Fe, có cấu trúc tinh thể dạng lưới lớp Cấu trúc lưới lớp hình thành từ hai đơn vị cấu trúc sở đơn vị khối mặt (tứ diện) gồm ion Silic tâm với ion oxy bao quanh đơn vị khối mặt (bát diện) gồm ion nhôm magiê tâm bao quanh ion hyđroxyn Cấu trúc lớp tạo nên ion oxy lập liên kết đồng hóa trị đơn vị Một lớp silic tạo khối tứ diện liên kết lại, công thức tổng quát nSi4O18(OH)2; khối tám mặt liên kết với đỉnh để hình thành lớp gipxit Al4(OH)6 có Al 3+ chiếm 2/3 vị trí trung tâm tạo khối tám mặt bruxit Mg6(OH)6 có Mg2+ chiếm tất vị trí trung tâm tạo cấu trúc ba khối tám mặt Trong lớp khối mặt, ion phía ngồi có khoảng cách tương tự nên chúng liên kết với qua ion oxy hydroxyn chung Có thể xảy hai cách cấu trúc khung cho ta cấu trúc lưới lớp lớp Trong lưới lớp, khối mặt mặt xen kẽ nhau; lưới lớp, khối mặt nằm xen kẽ hai khối mặt Các khoáng vật hình thành lớp, lưới liên kết lại tạo thành khung cấu trúc Trong tự nhiên có nhiều loại khống vật sét phổ biến có nhóm monmorilonit, ilit, caolinit Ngồi đất gặp vật chất hữu liên quan đến hoạt động sinh vật 3.2 Đặc điểm nhóm khống vật sét chủ yếu đất Nhóm Caolinit: gồm caolinit, haluazit, đickit, nakrit, chúng giống thành phần hóa học, hình dạng tinh thể (dạng cạnh) khác kiến trúc tính chất vật lý 646 Caolinit thường có màu trắng nhuốm màu vàng, phớt nâu, phớt đỏ, kích thước tinh thể thường >0,1 , khối lượng riêng 2,58 -2,59g/cm3, cát khai hồn tồn, điểm tỏa nhiệt 5506100C, tồn mơi trường axit (pH =5-6) Tinh thể khống vật có cấu trúc kiểu lớp liên kết bền vững lớp silic lớp gipxit lưới, lưới mạng tinh tiếp xúc chúng bên ion oxy có tổng điện tích âm bên hyđroxyn có tổng điện tích dương mối liên kết mạng tinh thể tương đối bền vững, tính linh động thấp Đất có chứa khống vật có tính ưa nước khơng cao, tính trương nở co ngót thấp Nhóm Monmorilonit: có cấu trúc lưới tinh thể tương tự caolinit Một lưới đơn vị gồm khối tám mặt hyđrôxit alumin lớp khối mặt oxy silic hai bên Vì vậy, tiếp xúc lưới cấu trúc ô mạng tinh thể, khối mặt nằm kề nhau, mối liên kết lưới yếu nhiều so với caolinit Monmorilonit dễ hấp phụ phân tử nước vào vị trí lưới mạng tinh thể Đất có chứa khống vật có tính trương nở co ngót mạnh Khống vật có tính phân tán cao (khi bão hòa nước, lưới dễ bị tách tạo thành hạt kích thước nhỏ hơn, thường 50% 7.2 Liên kết kiến trúc: tất hạt đất có đất liên kết với gọi liên kết kiến trúc (LKKT) Trong đất phân tán mịn gặp chủ yếu mối liên kết phân tử, phân tử ion tĩnh điện (keo nước) Đây mối LKKT yếu, không ổn định điều kiện môi trường thay đổi, độ bền chúng tăng lên đất bị làm khô nén chặt ngược lại Ngồi ra, đất gặp mối liên kết từ (trong đất tàn tích chứa nhiều sắt), liên kết hóa học (trong đất bị muối hóa, latêrit hóa) Cấu tạo đất Cấu tạo đất phân bố không gian xếp qua lại tập hợp hạt đất (hệ thống kiến trúc) Kiểu cấu tạo liên quan đến điều kiện trầm tích: gồm cấu tạo phân lớp (phân lớp dày, mỏng, dạng dải, vi lớp, xiên chéo, dạng thấu kính, định hướng, phân lớp có tính chu kỳ) thường gặp trầm tích nước; cấu tạo khối (phân bố khơng có quy luật, hỗn độn, dạng tóc rối, …) thường gặp đất sườn tích, lũ tích băng tích Một số kiểu cấu tạo khác: cấu tạo màu sắc khác đất – thể đất loại sét có cấu tạo đốm, dạng cẩm thạch, dạng mắt, phổ biến trầm tích hồ đầm lầy, đất tàn tích; cấu tạo dạng mắt lưới liên quan đến tượng khơ đất trầm tích có tính chu kỳ; cấu tạo liên quan đến biến đổi thành đá – trầm tích nước gặp cấu tạo khối, trầm tích cạn gặp cấu tạo lỗ rỗng lớn; cấu tạo tượng trượt đất đá – điển hình cấu tạo vò nhàu; cấu tạo liên quan đến trình biến chất – phổ biến cấu tạo phân phiến 649 Tài liệu đọc thêm Alan E.Kehew,1998 Địa chất học cho kỹ sư xây dựng cán kỹ thuật môi trường, tập 260 tr NXB Giáo dục Hà Nội Lomtađze V.D.1978 Địa chất cơng trình-Thạch luận cơng trình 456 tr.NXB Đại học THCN Hà Nội Whitlow R.1996 Cơ học đất tập 387 tr NXB Giáo dục Hà Nội Whitlow R.1996 Cơ học đất tập 380 tr NXB Giáo dục Hà Nội Сергеев Е.М, Голодковская Г.А, Зиангиров Р.С, Осипов В.И, Трофимов В.Т, 1971 Грунтоведение 595 стр Издательство Московского университетa Москва 650 ... Bảng 1: Phân loại đất lớn đất cát (TCXD-45-78) Loại đất lớn đất cát A Đất lớn Đất lớn – Đất tảng; đất cuội (dăm); đất sỏi Đất sỏi cát Đất sỏi bụi Đất …… Chứa sỏi B Đất cát Cát sỏi Cát thô Cát... nước khí đất Nội dung nghiên cứu đất bao gồm: thành phần hạt, phân loại đất, thành phần khống vật hóa học pha đất, tính chất hóa lý, đặc điểm kiến trúc cấu tạo đất Thành phần hạt, phân loại đất theo... nặng Đất sét bụi nhẹ Đất sét pha bụi nặng Đất sét pha bụi vừa Đất sét pha bụi nhẹ Đất cát pha bụi nặng Đất cát pha bụi nhẹ Đất bụi Thành phần khoáng vật đất 3.1 Phân loại khoáng vật Trong đất