Bài giảng Cơ học đất

CHƯƠNG 1: BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT PHAN HỒNG QN Bộ mơn Cơ học đất – Nền móng Trường Đại học Xây dựng $1 PHÂN LOẠI THEO NGUỒN GỐC VÀ SỰ HÌNH THÀNH Khái niệm đất xây dựng: Tập hợp hạt khống vật vỏ ngồi trái đất – đó/trên cơng trình xây dựng thực Hạt khống vật đất: Các hạt có kích thước hạn chế, tạo trình phá hủy đá gốc – q trình phong hóa Tập hợp hạt: Giữa hạt khơng có liên kết (rời rạc)/có liên kết yếu có tuyển lựa kích thước/khơng tuyển lựa Q trình tập hợp: q trình trầm tích/tàn tích/sườn tích Đặc điểm chung bật: Tồn lỗ rỗng hạt – lấp đầy nước/khí/ hai Phan Hồng Quân ĐHXD $1 PHÂN LOẠI THEO NGUỒN GỐC VÀ SỰ HÌNH THÀNH Giản lược cấu tạo đất Lớp áo Lớp vỏ ngoài: Đất + Đá Lớp áo Lõi ngồi Bán kính Lõi Phan Hồng Quân ĐHXD $1 PHÂN LOẠI THEO NGUỒN GỐC VÀ SỰ HÌNH THÀNH Phan Hồng Quân ĐHXD $1 PHÂN LOẠI THEO NGUỒN GỐC VÀ SỰ HÌNH THÀNH Phan Hồng Quân ĐHXD $1 PHÂN LOẠI THEO NGUỒN GỐC VÀ SỰ HÌNH THÀNH Phong hóa: Phá vỡ đá nhờ hoạt động kiến tạo, tác động vật lý/hóa học… Hoạt động kiến tạo – phá vỡ liên tục đá gốc Tác động vật lý (va chạm/thay đổi nhiệt độ…) – phong hóa vật lý  hạt đất có bề mặt gồ ghề/thành phần khống khơng thay đổi/kích thước bất kì/hình dạng phụ thuộc vào vị trí mặt giảm yếu – hạt đặc trưng: đất rời/hạt thô Tác động hóa học (nước/khí từ mơi trường qua tiếp xúc) – phong hóa hóa học  bề mặt hạt nhẵn nhụi/thay đổi thành phần/kích thước nhỏ - hạt đặc trưng: hạt mịn/đất dính Phan Hồng Quân ĐHXD $1 PHÂN LOẠI THEO NGUỒN GỐC VÀ SỰ HÌNH THÀNH - Phong hóa vật lý tiền đề phong hóa hóa học - Phong hóa hóa học thúc đẩy phong hóa vật lý - Phong hóa vật lý phụ thuộc vào liên kết bên – chất khoáng - Phong hóa hóa học phụ thuộc diện tích tiếp xúc bề mặt – kích thước Hạt kích thước đơn vị, thể tích đơn vị Diện tích xung quanh: As = (d.v.d.t)/d.v.t.t hạt kích thước ½ dv Dt xq As = 23 x [6 x (1/2)2] = x = 12 (d.v.d.t)/d.v.t.t Phan Hồng Quân ĐHXD $1 PHÂN LOẠI THEO NGUỒN GỐC VÀ SỰ HÌNH THÀNH Hạt đơn vị As = (d.v.d.t)/d.v.t.t hạt kích thước ½ dv As = 12 (d.v.d.t)/d.v.t.t As = (2)3n x (1/2n)2 x = x 2n Hạt có d = 1cm (hạt sỏi): As = 6cm2(/1cm3) Hạt có d = 10-7cm (hạt sét): As = 6000 m2/(1cm3) Mười triệu lần ! Phan Hồng Quân ĐHXD $1 PHÂN LOẠI THEO NGUỒN GỐC VÀ SỰ HÌNH THÀNH Tập hợp hạt: hạt vận chuyển đi/dịch chuyển tích tụ lại Tác nhân gây dịch chuyển: - Tự dịch chuyển trọng lượng thân, tích tụ chỗ/sườn dốc – đất tàn tích/sườn tích - Dịng nước mang đi: tùy vận tốc dịng chảy, kích thước hạt, hạt đất chìm lắng tích tụ lại ở: đáy sơng, đồng bằng, hồ, ven biển, biển – trầm tích sơng/hồ/cửa sơng/tam giác châu/biển - Gió mang đi: chủ yếu hạt mịn – phong tích - Do băng/tuyết mang … Đất kết hai q trình nói trên, xảy lần lượt/đồng thời – đất xây dựng sản phẩm hỗn hợp từ nhiều loại Phan Hồng Quân ĐHXD $1 PHÂN LOẠI THEO NGUỒN GỐC VÀ SỰ HÌNH THÀNH Tóm tắt chu trình lịch sử thành tạo đất – đá Magma phun trào Nguội lạnh Đá magma Phong hóa Đất Chuyển dời Tích tụ Hóa thạch Hạt đất Biến chất Phong hóa Đá biến chất Phong hóa Biến chất Đá trầm tích Phan Hồng Quân ĐHXD Ví dụ xác định trạng thái đất + Hệ số rỗng tự nhiên, = 0.821 + Hệ số rỗng lớn nhất, = 1.200 + Hệ số rỗng nhỏ = 0.467 Phan Hồng Quân ĐHXD Ví dụ xác định trạng thái đất Độ chặt tương đối mẫu, = 0.52 0.33 < (D = 0.52) < 0.67 CÁT CHẶT VỪA Phan Hồng Quân ĐHXD Ví dụ xác định trạng thái đất Ví dụ 1.5 (trg 35) Kết thí nghiệm mẫu đất dính cho Wd = 15%, Wch = 34% Độ ẩm tự nhiên ban đầu đất W = 30% tăng lên đến giá trị 40% sau thời gian ngập nước Xác định trạng thái đất trước sau ngập Giải: Trạng thái tự nhiên ban đầu, = 0.79 Ban đầu đất trạng thái dẻo (B < 1) Phan Hồng Quân ĐHXD 105 Ví dụ xác định trạng thái đất Trạng thái đất sau thời gian bị ngập, = 1.32 Đã chuyển sang trạng thái chảy (B > 1) Phan Hồng Quân ĐHXD $6 PHÂN LOẠI ĐẤT TRONG XÂY DỰNG Mục đích: Việc phân loại nhằm gán cho loại đất tên nói lên phần tính chất đất dùng dạng cơng trình xây dựng khác Đặc điểm việc phân loại đất xây dựng: - Tính thống - Tính khu vực - Tính qui ước Các hệ thơng phân loại phổ biến - Hệ thống Nga ( áp dụng VN qua TCVN 9362 - 2012) - Hệ thống Mỹ (được áp dụng VN gần qua TCVN 5747 – 1993) Phan Hồng Quân ĐHXD $6 PHÂN LOẠI ĐẤT TRONG XÂY DỰNG A Phân loại theo hệ thống tiêu chuẩn Nga (TCVN 9362 2012) Đất xây dựng = {Đất rời; Đất dính} Chuẩn phân loại: Đất rời khơng tạo que được, A < A1 Đất rời = [Đất lớn; Đất cát] Đất lớn: hạt lớn 2mm chiếm 50% Đất lớn = [Đất tảng lăn, cuội, sỏi] • Cần xác định kèm theo tên chất lấp nhét (các hạt nhỏ 2mm có đất hịn lớn – 40% hạt cát 30% hạt sét) • Đất cát: Hạt lớn 2mm chiếm 50% Đất cát = [Cát sỏi, cát thô, cát vừa, cát mịn, cát bụi] Phân loại đất cát dựa theo bảng sau Phan Hồng Quân ĐHXD $6 PHÂN LOẠI ĐẤT TRONG XÂY DỰNG Phân loại đất cát (tiếp) Tên đất Tảng lăn/địa khối Dăm/ cuội Sỏi/ sạn Căn phân loại Đất lớn p (d > 200) > 50% p (d > 10) > 50% p (d > 2) > 50% Đất cát p (d > 2) > 25% Cát sạn p (d > 0.50) > 50% Cát thô p (d > 0.25) > 50% Cát vừa/cát hạt trung p (d > 0.10) > 75% Cát mịn p (d > 0.10) < 75% Cát bụi $6 PHÂN LOẠI ĐẤT TRONG XÂY DỰNG A2 Phân loại đất dính Đất dính có tính dẻo → A = (Wch – Wd ) > 0.01 (có thể tạo que đất d ≥ 3mm) Đất dính = [đất cát pha (sét), đất sét pha (cát), đất sét] A < 0.07 – đất cát pha 0.07 ≤ A ≤ 0.17 – đất sét pha A > 0.17 – đất sét Phan Hồng Quân ĐHXD TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH PHÂN LOẠI ĐẤT THEO TCVN 9362 - 2012 §Êt §Êt rêi §Êt dÝnh B1 B2a c¸t võa c¸t nhá B2b c¸t bơi cát sỏi sạn cát sạn cát thô Phan Hng Quân ĐHXD ¸ sÐt sÐt $6 PHÂN LOẠI ĐẤT TRONG XÂY DỰNG A3 Bùn Bùn đất dính giai đoạn đầu hình thành, có độ ẩm cao độ ẩm giới hạn chảy hệ số rỗng lớn, có vi sinh vật hoạt động Bùn = [bùn sét; bùn sét pha; bùn cát pha] e = [ > 1.5 ; > 1.0 ; > 0.9 ] Phan Hồng Quân ĐHXD Ví dụ phân loại đất theo TCXD 45 - 78 Ví dụ 1: Xác định tên mẫu đất có tiêu trạng thái cho bảng sau Mẫu W (%) Wd(%) Wch(%) Tên đất M1 15 15 Á CÁT M2 15 12 25 Á SÉT M3 15 16 44 SÉT M4 15 21 56 SÉT Phân loại đất dính dựa vào số dẻo, A = Wch – Wd theo bảng 1.5 Mẫu M1: Mẫu M1 đất cát A = 15 – = Phan Hồng Quân ĐHXD Ví dụ phân loại đất theo TCXD 45 - 78 Ví dụ 2: Xác định tên hai mẫu đất rời có đường cong phân tích hạt Đường cong phân tích hạt Mẫu M01 Mẫu M02 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 100 10 0.1 0.01 0.001 0.0001 Phan Hồng Quân ĐHXD Ví dụ phân loại đất theo TCXD 45 - 78 M1: Dăm cuội ? xdp10 p(d 10) = 8% < 50% Không dăm cuội! Sỏi sạn ? p(d 2) = 56% > 50%  Đúng! Mau2 Phan Hồng Quân ĐHXD Ví dụ phân loại đất theo TCXD 45 - 78 Ví dụ 2: Xác định tên hai mẫu đất rời có đường cong phân tích hạt (Ret 1; Ret2) Đường cong phân tích hạt Mẫu M01 Mẫu M02 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 100 10 0.1 0.01 0.001 0.0001 Phan Hồng Quân ĐHXD Ví dụ phân loại đất theo TCXD 45 - 78 M2: Dăm cuội ? p (d 10) = 3% 2) = 14% < 25% - Không! Cát thô? p(d>0.5) = 46% - Không! Phan Hồng Quân ĐHXD ... ĐẤT Đất = Tập hợp hạt rời → Đất = {hạt đất; khoảng trống/lỗ rỗng hạt} → Đất = {Hạt đất; Nước; Khí}/{Hạt đất; Nước}/{Hạt đất; Khí} Đất = {Đất chưa bão hịa; Đất bão hịa; Đất khơ} Thành phần đất. .. kết phân loại đất theo nguồn gốc - Theo tác nhân phong hóa: đất hạt thơ /đất hạt mịn Đặc điểm bản: đất hạt thơ khơng có liên kết hạt – đất rời; đất hạt mịn có liên kết hạt – đất dính Đất có hàm lượng... dạng tồn nước đất (Priklonxkii, 1955) Nước đất = {Nước hạt đất; Nước hạt đất} Nước hạt đất thường có dạng tinh thể, phần hạt đất ảnh hưởng đến tính chất xây dựng đất Nước ngồi hạt đất chiếm tồn