005Chuong 4 ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

CHƯƠNG 4.

THÀNH PHẦN CẤU TRÚC
VÀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
Đất đá được cấu tạo bởi 3 thành phần (3 pha):
• hạt rắn (pha rắn),
• dung dịch hoặc nước (pha lỏng)
• và các chất khí (pha khí).


Đất đá được cấu tạo bởi 3 thành phần (3 pha):
◦ hạt rắn (pha rắn),
◦ dung dịch hoặc nước (pha lỏng)
◦ và các chất khí (pha khí).

4.1.1. Phần hạt rắn (pha rắn)
 Đối

với đá cứng và nửa cứng - thành phần khống
vật và tính chất các liên kết đóng vai trị quan trọng
trong việc xác định các tính chất cơ lý.
 Đối với đất - thành phần hạt, hình dạng, mức độ
chặt sít,…

4.1. THÀNH PHẦN CẤU TRÚC CỦA ĐẤT ĐÁ


 Thành

phần hạt của đất là hàm lượng các nhóm hạt có độ
lớn khác nhau ở trong đất, được biểu diễn bằng tỷ lệ phần

trăm so với khối lượng của mẫu đất khô tuyệt đối (sấy ở
105oC) đã lấy để phân tích.
 Ví dụ: nhóm hạt 0,25 – 0,5mm gồm tất cả các hạt khác
nhau có đường kính từ 0,25 đến 0,5mm. Hàm lượng hạt
có kích thước 0,3mm khơng thể tìm được!!

Thành phần hạt và phân loại đất (theo tiêu chuẩn)


Thành phần hạt của đất hạt thô được xác định bằng
phương pháp rây sàng theo hai cách:
 Rây khô để phân chia các hạt có kích thước đến 2mm
(#10);
 Rây có rửa nước để phân chia các hạt có kích thước
đến 0,074mm (#200).
 Thành phần hạt của đất loại sét được xác định bằng
phương pháp tỷ trọng kế đối với các hạt có kích thước <
0,074mm.

Than phần hạt và phân loại đất (theo tiêu chuẩn)


Rây đất để phân chia các nhóm hạt


Nếu gọi xi (%) là phần trăm khối lượng đất giữ lại cộng dồn
trên rây có kích thước i;
ai – khối lượng giữ lại cộng dồn của đất trên rây có kích thước
i (g).
A – tổng khối lượng đất làm thí nghiệm (g).

ai
xi  100%
A
Từ đó, phần trăm khối lượng lọt qua rây i sẽ là:
yi = 100% - xi
Đối với phương pháp rây có rửa nước, khối lượng đất lấy làm thí nghiệm
lọt qua rây #10 đã tính được phần trăm lọt qua cộng dồn là B (phương
pháp rây khơ). Do đó phần trăm trọng lượng lọt qua đối với toàn bộ mẫu
đất sẽ bằng phần trăm trọng lượng lọt qua trong thí nghiệm rây có rửa
nước nhân với giá trị B.

Tính tốn thí nghiệm rây (ví dụ)


 Bước

1. Tính Rc= R +số hiệu chỉnh theo toC và mặt

cong.
 Bước 2. Tính Hr (xem M=Rc)

Vo
L
H R  (N  M )  a 
N
2F
Bước 3. Tính đường kính

1800. .H R

d
g (  s   w ).t

Bước 4. Tính % nhỏ hơn y  P 100%
Với:

s
P
R
s  1

m

Tính tốn theo tỷ trọng kế (ví dụ)


BIỂU ĐỒ THÀNH PHẦN HẠT (GRADATION CURVES)
#4

#10

#40

#200

100
90

2

80

1

3

70

50
40

% hạt nhỏ hơn

60

30
20
10
0
100

10

1

0.1

0.01

0.001

Đường kính cỡ hạt (mm)
Mẫu đất
Sample

Phân loại
Classification 50,1

% Hạt lọt qua - Finer (mm)
25,4

19,1

Thể hiện kết quả

9,52

4,67

2,0

0,42

Cơng trình
0,074

0,002

Project

Hệ số không đồng nhất của mẫu:

Hệ số cấp phối:

2
30

d
Cg 
d10 d 60

d 60
Cu 
d10

Khi Cu < 3 đất đồng đều, Cu > 5 đất rất không đồng
đều (cấp phối tốt). Đất cấp phối tốt có Cg = 0,5 –
2,0.
Tỷ diện tích là tỷ lệ diện tích mặt ngồi của vật liệu
với khối lượng hoặc thể tích của vật liệu đó.
Tỷ diện tích:
S



Xem tài liệu về hình thành điện tích mặt ngoài

s

m


-

-

+

-

_

_

+ + +

-

_

_

+

–
+ –

- + –
- + –

-

Hạt
rắn

_

–

+

-

+ –

+ –

–
+

–

+ –
+ –
+ –
+ –

+ –

+ –

+ –
+ –
+ –
+ –

+ –
+ –

+ –

_

+ + +

-

Nước liên kết
Nước liên kết được giữ chặt trong các lỗ rỗng nhỏ có
độ nhớt lớn hơn nước thông thường.

4.1.2. Nước trong lỗ rỗng của đất đá (pha lỏng)


 Nước

mao dẫn tồn tại trong lỗ rỗng, khe nứt nhỏ của đất
đá (bề rộng <2mm) dưới ảnh hưởng của lực mao dẫn.
Mặt đất
p=w.hk

Mặt khum lõm

pk

Đới bão hòa mao
dẫn

hk
Ống mao dẫn

Mực nước ngầm

Nước mao dẫn

C
hk 
ed10


 Nước

mao dẫn làm cho các hạt hút dính với nhau

Trong một số trường hợp cũng đẩy
nhau!!

Sơ đồ xuất hiện lực dính giữa các rắn hình
cầu

 Nước

liên kết không truyền áp lực thủy tĩnh.
 Nước tự do truyền áp lực thủy tĩnh nên gây đẩy nổi
trong đất có chứa nước tự do.
 Khí

làm cho đất có tính đàn hồi.
 Khí có mặt trong đất làm cho dất có tính nén ép thể tích.
 Thể tích khí phụ thuộc áp lực nén (định luật Henry và
Boit Mariot) nên có thể nở ra khi áp lực giảm gây phá
hoại đất.

4.1.3. Khí trong lỗ rỗng của đất đá (pha khí)


 Tương

tác giữa các hạt rắn trong đất

(a)

(b)

4.1.4. Tương tác giữa các thành phần trong đất


 Tương

tác giữa hạt rắn và dung dịch lỗ rỗng

uwa

a

w
usa

s

usww

4.1.4. Tương tác giữa các thành phần trong đất


 4.2.1.

Tính hấp phụ
Là khả năng giữ lại những hợp chất ở trạng thái hịa
tan hoặc một phần khống chất phân tán ở dạng
chất keo hay những hạt rất nhỏ chất hữu cơ, những
vi sinh vật và những thể huyền phù thơ khác.
 4.2.2. Tính trương nở của đất
 4.2.3. Tính co ngót của đất
 4.2.4. Độ bền với nước của đất

4.2. TÍNH CHẤT HĨA LÝ


 Để

định lượng tính chất xây dựng của đất đá, trước tiên
cần thiết đánh giá các tính chất vật lý của chúng. ĐÂY
LÀ CÁC ĐẶC TRƯNG CẦN THIẾT ĐỂ TÍNH TỐN.
Khối lượng

Thể tích

nước
c
khí

V

Va

khí

Qa

Vw

nước

Qw

Vs

hạt

Qs

hạt

4.3. TÍNH CHẤT VẬT LÝ

Q


Khối lượng thể tích của đất đá tự nhiên: là khối lượng của
một đơn vị thể tích đất ký hiệu , đơn vị: (T/m3, g/cm3).

Q

V
Thể tích nước
dâng lên do
mẫu đất bọc
sáp chiếm chỗ.
Dao vịng

Mẫu đất

Nước
Vỏ
sáp
Mẫu đất
Phần đất được
gọt bỏ

Ví dụ

Khối lượng thể tích đất khơ: là khối lượng của một đơn vị thể tích
đất khơ hồn tồn ký hiệu d, đơn vị: (T/m3, g/cm3).

Qs
d 
V

Khối lượng riêng của hạt: là khối lượng của một đơn vị thể tích
chỉ riêng phần hạt rắn ký hiệu s, đơn vị: (T/m3, g/cm3).

+

-

= w.Vs

Qs
s 
Vs

Trong tính tốn, đại lượng tỷ trọng hạt Gs thường được sử dụng

Gs 

4.3. TÍNH CHẤT VẬT LÝ

s
w

Khối lượng thể tích đẩy nổi: là khối lượng của một
đơn vị thể tích đất khi cân trong nước ký hiệu sub,
đơn vị: (T/m3, g/cm3).   Qs   w .Vs
sub

V

Độ ẩm: là tỷ số giữa khối lượng nước và khối lượng
đất khô (khối lượng phần cốt đất), ký hiệu W, đơn vị
tính %.

Qw
W% 
Qs

Độ ẩm được xác định bằng cách sấy đất:
A – khối lượng đất ướt và lon.
B – khối lượng đất khô và lon.
C – khối lượng lon.

A B
W %  
100%
B C

4.3. TÍNH CHẤT VẬT LÝ