Bài giảng Cơ học đất

TRƯ NG Đ I H C XÂY D NG

YÊU CẦU VÀ CÁCH LÀM VIỆC
1. TRONG LỚP
GHI CHÉP CÁC Ý CHÍNH
KHƠNG NÓI CHUY N VÀ LÀM VI C RIÊNG

2. ĐIỂM QUÁ TRÌNH (30%)
ĐIỂM DANH: 30%
KIỂM TRA: 30%
BÀI TẬP LỚN: 20%
THÍ NGHIỆM: 20%
Khơng thí nghiệm + báo cáo TN: thì điểm q trình = 0

Gi ng viên: Nguy n Tuân

3. ĐIỂM KẾT THÚC (70%)

B mơn: Cơ h c đ t – N n móng

TRẮC NGHIỆM 30 CÂU, 60 PHÚT, ĐƯỢC SỬ DỤNG TÀI LIỆU

4. ĐỀ BTL + HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM
GEO.NUCE.EDU.VN
2

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

TÀI LI U THAM KH O MÔN H C
1. Phan H ng Quân, “Cơ học ñất”, nhà xu t b n Giáo d c 2012
2. Vũ Công Ng , Nguy n Văn Thơng, “Bài tập Cơ học đất”,

3. R. Whitlow. “Cơ học ñất”. Nhà xu t b n Giáo d c, Hà N i 1999.
4. Nguy n Đình Ti n, “Bài giảng Cơ học ñất”, ĐHXD Hà n i

3

4

1


CHƯƠNG MỞ ĐẦU
1. Đối tượng nghiên cứu: đất thiên nhiên được tạo thành
do kết quả phong hóa các đá ở trên cùng của vỏ quả đất.
Trong lĩnh v c xây d ng thư ng dùng đ t làm n n b ph n
“k t c u” ti p nh n t i tr ng bên trên truy n xu ng.
Vì v y v i k sư xây d ng, đ t là nơi ti n hành xây d ng
cơng trình.
Làm nền cho các cơng trình;
Làm vật liệu XD cho các CT (đê đập, đất đắp nền đường…);
Làm môi trường trong đó XD các CT (đào đường hầm, cống
ngầm, kênh, mương…)

Đã có rất nhiều sự cố trong xây dựng do thiếu hiểu
biết hoặc đánh giá không đúng về đất.

LÚN VÀ LÚN LỆCH
5

6

7

8

2


Malaysia
Thượng Hải, 2009

9

10

CHƯƠNG MỞ ĐẦU
2. CƠ HỌC ĐẤT LÀ GÌ?: là môn khoa học liên quan đến
tương tác giữa tải trọng và nền đất, nước trong đất, quan hệ
ứng suất, biến dạng, cường độ…
Giải quyết các vấn đề liên quan tới việc sử dụng đất
vào mục đích cơng trình.
1. Xác đ nh các quy lu t cơ b n c a các quá trình
cơ h c x y ra trong đ t và các đ!c trưng tính
tốn tương "ng c a đ t.
2. Đưa ra các mơ hình n n nghiên c"u tr%ng thái
"ng su t - bi n d%ng c a đ t.
3. Nghiên c"u s làm vi#c c a cơng trình (đ lún,
s"c ch u t i, $n đ nh…) & các gi i pháp cơng trình.
11

12

3


CHƯƠNG MỞ ĐẦU

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

3. Phương pháp nghiên cứu

4. Lịch sử phát triển

- Xây d ng lý thuy t d a trên nh ng gi thi t nh t đ nh → m&i lý

Coulomb (1736-1806) 1773

thuy t có nh ng ph%m vi "ng d ng nh t đ nh.

1925: Terzaghi → vi t cu n cơ h c đ t trên cơ s' v t lý c a đ t →

- V n d ng toán h c ph i l y đi u ki#n đ a ch t làm cơ s'.

coi cơ đ t → môn đ c l p

- Thí nghi#m và quan tr(c th c ti n.

VNam: phịng thí nghi#m đ,u tiên → 1956.

- Coi tr ng th c nghi#m: Do đ t luôn thay đ$i → nên ph i ch n
bi#n pháp th) nghi#m thích h*p → ch n ch+ tiêu.

Thí nghi#m g m:
+ Thí nghi#m hi#n trư ng
+ Thí nghi#m trong phịng
+ Theo dõi bi n d%ng ( quan tr(c lún)…
13

14

CHƯƠNG 1:
M' đ,u

Gi i thi#u chung

Chương 1

B n ch t v t lý c a đ t

Chương 2

Tính ch t cơ h c c a đ t

Chương 3

Kh o sát đ a ch t công trình

Chương 4

-ng su t trong đ t

Chương 5

D

Chương 6

S"c ch u t i c a n n đ t

Chương 7

Áp l c đ t lên tư ng ch(n

báo đ lún c a n n đ t

15

16

4


§1. Nguồn gốc và sự hình thành của đất

§1. Nguồn gốc và sự hình thành của đất

a. Phong hóa vật lý:
Đ t có ngu n g c tr c ti p/gián ti p t/ đá g c: Đá macma, đá
tr,m tích, đá bi n ch t
Đá gốc

Phong hóa

Đất tàn tích
Th i gian

Chuy n d i

ðN: Do tác nhân v t lý gây ra: s thay ñ i ñ t ng t v nhi t ñ ,
áp su t, va ch m...

Đất trầm tích

→ làm đá g c b n t, v v n ra.

L ng đ ng

Đ!c đi0m:

1.1. Phong hóa
- Là quá trình phá hoại và làm thay đổi thành phần của đá gốc
do tác d ng v t lý, hóa h c, sinh h c…
- Phân lo%i:
+ Phong hóa v t lý

- Góc c nh, g gh , kích thư c l n
- Có thành ph n khống gi ng đá g c.
- Khơng có tính dính dính,tính th m l n.
→ các s n ph m đó đư c g i là ñ t r i - ñ i di n là cát

+ Phong hóa hóa h c
+ Phong hóa sinh h c
17

18

§1. Nguồn gốc và sự hình thành của đất

§1. Nguồn gốc và sự hình thành của ñất

c. Phong hóa sinh học:

b. Phong hóa hóa học:
ðN: Do tác nhân hóa h c gây ra: s tác d ng gi a các khống

ðN: do các lo i đ ng th c v t s ng trên m!t ñ t phá ho i các l p

ch t: nư c, mu n, axit hòa tan trong nư c – tương tác v i các

ñ t, ñá
→ ñ t h u cơ, ñ t than bùn…

thành phân ñá g c.
→ làm ñá g c b v v n ra.

1.2. Quá trình trầm tích và đặc điểm
Q trình tr m tích bao g m s di chuy n và tích t các s n ph m
phong hóa.

Đ!c đi0m:
- B m!t m n, kích thư c nh" d<0,002mm

- S di chuy n do tr ng lư ng b n thân h t ñ t, do nư c, do gió...

ð#n nh ng nơi khác v trí đá g c.

- Có thành ph n khống thay đ i so v i đá g c.
- Có dính dính, tính th m nh".

- Sau khi di chuy n, do s c hút c$a Trái ñ t, các s n ph m PH l ng
ñ ng l i % 1 nơi nào đó. D n theo năm tháng hình thành nh ng l p
đ t mà ta g!p hi n nay.

→ các s n ph m đó đư c g i là đ t dính - đ i di n là sét

20

19

5


a. Đất tàn tích:

c. Đất bồi tích, sa tích:

Là s n ph1m phong hóa n2m ngay t%i đá g c sau khi phong
hóa.
b. Đất sườn tích:
Là s n ph1m sau PH b lăn t/ trên cao xu ng ch& th p theo
sư n d c.

Là s n ph1m sau PH đư*c gió, nư c cu n đi, r i l(ng đ ng
t%o thành.

Đ!c đi0m c a 2 lo%i trên:

Đ!c đi0m :
- Có tính phân l n, chi u dày các l p l n
- C h t tương ñ i ñ ng ñ u trong 1 l p
- Có th g!p d ng xiên, xen k'p, d d ng

- Di chuy0n do tr ng lư*ng b n thân

d, Các loại trầm tích khác:

- Chi u dày l p đ t khơng đ ng đ u

Trầm tích biển: do nước biển

- Kích thư c h t khơng đ u

Trầm tích gió (phong tích): Do gió

- D m t n đ nh

Băng tích: do băng cuốn đi rồi đọng lại
22

21

Đất rời:
Đặc điểm:
2 LOẠI

đá dăm, cuội sỏi, các loại cát.
kích thước hạt to
rời rạc, khơng dính

Đất rời

Đất dính

tính thấm lớn, hút nước ít.
tính chất XD phụ thuộc nhiều vào
kích cỡ hạt và trạng thái độ chặt.

Đất dính:

đại diện là đất sét.
sét pha cát : sét pha.
cát pha sét : cát pha.

Đặc điểm: kích thước hạt nhỏ, mịn,
tính dẻo dính, tính thấm nhỏ
tính chất XD phụ thuộc nhiều vào
trạng thái độ ẩm và thành phần
khoáng
23

24

6

-ti p-

§2. Các thành phần của đất
Tính ch t: R i r c, khơng có tính
dính, kh năng trương n%, co ngót ít,
tính th m l n…

Mơ hình đ t g m 3 pha: Rắn (hạt đất), lỏng (nước), khí
2.1 Hạt đất (hạt rắn)

Tính ch t: có tính
dính, trương n%, co
ngót, tính th m nh"…

Kích thư c h%t d(mm)

Hạt đất là thành ph,n ch y u c a đ t, t%o thành khung k t
c u c a đ t (c t đ t).

Hạt
cuội

Đá tảng

Đặc trưng cơ bản c a h%t đ t là kích c3, hình d%ng và thành
ph,n khống.
a. Kích cỡ
Chia thành 2 nhóm chính:

Hạt mịn

Hạt thơ

Phần lớn thể tích đất là các khống v t vơ cơ (h t r n), ph n còn
l i là l( r(ng, trong l( r(ng ch a nư c và khí.

Hạt thơ

Hạt sỏi Hạt cát

Hạt
bột

Hạt sét

Hạt
keo

TCXD 93622012

200

10

2

0.05

0.002

Atterberg

200

20

2

0.02

0.002

0.0002

ASTM (M))

300

75

4.75

0.075

0.005

0.001

75

2

0.075

0.005

0.001

AASHTO (M))

Hạt mịn
25

26

THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH HẠT

THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH HẠT

Mục đích:
Để tách riêng nhóm hạt bất kỳ, xác định hàm lượng của
nhóm hạt đó, từ đó xác định cấp phối hạt của đất. Rây TCVN
V i h%t l n (d>0,1mm) dùng rây đ0 phân nhóm h%t.

10,0mm

Hàm lượng nhóm hạt p(d1, d2]:
Q(d1, d2]: tr ng lư*ng nhóm h%t.

* MỘT SỐ KHÁI NIỆM

QΣ
Σ: t$ng tr ng lư*ng c a m7u đ t.

V i h%t nh4 (d≤0,1mm) dùng t6 tr ng k đ0 phân nhóm. 5,0
2,0
B1: Phơi khơ m*u đ t, tán r i đ t b+ng chày.

Hàm lư*ng c a các nhóm h%t trong đ t (tính theo %) là t6
s gi a tr ng lư*ng c a c3 h%t đó và tr ng lư*ng đ t khơ.

B2: Cân m*u xác đ nh t ng tr ng lư ng ban ñ u QΣ.

Hàm lư*ng c3 h%t d (mm) là hàm lư*ng các h%t có kích
thư c ≥ d(mm).

1,0

B3: Cho m*u ñ t qua b rây thí nghi m, sau đó l c ho!c
rung cho h t có kích thư c nh" hơn rơi xu ng dư i.

0,5

B4: Cân lư ng ñ t trên t,ng rây và % ngăn đáy đư c Qi
→ chính là tr ng lư ng nhóm h t Q(d1, d2].

0,1

Hàm lư*ng tích lũy p (%) c a m t c3 h%t d(mm) là hàm

lư*ng c a các h%t có kích thư c ≤ d(mm).

0,25

Ngăn đáy
27

Cấp phối hạt : của 1 loại đất là t p h*p hàm lư*ng t t c
các c3 h%t ch"a trong m t lo%i đ t.
28

7


THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH HẠT BẰNG RÂY
Dụng cụ thí nghiệm:

THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH HẠT BẰNG RÂY
Kích thước hạt (mm)
2-0,5 0,5-0,25 0,25-0,1 0,1-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005

<0,005

Hàm lư*ng nhóm h%t pi(%)
2%

6%

10%

28%

22%

21%

11%

11%
32%
Khay cát thí nghi m

B chày và c i đ giã đ t.

Cân k thu t

54%
82%
92%
98%

Hàm lư*ng tích lu các h%t có
đư ng kính < d xác đ nh (pd(%))

100%
B rây

Máy l c

29

30

CÁCH XÁC ĐỊNH Cu và Cc

THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH HẠT BẰNG RÂY
Hệ số khơng đồng đều Cu và hệ số độ cong Cc: đ!c
trưng cho m c khơng đ ng đ u v c h t c$a đ t.
Hệ số khơng ñồng ñều (uniformity coefficient):
d10: là kích thư c h t mà nh ng h t có đư ng
kính nh" hơn nó chi#m 10% trong đ t;
d60: là kích thư c h t mà nh ng h t có đư ng
kính nh" hơn nó chi#m 60% trong đ t;

Hệ số độ cong (coefficient of curvature):
Đ t có c3 h%t khơng đ ng đ u
(c p ph i t t)
: Cu > 4, Cc = [1, 3]
Đ t có c3 h%t đ ng đ u
(c p ph i kém)
: Cu ≤ 4
31

32

8


-ti p-

TN PHÂN TÍCH HẠT BẰNG TỶ TRỌNG KẾ
Dụng cụ thí nghiệm

b. Hình dạng hạt

T
tr ng
k

Hình d%ng h%t đ t r t đa d%ng và nh hư'ng t i tính ch t c a
đ t.
Có 3 dạng chính:
dạng khối 3 chiều
dạng tấm (dạng phiến) 2 chiều

• L y đ t TN cho vào bình ch a nư c.
•Khu y đ u dung d ch, theo dõi s
chìm l ng c$a các h t đ t trong bình.
Áp d ng:
- Ngun lý t. tr ng k#
Dung d ch đ t + nư c TN - ð nh lu t Stock

dạng thanh (dạng kim) 1 chiều

* Hạt kích thước lớn:
hình d%ng h%t đ t nh hư'ng nhi u đ n tính ch t c a đ t.
* Hạt kích thước nhỏ:
hình d%ng h%t ít nh hư'ng đ n tính ch t XD c a đ t.
34

33

-ti p-

-ti pc2. Khoáng thứ sinh: thành ph,n khoáng thay đ$i so v i đá
g c (do phong hóa hóa h c gây ra).

c. Thành phần khống
Thành phần khoáng của đất rất đa dạng ph thu c vào:

Thư ng g!p: khơng hịa tan trong nư c: Kaolinit, Ilit,
Montmorilonit; hòa tan trong nư c: Canxit, mica tr ng, th ch
cao, …

thành phần đá gốc;
tác dụng phong hóa;

Đ!c đi0m : kích thư c r t nh", góc c nh, có c u trúc d ng
lư i l p (d ng phi#n), b m!t mang đi n tích âm
(cịn g i là khoáng v t sét).

lịch sử tồn tại.
c1. Khoáng ngun sinh: thành ph,n khống khơng thay đ$i
ho!c ít thay đ$i so v i đá g c (do phong hóa v t lý gây ra).

c3. Hợp chất hữu cơ:

Thư ng g!p: fenpat, mica, th ch anh
Đ!c đi0m

H%t có kích thư c l n, thành ph,n khống ít nh hư'ng đ n
tính ch t cơ - lý c a đ t;

: kích thư c l n, góc c nh, r i r c.

H%t có kích thư c nh4 thành ph,n khống đóng vai trị quy t
đ nh tính ch t cơ - lý c a đ t.
35

36

9


-ti p-

-ti pa. Nước liên kết:

2.2 Thành phần nước trong ñất

Nước hút bám:

Vai trò của nước trong đất là hết sức quan trọng ???

Bám r t ch!t ngay ngoài
h%t đ t, không tách ra
đư*c → xem như m t
ph,n h%t r(n → khơng
nh hư'ng t i tính ch t
¼h t

đ t.

Nước trong đất tồn tại dưới các dạng:
Nước trong khoáng vật
Nư c hút bám

Nước
trong đất

Nước liên kết

Nư c L.K m%nh

Nước liên kết mạnh:

sét

Màng nư c
LK y u

Màng nư c
Là l p nư c bám tương đ i LK m nh
ch!t ' b m!t h%t.
nh
hư'ng nhi u đ n tính dính
c a đ t.

Nư c L.K y u
Nước tự do

+ -

Nư c mao d7n
Nư c tr ng l c

38

37

-ti p-

-ti pChiều cao mao dẫn:

Nước liên kết yếu:
Là l p nư c liên k t ngoài cùng c a h%t đ t → l c hút y u.
nh hư'ng t i tính ch t c a đ t như tính d8o, tính dính…

Vùng t/ MNN đ n chi u cao hc: đới bão
hòa nước mao dẫn
Đ dâng c a nư c mao d7n ph thu c vào
s thay đ$i m c nư c ng,m

b. Nước tự do:
Là lo%i nư c n2m ngoài ph%m vi tác d ng c a l c đi#n phân
t) c a h%t đ t, di chuy0n trong đ t do tr ng lư*ng b n thân
ho!c do l c hút dính (l c mao d7n).

Áp lực mao dẫn:

α

T

H%t đ t

hc
d

MNN

Là áp l c ph thêm do nư c mao d7n gây ra cho h%t đ t trong
đ i bão hòa mao d7n → tăng thêm trong lư*ng c a đ t.

Nước mao dẫn:

T%i b m!t đ i bão hòa:

T n t%i trong nh ng l& r&ng h9p do s"c căng b m!t gi a
các v t ch t có tr%ng thái v t lý khác nhau (h%t đ t - nư c)

Áp l c mao d7n là m t trong các y u t t%o nên tính dính c a đ t.
39

10

40


-ti p-

-ti pNước trọng lực:

Hi#n tư*ng Xiphong mao d7n trong các đ p

T n t%i trong nh ng l& r&ng c a đ t, gi ng như nư c thông
thư ng. Nó th m trong đ t dư i tác d ng c a tr ng l c.

hc
MN

Nư c tr ng l c nh hư'ng tr c ti p t i tính ch t cơ-lý c a đ t

h

Khả năng hòa tan và phân giải của đất
Ảnh hưởng của áp lực thủy tĩnh đối với đất và cơng trình

Ph i thi t k sao cho:h>hc.

Ảnh hưởng của lực thấm tới tính ổn định của đất.
Th c t : - v i cát: hc= vài cm.
- v i sét: hc < 5-6m.
41

42

§3. Kết cấu và cấu trúc của đất
2.3 Thành phần khí trong đất

3.1. K t c u c a đ t

Nếu các lỗ rỗng khơng chứa đầy nước thì khí sẽ chiếm chỗ.
Khí trong đất tồn tại dưới dạng:
* Khí hở: khí liên thơng v i mơi trư ng bên ngồi. Thư ng
có trong đ t cát, khơng nh hư'ng đ n tính ch t c a đ t.
* Khí kín: khí khơng liên thơng v i mơi trư ng bên ngồi.
Thư ng có trong đ t sét do đ t có đư ng r&ng ch2ng ch t.

k t c u h t đơn

Khí kín nh hư%ng nhi u đ#n tính ch t c$a đ t, đ!c bi t gi m
tính th m và tăng tính đàn h i.

k t c u t ong

k t c u bông

K#t c u c$a ñ t: là s s p x#p các h t đ t trong
q trình tr m tích t o thành khung k#t c u c$a ñ t.

Ngày nay, thành ph n này đư c nghiên c u k hơn trong lý thuy t

“Cơ học đất khơng bão hịa”
43

11

Ph thu c: kích thư c h t, mơi trư ng chìm l ng.
44

3.2. C u trúc c a đ t ( C u trúc đ a t,ng)
Là t$ng h*p các y u t mô t n n đ t v c u t%o n n, tính ch t
cơ lý trong n n.

§4. Các chỉ tiêu vật lý của ñất
Chỉ tiêu vật lý là đ i lư ng mơ t quan h v tr ng lư ng, th
tích gi a các pha trong ñ t.

C u trúc phân l p:
Hình thành do s l a ch n kích thư c, thành ph,n khống v t
trong quá trình tr,m l(ng theo các d%ng: L p dày, l p m4ng,
d i xiên, d i chéo… xen k: nhau liên t c.
C u trúc kh i:
• Là s

V = Vk + Vn + Vh

Tr ng lư*ng
Qk

V = Vr + Vh

K. KHÍ

Qk

Vk

Qn

NƯ
Qn

Vn

Q

• Đ t có c u trúc kh i ch!t: Tính bi n d%ng th p, tương đ i $n
đ nh.

Kh i lư*ng

Vr

Vr = V k + V n

s(p x p h&n đ n, không theo quy lu t.

Th0 tích

Q

V

Q = Qk + Qn + Qh

• Đ t có c u trúc kh i x p: Tính bi n d%ng cao, kém $n đ nh.. Ít
có ' Vi#t Nam

Qh

Q = Qn + Qh

H T Đ;T

Qh

Vh

45

46

-ti p-

-ti p-

4.1 Chỉ tiêu vật lý xác định bằng thí nghiệm

* Cách xác ñịnh trọng lượng riêng tự nhiên

a. Trọng lượng riêng, khối lượng riêng

1

là tr ng lư*ng (kh i lư*ng) m t đơn v th0 tích đ t.

Phương pháp dao vịng

Dụng cụ thí nghiệm: Dao vịng; Cân k thu t đ chính
xác 0,01g

(kN/m3, t/m3)

Cách thí nghiệm:
Cân dao vịng xác đ nh tr ng lư ng Q0;
Xác đ nh th tích dao vịng V;
L y m*u đ t vào dao vịng, g t ph/ng;
Cân m*u và dao vịng đư c Q1;

Trọng lượng riêng tự nhiên, (ký hiệu γw):
là tr ng lư*ng riêng c a m t đơn v th0 tích đ t ' tr%ng
thái t nhiên.

Trọng lượng mẫu Q = Q1 – Qo.

(kN/m3)

47

12

48


Thí nghiệm dao vịng
M u đ t t nhiên

-ti p-

Cân k thu t

2

Phương pháp bọc paraphin
Dụng cụ thí nghiệm: paraphin, cân th y tĩnh
Cách thí nghiệm:
Cân m*u xác đ nh tr ng lư ng Q;
Nhúng m*u vào sáp đã nóng ch y;
Cân m*u ñã b c sáp trong nư c b+ng cân th$y tĩnh Q1.
Dựa vào nguyên lý Acsimet:

Thể tích của mẫu đã bọc sáp = thể tích phần nước mà đất
chiếm chỗ → thể tích đất V.

Dao vịng

Dao vịng ch a m u

49

-ti p-

50

Dụng cụ TN xác định trọng lượng riêng hạt

b,Tr ng lư*ng riêng h%t, (ký hiệu γh ):
là tr ng lư*ng riêng c a m t đơn v th0 tích h%t r(n c a đ t.

(kN/m3)
Cách thí nghiệm:
S y khơ m*u cân xác đ nh Qh;
Xác đ nh th tích Vh.
•Làm rời hạt đất, cho nước cùng đất vào bình có trọng lượng Q0
và thể tích V0 ,đun sơi trên bếp cát.
•Để nguội, đổ đầy nước vào bình và cân được:
Q1 =Q0 + Qh +(V0 – Vh).γn
Trong đó: γn = 9,81kN/m³

52

51

13

52


-ti p-

Dụng cụ thí nghiệm xác định W

c. Độ ẩm tự nhiên (ký hiệu W):

Cân k thu t

là t6 s gi a tr ng lư*ng nư c ch"a trong các l& r&ng c a
đ t và tr ng lư*ng h%t đ t.
-ng v i tr%ng thái khô : W = 0

-ng v i tr%ng thái bão hòa: W = Wbh
-ng v i tr%ng thái đ,m t t nh t : W = Wopt

Cách thí nghiệm:
Cân xác đ nh tr ng lư ng m*u Q = Qn + Qh.
S y khô m*u % nhi t đ 1000C ÷ 1050 C đ#n kh i lư ng
khơng đ i.
Cân xác đ nh tr ng lư ng h t r n Qh.

T s y
H p nhơm
53

54

-ti p-

-ti p-

4.2 Chỉ tiêu vật lý xác định bằng tính tốn

c, Trọng lượng riêng đẩy nổi, (ký hiệu γñn):
là tr ng lư*ng riêng c a đ t th m nư c n2m dư i m c nư c
ng,m. Lúc đó đ t ' tr%ng thái bão hịa nư c, tr ng lư*ng
riêng c a đ t bao g m: tr ng lư*ng đ1y n$i c a đ t (có k0
đ n l c đ1y n$i c a nư c) và tr ng lư*ng riêng c a nư c.

a, Trọng lượng riêng khô, (ký hiệu γk):
là tr ng lư*ng riêng (kh i lư*ng riêng) c a m t đơn v th0
tích đ t ' tr%ng thái hồn tồn khơ (Vn = 0).

(kN/m3)

(kN/m3)
b, Trọng lượng riêng bão hòa, (ký hiệu γbh, γnn):
là tr ng lư*ng riêng c a m t đơn v th0 tích đ t ' tr%ng
thái bão hịa (các l& r&ng c a đ t ch"a đ,y nư c, Vn = Vr)

d. Tỷ trọng hạt (ký hiệu ∆):
là t6 s gi a tr ng lư*ng riêng h%t v i tr ng lư*ng riêng c a
nư c ' đi u ki#n tiêu chu1n.

(kN/m3)

Ư c lư*ng
55

14

∆ = 2.60 – 2.65 (Cát)
∆ = 2.66 – 2.80 (Sét)
56


-ti p-

-ti p-

e. Độ bão hòa S (G) là t6 s gi a th0 tích nư c v i th0 tích
l& r&ng.

g. Độ rỗng‰Porosity, (ký hiệu n): là th tích l( r(ng trong
m t đơn v th tích đ t.

n =

(G = 0 ÷ 1)

Vr
V

⇒ n càng lớn thì đất càng rỗng và ngược lại.

f. Hệ số rỗng‰Void ratio, (ký hiệu e): là t. s gi a th
tích r(ng v i th tích h t r n c$a đ t:

h. Độ hạt (ký hiệu m): là th tích h t ñ t trong m t ñơn v th
tích ñ t.

⇒ e càng lớn thì đất càng rỗng và ngược lại.
-ng v i tr%ng thái ch!t nh t

emin

-ng v i tr%ng thái x p nh t

emax
57

B NG TÍNH Đ>I CƠNG TH-C

58

Ngun t(c ch"ng minh công th"c
D a vào công th c đ nh nghĩa

1

D a vào m i liên h gi a các thành ph n
trong đ t (sơ đ 3 pha hay sơ đ đơn v )
Ví d : CM công th"c:

1
1

n
m

Theo ĐN: n=Vr/V ;
e=Vr/Vh
m=Vh/V
Lưu ý:
Sinh viên t

ch"ng minh các công th"c này.
59

15

60

VÍ D? ÁP D?NG

VÍ D? ÁP D?NG

Ví dụ 1:

Độ rỗng:

M t m7u đ t có: w = 15%; γw = 16,5 kN/m3 ; ∆ = 2.7
Xác đ nh các đ!c trưng v t lý: γk , n , e , G

Độ bão hịa:

Lời giải:
Trọng lượng riêng khơ:

Trọng lượng riêng đẩy nổi:

Hệ số rỗng:

Trọng lượng riêng bão hịa:

62

61

VÍ D? ÁP D?NG

VÍ D? ÁP D?NG

Ví dụ 2:

Ví dụ 2:

M t m7u đ t sét dư i m c nư c ng,m có: e =0,8 ; ∆ = 2.74

Trọng lượng riêng đẩy nổi:

Xác đ nh các đ!c trưng v t lý: γw , γđn , γbh , n và W

Lời giải:
Mẫu sét ở dưới MNN → trạng thái no nước (G = 1)

Trọng lượng riêng bão hòa:

Độ ẩm của đất:

Trọng lượng riêng tự nhiên:

Độ rỗng:

63

16

64


-ti p-

§5. Trạng thái và chỉ tiêu đánh giá trạng thái ñất
5.1 Đất rời
5.1.1 Trạng thái ñộ chặt

Trạng thái ñất rời theo hệ số rỗng e
Hệ số rỗng (e), trạng thái ñất

Loại ñất

Trạng thái ñất rời theo ñộ chặt tương ñối D:

Cát to, cát v/a
Cát nh4

Chặt
e < 0,55
e < 0,60

Cát b i

e < 0,60

Chặt vừa Rời (Xốp)
0,55≤ e ≤ 0,70
0,70 < e
0,60≤ e ≤ 0,75
0,75 < e
0,60≤ e ≤ 0,80
0,80 < e

0 ≤ D ≤ 1/3:

tr%ng thái r i (x p);

Cát to (cịn g i là cát thơ), cát v/a (cát h%t trung)

1/3 < D ≤ 2/3:

tr%ng thái ch!t v/a;

Nhận xét:

2/3 < D ≤ 1:

tr%ng thái ch!t.

Th c t , r t khó xác đ nh h# s r&ng e t/ m7u nguyên d%ng
c a đ t cát nên thí nghi#m xuyên tĩnh và xuyên tiêu chu1n
đư*c dùng đ0 kh(c ph c khó khăn này.

Ý nghĩa: D nhỏ → trạng thái đất càng xốp và ngược lại
65

Trạng thái ñất rời theo thí nghiệm CPT

-ti pTrạng thái đất rời theo thí nghiệm SPT
Trạng thái Trị số SPT, N60

66

Loại đất

Độ chặt
tương đối

Góc ma sát
trong, ϕ

R tr i

0‰4

D < 0.2

≤ 30

R i

4 ‰ 10

0.2 < D ≤ 1/3

30 < ϕ ≤ 32

Ch!t v/a

10 ‰ 30

1/3 < D ≤ 2/3

32 < ϕ ≤ 35

Ch!t

30 ‰ 50

2/3 < D ≤ 1.0

35 < ϕ ≤ 38

R t ch!t

> 50

D > 1.0

38 < ϕ

Giá trị qc (MPa) ứng với trạng thái

Cát thô, cát vừa
Cát nhỏ
Cát bụi: ‰ ít ẩm, ẩm
‰ no nước

Rời (xốp)

Chặt vừa

Chặt

qc < 5
qc < 4
qc < 3

5 ≤ qc ≤ 15
4 ≤ qc ≤ 12
3 ≤ qc ≤ 10

qc < 2

2 ≤ qc ≤ 7

qc > 15
qc > 12
qc > 10
qc > 7

5.1.2 Trạng thái ẩm của đất cát
Độ bão hịa G (S)
G <0,5
0,5 ≤ G ≤ 0,8

(Ngu n: Peck, 1974)

G > 0,8
G= 1
67

17

Trạng thái ẩm
Đ t ít 1m
Đ t r t 1m
Đ t bão hịa nư c
Đ t bão hịa hồn tồn
68


§5. Trạng thái và chỉ tiêu ñánh giá trạng thái đất

∗Trạng thái đất dính được đánh giá thơng qua:

5.2 Đất dính
Giới hạn dẻo Wd (Plastic Limit PL): Khi đ m trong ñ t
ñ t ñ#n giá tr mà ñ t xu t hi n tính d1o (các h t trư t lên nhau mà
không xu t hi n v#t n t - có th n!n thành hình thù b t kỳ).

Độ sệt B ‰Liquid Index (LI):

Giới hạn nhão Wnh (Liquid Limit LL): Khi ñ m ñ t ñ#n
Wnh → ñ t khơng cịn kh năng hút m và ch y t do dư i tr ng
lư ng b n thân.
Wnh

Wd

A = Wch - Wd
Trạng Cứng

(Rắn)
thái
của ñất

Dẻo

Loại ñất
Cát pha

Độ sệt B

Trạng thái

B≤0

C"ng (R(n)
D8o
Ch y (nhão)

0B>1
Sét pha, sét

B≤0
0 < B ≤ 0,25
0,25 < B ≤ 0,50
0,50 < B ≤ 0,75
0,75 < B ≤ 1
B> 1

W%
Chảy
(Nhão)

C"ng
N)a c"ng
D8o c"ng
D8o m m
D8o ch y
Ch y

69

70

CÁC T.N XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN Atterberg

CÁC T.N XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN Atterberg

b. Xác định độ ẩm giới hạn nhão, Wnh
* PP chùy xuyên Vaxilliev:

Xác đ nh ñộ ẩm của ñất ' các tr%ng thái gi i h%n (TTGH).

a. Xác định giới hạn dẻo Wd

BƯỚC 1: T%o m7u t i TT ch y

BƯỚC 1: T%o m7u t i tr%ng thái
d8o

Cho đ t thí nghi#m vào khn, g%t
ph@ng, th chùy.

Lăn m7u đ t TN b2ng tay trên t m
kính nhám → t%o thành que đ t có
d = 3mm, đ ng th i trên thân que
có xu t hi#n nh ng v t n"t chân
chim, khi đó đ t đã đ%t t i TT d8o.

theo dõi: n u sau khi th 10s,
chùy ng p vào m7u đ t đúng 1cm,
khi đó đ t đã đ%t đ n TT ch y

BƯỚC 2: Xác đ nh đ 1m c a
đ t ' TT ch y.

BƯỚC 2: Xác đ nh đ 1m c a
nh ng que đ t đã đ%t t i TT
d8o.

Thả chùy
71

18

72


Hi n nay, th c t ngư i ta làm

như sau:
+ TN th chuỳ nhi u l n.
+ M i l n:
- xác đ nh ti đ chuỳ ng p vào
đ t 1cm
- xác đ nh Wi tương ng

!

CÁC T.N XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN Atterberg

34
=-

* Phương pháp Casagrande:
BƯỚC 1:
Cho m*u vào ñĩa khum v i ñ dày 8mm

5

Dùng que g t r ch đơi đ t trong đĩa thành 2
ph n (r ch vng góc tr c tay quay), rãnh ñ t
có khe h% % ñáy r ng 2mm, dài 40mm.

5 6

$>,

K t qu TN

'( )

-. /01 2'

7-8 9-

:

;<

"# $ %& )

Quay tay quay v i v n t c 2 vịng/s đ#n khi
khe h% khép l i.

10

# &*+$ ,

BƯỚC 2:

Wnh

W%

Nếu 2 phần đất chập vào nhau 1 ño n L
= 13mm sau N = 25 nhát đập → ñ t đ t TT
nhão. ðem m*u đ t đó đi xác ñ nh ñ
m
ñư c ñ m gi i h n nhão Wnh.

73

74

6. PHÂN LOẠI ĐẤT XÂY DỰNG
+Thực tế, làm như sau:
+ làm TN nhiều lần với các mẫu ñất có Wi khác nhau
+ mỗi lần đếm số nhát đập Ni ñể rãnh ñất chập lại 13mm ,
xác ñịnh các Wi tương ứng.
Kết quả TN: + có được các cặp giá trị: (Ni+Wi)
+ vẽ ñồ thị W=f(lgN)

Đất phong phú về kích cỡ hạt, hàm lượng hạt, thành phần
khống… → tính chất của đất cũng khác nhau nhiều → cần
phải phân loại:
Ý nghĩa của việc phân loại đất:

W%

Giúp chúng ta hình dung và phán đoán ban đ,u v đ t.
Cho phép chúng ta áp d ng nh ng kinh nghi#m, đ nh tính v
kh năng xây d ng c a đ t và có nh ng d ki n v gi i pháp
cơng trình.

Wnh

Là “ngơn ng ” c a thơng tin v n n đ t trong xây d ng
cơng trình.

25

Các l p ñ t, lo i ñ t ph i t p h p đư c nh ng tính ch t xây d ng
tương t nhau.

lgN
75

76

19


-ti p-

-ti pPHÂN LO I TÊN Đ;T R I THEO THÀNH PHAN H T
TCXD 9362:2012

Tiêu chuẩn Nga: hiện nay (TCXD 9362:2012);
Hệ thống phân loại thống nhất USCS trong quy phạm
Mỹ (do Casagrande đề nghị)

STT

6.2 Phân loại theo Tiêu chuẩn TCXD 9362:2012;
Phân làm 2 lo i ñ t cơ b n: ð t r i và đ t dính.
Phân lo%i đ t r i c n ti#n hành thí nghi m phân tích h t theo
b rây ( 200; 10; 2; 0,25; 0,1) và xác ñ nh hàm lư ng riêng c$a
t,ng nhóm h t có đư ng kính l n hơn kích thư c phân lo i t,
l n đ#n bé.

Tên ñất

Căn cứ phân loại

1
2

T ng lăn
Cu i (dăm)

Hàm lư ng h t d>200 mm chi#m trên 50%
Hàm lư ng h t d>10 mm chi#m trên 50%

3
4
5
6

S4i (s%n)
Cát s%n
Cát thô
Cát v/a

Hàm lư
Hàm lư
Hàm lư
Hàm lư

7

8

Cát nh4 (m n) Hàm lư ng h t d>0.1 mm chi#m trên 75%
Cát b i
Hàm lư ng h t d>0.1 mm chi#m dư i 75%

ng h
ng h
ng h
ng h

t d>2 mm chi#m trên 50%
t d>2 mm chi#m trên 25%
t d>0.5 mm chi#m trên 50%
t d>0.25 mm chi#m trên 50%

78

77

-ti pĐất bùn và bùn hữu cơ

Phân loại đất dính dựa vào chỉ số dẻo A (Plastic
Index + PI): Hi u s gi a ñ m gi i h n ch y và gi i h n d1o.

• Khi W > Wnh, e > 1,1 : bùn á cát (bùn cát pha);

A = Wch - Wd

• Khi W > Wnh, e > 1,5 : bùn á sét (bùn sét pha), bùn sét;

PHÂN LOẠI TÊN ĐẤT DÍNH THEO CHỈ SỐ DẺO A
(TCXD 9362:2012)
Tên ñất
Đ t cát pha (á cát)
Đ t sét pha (á sét)
Đ t sét

Chỉ số dẻo A
A< 7
7 ≤ A < 17
A ≥ 17

Bùn nhiễm các hợp chất hữu cơ được gọi là bùn hữu cơ.
Khi hàm lượng hữu cơ chiếm:

Lượng chứa hạt
sét (%)

< 30%:

3% → 10%

= 30 ‰ 60%:

10% → 30%

> 60%:

đất nhiễm hữu cơ
đất than bùn

than bùn

> 30%
79

20

80


VÍ D? ÁP D?NG

VÍ D? ÁP D?NG

Ví dụ 3:

Ví dụ 3:

M t m7u đ t có: w = 46%; γw = 18,6kN/m3 ; ∆ = 2,74, Wd = 39,3% ;
Wnh = 52,3%

Độ sệt B:

Xác định hệ số rỗng e; tên đất và trạng thái đất

Tra bảng:
0,5 < B =

Lời giải:
Hệ số rỗng:

≤ 0,75

Đ t ' tr%ng thái

Kết luận:
Đất

, trạng thái

Chỉ số dẻo:
Tra bảng:

7
≤ 17

Đ t
82

81

VÍ D? ÁP D?NG

Ví dụ 4:

Ví dụ 4:

Trọng lượng nước ứng với độ ẩm 32% là:

M t m7u đ t sét n!ng 250g có dung tr ng t nhiên γw = 2,0
g/cm3, t6 tr ng h%t ∆ = 2,7 và đ 1m W = 32%.
Muốn tăng độ ẩm của mẫu đất lên tới 35% thì lượng nước
cần thêm vào là bao nhiêu?

Từ công thức:

Lời giải:

Trọng lượng nước ứng với độ ẩm 35% là:

Trọng lượng riêng khô của mẫu đất:

Vậy trọng lượng nước cần đổ thêm vào là:
Trọng lượng đất khô:

83

21

84


VÍ D? ÁP D?NG

VÍ D? ÁP D?NG

Ví dụ 5:
K t qu phân tích h%t c a m t m7u đ t cho k t qu như sau:
Kích thước

hạt (mm)

>10

[10;4)

Trọng
lượng (g)

10

15

[4;2) [2;1)

20

30

[1;0.5)

50

[0.5;0.25) [0.25;0.1)

60

Nhóm hạt có d > 10mm chiếm:

<0.1

10

Nhóm hạt có d ∈ [10; 4) mm chiếm:

5

Tương tự ta tìm được các giá trị khác:

Xác định tên và trạng thái đất. Biết đất có: w = 18%; γw =
18,5kN/m3 ; ∆ = 2,65.

Lời giải:

Kích thước
hạt (mm)

>10

[10;4)

[4;2)

[2;1)

[1;0.5)

[0.5;0.25)

[0.25;0.1)

<0.1

Trọng
lượng (g)

10

15

20

30

50

60

10

5

100

95

7,5

2,5

Hàm lượng
(%)

Trước tiên ta đi xác định hàm lượng riêng từng nhóm hạt:

85

H.lg tích
lũy pđ (%)

VÍ D? ÁP D?NG

87,5 77,5 62,5

37,5

86

VÍ D? ÁP D?NG

100

Hệ số khơng đồng đều Cu:

80
60
50

Cu =

30

d60

10
100

10

Cu i

d10

1

S4i

So sánh với bảng phân loại tên đất rời:
0,1

Cát

≤ 4 → mẫu có cấp phối kém

Hạt có đường kính d > 0,5mm chiếm trên 50% → đất
thuộc loại cát thơ.

mm

B i

Đư ng kính h%t "ng v i hàm lư*ng tích lũy 60% là d60 = ...

mm

Đư ng kính h%t "ng v i hàm lư*ng tích lũy 10% là d10 = …

mm
87

22

88


KHÁI NI M CHUNG

CHƯƠNG 2:

Các tính chất cơ học là các tính chất của đất dưới tác dụng
của bản thân, tải trọng ngồi, nước ngầm …
Tính chất cơ học của đất bao gồm:
a. Tính thấm
b. Tính biến dạng
c. Tính chống cắt
d. Tính đầm chặt
Ngồi 4 tính chất kể trên, đất cịn có: tính nhạy; tính từ
biến; tính biến lỗng và cát chảy…

I. TÍNH THẤM CỦA ĐẤT

-ti pTính thấm của đất phụ thuộc vào:

1. Tính thấm của đất
Tính thấm của đất là kh năng cho nư c t
trong h# l& r&ng c a đ t.

Loại đất

do di chuy0n

Kích thước lỗ rỗng

Trong ñ t t n t i các l( r(ng → nư c có th ch y t, vùng áp l c
nư c cao t i vùng áp l c nư c th p → hi n tư ng th m trong
đ t.
Ảnh hưởng của dịng thấm:
Áp lực lên hạt đất (áp lực thủy ñộng)
Lún của nền ñất theo thời gian
Đẩy bùng hố móng, xói ngầm, cát chảy → gây khó
khăn trong thi cơng, có thể dẫn đến các sự cố cơng
trình.

23

Thành phần hạt
Độ nhớt của nước


-ti p-

-ti p-

2. Cột nước áp, chiều cao cột nước áp, độ chênh cột
nước áp
C t nư c trong ng đo g i là cột nước áp lực.
Chi u cao t/ đi0m đo đ n m!t nư c trong ng g i là chiều
cao cột nước áp, ký hi#u hp. Chi u cao này ph thu c vào áp
l c nư c p t%i đi0m đo:
Tại ñiểm A:

Tại ñiểm B:

Kéo dài ng đo đ n m t m!t chu1n nào đó → c t nư c
trong ng đo g i là cột nước tổng.
Chi u cao t/ m!t chu1n đ n m!t nư c trong ng g i là
chiều cao cột nước tổng, ký hi#u H.
C t nư c và chi u cao c t nư c t/ v trí đi0m đo đ n m!t
chu1n g i là cột nước và chiều cao cột nước thế năng,
ký hi#u hz.
∆H: chênh cao c t nư c gi a 2 đi0m A và B.

∆H = (HA – HB)

γn : tr ng lư*ng riêng c a nư c, ≈ 9,81 (kN/m3);

Đi u ki#n c,n đ0 có dịng ch y gi a hai đi0m A và B là:

pA: áp l c nư c t%i đi0m A;

∆H ≠ 0

hpA: chi u cao c t nư c áp t%i đi0m A.

-ti p-

-ti p-

HA > HB → dòng thấm chảy A‰B
HA < HB → dòng thấm chảy B‰A

Theo Bernouli:
Cột nước tổng tại 1 ñiểm: H = hp + hz + hv
hz = cao trình c a c t nư c so v i 1 m!t chu1n;
hp = u/γγn c t nư c do áp l c nư c l& r&ng;

MNN
∆H = HA- HB

hv = v2/2g c t nư c do v n t c dòng th m v gây ra;

HA

T$ng c t nư c t%i đi0m A:
A
hzA

HB

B

L

T$ng c t nư c t%i đi0m B:

hzB

M!t chu1n b t kỳ

Có th b qua nh hư ng c a c t nư c v n t c, do v n t c th m
c a nư c trong đ t r t nh .

24


-ti p-

-ti p4. Định luật thấm Darcy

3. Gradient thủy lực I
Gradient thủy lực là cư ng đ trung bình s
cao c t nư c t$ng trên m t đơn v chi u dài.

thay đ$i chi u

Vận tốc thấm của nước trong ñất, v (m/s, m/ng.ñ): là
lư*ng nư c th m qua 1 đơn v di#n tích trong m t đơn v th i
gian.
q
Q
t

A

∆H: độ chênh cột nước tổng giữa 2 điểm đang xét;
L: khoảng cách giữa 2 điểm đang xét.

* Trường hợp tổng quát viết dưới dạng vi phân:

: lưu lư*ng nư c;
: lư*ng nư c th m;
: th i gian th m (s);
: di#n tích ti t di#n dịng th m.

Lưu lượng thấm, q (m3/s, m3/ng.ñ): là lư*ng nư c th m
trong m t đơn v th i gian
ð t có v n t c th m nh" → dịng th m trong đ t là dịng chảy
tầng → tuân theo quy lu t Darcy v quan h gi a v n t c th m
và gradient th$y l c: v = k.I

N u I = 0: Khơng có hi#n tư*ng th m
N u I càng l n → dòng th m càng m%nh và ngư*c l%i

-ti p-

HỆ SỐ THẤM CỦA MỘT SỐ LOẠI ĐẤT
Tên đ t

H# s th m k (cm/s)

Cu i s4i s%ch (khơng có h%t nh4)

10 - 100

Cát to, cát v/a, cát nh4 s%ch

10-3 - 10

Cát b i, cát pha

10-5 - 10-3

Sét pha

10-7

Sét

<

-

5. Gradient thủy lực ban u Ô iu kin cn v
ca dũng thm
* T/ các TN th m cho th y:

10-5

Đ i v i đ t h%t thơ (đất rời): I > 0 là xu t hi#n dòng th m.

10-7

Đ i v i đ t h%t m n (đất dính): I ph i l n hơn I* nào đó
m i xu t hi#n dòng th m. I* g i là gradient thủy lực ban đầu
của đất.

H# s th m k ph thu c lo%i đ t, đư*c xác đ nh b2ng thí
nghi#m (trong phịng, hi#n trư ng) ho!c tra b ng;
Lưu ý:
Di#n tích th m A bao g m c c t đ t: vthực > v
Do nư c ch+ th m qua l& r&ng: vthực = v/n = v(1 + e)/e
Đối với đất dính: Quy lu t th m khơng gi ng như đ t r i.

25

Tuy nhiên, r t khó xác đ nh I* nên th c t khi tính tốn, thay
đư ng cong 0 - 1 - 2 - 3 b2ng đư ng 0 - 1’ - 2 - 3, v i 1’ là giao
c a đư ng 3 - 2 v i tr c hoành
Gọi I0: gradient thủy lực ban đầu quy ước.