Đất xây dựng địa chất công trình và kỹ thuật cải tạo đất trong xây dựng chương trình nâng cao nguyễn ngọc bích chủ biên, lê thị thanh bình, vũ đình phụng

Thật vậy, xuất phát từ cấu trúc và dạng liên kết chiếm ưu thế trong những thành tạo khoáng vật tham gia vào thành phần pha cứng của đất đá, người ta có thể phân ra 5 nhóm 1 hợp chất khác

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DựNG

PGS TS NGUYỄN NGỌC BÍCH (Chủ biên)

ThS LÊ THỊ THANH BỈNH - PGS.TS v ũ ĐÌNH PHỤNG

ĐẤT XÂY DỰNG Đ]A CHẤT CỒNG TRÌNH

VÀ KỶ THUẬT CẢI TẠO ĐẤT

LỜI NÓI ĐẨU

Trong giai đoạn xây dựng và p hát triển đất nước của thời kỳ kinh tế

mở, công tác xảy dựng cơ bản là một trong những nhiệm vụ hàng đầu Đ ể đáp ứng được yêu cầu này, việc nghiên cứu sử dụng đất đá làm nền và

m ôi trường cho các công trình xây dựng khác nhau g iữ vai trò không th ể thiếu được.

Cuốn sách "Đất xây dưng - Đ ỉa ch ất công trìn h và kỹ th u à t cải tao

đ ấ t tro n g x â y dưng" (chương trình năng cao), được tái bản có sửa chữa và

bô sung dựa trên cơ sở tổng hợp những kinh nghiệm rút ra từ khảo sát, thiết

k ế và thi công các công trình vài chục năm gần đây, củng như kinh nghiệm giảng dạy nhiều năm, đồng thời cập nhật những tiến bộ khoa học kỹ thuật hiện đại trên th ế giới và của các đồng nghiệp trong nước.

Nhóm tác giả xin trân trọng cảm ơn Nhà xuất bản Xây dựng đả tạo điểu kiện đê cuốn sách nhanh chóng và kịp thời ra mắt bạn đọc.

Mặc dù cuốn sách đã được sửa chữa và bổ sung, nhưng do khả năng có hạn, nên cuốn sách không tránh khỏi những thiếu sót, chúng tôi mong nhận được ỷ kiến đóng góp của bạn đọc đ ể lần xuất bản sau được tốt hơn.

Các tác giả

P H Ẩ N I

Đ Ấ T X Â Y Dưi\IG

Chương 1

CÂU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT, ĐÁ

1.1 KHẢI NIỆM CHUNG VỂ ĐẤT, ĐÁ

- Đá cứng: bao gồm các đá có liên kết kiến trúc bển Bản chất của liên kết là hóa học Đại bộ phận trong đá cứng kiểu liên kết kiến trúc cộng hóa trị chiếm ưu thế hơn liên kết iôn

và liên kết kim loại Do đó, đá thường có độ bền cao, và nó ít thav đổi khi bão hòa nước Chỉ riêng trường hợp khi trong đá chủ yếu là liên kết iôn, thì chúng có thể hòa tan lớn trong nước (dung dịch)

Trong loại đá cứng phân ra: đá macma đá biến chất, đá trầm tích và đá nhân tạo Các đá này khác nhau về độ bền, mức độ mềm hóa và hòa tan khi tác dụng với nước

- Đất phân tán: bao gồm các đất có liên kết kiến trúc bản chất vật lý như: phân tử (liên kết

dư thừa), iôn - tĩnh điện, mao dẫn và từ tính Các liên kết này kém bền hơn so với liên kết bản chất hóa học trong đá cứng Độ bển đất phân tán thấp và thay đổi nhiều khi bão hòa nước.Đất phân tán phân ra : đất vụn thô, đất cát, đất loại sét

Ngoài ra, trong tự nhiên còn tổn tại các nhóm đất đặc biệt:

- Bùn: đó là trầm tích hồ, vũng, vịnh được thành tạo do các quá trình vi sinh vật Bùn có

độ ẩm lớn hơn độ ẩm ở giới hạn chảy và hệ số rỗng cao, bao gồm: bùn sét, bùn sét pha, bùn cát pha,

- Bùn thối (sapropen): đó là bùn nước ngot, chúng chứa > 10% vật chất hữu cơ và có hệ

số độ rỗng thông thường lớn hơn 3,0, còn chỉ tiêu độ sệt I,> 1

- Đất thổ nhưỡng: đó là các thành tạo tự nhiên tạo nên lớp bể mặt của vỏ quả đất và chúng có độ phì nhất định Đất thổ nhưỡng được phân loại theo thành phần cấp phối hạt như khi phân loại đất vụn thỏ và đất cát; còn phân theo chỉ số dẻo - như đất loại sét

- Đất đá nhân tạo bao gồm các đất đá được đầm nén bằng nhiều phương pháp khác nhau (dầm lu, đầm rung, ) hay gia cố bằng phương pháp xi mãng hóa, vôi hóa, kiềm hóa,

1.2 CẤU TRÚC, THÀNH PHÂN VÀ TÍNH CHẤT CỦA CÁC PHA CÚNG TRONG ĐẤT, ĐÁ

Pha cúng của đất đá tạo nên bơi các khoáng vật khác nhau, bởi vật chất hữu cơ, hợp chất khoáng - hũư cơ và nưóc ớ trạng thái cứng (băng) Trong nghiên cứu địa kỹ thuật, chỉ chú ý các khoáng vật tạo đá chính dưới khối lượng lớn và có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của đất đá

- Trong đá macma phổ biến nhất là các khoáng vật: fenspat, tiếp đó là thạch anh, mica, pirôxen và olivin Các khoáng vật khác ít gặp hon

- Trong đá biến chất phần nhiều giống đá macma, tuy nhiên thường gặp là thạch a n h ,, fenspat, pirôxen, amphibôl, v.v các khoáng vật có nguồn gốc biến chất thường là: granat,, disten, andaluzit, clorit, epiđôt, v.v những khoáng vật này gây ảnh hưởng nhiều đến tính 1

chất của đá biến chất

- Trong đá trầm tích chủ yếu có các khoáng vật thạch anh, fenspat, mica, đồng thời phổ t biến rộng rãi là các khoáng vật sét, cacbonat, suníat, halôit, vật chất hữu cơ và hợp chất t

khoáng - hữu cơ

Hầu hết tất cả các khoáng vật của đất đá có cấu trúc kết tinh (cấu trúc tinh thể) Chỉ c ó ) một lượng rất nhỏ các khoáng vật gặp dưới dạng vật chất vô định hình (không kết tin h ) Mối liên kết giữa các nguyên tử trong ô mạng tinh thể khoáng vật có thể là iỏn, cộng hóa I trị, kim loại, hydrô và dư thừa (liên kết phân tử)

Các liên kết iôn, cộng hóa trị và kim loại là có độ bền cao nhất trong số các liên kết t nghiên cứu (xem bảng 1.1)

Bảng 1.1 Năng lượng của các dạng liên kết khác nhau

Dạng liên kết Năng lượng liên kết, KJ/mol (Kcal/mol)

dễ hòa tan trong nước, điều này được giải thích bằng sự giảm mạnh của các liên kết iôn 1

trong môi trường nước

Dạng liên kết phân tử là yếu nhất (xem bảng 1.1) Loại liên kết này thực tế có mặt trong; mọi khoáng vật Tuy nhiên, liên kết phân tử đóng vai trò chính trong các khoáng vật phân 1

tán nhỏ - sét

Thật vậy, xuất phát từ cấu trúc và dạng liên kết chiếm ưu thế trong những thành tạo) khoáng vật tham gia vào thành phần pha cứng của đất đá, người ta có thể phân ra 5 nhóm 1

hợp chất khác nhau về tính chất lý học, hóa - lý và cơ học sau:

1) Nhóm khoáng vật của lớp silicát nguyên sinh;

2) Nhóm các muối đơn giản (halôit, sunfat, cacbonat);

3) Nhóm các khoáng vật sét;

4) Nhóm vật chất hữu cơ và hợp chất khoáng - hữu cơ;

5) Nhóm (nước) băng

Các liên kết dạng iôn - cộng hóa trị là loại chiếm ưu thế hơn cả trong những khoáng vật lóp silicát nguyên sinh.

Còn các muối đơn giản - chủ yếu là liên kết iôn

Những tác dụng qua lại kiểu hyđrô và phân tử gây ảnh hưởng lớn đến cấu trúc và tính chất của các thành tạo khoáng vật của 3 nhóm cuối cùng, mà trong chúng đều có các liên kết cộng hóa trị và iôn

12.1 Cấu trúc và tính chất của các silicát nguyên sinh

Đại bộ phận các silicát đều có thành phần và cấu trúc phức tạp Tứ diện ôxyt silic (Si04)4 là yếu tố kiến trúc cơ bản của chúng, tại tâm tứ diện này có 1 iôn Si4+ còn tại các đinh là các iôn O2- Tứ diện (Si04)4- có thể tồn tại dưới dạng các nhóm riêng rẽ hay có thể tạo ra các mạch tứ diện liên kết với nhau nhung khác nhau về hình dạng, nguyên nhân chính là do sự đa dạng của các motiv kiến trúc silicat (hình 1.1)

Hình 1.1 C ấ u trú c c á c m ạ ch ô x y t s ilic c ủ a s ilic a t a) Tứ diện (S i0 4ý đơn (octosilicat) ; h) Mạch dơn (S i0 3)2 (pirocxen) c) Mạng lưới kép cùa ôxytsilic dạng lá (tấm) (như mica, clorit); d) Dải (hăng) ( S i/) nỹ (amphihol).

Các tứ diện ôxyt silic riêng lẻ, cũng như các mắt xích, dải băng và ô lừới của chúng được nối với nhau nhờ các katriôn tạo cơ sở như Na+, K+, Ca2+, Mg2+, v.v

Một trong số những khoáng vật phổ biến nhất của các silicat là thạch anh (Si02)

* Kiến trúc của thạch anh (Si02) không thuộc loại chính tắc chặt chẽ nhất, nó chỉ được xtp vào số những kiến trúc rời rạc Mặc dù khung ôxyt silic của thạch anh như vậy, nhưng nlờ liên kết một nửa iôn cộng với một nửa cộng hóa trị, nên nó có độ bền cơ học tương đối cao, nén lún thấp, cắt khai không hoàn toàn, hòa tan thấp và ít bị phong hóa

* Fenspat cũng có kiến trúc dạng khung gần giống kiến trúc của thạch anh Theo thành phần hóa học phân fenspat ra các loại : Kali - natri (K, Na [AlSi,Ox]) (octoclaz) và canxi - natri (Ca, Na [AlSi3Ox]) (plazioclaz).

Trong ô mạng íenspat, một phần các nguyên tử Si4+ được thay thế đồng hình bởi các nguyên tử Al:,+ để tạo nên một motiv ỏxyt nhôm [A104]s~ Khi có sự thay thế như vậy, thì khung của dạng [Si04J4 chuyển thành khung của [A104]5~ Các thay thế đồng hình xảy ra hầu hết là do kích thước bán kính xấp xỉ nhau của [Si04]4~ và [AIO4]5“ Tuy vậy, nhóm f A104]5 dư thừa một điện tích âm và nó được bổ sung (bù trừ) bởi các iôn Na+ và K+ (ở các fenspat kali - natri) hay Na+ và Ca2+ (ở fenspat natri - canxi) (ở plazoclaz)

Fenspat là các khoáng vật tương đối bền, chúng có hai bề mặt cắt khai tương đối rõ tạo với nhau thành một góc gần bằng 90", chúng thực tế không hòa tan trong nước Tuy vậy, fenspat khác với thạch anh ở chỗ, dưới những tác nhân phong hóa chúng dễ dàng bị phân hủy tạo thành những khoáng vật thứ sinh - kaolinit Trong khi phong hóa, nếu có sự vận chuyển từ từ các nguyên tố kiềm thổ ra khỏi fenspat, thì chúng có thể tạo thành hyđrômica

1.2.2 Cấu trúc và tính chất của các muối đơn giản

Nhóm muối này bao gồm halôit (halit, xilvin, .); sunfat (thạch cao, anhyđrit, barit); nhóm cacbonat (canxit, đôlômit, manhêzit, xiđêrit), các nhóm muối này phổ biến nhiều nhất trong đất đá trầm tích, một số ít trong đá biến chất và đá macma

Tính ổn định thấp trong nước nguyên nhân do các đặc điểm cấu trúc và sự chiếm ưu thế của dạng liên kết iôn trong kiến trúc của các muối này Bởi vậy, sự có mặt của các muối đơn giản trong đất gây ảnh hưởng xấu đến các tính chất cơ học của chúng (đặc biệt khi có

sự kiềm hóa các muối này), làm tăng nhanh tính hòa tan và tạo thêm thành phần muối trong dung dịch lỗ rỗng của đất, v.v Các quá trình thành tạo carstơ trong vỏ quả đất cũng liên quan tới sự phát triển của những muối đơn giản

- Nhóm khoáng vật halôú:

Halit (NaCl) và xilvin (KC1) có cấu trúc đơn giản nhất trong số các khoáng vật của nhóm này.Kiến trúc của halit bao gồm các nguyên tử Na+ và c r phân bố luân phiên nhau tại các góc ô mạng tinh thế’ khoáng vật và tạo nên kiến trúc dạng khối hộp có các mặt trung tâm (hình 1.2)

- Nhóm khoáng vật su n fat:

Phổ biến nhất là thạch cao (CaS04.2H20 ) và

anhyđrit (CaS04)

Tham gia vào thành phần của thạch cao có

nước kết tinh - thuộc thành phần cứng của đất

đá, nó giữ rất chắc trong kiến trúc khoáng vật

nhờ các liên kết hóa học và theo tính chất nó

khác rất xa so với nước tự do

H ỉn h 1 2 K iến trú c củ a h a lit

Trong tự nhiên luôn luôn gặp các chuyển dổi tương hỗ của thạch cao thành anhyđrit và ngược lại Khi nung thạch cao đến nhiệt độ 100 -r 200"C xảy ra hiện tượng mất nước và tạo thành anhyđrit Sự chuyển đổi này kéo theo hiện tượng giảm thể tích thạch cao và tạo nên các lỗ rỗng trong nó Khi quá trình xảy ra ngược lại sẽ chuyển anhyđrit thành thạch cao thứ sinh Hiện tượng hyđrat hóa anhyđrit và tạo thành thạch cao thứ sinh kéo theo hiện tượng tăng đáng kể thể tích của nó, do đó trong đất đá xuất hiện những ứng suất phụ đôi khi đạt tới trị số rất lớn.

- Nhóm khoáng vật cacbonnat:

Phổ biến nhất là các khoáng vật canxit (CaCO,) và đôlômit [Ca, Mg(CO,)2] Theo cấu trúc, canxit rất giống với halôit Nó có kiến trúc iôn tạo bởi Ca2+ và c o , 2“ Có thể nhận được kiến trúc của canxit nếu trong halit thay các nguyên tử Na+ bằng các nguyên tử Ca2+, còn các nguyên tử C1 “ thay bằng các nhóm c o , 2’

Đại đa số các halôit có ô mạng chặt chẽ, thể tích lỗ rỗng trong chúng không vượt quá 26% Do đó, độ chặt của chúng quyết định chủ yếu bởi thành phần hóa học và bán kính iôn của các nguyên tố: Katriôn Na+ có bán kính nhỏ hơn K+, nó liên kết với clor tạo ra NaCl có dung trọng lớn hơn so với KC1 (xem bảng 1.2)

Bảng 1.2 Dung trọng của halôit, cacbonat và sunfat

Tính hòa tan là một trong những tính chất quan trọng nhất của các muối đơn giản Tính hòa tan này là do sự chiếm ưu thế của dạng liên kết iốn trong ô mạng các khoáng vật này Xuất phát từ lý thuyết tinh thể iôn, tính ổn định của muối đơn giản quyết định bởi năng lượng của õ mạng tinh thể muối, tức là quyết định bởi công yêu cầu để phá hủy tác dụng tương hỗ coulomb của các iôn trong ô mạng tinh thể và công tách xa chúng tới khoảng cách, mà ờ đó có thể loại bỏ được các tác dụng tương hỗ tĩnh điện giữa chúng với nhau Tinh thể iôn sẽ bị hòa tan trong nước, nếu như lực hút các phân tử nước do các iôn này tạo

ra lớn hơn năng lượng tĩnh điện giữa chúng với nhau, tức là năng lượng hyđrat hóa của các iòn lớn hon năng lượng của ô mạng tinh thể

Độ cứng và tính nén lún của các muối đơn giản chủ yếu quyết định bởi lực tác dụng tương hỗ tĩnh điện của các iôn trong kiến trúc tinh thể Do đó, quan sát được mối phụ thuộc

rõ nét giữa tính chất cơ học của chúng với khoảng cách giữa các nguyên tử và hóa trị của các iôn: khi tăng khoảng cách giữa các nguyên tử và giảm hóa trị của các iôn, thì độ cứng của các muối này bị giảm đi, còn tính nén lún thì tăng lên

1.2.3 Cấu trúc và tính chất của các khoáng vật sét

Khoáng vật sét - đó là những thành tạo khoáng vật tương đối ổn định của nhóm silicát nước có cấu trúc phân lớp và phân lớp - phân dải, được tạo thành chủ yếu trong quá trình phong hóa hóa học đất đá, và chúng được phân biệt với nhũng khoáng vật khác của lớp silicat bởi tính phân tán và ưa nước cao, bằng khả năng hấp phụ và trao đổi iôn lớn Tính phân tán cao của khoáng vật sét là trạng thái vật lý tự nhiên của chúng Trong tự nhiên, khoáng vật sét có kích thước hạt <1-5-10 pm

Khoáng vật sét là thành phần hoạt tính mạnh nhất của đất phân tán, đại bộ phận những khoáng vật này tạo nên tính chất của đất đá Do đó, một hàm lượng không lớn khoáng vật sét trong đất đá cũng làm ảnh hưởng đáng kể đến nhiều tính chất quan trọng nhất của đất

đá, ví dụ như tính thấm nước, độ bền, tính hấp thụ nước, tính dẻo, tính trương nở v.v

Hoạt tính cao của khoáng vật sét không thể chỉ giải thích bằng tỷ bề mặt ngoài của chúng lớn Nhiều hiện tượng hóa - lý xảy ra tại bề mặt các khoáng vật sét quyết định bởi đặc điểm cấu trúc bên trong của chúng

Cấu trúc của các khoáng vật sét có 2 loại yếu tố kiến trúc:

- Loại 1 là một tứ diện ôxyt silic (Si04), cấu tạo bởi 1 nguyên tử silic (Si) và 4 nguyên tử ôxy nằm cách đều nhau (hình 1.3a), 3 trong 4 nguyên tử này tạo nên đáy tứ diện (gọi là các ôxyt cơ sở), còn nguyên tử thứ tư - gọi là đỉnh Nhũng tứ diện riêng lẻ, sau khi nối lại với nhau

sẽ tạo thành mạch tứ diện kép liên tục, trong đó mọi ôxy cơ sở đều nằm trong một mặt phẳng, còn các ôxyt đỉnh - nằm trong một mặt phẳng khác

- Loại 2 là một bát diện, cấu tạo bởi 6 nguyên tử ôxy hay 6 nhóm OH, tại tâm của chúng trong tọa độ bát diện là nguyên tử nhôm, sắt hay magiê (hình 1.3b) Từng bát diện đơn nối lại với nhau tạo nên mạch bát diện kép, trong đó sự nối ghép của bát diện có một cạnh chung, còn các nguyên tử ôxy (OH) tạo thành 2 mặt phẳng song song

ôxy (OH)

AI (Fe, Mg)

• - 1 0 - 2

Hình 1 3 C ấ u trú c tứ d iệ n đơn (a ); h á t d iện đơn (h );

1 - nguyên tử Si (Al, Fe, M g); 2 - nguyên tử ô x y (OH)

Trong tự nhiên thường tồn tại 3 loại khoáng vật sét chủ yếu: kaolinit, montmorilonit và hyđrômica.

1 Kaolinit (Al2Oj.2SiO2-2H20 )

Lấy tên dãy núi cao ở Trung Quốc là Kaulinh

Kiến trúc tinh thể khoáng vật có kiểu 1 : 1, tức là một mạch tứ diện S i04 và một mạch bát diện A120 , (hình 1.4a)

Nhờ cấu trúc như trên nên tạo cho kaolinit có mối liên kết H20 trong ô mạng tinh thể, đồng thời tạo cho nó một độ chặt đủ lớn Hiện tượng trương nở khi tác dụng với H20 không xảy ra với kaolinit

Kaolinit có màu trắng, khi lẫn Fe có màu đỏ hay vàng, lẫn Mg có màu nâu, v.v Độ cứng bằng 1, ánh mờ, mỡ; ở trạng thái ẩm nó có tính dẻo, dính Dung tích trao đổi thấp (3 4- 15 mg-đương lượng/100 gam đất khô)

Ở Việt Nam sét kaolinit có nhiều ở Hải Dương và Quảng Ninh Công dụng làm gạch chịu lửa, sành, sứ, giấy, v.v

2 Môntmôrilônit - (OH)4 SiịẠl4O20.nH2O - đây là công thức có tính lý thuyết tương ứng

với thành phần hóa học : 66,7% S i02 ; 28,3% A120 3 ; 5% H20

Montmorilonit được lấy theo tên của mỏ Montmorilon ở Pháp

Kiến trúc của montmorilonit gồm 2 mạch tứ diện, giữa chúng là một mạch bát diện, ký hiệu 2 : 1 (hình 1.4b)

H ìn h 1 4 : S ơ đ ồ m inh h ọ a kiến trú c kaolin it (a ); m o n tm o rilo n it (h) và h y đ r ô m ỉc a (c )

o - mạch hát diện ; T - mạch tứ diện : các vòng tròn nhỏ là các phân tử H20 ;

K - katrỉôn hù trừ trong khoảng không gian giữa các ô mạng tinh thể.

Mối liên kết kiến trúc giữa các lớp trong kiến trúc tinh thể khoáng vật montmorilonit

là 0 2 Do đó, các phân tử H20 và dung dịch phân cực khác có thể tự do xâm nhập vào khoảng trống giữa các lớp kiến trúc khoáng vật, và làm yếu tác dụng tương hỗ phân tử ĩôn - tĩnh điện giữa các lóp trong chúng Hiện tượng này gây ra trương nở mạnh trong ô mạng tinh thể khoáng vật montmorilonit

+ Độ cứng : 1 -í- 2;

+ Ánh : mỡ, dạng tấm;

+ Dung tích trao đổi > lOOmg- đlượng/100 gam đất khô

Montmorilonit được thành tạo do phong hóa đá macma giầu Mg và các biến đổi thứ sinh khác.Công dụng làm sạch dầu mỡ, trong công nghệ thủy tinh, xà phòng, mỹ phẩm, dược phẩm, v.v đặc biệt dùng làm lõi chống thấm tốt cho các đê, đập, v.v

3 H y đ rô m ic a

Đây là khoáng vật chuyển tiếp giữa mica và khoáng vật sét

Kiến trúc gồm 2 mạch tứ diện - giữa là 1 mạch bát diện, ký hiệu 2 : 1 (hình 1.4c)

Kiến trúc của mica thông thường là : K,Al2[Al,Si3O 10](OH)2 Giữa hyđrômica và mica có kiến trúc tương tự nhau Tuy nhiên, đây là khoáng vật rất dễ bị thay đổi, nên công thức hóa học chính xác của nó rất khó thể hiện

Mối liên kết giữa các lớp tạo bởi katriôn K+ hay do điện tích ngược dấu khác Trong tứ diện Si4+ phần lớn được thay thế bằng Al1+

Điều kiện thành tạo hyđrômica trong môi trường từ axít yếu sang kiềm, nhưng chắc chắn phải có K+ với nồng độ cao trong dưng dịch của môi trường

Hyđrômica hình thành trong môi trường lục địa, cũng như môi trường biển, nó là sự ngưng keo Silicat - H20 của ôxyt sắt, kali với các hợp chất đồng hình A120 „ CaO, MgO, Na20

1.3 THÀNH PHẦN VẬT CHẤT LỎNG TRONG ĐẤT

1.3.1 Phân loại các dạng nước trong đất

Hầu hết các đất đá đều chứa một khối lượng pha lỏng khác nhau - đó là nước Tính bất thường của tính chất vật lý và hoạt tính cao của nước trong quá trình tự nhiên dược lý giải bởi đặc điểm thành phần và cấu trúc của nó

Phân tử nước tạo nên bởi một nguyên tử ôxy và hai nguyên tử hyđrô, chúng sắp xếp sao cho tạo nên một tam giác cân có 2 proton H ở đáy và nhân o ở đỉnh Khoảng cách o - H = 0,96A" và

H - H = 1,54 A°; còn góc HOH tương ứng gần bằng 105°03’ (hình 1.5)

H ìn h 1 5 M ô hình hình học củ a p h â n tử H 20

Trạng thái của nước trong đất không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, mà còn phụ thuộc vào đặc trưng liên kết của nó với thành phần vật chất cứng của đất Theo đặc trưng liên kết này, người ta có thể phân nước trong đất ra 2 loại: nước liên kết và nước tự do (bảng 1.3).

Bảng 1.3 Phân loại thành phần vật chất lỏng trong đất

Liên kết

Bển Hấp phụ Nước hấp phụ ốc đảo (khổng hoàn toàn)

Nước hấp phụ thành nhiều lớp (hoàn toàn)

Mao dẫn gócMao dẫn treoMao dẫn thựcThẩm thấu

Theo Viện sỹ E.M.Xergeev và x x Poliakov (1951) cho rằng, nước liên kết hấp phụ

(liên kết bền) chỉ được tách ra khỏi bề mặt hạt sét dưới áp lực nén là 20 + 50 mPa, còn theo

tài liệu của bà R.I.Zlotrevskaia (1977) - phải dưới áp lực trên 10 mPa

Nhiều tài liệu thu nhận được cho thấy rằng, nước hấp phụ được các hạt khoáng vật giữ lại trên bề mặt chúng rất chắc, do đó nói chính xác - đó là loại nước liên kết bền

Nước liên kết bển không đồng nhất Tối thiểu, nó cũng được phân ra 2 phụ dạng khác nhau

về năng lượng liên kết của mình với bề mặt khoáng vật, đó là : nước hấp phụ ốc đảo (không hoàn toàn) và nước hấp phụ thành nhiều lớp (nước hấp phụ hoàn toàn) (xem hình 1.6)

Hàm lượng nước liên kết bền trong đất phụ thuộc nhiều vào thành phần khoáng - hóa và

độ phân tán của đất:

+ Sét motmorilonit có hàm lượng nước liên kết bền > 20%;

+ Sét kaolinit có hàm lượng nước liên kết bền <1% ;

Tùy thuộc vào mức độ phân tán, thành phần khoáng - hóa mà hàm lượng nước liên kết bền trong đất trầm tích không có xi măng gắn kết dao động trong phạm vi rộng - từ 0,2 đến 30% và lớn hơn

I lì n h 1.6 C á c d ạ n g nước tro n g đ ấ t:

1 - nước hấp phụ (a - hấp phụ không hoàn toàn ; h - hấp phụ hoàn toàn) ; 2 - nước liên kết yếu ; 3 - nước m ao dẫn (a - mao dẫn góc ; h - mao dần treo và c - mao dẫn thực) ; 4 - nước tự do (a - nước ngấm; h -nước ngầm)

Các phân tử lưỡng cực nước liên kết bền có tính định hướng cao

Có nhiều tài liệu đã công bố rằng, tỷ trọng nước liên kết bền lớn hơn rất nhiều tỷ trọng nước tự do Khi các phân tử nước sắp xếp chặt nhất, tỷ trọng lý thuyết của nó vào khoảng 1,84 G /cn r Điều này có thể xảy ra, nếu giả thiết rằng, trong nước liên kết bền mọi liên kết hyđrỏ bị gián đoạn và từng phân tử nước tác dụng tương hỗ với 12 phân tử nước khác Nước liên kết bền có độ nhớt cao, khác với độ nhớt của dung dịch thường (dung dịch Niutơn)

Đặc trưng cho nước liên kết bền là giới hạn độ nhớt tương ứng với trị số c J bền nhất định, dưới một lực bên ngoài nhỏ hơn nó nước sử sự như một vật thể đàn hồi Theo tài liệu của B V Đeriaghin, môđun cắt của nước liên kết bền trong màng mỏng có chiều dày 0,09 pm đạt tới 0,2 mPa

Nước liên kết bền có tính chất điện môi thấp, có khả năng dẫn nhiệt cao so với nưóe tự dio Nhiệt độ đóng băng thấp Có những tài liệu chỉ ra rằng, trong đất sét thậm chí khi làm lanh chúng đến nhiệt độ -3 0 -ỉ- -50°c, một phần nước liên kết bền vẫn không bị đóng bãng Điều

này giải thích bởi tính định lượng cao của các phân tử nước liên kết bền, để tái định hướng lại các phân tử này khi làm lạnh đòi hỏi phải chi phí một lượng nãng lượng rất lớn.

2 Nước liên kết yếu

Loại nước được tạo thành khi ngưng tụ mao dẫn và trong quá trình thẩm thấu, đều được xếp vào loại nước liên kết yếu (E.M.Xergeev, 1983)

Theo A.F.Lebeđev cho rằng, nước liên kết yếu được thành tạo bao quanh phía ngoài màng nước liên kết bền dưới dạng màng mỏng, hay còn gọi là lớp nước khuyếch tán Loại nước này có năng lượng hên kết yếu hơn so với nước liên kết bền, nó có tỷ trọng gần bằng

tỷ trọng của nước tự do

Nước liên kết yếu có thể vận động chậm chạp từ các hạt đất có độ dày màng nước lớn sang các hạt có độ dày màng nước nhỏ Tốc độ vận động này còn phụ thuộc vào nhiệt độ Loại nước này không truyền áp lực thủy tĩnh, nó có khả nãng hòa tan muối thấp và đóng bãng ở nhiệt độ T° < 0°c.

Quan điểm của viện sỹ E.M.Xergeev (1983) lại cho rằng, nước liên kết yếu bao gồm các dạng nước mao dẫn (treo, góc và thực) và nước thẩm thấu (xem bảng 1.3)

a) Nước mao dẫn, bao gồm:

- Nước mao dẫn góc (hình 1 -6-3a) - có mặt tại những chỗ tiếp xúc giữa các hạt đất, dưới

những giọt nước riêng biệt Dạng nước này còn có tên là nước của các góc lỗ rỗng - dạng nước có trạng thái mao dẫn tĩnh của nước ngầm Hàm lượng dạng nước này trong cát chiếm khoảng 3 - 5%, trong cát pha là 4 - 7% Cho đến nay chưa có tài liệu nào nói về khối lượng định lượng nước mao dẫn góc trong đất sét Chi có thể giả định rằng, nước mao dẫn góc trong đất sét tồn tại liên quan chặt chẽ với nước hấp phụ và nước thẩm thấu

- Nước mao dẫn treo (hình 1.6-3b) - luôn luôn có mặt trong cát Nó phát sinh trong cát đồng nhất hay phân lớp khi có sự thấm, ngấm nước mưa hay nước mặt từ trên xuống Trong tầng đồng nhất, sự thành tạo dạng nước này phụ thuộc chủ yếu vào thành phần cấp phối hạt của cát và độ ẩm ban đẩu của nó

+ Trong cát hạt thô không thành tạo nước mao dẫn treo;

+ Trong cát khô, nước mao dẫn treo được thành tạo ở tầng trên cùng: chiều dày của nó

đo được tới vài cm, thậm chí vài chục dm

Trong tầng cát phân lớp, nước mao dẫn treo thành tạo tại chỗ tiếp xúc giữa hai lớp khác nhau về thành phần cấp phối hạt

Nước mao dẫn treo khác với nước mao dẫn thực ở chỗ, nó không có mối quan hệ trực tiếp với mực nước dưới đất, do đó nó không cung cấp cho nước ngầm

Lượng nước mao dẫn treo lớn nhất mà đất giữ được, gọi là độ chứa nước cực tiểu

- Nước mao dẫn thực (hình 1.6-3c) được dâng từ mực nước ngầm lên trên Khi có sự giảm khối lượng nước mao dẫn do hiện tượng bốc hơi nước trong đất, người ta quan sát

thấy có hiện tượng hồi phục loại nước này do dâng một phần nước ngầm dọc theo lỗ rỗng mao dẫn.

Sự vận động của nước mao dẫn thực phụ thuộc vào đường kính các ống mao dẫn:

+ Trong các ống vi mao dẫn (0,1 -ỉ- 10 p.m), độ dâng cao mao dẫn của nước xảy ra chậm

và dâng được độ cao lớn

+ Trong các ống mao dẫn max (0,01 V- 1 mm) - dâng nhanh và đạt độ cao nhỏ

Do vậy, hiện tượng này xảy ra là tùy thuộc vào tỷ lệ khác nhau giữa nước liên kết bền và nước mao dẫn trong các ống mao dẫn Sự tạo thành nước liên kết bền có thể làm chậm tốc

độ dâng nước mao dẫn trong ống mao dẫn

Nước mao dẫn của các đất khác nhau quyết định bởi trị số độ rỗng mao dẫn, và cuối cùng quyết định bởi thành phần và kiến trúc của chúng Nước mao dẫn tưorng tự như nước trọng lực, có khả năng truyền áp lực thủy tĩnh Tuy nhiên, nước mao dẫn khác với nước trọng lực bởi hàng loạt tính chất và nó gần giống với nước liên kết Cụ thể, nước mao dãn đóng băng ở nhiệt độ T < 0ưc , đồng thời nhiệt độ đóng băng của nó phụ thuộc vào đường kính lỗ rỗng trong đó có nước mao dẫn Theo tài liệu của T.A.Litvinova (1961), nước mao dẫn tồn tại trong các lỗ rỗng của đất sét pha và đất sét, nó đóng băng ở nhiệt độ trên -1 2 °c Nước của các lỗ rỗng cực nhỏ đóng băng dưới nhiệt độ thấp hơn -12°c

* Có quan điểm cho rằng, chiều cao dâng mao dẫn trong đất không chỉ phụ thuộc vào các yếu tố nêu trên, nó còn phụ thuộc vào đường kính hạt (xem phần sau)

b) Nước thẩm thấu

Dạng nước này được thành tạo do kết quả khác nhau về nồng độ của các iôn có trong dung dịch lỗ rỗng và ở sát hạt đất

Nước thẩm thấu - đó là dạng nước có bề mặt năng lượng liên kết thấp (< 0,4 KJ/mol)

Nó liên kết yếu với bể mặt các hạt đất, do vậy nó được xếp vào dạng nước liên kết yếu

Tỷ trọng của nước thẩm thấu gần bằng tỷ trọng của nước tự do; nhiệt độ đóng băng của nó

là -1,5°c và cao hơn nhiệt độ đóng bãng của các phụ dạng nước mao dẫn

Tổng hàm lượng của nước liên kết bền, nước mao dẫn và một phần nước thẩm thấu trong đại đa số đất sét là nguyên nhân gây ra độ ẩm của đất, độ ẩm này tồn tại ở những giới hạn giữa độ hút ẩm cực đại và độ ẩm giới hạn dẻo dưới

Trong đất sét, sự tạo thành một lượng nước liên kết lớn nhất, ví dụ nó đạt tới độ ẫm trương nở (WH) hay độ ẩm giới hạn chảy (W,)

1.3.3 Nước tự do

Nước tự do hay nước trọng lực được phân ra hai dạng : nước tĩnh và nước động

năng vận động dưới tác dụng của lực trọng lực

h) Nước động - dạng nước vận động dưới tác dụng của lực trọng lực Nếu nước trọng lực

tồn tại trên mực nước ngầm, thì nó được vận động chủ yếu dưới phương đứng (nước trọng lực thấm, ngấm) Nước trọng lực của dòng ngầm vận động theo phương ngang

Khi đất bão hòa nước hoàn toàn và không có khí trong đất, thể tích lỗ rỗng bằng thể tích nước trong lỗ rỗng Nếu gọi tỷ trọng của nước 7(0 = 1 T/m \ thì khối lượng nước chứa trong đất bão hòa hoàn toàn sẽ bằng thể tích lỗ rỗng về trị số Xuất phát từ đó, có thể tính toán được lượng hút ẩm toàn phần như tỷ số lượng nước chia cho dung trọng khô của đất:

7(0 - trọng lượng đơn vị của nước;

7j - trọng lượng đơn vị (dung trọng) khô của đất

Nước trọng lực có đầy đủ mọi tính chất của nước thông thường Theo thành phần hóa học của mình, nước trọng lực có thể khác nhau, bởi vì nó chứa trong mình những muối hòa tan và khí, đồng thời chứa các vật chất ở trạng thái keo Lượng vật chất chứa trong nước ngầm, gọi là lượng khoáng hóa và nó có thể dao động trong phạm vi rộng: từ một vài trăm miligam đến vài trăm gam trên một lít nước Trong khi đó, lượng muối trong nước biển

chiếm chừng 35%o Độ khoáng hóa của nước dưới đất, thường tăng theo độ sâu Lượng

muối hòa tan lớn nhất trong nước tuần hoàn thuộc những vùng mỏ muối, đồng thời có trong các khu vực sa mạc và bán sa mạc

Trong số những katriôn của nước trọng lực luôn luôn gặp Ca2+ và Mg2+, tiếp đó là Na+ và K+, còn trong số các aniôn có: cr, S042~ và HCO,“ Các muối hòa tan trong nước tồn tại ở trạng thái cân bằng động với thành phần chất cứng của đất và tác dụng tương hỗ với đất Ở trạng thái keo, tồn tại các ôxyt silic, v.v Trị số trung bình pH đối với nước ngầm dao động gần 7 Tăng cao nồng độ tổng khoáng hóa, thì trị số pH tăng lên Trong vùng phát triển đá vôi, sét chứa muối và thổ nhưỡng chứa muối, thì trị số pH của nước tự nhiên có thể đạt 9 -í- 10

Các đặc điểm khác của nước trọng lực sẽ được nghiên cứu ở phần sau

Ngoài các loại nước đã nêu trên, trong đất đá tự nhiên còn tồn tại các loại nước khác:Nước kết tinh và nước liên kết hóa học:

+ Nước kết tinh : CaS04 2H20 ;

+ Nước liên kết hóa học: Ca(OH)2

1.3.4 Độ ẩm tự nhiên của đất và ảnh hướng cùa nó đến tính chát đát

Mọi khối lượng nước chứa trong lỗ rỗng của đất đá và thổ nhưỡng ở thế nằm tư nhiên, đểu được gọi là độ ẩm tự nhiên (W0)

Độ ẩm tự nhiên là một đặc trưng trạng thái vật lý quan trọng của đất đá, nó quyết định

độ bển và các tính chất khác nhau của đất khi nghiên cứu với mục đích xây dựng Sự hiểu biết trị sô' độ ẩm để đánh giá đặc trưng trạng thái vật lý của đất đá còn chưa đủ chính xác; cần xác định mức độ lấp đầy lỗ rỗng bằng nước Để làm được điều này người ta tiến hành tìm độ ẩm tương đối (hệ số độ ẩm) của đất theo công thức sau:

- Cát bão hòa nước: 0,8 < Sr < 1,0

Sự có mặt của nước trong các đất yếu luôn gây ảnh hưởng đến tính chất của chúng Đặc biệt nước gây ảnh hưởng mạnh đến đất phân tán cao, cũng như đối với đất sét, đất hoàng thổ và đất thổ nhưỡng Chúng ta hiếu rõ rằng, đất sét dưới trị số độ ẩm nhỏ sẽ có độ bền cao

và độ cứng lớn Do đó, cần tiến hành xem xét một cách toàn diện ảnh hưởng riêng biệt của các dạng nước khác nhau đến độ sệt và một vài tính chất khác của đất phân tán, trước hết là đất sét, v.v

Tại khoáng cách không lớn, hơi nước có thế di chuyển dưới nhiệt độ đểu nhau tùy thuộc vào hình dạng bề mặt hạt V.Tỏmpsơn xác định được rằng, hơi nước bão hòa ở bề mặt hạt lõm có tính đàn hồi nhỏ hơn ở bề mặt pháng, còn ớ bé mặt phắng - nhỏ hơn ở bể mặt lồi (hiêu ứng Tômpsơn) và nó tuân theo phương trình:

Ym rtrong đó:

p - áp lực cùa hơi bão hòa trên bé mặt pháng:

A - hằng sổ mao dần:

yv - trọng lượng đơn vị,cúa hơi:

y,„ - trong lương đơn vi của nước:

2

r - bán kính cong cúa bế mật dung dich (và do đó — - độ cong của bê mặt dung dịch);

r

p, - áp lưc cúa hơi bão hòa tại bé mặt lồi hay lõm

Theo phương trình cúa Tỏmpsơn thì hơi nước sẽ di chuyến từ các bể mặt lồi sang bề mặt lõm hay phắng

Hơi nước trong đất tốn tại ớ trạng thái cân bãng động liên tục với các dạng nước khác nhau (cụ thể với nước liên kết) và với hơi nước trong khí quyển Dưới những điểu kiện xác định hơi nước thường được tích tụ lai

Sự tích tụ hơi nước có thế xảy ra dưới ánh hướng của sự giám nhiệt độ - tích tụ mang tính nhiệt (tích tụ nhiệt), và do tác dụng tương hỗ phân tử hơi nước với các hạt đất - tích tụ phàn tử Trong trường hợp này, khi những phân tử hơi nước được hấp phụ trên bé mật các hạt đất thì nó sẽ tao ra nước liên kết

Cường độ 'hấp phụ hơi nước trên bẽ mặt các hạt khoáng vật quyết định bới hàng loạt những yếu tố cụ thể nó phụ thuộc vào độ đàn hổi tương đối của hơi nước lấp đầy lỗ rỗng cúađất: 'khi tăng độ đàn hồi tương đôi thì khối lượng hơi nước hấp phụ sẽ tăng lên

'Khả năng tích tu hơi nước mạnh quan sát thấy trong cát, đặc biệt trong các điều kiện khí hậu lục địa

Trong dát xuất hiện 'khí hêli (He) là điểu rất đáng quan tâm Khí He thường tổn tại ớ độ sâu rất lớn cách mặt đất Sự vận động của He từ dưới lên trên được dễ dàng khi có mặt của các đứt gãy kiến tạo Tại nơi nào xuất hiện những đứt gãy kiến tạo, thì nồng độ của khí He lớn hơn Quy luật này có thể được dùng ớ hướng ngược lại: theo sự thay đổi nồng độ He có thê phát hiên thấy đứt gãy kiến tạo khi các đứt gãy này không xuất hiện trên mặt đất

Khí métan (CH4) và khí cacbuahyđrô nặng chứa trong các khí trong đất có ý nghĩa rất lớn Sự tích tụ những khí cháy tự nhiên ở tầng dưới của vỏ quả đất có thể đạt tới độ sâu lớn, điều này có ý nghĩa thực tế lớn Các khí cháy tự nhiên bao gồm métan (< 98%), etan, propan, butan, izóbutan và pentan.

Khí métan có thể xuất hiện nhiều ngay trong vùng sát bề mặt vỏ quả đất Thông thường hiện tượng này liên quan tới hoạt động của vi sinh vật sau khi phân hủy vật chất hữu cơ trong điều kiện nhất định Khí métan được thành tạo trong các đầm lầy khi có sự phân hủy than bùn, v.v

1.4.2 Trạng thái của khí trong đất

Khí trong các lỗ rỗng của đất có thể tồn tại ở trạng thái tự do, hân phụ và khí kín; chúng có thể tồn tại trong nước lấp đầy lỗ rỗng, dưới dạng các bóng khí nho hay ở trạng thái h Yd tan Khí ở trạng thái hấp phụ và kín gây ảnh hưởng nhất định đến tính chất của đất

- Khí hấp phụ được giữ lại trên bề mặt các hạt đất dưới tác dụng của các lực phân tử Nhờ các lực này mà trong đất khỏ thường tạo thành các màng mỏng khí đa phân tử trên bề mặt các hạt đất Do đó, lớp khí dưới cùng thường tồn tại dưới áp lực đạt tới hàng vài chục, thậm chí hàng vài trăm mPa, còn lớp trên cùng liên kết với các hạt đất kém chặt nhất (áp lực mà chúng phải chịu gần bằng áp lực khí quyển) Lượng khí hấp phụ trong đất phụ thuộc vào thành phần khoáng vật, sự có mặt của chất mùn và vật chất hữu cơ khác, phụ thuộc vào mức độ phân tán và trị số độ rỗng của đất

Các ôxyt sắt và vật chất hữu cơ có khả năng hấp phụ khí vô cùng lớn Thông thường hàm lượng khí hấp phụ trong tầng thổ nhưỡng dao động từ 2 đến 7cnr trên lOOg đất thổ nhưỡng Mức độ phân tán tăng, thì lượng khí hấp phụ trong đất cũng tăng lên Trong cát thạch anh hạt nhỏ, lượng khí hấp phụ < lcm VlOO gam

Cưởng độ hấp phụ các thành phần khí trên bề mặt hạt khoáng vật tuân theo trật tự:

C 0 2 > N2 > 0 2 > H2 Do vậy, theo thành phần thì các khí hấp phụ khác so với các khí tồn tại ở trạng thái tự do

Đất khỏ tuyệt đối chứa một lượng khí hấp phụ lớn nhất, khi độ ẩm trong đất đạt 5 -ỉ- 10%, hàm lượng khí hấp phụ bằng không Có thể giả thiết rằng, độ ẩm này của đất tương ứng với trị số độ hút ẩm cực đại, tức là khí hấp phụ không tồn tại trong đất khi hặm lượng nước liên kết bền trong chúng là lớn nhất

- Khí kín được thành tạo trong đất liên quan tới nhiều hiện tượng, một hiện tượng điển hình là khi có nước mưa, nước mặt ngấm từ trên xuống, và nước ngầm dâng từ dưới lên thì chỉ có một phần khí hấp phụ được thoát vào khí quyển, còn một phần khác bị giữ lại trong đất, ở dạng khí kín

Khác với khí hấp phụ, một lượng khí kín lớn nhất được thành tạo khi độ ẩm của đất đạt trị số tối ưu Trong thí nghiệm của P.Ph.Melnikov (1960) cho thấy, đất sét và đất hoàng thổ sau khi được nén chặt như nhau, dưới độ ẩm không lớn chúng chứa thể tích khí kín nhỏ nhất.

V í dụ: Khi độ ẩm của sét pha là 6 4 10% thì lượng khí kín là 1 4- 1,5% so với thể tích

đất Tăng độ ẩm đến 25 4 30% thì thể tích khí kín tăng đến 5 4 6% so với thể tích mẫu hay đến 12 4 16% so với thể tích lỗ rỗng Nếu tăng tiếp độ ẩm lên thì lượng khí kín giảm đi Trong đất sét, khí kín có thể chiếm tới 20 4 25 thể tích lỗ rỗng

Ap lực ngoài khó thực hiện được việc tách khí hấp phụ và khí kín ra khỏi đất

Sự có mặt trong đất các khí hấp phụ và khí kín là nguyên nhân gây ra hiện tượng lún lâu dài của các khối (nền đường, nền đập) đất đắp bằng đất sét, là nguyên nhân gây biến dạng

và phá hoại đập đất đắp, làm giảm tính thấm nước của đất

Trong đất có khí kín, khi nén đất này dưới áp lực nhất định, khí kín tiếp nhận một phần

áp lực (tải trọng) và tạo cho đất thêm tính đàn hồi Do đó, khi khí kín thoát ra khỏi lỗ rỗng

có thể gây nên hiện tượng lún sập nền công trình; nhiều trường hợp gây phá hoại nghiêm trọng công trình

1.5 THÀNH PHẦN SINH VẬT, VẬT CHẤT HỮU c ơ VÀ KHOÁNG - HỮU c ơ CỦA ĐẤT ĐÁ

Mọi sinh vật trong đất và thổ nhưỡng đều được xếp vào thành phần sống của đất Cho đến nay chưa có công trình nào nghiên cứu đầy đủ về sinh vật sống trong đất, cũng như nghiên cứu ảnh hưởng của chúng đến tính chất xây dựng của đất

1.5.1 Sinh vật vĩ mô

Đó là chuột đồng, chuột chù, chuột chũi, v.v chúng có thể gây ảnh hưởng nhiều đến tính ổn định các công trình xây dựng Rỗ cây mọc trong vùng nào đó cũng gây ảnh hưởng lớn đến tính chất xây dưng của đất

1.5.2 Vi sinh vật (sinh vật vi mỏ)

Bao gồm các vi sinh vật có kích thước một vài pm và nhỏ hơn Đó là vi khuẩn, nấm

vi sinh vật có mặt ở nhiều độ sâu khác nhau, từ mặt đất đến độ sâu tới 2000 m

Vi sinh vật có khả năng làm tăng độ rỗng của đất - đó là nguyên nhân gây ra hiện tượng trương nở đất (xem phần sau) Ngược lại, sinh vật còn có khả năng làm giảm thể tích lỗ rỗng của đất khi chúng lấp đầy các lỗ rỗng này Hiện tượng lấp đầy lỗ rỗng bằng vi sinh vật thường làm tăng tính dính kết và làm giảm tính thấm nước của đất

Vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong quá trình và hiện tượng phát sinh đất chảy thật (trình bày sau)

Vi sinh vật phục hồi suníat tạo khả năng hình thành quặng sunfat và lưu huỳnh trong đất Nhưng trong đất xây dựng, chúng có tác dụng ngược lại - chúng gây hư hại các kết cấu

bê tông cốt thép (BTCT) hay kết cấu thép của các công trình ngầm, chúng gây ăn mòn kim loại trong đới yếm khí Kastelo (1969) chỉ ra rằng, ở Mỹ trên 50 % hiện tượng ãn mòn kim loại và phá hoại đường ống BTCT, đường ống thép đặt dưrìi mặt đất có liên quan tới hoạt động của vi sinh vật phục hồi suníat

Qua những hiện tượng trên cho thấy, việc nghiên cứu sinh vật trong đất là vô cùng quan trọng, qua đó có thể đánh giá và bảo vệ công trình giao thông, đường ống, công trình công nghiệp và dân dụng một cách có hiệu quả nhất

1.5.3 Vật chất hữu cơ và khoáng hữu cơ

- Quá trình ưa khí, xảy ra khi có sự tham gia của ôxy;

- Quá trình yếm khí (kỵ khí), xảy ra khi không có sự tham gia của ôxy từ không khí vào

Kết quả của hai quá trình trên, sẽ tích tụ trong đất (chủ yếu trong tầng đâi thổ nhưỡng) các hợp chất hữu cơ sau :

+ Axit humic - tồn tại ở dạng phân tử và có cấu trúc xốp do khả năng chứa nước và tính hấp phụ cao của nó

+ Axit phulvic - ở trạng thái tự nhiên chúng là hợp chất keo, khi tác dụng với Fe và Ai thường tạo ra các muối hòa tan trong nước

+ Than bùn (tuf) - đó là các chất mùn hữu cơ tồn tại trong môi trường dư thừa độ ẩm Đất này chứa > 50 H- 60% xác thực vật Thành phần, cấu trúc và tính chất của đất than bùn

sẽ được trình bày ở phần sau trong cuốn sách này

Trong tự nhiên còn tồn tại nhiều loại axit khác, song chỉ có hai loại axit nêu trên đây mang hoạt tính mạnh hơn cả

Sự có mặt trong đất và trong tầng thổ các vật chất mùn, thường làm tăng mức độ phân tán, gây ảnh hưởng xấu đến tính chất của đất - đó là làm giảm độ bền, tăng tính biến dạng của chúng, v.v

2 Các hợp chất khoáng - hữu cơ

Trong quá trình phân hủy vật chất hữu cơ, một phần ở trạng thái phân tử và phần khác ở trạng thái phân tán

Những phân tử có tính linh động cao nhất hay thấp nhất của vật chất hữu cơ, v i chúng chủ yếu mang tính axit

Các chất phân tán - đó là nhứng khoáng vật sét, cnúng có hoạt tính hấp phụ cao, sẽ hấn phụ lên bể mặt của mình các vạt chất hữu cơ \à tạo ra các tổ hợp khoáng vật - hữu

cơ (gọi là hợp chất khoáng - hữu cC/.

Trong dung dịch khoáng, các phân tử hữu cơ trước hết tác dụng tương hỗ vói katriôn mạnh (Ca2+, Mg2+, N a \ K+) để tạo ra nhữi.fe iôn hữu cơ kim loại kiềm thổ Đồng thời các nhóm cacboxyl (HOOCT) và nhóm phênol có thể tham gia trong phản ứng này theo sơ đồ:

Me2+ + RCOCT - H-£ » RCOOMe+

Sự thành tạo tổ hợp khoáng - hữu cơ trong môi trường ít khoáng và có mặt của hợp chất hữu cơ axit, thì thường xảy ra ở hai đầu bên những khoáng vật sết vốn sẵn có điện tích dương Mức độ phân tán của khoáng vật sét tăng, điện tích đầu bên tăng, do đó khả năng hấp phụ của chúng tăng

Bằng thực nghiệm đã chứng minh được rằng, khoáng vật sét montmorilonit và vermiculit

có khả năng hấp phụ lớn nhất đối với các phân tử hữu cơ, sau đó mới đến hyđromica và cuối cùng là kaolinit

Trong tự nhiên, hợp chất khoáng - hữu cơ phổ biến nhất là xapropen (bùn thối) - đó là trầm tích khoáng - hữu cơ ở dạng keo, nó được thành tạo trong môi trường khử dưới đáy các hồ nước ngọt, do có sự tham gia của xác động - thực vật đáy và các hợp chất khoáng vật sét khác nhau

Thành phần, cấu trúc và tính chất, của xapropen (bùn thối) sẽ được trình bày sau này

Chương 2

CÁC HIÊN TƯƠNG HÓA - LÝ TRONG ĐÂT

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Bất kỳ loại đất nào đã nêu trên đây đều là hệ đa phần tử (hệ nhiều pha):

- Hệ 2 pha = pha cứng + pha lỏng (nước lấp đầy lỗ rỗng);

- Hệ 3 pha = pha cứng + pha lỏng + pha khí;

- Hệ 4 pha = pha cứng + pha lỏng + pha khí + sinh vật

Mọi pha này đều tồn tại trong đất dưới mối quan hệ chặt chẽ với nhau và tạo nên hệ không gian không đồng nhất về mặt vật lý và hóa học cũng như cơ học, v.v

Dưới đây chúng ta sẽ nghiên cứu một vài hiện tượng điển hình nhất xảy ra giữa hệ đa pha là đất với môi trường bên ngoài - đó là nước và dung dịch khác

2.2 HIỆN TƯỢNG HÓA - LÝ XẢY RA TẠI RANH GIỚI KHOÁNG VẬT VÀ NƯỚC 2.2.1 Hiện tượng hyđrat hóa

Khi khoáng vật tác dụng với nước, chúng hấp phụ trên bề mật mình những phân tử lưỡng cực H20 , rồi gây ra hiện tượng hyđrat hóa khoáng vật đó Kết quả của hiện tượng này là tạo ra màng mỏng nước liên kết bao quanh các hạt khoáng vật (màng mỏng nước liên kết bền + yếu).Quá trình hyđrat hóa có thể biểu diễn bằng phương trình phản ứng hóa học sau:

t°tbCaS04 + 2H20 y - CaS04.2H20

t°caoTrong khoáng vật sét thường có 3 trung tâm hyđrat (hấp phụ) cơ bản:

- Các katriôn bù trừ (bổ sung) nằm trên bề mặt hay khoảng không gian giữa các lớp hạt khoáng vật;

- Các nguyên tử 0 2 và nhóm OH của bề mặt cơ sở khoáng vật;

- Các nguyên tử chưa bão hòa hóa trị tại những chỗ vỡ và ở hai đầu hạt khoáng vật

Tính chất hấp phụ (hyđrat hóa) của khoáng vật sét sẽ được nghiên cứu chi tiết ở phần dưới đây

2.2.2 Sự thành tạo lớp điện kép

Hạt sét (còn gọi là mixel keo) có bề mặt luôn tích điện âm, các katriôn hấp phụ bao quanh nó tạo nên lớp điện kép (hình 2.1)

H ìn h 2 1 S ơ đ ồ cấ u trú c lớ p d iệ n kép củ a

c á c h ạ t sét tại ranh g iớ i k h o á n g vật - n ư ớ c:

1 - h ề m ật hạt tích đ iện âm; 2 - ranh giớ i của

lớ p h ấ p ph ụ ; 3 - ranh g iớ i của lớ p khuy ếch tán;

4 - dung d ịch tự d o ; y/ - t h ế nâng n h iệt đ ộ n g học

tạ i ranh giới khoáng vụt - nước; £ - thê nâng hấp

p h ụ ; Ç - th ế nâng điện động học tạ i ranh giới lớp

c á c katriôn hấp phụ và lớp cá c iôn khuy ếch tán;

ưh - đ ộ giám th ế năng tại lớp các katriôn hấp phụ;

hc - đ ộ giam t h ế nâng tại lớp các iôn khuy ếch tá n ;

AB - chiều dày lóp các katriôn hấp phụ; BC - chiều

và nồng độ của chúng giảm dần khi cách xa ranh giới phân chia hạt keo - nước Tại vị trí nào đó, nồng độ katriôn bằng anión, thì chiều dầy lớp iôn đó là độ dầy lóp khuyếch tán (D):

T - nhiệt độ tuyệt đối;

e - điện tích của điện tử;

Na - số Avôgađrô;

c¡ - nồng độ các katriôn có bản chất khác nhau;

z¡ - hóa trị của các katriôn

Trị số pH của môi trường xung quanh được xem như yếu tố ảnh hưởng rõ nét nhất đến đặc trưng lớp điện kép giữa hạt keo (sét) - dung dịch (nước) Nguyên nhân chính không chỉ

do khả năng hấp phụ H+ và OET trên bề mặt cơ sở của hạt (do H+ có bán kính iôn nhỏ, còn

OH~ có mômen phân cực lớn), mà còn do sự sắp xếp lại điện tích ở hai đầu của hạt sét khi thay đổi trị số pH môi trường Bản chất của hiện tượng này được thể hiện ở chỗ, hai đầu bên hạt khoáng vật sét sử sự như Al(OH)v

- Trong môi trường axit (pH < 7), hai đầu hạt sét được iôn hóa theo kiểu kiềm (hình 2.2a):

p H < 7

Al(OH)j ; = ± Al(OH)2+ + OhT

- Trong môi trường kiềm (pH > 7), hai đầu hạt sét được iôn hóa theo kiểu axit (hình 2.2b):

2.2.3 Hiện tượng trao đổi iôn

Những iôn của lớp hấp phụ và lớp khuyếch tán bao quanh hạt keo sét luôn luôn tồn tại ở trạng thái cân bằng hóa - lý với các iôn của dung dịch tự do bên ngoài Khi thay đổi thành phần dung dịch ngoài, hiện tượng trao đổi giữa các iôn của lớp điện kép và dung dịch ngoài này sẽ xảy ra Do vậy, muốn nói về hệ phân tán tự nhiên (đất loại sét), thì phải kể đến sự trao đổi katriôn, thậm chí cả aniôn nữa Thực chất của hiện tượng trao đổi katriôn, là trong quá trình trao đổi có một khối lượng nhất định các iôn từ dung dịch lỗ rỗng (dung dịch ngoài) đi vào lớp điện kép của hạt, ngược lại từ bề mặt hạt lại tách ra một khối lượng tương đương các iôn khác đi vào dung dịch ngoài Hiện tượng này được gọi là trao đổi tương đương các iôn

Tổng khối lượng iôn trong đất tạo khả năng trao đổi ở điều kiện nào đó, gọi là dung tích trao đổi hay dung tích hấp phụ của đất Dung tích trao đổi được biểu diễn bằng miligam đương lượng trong 1 OOgram đất được sấy khô tuyệt đối và được xác định trong môi trường

Quy luật cơ bản trao đổi katriôn trong đất tuân theo trật tự sau:

- Khả năng trao đổi katriôn tăng cùng với sự tãng bán kính iôn:

Fe > AI > H(?) > Ba > Ca > Mg > NH4 > K > Na > Li

- Khả năng trao đổi katriôn tãng khi tăng hóa trị của chúng:

Katriôn,+ > Katriôn2+> Katriônl+

- Trị số dung tích trao đổi iôn phụ thuộc nhiều vào pH của môi trường dung dịch lỗ rỗng (dung dịch ngoài):

Trong mối trường axit < trong môi trường kiềm

Để loại bỏ hiệu ứng này, việc xác định dung tích trao đổi katriôn của đất cần phải tiến hành trong môi trường pH = 7

Quá trình trao đổi katriôn trong đất ảnh hưởng trực tiếp đến lượng nước liên kết trong chúng Hàm lượng nước liên kết bền tăng theo trật tự sau:

Katriôn3* > Katriôn2+> Katriônl+%Chính vì vậy, lượng nước liên kết yếu trong sét thay đổi theo thứ tự ngược lại

Katriôn1+ > Katriôn2+> Katriôn3+

2.3 HIỆN TƯỢNG ĐIỆN DI VÀ ĐIỆN THAM t h â u

Sư dịch chuyển các hạt keo sét trong trường điện, gọi là hiện tượng điện di; còn sự di chuyển dung dịch (HzO) qua hệ mao dẫn dưới ảnh hưởng của độ chênh điện thế - gọi là điện thẩm thấu Cả 2 hiện tượng này gọi chung là hiện tượng điện động học (F.F.Reicc, 1809)

T rị iố pH của môi trường ảnh hưởng rất lớn đến dung tích trao dổi của các khoáng vật sét Do pH có khả năìĩị Ị()m thay dổi diện tích của hai dầu hạt s é t :

Trong môi trường axit (pH < 7), trị s ố trao dổi katrỉôn luôn luôn nhỏ hơn trong môi trường kiềm (pH > 7).

Đ ể loại trử ảnh hưởng trên dảy, người ta phái tiến hành xác dinh du/ 2 tích trao dổi của các khoáng vật sét trong môi trường trung tính.

Bản chất của hiện tượng điện động học quyết định bởi lớp điện kép của hạt keo sét Nếu đưa dòng điện một chiều vào dung dịch có chứa các hạt keo sét, thì các hạt keo sét này

sẽ di chuyển về phía điện cực có dấu ngược với dấu điện tích bề mặt hạt sét (hình 2.3a)

Hiện tượng điện động học chỉ xảy ra trong dung dịch điện phân loãng (< 0,1N) Thế nãng động lực có trị số khoảng 0,001 - 0,1 vôn Tuy vậy, nó vẫn đóng vai trò quan trọng trong quá trình ổn định hệ keo

Trong thực tế, người ta đã ứng dụng phương pháp điện thẩm thấu có thể tách được nước

ra khỏi hệ ống mao dẫn và hạ được mực nước ngầm khi xây dựng công trình thủy công và nhiều công trình khác

Chương 3

TÍNH CHẤT VẬT LÝ, TÍNH CHAT HÓA - LÝ

VÀ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI HẠT CỦA ĐÂT

3.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Đâ là hỗn hợp các khoáng vật khác nhau, chúng kết hợp với khí và nước để tạo ra hệ bapha Phần lớn bề mật quả đất bị bao phủ bởi đất và chúng được dùng rộng rãi làm vật liệu xây dmg, làm nền và môi trường cho nhiều công trình

tính Cỉất hóa - lý, và thành phần cấp phối hạt của chúng.

3.2 TÍNH CHẤT VẬT LÝ c ơ BẢN CỦA ĐÂT

3.2.1 Vhững tương quan giữa trọng lượng và thể tích

Hùh 3 la biểu diễn một khối đất có tổng thể tích V và tổng trọng lượng m

Nềi đất là hệ ba pha (rắn + lỏng + khí) như chỉ ra trên hình 3.1b

c) Mức độ hão hòa nước, Sr - đó là tỷ sô giữa thể tích nước với thế tích lố rỗng trong đất

và thường được biểu diễn bằng phần trăm:

Sr (%) = — X 100

2 Các tương quan trọng lượng

Đó là các tương quan về độ ấm và trọng lượng đơn vị của đất:

a) Độ ẩm, w - đó là tỷ số giữa trọng lượng nước với trọng lượng các hạt đất (hay đất sấy

khỏ tuyệt đối) và thường được biểu diễn bằng phần trăm:

Nếu toàn bộ thế tích các lỗ rỗng của đất được lấp đầy nước (tức là, Va = 0), khi đó đất hoàn toàn bão hòa nước, thì phương trình (3.9) sẽ cho ta biểu thức trọng lượng đơn vị đất

H ìn h 3 2 : Tư ơn g q u a n trọ n g lượng - t h ể tíc h khi V , = l

Vì v s = l, từ định nghĩa hệ số rỗng, phương trình (3.4) cho ta: Vv = e, khi đó, trọng lượng các hạt đất là:

ms = G sv sY<o' = GsY« với Vs = ltrong đó:

Gs - khối lượng riêng ( hay còn gọi là tỷ trọng) của các hạt đất;

Yco - trọng lượng đơn vị của nước (Yo) = 62,41 b/frì hay 9,81KN/m3)

Từ phương trình (3.8) trọng lượng nước, m^, là:

mu = Wms = WGSY(U

Do vậy, trọng lượng đơn vị của đất ẩm (dung trọng tự nhiên của đất) là:

m ms + m(0 GSYM + WGSY(0

V v s + V 1 + e

Trọng lượng đơn vị đất khô (dung trọng khô của đất) được xác định:

Sr = 0, đất là hệ 2 pha = pha cứng + pha khí;

Sr = 1, đất là hệ 2 pha = pha cứng + pha lỏng;

0 < Sr <1, đất là hộ 3 pha = pha cứng + pha lỏng + pha khí

Theo TCN 45 -78, mọi loại đất phân tán được phân ra 4 nhóm cơ bản tùy thuộc vào trị

số Sr , như sau:

- Đất khô : sr = 0 + 0,2

- Đất ít ẩm : Sr = 0,2 -ỉ- 0,4

- Đất ẩm : Sr = 0,4 4- 0,8

- Đất bão hòa nước : Sr = 0,8 V 1,0

Đối vói đâ\bão hòa nước hoàn toàn, tức là Sr = 1, do vậy từ phương trình (3.13), ta có:

Các phương trình (3.11), (3.12), (3.13) và (3.15) đều có quan hệ với độ rỗng, n, hay hệ

số rỗng, e Những tương quan này cũng có thể biểu diễn dưới dạng khác, nếu gọi tổng thể tích mẫu đất V = 1, như chỉ ra trên hình 3.4

H ìn h 3 4 Tươn g q u an giữa trọ n g lượng - t h ể tích đ ấ t, khi V = 1

Khi đó, trọng lượng đơn vị (dung trọng) đất ẩm tự nhiên là:

Tbh = B ~ k = G , y „ ( l - n ) + nr„

hay:

Ybh= [ Gs - n ( G s - l ) ] y w (3.18)

Hình 3.5 Tư ơng qu an trọ n g lư ợng - t h ể tích củ a đ ấ t h ã o h ò a nuớc hoàn to à n , vớ i V =1 .

Ngoài ra, còn một số tương quan cơ bản khác (xem bảng 3.1)

1 ở trạ n g thái tự nhiên, đất là hệ 3 pha, khi đó ta có:

a) Dung trọng tự nhiên (trọng lượng đơn vị của đất ẩm):

Bảng 3.1 Những tương quan cơ bản về sự thay đổi tính chất của đất bão hòa nước

Đ ộ ẩ m b ã o

h ò a %

Độ r ỗ n g , n

Hệ s ố r ỗ n g , e

1 + e

G c + e , Y Y"

-e

2 Đất bão hòa nước hoàn toàn, tức là đất ở hệ 2 pha (Sr = 1) từ phương trình (3.14) ta có:

3.2.2 Độ chặt tương đôi của đất

Độ chỊt tương đối của đất, Dr, là danh từ chung được dùng để đánh giá mức độ đầm nén chặt của đất vụn thô nói chung, của đất cát nói riêng, nó được xác định như sau:

c max — 6min

trong đó:

emax, emin và e - hệ số rỗng lớn nhất, nhỏ nhất và tự nhiên tương ứng của đất

Phương trinh (3.19) còn được biểu diễn dưới dạng các thuật ngữ trọng lượng đơn vị khô của đất:

( 3 2 4 )

Độ chặt tương đối, D r , thường được biểu diễn bằng phần trăm, nó được dùng rộng rãi và

th ích hợp cho việc lập tương quan về góc ma sát trong và khả năng hóa lỏng của đất

3.2.3 Tính thâm nước của đất

Tính thấm nước của đất là khả năng cho nước và dung dịch khác đi qua chúng

Vận động của nước trong đất hoàn toàn bão hòa, nước có chế độ chảy tầng sẽ tuân theo định luật thấm đường thẳng Darcy:

Phương trình (3.27) chưa phản ánh được tốc độ thấm thực tế của nước trong đất.

Tính thấm nước của đất phụ thuộc vào

nhiều yếu tố khác nhau, đặc biệt là yếu tố

građiên áp lực ban đầu (Iq) Thực nghiệm

chứng minh được rằng, tính thấm nước

trong đất phân tán cao (như sét, than bùn)

chỉ xảy ra dưới građiên áp lực I > I0 một trị

số nào đó (xem hình 3.7)

Đường cong số 2 chia ra làm 3 đoạn:

oa - đoạn đầu ứng với v0 = 0 (không

thấm); ab - đoạn chuyển tiếp, ứng với tốc

độ thấm rất nhỏ và tuân theo phương trình:

V = K In ; trong đ ó ; n w 1,5 - 1,6

Sự dâng nước trong đất dọc theo các lỗ mao dẫn có thể xem như là kết quả tác dụng của lực mặt khum được tạo thành dưới tác dụng giữa hạt rắn (đất) và dung dịch.

“Mặt khum là bề mặt tự do của nước (dung dịch) ở gân thành ống mao dẫn bị cong đi”.Hình dạng mặt khum phụ thuộc nhiều vào tính chất của nước (dung dịch) và bản chất của thành ống mao dẫn Nói cách khác, hình dạng mặt khum quyết định bởi 3 phương có thể xảy ra của tổng hợp lực F (xem hình 3.8)

Hình 3.8 Sơ đồ các dạng mặt khum mao dần cùa nước (dung dịch) phụ thuộc vào lực F :

a) M ặt khum phẳng ; h) M ặt khum lõm xuống dưới ; c) M ặt khum lồi lên trên

Phương trình tổng hợp lực có dạng:

trong đó:

Fị - lực kéo do các phân tử nước (dung dịch) gây ra;

F2 - lực kéo của tất cả các hạt rắn ở thành ống mao dẫn

Từ hình 3.8 cho thấy:

a) Mặt khum phẳng: lực Fị tạo với thành ống mật dẫn (phương thẳng đứng) dưói một góc 45°

Trong trường hợp này, phân tử nước (dung dịch) A ở trạng thái cân bằng, khi đó F = Fị + F2

hướng vuông góc với mặt phẳng dung dịch (bỏ qua lực trọng lực của phân tử A, vì nó vô cùng nhỏ so vói các lực F] và F2) Hay nói cách khác, hợp lực F song song với bề mặt thành ống mao dẫn, bề mặt nước (dung dịch) có góc ướt 0 = ĩi/2, (hình 3.8a)

b) Mặt khum lõm xuống dưới: Hợp lực F hướng về phía thành ống mao dẫn, lực hút phân

tử A do thành ống mao dẫn gây ra (F2) vượt xa lực kéo (lực hút) của các phân tử nước (Fị) :

F2 » Fj Trong trường hợp này góc ướt 9 < 7i/2, dung dịch thấm ướt thành ống mao dẫn (hình 3.8b)

c) Mặt khum lồi lên trên: Hợp lực F hướng về phía dung dịch và Fj > F2, góc ướt 9 >

7t/2, nước (dung dịch) không làm ướt thành ống mao dẫn (hình 3.8c;

1 Xét trường hợp mao dẫn có mặt khum lõm xuống dưới

Dung dịch làm ướt thành ống mao dẫn, góc ướt 9 < n/2.Từ hình (3.9) theo Laplas, lực

nâng mặt khum của nước có dạng:

(3.30)trong đó: R = d/2cos9 là bán kính mặt khum; d - đường kính ống mao dẫn; 0 - góc thấm ướt thành ống mao dẫn của nước (dung dịch); Q - lực nâng mặt khum; ơ - sức căng bề mặt của nước (dung dịch), N/m (xem hình 3.9).

Thay R vào biểu thức (3.30), ta có:

rtrong đó:

r - bán kính ống mao dẫn

Khi nước (dung dịch) dâng trong ống mao

dẫn đến độ cao H ổn định, tức là xảy ra sự cân

bằng giữa cột nước áp mao dẫn với lực nâng mặt

khum (Q), khi đó phương trình có dạng:

Ghi chú: Các công thức từ (3.30) đến (3.34) chỉ đúng cho đất là hệ 2 pha (cứng + lỏng)

Thực tế, các lỗ mao dẫn trong đất thường có hình dạng bất kỳ, do vậy, việc tính toán theo các công thức trên chỉ có giá trị gần đúng cho cát đồng nhất Vì vậy, công thức thích hợp cho mọi hình dáng ống mao dẫn là đưa vào công thức đường kính các hạt, chứ không phải đường kính ống mao dẫn

Ví dụ, công thức của M.K.Melnikov:

Y c o g d h

trong đó: dh - đường kính trung bình của các hạt đất

Tính mao dẫn của đất được đặc trưng bằng chiều cao dâng nước mao dẫn (H, cm hay m)

và bằng tốc độ dâng mao dẫn (V, cm/giờ hay m/ngđêm) Chiều cao H phụ thuộc chủ yếu vào thành phần cấp phối hạt đất:

Q

mặt khum mao dẫn của nước trong ống mao dẫn

Trạng thái chảy Trạng thái dẻo Trạng thái nửa cứng Trạng thái cứng

(giới hạn chảy) (giới hạn dẻo) (giới hạn co ngót)

1 Độ ẩm giới hạn chảy, W/ - đó là giới hạn độ ẩm, mà tại đó đất chuyển từ trạng thái

chảy sang dẻo

Độ ẩm giới hạn chảy, w ), thường được xác định theo phương pháp của Casagrande

Hầu hết các đất sét đều có tính dẻo Viện sỹ E.M Xergeev (1983) đã đưa ra định nghĩa

về tính dẻo như sau:

“Khả năng hiến dạng (hay thay đổi hình dạng) của đất dưới tác dụng của các lực cơ học hên ngoài, mà không làm mất tính liên tục - nguyên khối, và giữ nguyên được hình dạng đã tạo ra sau khi ngừng túc dụng của các lực này, được gọi tính dẻo của đất”.

Để biểu diễn tính dẻo của đất, người ta thường dùng chỉ số dẻo, Ip:

Trị số Ip càng cao đất càng dẻo, và đày là một chỉ tiêu phân loại quan trọng của đất (xem bang 3.2)