Tài liệu Chương 3: TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ ppt

Chương 3: TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
3.1 Tính chất vật lý:
V
V
k
V
w
V
h
Q
k
Qn
Q
h
Q
Thể tích Khối lượng
khí
nước
hạt


3.1.1. Độ lỗ rỗng của đất đá, n
Độ rỗng n của đất đá : là tỷ số giữa thể tích lỗ rỗng trong đất đá và thể
tích toàn bộ mẫu đất đá.
Hệ số rỗng : là tỷ số giữa thể tích lổ rỗng (Vr) với thể tích phần hạt rắn
Vh.
Trị số thay đổi từ 0 đến 1 đối với đất đá thông thường. Đối với sét nhão,
bùn sét, bùn hữu cơ thì trị số e có thể lớn hơn 1
%100.

V
Vr
n
=
Vh
Vr
=
ε
ε


Quan hệ toán học giữa độ rỗng (n) với hệ số rỗng (e) có thể suy ra từ các
biểu thức (3-1) và (3-2) như sau :
ε
ε
+
=
1
n
n
n
−
=
1
ε
Hiện nay, việc xác định độ rỗng và hệ số rỗng của đất đá thương
được tiến hành tính toán từ các chỉ tiêu vật lí khác,vì việc xác định
độ rỗng trực tiếp rất khó khăn, do đó có thể xác định hệ số rỗng theo
biểu thức sau
1

)1(.
−
+∆
=
tn
n
W
γ
γ
ε
1
−=
k
h
γ
γ
ε


Trong thực tế, đối với đất rời xốp và đất mềm dính, độ rỗng và hệ số rỗng
chưa đủ để thể hiện trạng thái lổ rỗng của đất mà còn phải sử dụng các
chỉ tiêu “ độ chặt tương đối” :
Đối với đất cát thường phải xác định độ chặt tương đối D:
Dựa vào độ chặt tương đối, người ta chia cát ra các trạng thái sau:
0<D≤0.33 : trạng thái rời xốp
0.33<D≤0.67 : trạng thái chặt vừa
0.67<D≤0.1 :trạng thái chặt nhất
minmax
max
εε

εε
−
−
=
D


3.1.2.Tính nứt nẽ của đất đá:
Chỉ tiêu định lượng cho mức độ nứt nẽ của đá là độ nứt nẽ và độ hở của
đá
Độ nứt nẽ: là số lượng khe nứt trên một đơn vị chiều dài (m), thường
thay đổi theo các phương của khối đất đá.
Độ khe hở: là tỷ số giữa diện tích khe hở tạo bởi các khe nứt (Fn) và
diện tích đá kể cả khe nứt (F) trên 1 diện tích nào đó .
F
ba
F
F
K
n
i
ii
n
k
∑
=
==
1

Mức độ nứt nẽ Kk (%) . Tính chất khe nứt
Nứt nẽ yếu <2 Trong đá phát triển mảnh dạng sợi tóc, chiều rộng
phổ biến (1-2)mm, các khe nứt lớn và vừa hiếm có
Nứt nẽ vừa 2 – 5 Bên cạnh các khe nứt mảnh có xuất hiện các khe
nứt với bề rộng (2-5)mm, cá biệt đến (5-20)mm
Nứt nẽ mạnh 5 – 10 . Bên cạnh các khe nứt nhỏ, có các khe nứt lớn với
chiều rộng khoảng (20-100)mm.
Nứt nẽ rất mạnh 10 – 20 Bên cạnh những khe nứt nhỏ còn có những khe nứt
lớn và rất lớn có bề rộng có thể > (20-100)mm
Nứt nẽ hoàn toàn >20 Đá ở đới cà nát, đá trượt, đá đổ .


10 20 30 40 80706050 90
0; 360
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160

170
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
Biểu đồ hình tròn biểu thị thế nằm khe nứt


3.1.3.Trọng lượng của đất đá
Dung trọng hạt (trọng lượng riêng) của đất đá là trọng lượng của một
đơn vị thể tích hạt rắn .
Tỷ trọng của hạt đất đá : là tỷ số giữa dung trọng hạt đất đá và dung
trọng nước tinh khiết ở 4 độ C
h
h
h

V
Q
=
γ
nh
h
n
h
V
Q
γγ
γ
.
==∆


Dung trọng tự nhiên của đất đá: là trọng lượng của 1 đơn vị thể tích đất
đá ở trạng thái tự nhiên. T/m3; g/cm
3

Dung trọng bão hòa nước (gbh) của đất: là dung trọng tự nhiên lớn
nhất của đất đó. T/m
3
; g/cm
3


Dung trọng khô của đất đá: là trọng lượng khô của 1 đơn vị thể tích đất
đá tự nhiên . T/m
3

; g/cm
3

( )
nn
nhbh
γγγ
+−= 1

V
Q
h
k
=
γ
V
Q
tn
=
γ


Giá trị dung trọng khô có thể xác định theo độ ẩm W và dung trọng tự
nhiên theo biểu thức :
Dung trọng đẩy nổi: là trọng lượng ở trong nước của đơn vị thể tích đất
đá ở trạng thái tự nhiên, nó bằng trọng lượng của đơn vị thể tích đất đá
có tính đến lực đẩy nổi của nước.
W
tn
k

+
=
1
γ
γ
∆
−∆
=
)1(
k
đn
γ
γ


3.2. Thủy tính của đất đá
3.2.1 Độ ẩm của đất đá
Độ ẩm của đất đá là tỷ số giữa trọng lượng nước có trong đất đá và
trọng lượng đất đá đã sấy khô (thường sấy ở 105độ C, đơn vị độ ẩm
được biểu thị %)
Trong đất dính, thường sử dụng các độ ẩm giới hạn tương ứng với
trạng thái của đất
%100.
h
n
Q
Q
W
=
Cứng Nữa cứng

Dẻo Chảy
Lỏng
Wco
Giới hạn co
W
d
Giới hạn dẻo
Wch
Giới hạn chảy
W
l
Giới hạn lỏng


Chỉ số dẻo A: là hiệu số độ ẩm giới hạn chảy với giới hạn dẻo,
đặc trưng cho tính dẻo của đất.
A = Wch – Wd
+ Đất cát pha : A = 1 – 7
+ Đất sét pha : A = 7-17
+ Đất sét : A > 17
Độ sệt B: là chỉ tiêu đặc trưng cho trạng thái thực tại của đất
dính

A
WW
B
d
−
=

3.2.2.Độ bão hoà
Là tỉ số giữa độ ẩm thực tế và độ ẩm tối đa có thể có (độ ẩm bão hoà).
Đối với đất cát, có thể căn cứ độ bão hòa có thể đánh giá trạng thái của
đất như sau
- Đất ít ẩm : 0 <G O 0.5; Đất ẩm : 0.5 <G O 0.8; Đất bão hòa: G>0.8
3.2.3. Độ nhả nước
Là khả năng đất đá bão hòa nước giải phóng một lượng nước bằng
cách tự chảy tự do dưới tác dụng của trọng lực
bh
W
W
G
=
ftbh
WW −=
µ


3.2.4. Tính mao dẫn
Trong đất đá, lổ rỗng do các hạt đất đá tạo ra thường nhỏ do đó, với
ảnh hưởng sức căng bề mặt của nước dưới đất, có thể tạo dòng thấm
ngược với phương trọng lực (nước mao dẫn).
Khi đất đá xem như bị thấm ướt hòan toàn (θ=00)
thì Hmd có thể tính gần đúng :
n
md
gr
H
γ

θσ

cos.2
=
dr
H
md
3.015.0
==


3.2.5 Tính thấm nước :
Nước thấm qua các lổ hổng, khe nứt của đất đá, tính thấm nước
được đặc trưng bằng hệ số thấm (K) là vận tốc thấm của nước dưới đất
trong đất đá khi gradien thủy lực bằng 1 đơn vị.
Đất đá K (m/ngđ) Khả năng thấm
Đá cứng, sét chặt < 0.001 Không thấm
Sét 0.001 – 0.01
Thấm yếu
Sét pha 0.01 – 0.1
Cát pha 0.1 – 0.5
Cát mịn 0.5 – 1
Cát nhỏ 1 – 5 Thấm tốt
Cát trung đến sỏi 5 - 200


3.2.6. Tính hóa mềm và tan rã
a. Tính hóa mềm
Do tiếp xúc với nước, đất đá có thể không bị trương nở nhưng cường độ
của chúng có thể giảm đi, tính chất đó còn được gọi là tính hóa mềm

của đất đá.
Chỉ tiêu để đánh giá mức độ hóa mềm là độ hóa mềm (hệ số hóa mềm) :
Dựa vào hệ số hóa mềm có thể chia đất đá ra làm 3 loại :
- Hóa mềm yếu : ηhm = 1 I0.9
- Hóa mềm trung bình : ηhm = 0.9 I0.75
- Hóa mềm mạnh : ηhm < 0.75
k
n
bh
n
hm
σ
σ
η
=


b. Tính tan rã
- Thời gian tan rã : Là khoảng thời gian mà ở trong nước mẫu đất đá
mất tính dính kết và phân rã thành các phân tố có kích thước khác nhau.
- Đặc điểm tan rã : Phản ảnh hình thức tan rã của đất đá.
3.2.7.Tính trương nở và co ngót.
Khi tiếp xúc với nước, đất dính thường trương nở do bề dày màng nước
liên kết vật lý của các hạt tăng lên, khoảng cách giữa hạt càng rời xa
nhau, ngược lại, khi nhả nước thì đất dính sẽ co ngót.