2.2.1 THÀNH PHẦN HẠT VÀ THÀNH PHẦN KHOÁNG
Đất sét yếu được cấu tạo bởi 2 thành phần hạt chủ yếu: hạt rắn thô (có kích thước hạt d>0.005mm) và hạt sét (có kích thước hạt d<0.005mm) được hình thành trong quá trình phong hóa. Trong đó, quan trọng nhất là hạt sét vì thành phần hạt sét chiếm tỷ lệ lớn và là thành phần làm giảm khả năng chịu tải của đất.
Đất sét yếu được cấu tạo bởi 3 khoáng chính: Kaolinite, Montmorillonite và Illite. Trong đó, thành phần khoáng Montmorillonite là thành phần quan trọng ảnh hưởng lớn đến tính chất cơ lý của đất sét yếu. Do khoáng này có hoạt tính bề mặt rất mạnh do tổng diện tích mặt ngoài trên 1 đơn vị thể tích là rất lớn dẫn đến trường lực hút tĩnh điện rất mạnh. Đây chính là đặc điểm làm cho đất sét có tính biến dạng rất lớn, đặc biệt là biến dạng theo thời gian, làm giảm khả năng chịu tải của đất.
Hàm lượng Khu vực
Montmorillonite Illite Kaolinite
Rạch Cần Giuộc 50 20 30
Cai Lậy 60 20 20
Long Xuyeân 80 10 10
Gioàng Nhò Qui 100 - -
Qua một số kết quả nghiên cứu như trên về thành phần khoáng đất yếu đồng bằng sông Cửu Long ta thấy đa số có hàm lượng Montmorillonite khá cao, thường chiếm trên 50%. Do đó đất yếu đồng bằng sông Cửu Long có tính chất phức tạp, khả năng mang tải nhỏ, biến dạng lớn.
2.2.2 NƯỚC TRONG ĐẤT
Nước trong đất bao gồm 2 loại chính: nước liên kết (linked water) và nước tự do (free water). Hai loại này có ảnh hưởng rất lớn đến các tính chất cơ lý của đất, đến khả năng chịu tải của đất, và đặc biệt là tính lún (biến dạng của đất).
- Nước liên kết: gồm nước hấp thụ và màng nước liên kết, nước liên kết lại được phân ra làm nước liên kết chặt và nước liên kết rời. Đây là nhân tố hình thành biến dạng từ biến của đất.
- Nước tự do: bao gồm nước trọng lực và nước mao dẫn. Nước tự do nằm xa hạt rắn và chỉ chịu tác dụng của trọng trường. Nước mao dẫn chỉ tồn tại khi có một phần pha khí trong đất. Áp lực nước tự do trong đất chính là áp lực nước lổ rổng u. Áp lực nước này đóng vai trò quan trọng trong đất dính. Nước tự do cũng chính là thành phần có ảnh hưởng rất lớn đến tính lún và khả năng chịu tải của đất yếu.
2.2.3 HIỆN TƯỢNG HẤP THỤ
Đó là hiện tượng hạt sét có khả năng hút các vật chất ở môi trường xung quanh nó như là: các hạt rắn, các phân tử lỏng và hơi, những ion, hạt keo…
Hiện tượng hấp thụ của đất có bản chất rất phức tạp và nó bao gồm nhiều quá trình xảy ra đồng thời bên ngoài như: các quá trình hấp thụ cơ học, vật lý, hoá học, hoá lý và sinh học.
2.2.4 TÍNH DEÛO
Tính dẻo là một trong những đặc điểm quan trọng của đất sét. Độ dẻo của đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố: mức độ phân tán, thành phần khoáng, hàm lượng và tính chất hóa học của các loại nước trong đất. Để xét tính dẻo của đất sét người ta dựa vào giới hạn ATTERBERG.
Chổ soỏ deỷo: Ip = WL -Wp
Ngoài ra, SKEMTON cũng đề nghị dùng chỉ số hoạt tính keo (Ak) để biểu diễn mối quan hệ giữa thành phần tính chất hóa keo với độ dẻo của đất sét.
c n c
p L
k M
W M
W
A W − =
= Trong đó:
WL: giới hạn chảy.
Wp: giới hạn dẻo.
Mc: hàm lượng hạt sét.
Ip: chổ soỏ deỷo.
Khi đó
Nếu Ak > 1.25 đất sét có hoạt tính keo cao.
Nếu 1.25 > Ak > 0.75 đất sét có hoạt tính keo vừa.
Nếu Ak < 0.75 đất sét có hoạt tính keo thấp.
Qua các nghiên cứu đất yếu khu vực đồng bằng sông Cửu Long cho ta thấy chỉ số Ak của một số khu vực là khá cao.
Loại đất Khu vực
Seựt Buứn seựt
Thới Bình - 1.33
Cái Nước - 1.11
Myõ Tho 0.55 -
Cai Lậy 0.69 -
Long Xuyeân - 3.25
Rạch Giá - 1.36
Caàn Thô 0.76 -
Bạc Liêu 0.57 -
Cần Giuộc - 1.93
Vónh Long 1.5 -
2.2.5 GRADIEN THỦY LỰC BAN ĐẦU
Qua thí nghiệm cho thấy, đối với đất sét, nước chỉ thấm qua khi độ dốc cột nước lớn hơn một giá trị nào đó. Đó chính là gradient thủy lực ban đầu.
Người ta cho rằng gradient thủy lực ban đầu là khả năng chống trượt của màng nước liên kết của hạt sét. Khi vượt qua giá trị ứng suất trượt của màng nước liên kết, cấu trúc định hướng của nước này bị phá vỡ và nước bắt đầu thoát qua.
Trị số gradient thủy lực ban đầu tăng cùng với sự giảm độ ẩm và độ chặt của đất. Đất sét càng yếu thì trị số gradient thủy lực ban đầu càng nhỏ. Thông số này có ý nghĩa quan trọng trong việc xác định chiều sâu vùng thoát nước trong nền đất.
2.2.6 ĐỘ BỀN KẾT CẤU
Đối với đất sét yếu, độ bền của bản thân các hạt lớn hơn nhiều so với độ bền cấu trúc giữa các hạt sét với nhau nên độ bền của đất sét phụ thuộc nhiều vào độ bền cấu trúc của đất. Độ bền cấu trúc của đất sét có tính chất phân tử và thuộc loại ngưng keo xúc biến. Nếu tải trọng ngoài tác dụng nhỏ hơn độ bền cấu trúc thì đất có biến dạng nhỏ có thể bỏ qua. Độ bền cấu trúc đất sét yếu thường rất khỏ, khoảng (0.2-0.3) KG/cm2.
2.2.7 BIẾN DẠNG
Do sự hình thành cấu trúc của đất sét nên đất sét thường có trạng thái chưa nén chặt. Do đó, khi bảo hòa nước và có tác dụng của tải trọng ngoài thì áp lực nước lổ rổng rất lớn và thường kéo dài rất lâu do sự thoát nước rất hạn chế. Tính chất biến dạng của đất sét do bản chất mối liên kết giữa các hạt và tính chất của các loại nước liên kết trong hạt đất quyết định, cụ thể biến dạng của đất sét bao gồm 2 loại: biến dạng cấu trúc và biến dạng cấu trúc hấp phụ.
§ Biến dạng cấu trúc: là loại biến dạng không hồi phục do sự phá hủy các liên kết cứng giữa các hạt sét dẫn đến sự trượt tương đối giữa các hạt và tăng mật độ các yếu tố cấu trúc trong 1 đơn vị thể tích.
§ Biến dạng cấu trúc hấp phụ: do sự hồi phục màng nước liên kết xung quanh các hạt sét, các bao khí và các chất khí hòa tan trong nước. Biến dạng này xảy ra rất chậm và có tính lưu truyền theo thời gian.
2.2.8 SỨC CHỐNG CẮT
Sức chống cắt của đất sét phụ thuộc vào độ ẩm, độ chặt của đất. Theo giáo sư N.N MASLOV, lực dính của đất sét bao gồm lực dính mềm ∑w(khi bị phá hoại có thể hồi phục) và lực dính cứng Cc (khi phá hoại không thể hồi phục). Biểu thức sức chống cắt có dạng:
w w
w =σ×tgϕ +C
τ Trong đó:
τw: sức chống cắt của đất.
σ: ứng suất pháp tuyến.
ϕw: góc ma sát trong của đất.
Cw : lực dính cố kết tổng cộng Cw = (Cc + ∑w)
Đối với đất sét yếu (độ sệt B ≥ 1) thì lực dính Cc < 10% CW nên lực dính
∑W ≈Cw.
Trường hợp tải trọng ngoài tác dụng lâu dài, nước trong đất thoát ra làm đất nén chặt lại (hệ số rổng giảm), độ ẩm trong đất giảm, dẫn đến lực dính c và góc ma sát ϕ có khả năng tăng lên.
2.2.9 TÍNH LệU BIEÁN
Đất sét là một môi trường dẻo nhớt do tính chất nhớt của màng nước liên kết trong các hạt sét. Cho nên đất sét có tính lưu biến (bao gồm từ biến và xúc biến).
Từ biến là ứng suất tác dụng không thay đổi nhưng biến dạng vẫn tăng lên theo thời gian.
Xúc biến (chùng ứng suất) là biến dạng không đổi nhưng ứng suất tác dụng thay đổi.
Chính vì những tính chất này mà đất sét thường có độ nhạy lớn, rất dễ bị phá hoại và biến dạng, đặc biệt là biến dạng trong thời gian rất dài (có thể đến hàng trăm năm). Tuy nhiên, khi mất đi nguyên nhân gây phá hoại thì đất sét lại có khả năng phục hồi được một phần độ bền của nó.