Bài giảng cơ học đất

1


chơng mở đầu:

1. Đối tợng của môn học:
+ Cơ học đất 1 ngành cơ học ứng dụng chuyên nghiên cứu về đất.
+ Đất: Kết quả của sự phong hóa đá bên trên.
+ Có 3 loại phong hoá Vật lý
Hóa học Cho các sản phẩm không giống nhau.
Sinh học
+ Chúng xen kẽ tạo nên nhiều loại đất.

+ Đặc điểm chung:

Tính phân vụn nhiều hạt khoáng kích thớc khác nhau Tạo
Tạo nên khung KC có lỗ hổng. Chứa nớc, khí T/chất
Liên kết yếu nhiều so với cờng độ bản thân hạt đặc biệt

Sau khi hình thành luôn biến đổi.
2. Nội dung:
Xác định các quy luật cơ bản quá trình cơ học.
các đặc trng tính toán.
ứng xuất biến dạng.
cờng độ chịu tải.
ổn định khối đất.
áp lực đất lên tờng chắn.
Do phức tạp nên ngoài qui luật chung còn tìm quy luật đặc thù rút ra
từ đặc tính của đất.

Coi trọng thí nghiệm
: Do đất luôn thay đổi nên phải chọn biện pháp
thử nghiệm thích hợp chọn chỉ tiêu.
Thí nghiệm gồm:
Th/ng hiện trờng
Th/ng trong phòng
Theo dõi biến dạng ( quan trắc lún)

3. Lịch sử phát triển:
1925: Terzaghi viết cuốn cơ học đất trên cơ sở vật lý của đất coi cơ đất
môn độc lập
VNam
: phòng thí nghiệm đầu tiên 1956.






2


chơng 1: các tính chất vật lý của đất
v phân loại đất

$ .1. Đại cơng về các loại đất:
1.1 Quá trình hình thành đất:
Phong hoá chuyển dời lắng đọng.
Phong hoá:
Ph/hoá vật lý Nhiệt độ chủ yếu (có nơi ngày đêm chênh lệch 40

o
ữ50
o
)
Băng giá.
Đá gốc vỡ vụn nhỏ không phá hoại thành phần khoáng.
Cho đất rời: Đất cát.
Ph/hoá hoá học
Thay đổi áp lực
Do nớc, các chất hoà tan: HCl, SO
2
; SO
3
; N
2
O
3

các khoáng chất tác dụng lẫn nhau tạo thành hạt rất nhỏ nh
hạt keo (<1m)
Cho đất dính : Đất loại sét.
Chuyển dời
Sản phẩm có thể nằm yên.
chuyển dời: do nớc;gió
Tuỳ cách chuyển dời, điểm lắng đọng
các loại khác nhau.
Tóm lại:
Quá trình trên rất dài có nhiều yếu tố tác động làm cấu tạo và T/chất
các lớp đất phức tạp.

I.2 Phân loại đất theo gốc phong hoá:
Đất rời: Đá dăm, cuội sỏi, các loại cát.
đặc điểm
: Phong hoá vật lý hạt to.
Khô rời; ẩm không dẻo.
Thấm lớn, hút nớc nhỏ.
2 loại:
Đất dính: các loại đất sét.
đặc điểm
: Phong hoá hoá học hạt nhỏ.
Khô cứng, ẩm dẻo.
Thấm bé , hút nớc lớn.
Pha trộn: cát có ít sét cát pha
sét có ít cát sét pha.






3

I.3 Phân loại theo hình thức chuyển dời và trầm tích:
+ Tàn tích, sờn tích: Nằm tại chỗ
Chuyển dịch đoạn ngắn theo sờn dốc.

Đặc điểm: chiều dày không đều dễ mất ổn định
hạt to và rất nhỏ xen lẫn nhau.

+ Bồi tích, sa tích: Lắng đọng ở xa do nớc

ở cửa sông gọi trầm tích tam giác châu:
Đồng bằng sông Hồng; sông Cửu long.

Đặc điểm: chiều dày khá đều
cỡ hạt tơng đối đều gồm:
Các loại đất hạt rất nhỏ: Cát bụi, đất sét, đất bùn có lẫn cây cỏ
cha ổn định dễ phình nở.
Bắc bộ: Vài chục m
ở ta:
Nam bộ: Trên dới 100m.

Phong tích gió.
+
Ngoài ra còn: Băng tích băng.
Trầm tích biển.

+ Tóm lại: Do sự hình thành mà có các đặc điểm sau:
Tính rỗng.
Tính phân tán.
Tính không đồng nhất, không đẳng hớng.
Cờng độ kém cờng độ hạt

$. 2.Đất là vật liệu đa nguyên:

2.1 Khái niệm:
Đất V/ liệu phân tán 3 thành phần: Hạt ; nớc; khí.
Đặc điểm mỗi thành phần, tỷ lệ giữa chúng, tác dụng lẫn nhau
tạo nên t/chất đất.
Lỗ rỗng chứa đầy nớc Bão hoà.
Lỗ rỗng không chứa nớc Đất khô.

2.2 Hạt rắn:
Là mảnh vụn của khoáng vật.
Kích thớc vài cm đến hạt keo (<1 m)



4



Có khi là các chất hữu cơ.
+ T/ch hạt rắn: chủ yếu cỡ hạt
hạt nhỏ thành phần khoáng vật.
có ảnh hởng đáng kể đến tính chất hạt.
Các loại khoáng vật:

Khoáng nguyên sinh
: Phong hóa cơ học đá mác ma:
2 loại: Phen pat, thạch anh, mi ca, he ma tít( quặng sắt đỏ),
ma nhê tít( quặng sắt từ) apatit là thành phần chủ yếu của đất rời.
Khoáng thứ sinh:

Do phong hoá hoá học khoáng nguyên sinh phân vụn nhỏ
thành phần chủ yếu đất loại sét khoáng sét:
monmoriolit
ítlít.
kaolinít.

1.

Phân loại theo cỡ hạt:
+Đất nhiều loại hạt: Kích thớc khác nhau
Hình dạng khác nhau.
+Hình dạng: Cầu, tấm mỏng, hình kim.
+Kích thớc: Vài cm vài 1/1000 mm và nhỏ hơn.
Vậy phân loại dựa vào đờng kính tơng đơng ( Đ/k Thuỷ lực)
Đ/k thuỷ lực: Đ/k hạt đất ảo cùng tốc độ chìm lắng.
ranh giới phân biệt không phải số cố định xê dịch đôi chút.
Ví dụ có nơi hạt sét: < 0.005mm
< 0.002mm
+ Hạt to: rời rạc, dễ thấm
+Xét t/chất của đất
: cần lu ý: diện tích mặt ngoài:
Hạt càng nhỏ S mặt ngoài càng lớn đến mức nào đó thì
hiệu ứng bề mặt có tác dụng gây ra tính dính , tính dẻo cản trở thấm.
Tính dính, tính dẻo càng cao tính thấm càng nhỏ.
monmoriolit 800m
2
/g
ítlít. 80m
2
/g
kaolinít. 10m
2
/g

5
bảng phân loại hạt


















2 . Cấp phối hạt của một loại đất
Thí nghiệm phân tích hạt:
Phân hạt đất t/ch rõ rệt thành nhóm gọi là nhóm hạt.
Lợng 1 cỡ hạt ( Tính bằng % trọng lợng đất khô) hàm lợng hạt.
Tập hợp hàm lợng các cỡ hạt gọi cấp phối.
Th/ng: Ph/pháp cơ học: Rây.
Ph/pháp thuỷ lực.
+

Phơng pháp rây:
Dùng với hạt d > 0.1mm
Dùng bộ rây: Lxô: 10;5;2;1;0.5;0.25;0.1 mm
Ph/tây: No4;8;12;20;40;70;100;140;200.

+
Phơng pháp thuỷ lực:
d < 0.1mm.
Dựa vào nguyên lý vật lý của Stốck

v =
2
18
d
ws




(I.1)
v: Vận tốc chìm lắng.
d: đ/k quả cầu.

s
: Tỉ trọng quả cầu.

w
: Tỉ trọng chất lỏng.
: Độ nhớt chất lỏng.

6
Dụng cụ: Tỉ trọng kế
Nguyên tắc
: Cho đất chìm lắng đo V suy ra đ/k.
Kết quả th/ng
: Trình bày nhiều cách:

7
Nhận xét:
+ Đờng cong dốc hạt đồng đều.
+ Xác định hàm lợng % của 1 nhóm hạt đ/k: d
1
d
2

nào đó
+ X/đ: d
10
Đ/k hữu hiệu Đ/k mà hạt chiếm 10% dùng xác định
k
t
theo kinh nghiệm: Ví dụ Ha zen: k
t
= C
k
(d
10
)
2
C
k
= 0.01 ữ 0.015.

+ Xác định hệ số đồng đều, hệ số độ cong

Mức độ đồng đều về kích cỡ hạt đợc đánh giá bằng hệ số đồng đều, C
u
:
C
u
=
10
60
d
d

(I.2)
trong đó: d
60
= đờng kính ứng với hàm lợng tích lũy 60%: p
d60
= 60%
d
10
= đờng kính ứng với hàm lợng tích lũy 10%: p
d10
= 10%.
* Ta thấy rằng, các hạt thuộc nhóm (d
10
, d
60
) chiếm 1/2 trọng lợng đất. Do đó,
C
u
chính là mức độ thay đổi kích thớc của một nửa trọng lợng đất và C
u
càng
lớn có nghĩa là càng có nhiều kích cỡ hạt tức là cấp phối càng đa dạng
càng
tốt. Điều này đặc biệt quan trọng đối với đất rời. Ngời ta qui ớc nếu đất có C
u

> 4 thì đợc coi là có cấp phối tốt, thích hợp cho sử dụng làm vật liệu xây dựng.
Độ cong của đờng cong cấp phối hạt trong khoảng (d
60
, d

10
), C
c
, đợc tính theo
biểu thức:
C
c
=
1060
2
30
d.d
d
(I.3)
đợc dùng để mô tả sự phân bố của các kích cỡ hạt trong nhóm hạt cơ bản
(d
10
,d
60
). Nếu C
c
càng bé thì sự phân phối càng đều đặn. C
c
đợc dùng kết hợp
với C
u
để đánh giá cấp phối của đất. Nói chung C
c
trong khoảng (1ữ3) là tốt.

3. Tính chất của những hạt rất nhỏ:
Khoáng vật cấu tạo tinh thể Vậy ở bề mặt, nhất là ở góc có 1 lợng
điện còn d
Vậy hạt đất mang điện.
T/n thấy
hạt sét mang điện âm.
Hút các ion khác tính ( Na+, K+,Ca++, Mg++ )
Nó:
Tính hoạt động bề mặt
Hút phân tử nớc lỡng cực.


Thành phần khoáng: Khoáng ng/sinh kém hơn khoáng th/sinh
:

Mức độ phân tán: Hạt càng nhỏ S tiếp xúc càng lớn khả năng
trao đổi càng lớn Đến một mức nào đó trọng lợng hạt cùng cấp với
lực hút điện phân tử
hạt di chuyển chịu ảnh hởng của lực hút. Khi chìm
nó dừng lại ở chỗ tiếp xúc đầu tiên
tạo ra K/C tổ ong, bông tuyết độ rỗng
lớn.
Kết cấu hạt:
đặc trng cho đất rời( sỏi, sạn, cát)


8

2.3 Nớc trong đất:
















1. Nớc liên kết:
+ Nớc màng (nớc hút bám): Ngay bề mặt hạt ( khoảng 0.1 ) lực hút
mạnh

nớc ở thể rắn và chui cả vào mạng xem nh 1 phần hạt rắn

Không thể hiện rõ T/c
+ Nớc liên kết chặt ( nớc kết hợp mạnh):
xa hơn 1 chút nớc bị giữ
tơng đối chặt cùng các ion khác.
+ Nớc liên kết rời ( nớc kết hợp yếu): Cuối bán kính lực hút
lớp này ảnh
hởng lớn đến T/c của đất
Tính dẻo, tính dính.







9
2.Nớc tự do:
Ngoài ảnh hởng của lực hút
chuyển động theo quy luật thuỷ lực học
Tuy nhiên:
do ảnh hởng lớp trong có đặc điểm riêng.

3.
Nớc mao dẫn:

Lỗ rỗng nhỏ nối nhau trong nớc sinh mao dẫn.
Cột nớc mao dẫn
tạo áp lực phụ sức căng bề mặt.
làm cho đất cát hạt nhỏ nh có lực dính nào đó khi ớt.
Sét
chiều cao mao dẫn vài m

2.4 Khí trong đất:

+ Khí hở
: Thông với khí quyển nhiệt độ , áp xuất

khí thoát vào khí trời không ảnh hởng.
+ Khí kín
: Túi khí nằm sâu tăng tính đàn hồi, giảm thấm.
Nhìn chung
: Khí ảnh hởng không đáng kể đến t/ chất của đất.

$.3. Các chỉ tiêu vật lý:

V = V
h
+ V
n
+ V
k

V
r
= V
n
+ V
k

G = G
h
+ G
n
.






10
3.1. Chỉ tiệu vật lý cơ bản:
( Xác định bằng Thí/nghiệm)

1. Trọng lợng thể tích tự nhiên:

=
V
G
(g/cm
3
; t/m
3
)
Mẫu nguyên dạng: Dao vòng: Đất mềm
Bọc sáp cân trong nớc: Đất cứng
2. Độ ẩm:
W =
h
n
G
G
100% (vài % đến vài trăm % )
Mẫu: nguyên dạng, không nguyên dạng
y/cầu: giữ nớc không đổi.
Biện pháp: Đốt cồn
Bếp xấy 105
o
C; có hữu cơ xấy < 105
o
C

3. Trọng lợng thể tích hạt:

h
=
h
h
V
G
(g/cm
3
; t/m
3
) ( 2.6 ữ 2.8)
Tỷ trọng:
=
n
h


;
n
= 1
3.2.Chỉ tiệu vật lý xác định bằng tính toán:
1.
Trọng lợng thể tích đất khô:
k


k
=
V
G

h
(G/cm
3
; T/m
3
)
W=
h
n
G
G
=
h
h
G
GG



W . G
h
= G - G
h

W. G
h
+ G
h
=
V

G

V
Gw
h
)1(
+
=
V
G


(W + 1 )

k
=



k
=

)1( +w


2 .Độ rỗng: n
n =
V
V
r

n =
V
V
r
=
V
VV
h

= 1 -
h
V
V
1
= 1 -
h
h
h
G
V
V
G.1
= 1-
h
h
V
G

.

1.
= = 1-
h
k


;



k
=

)1( +w

n = 1-
)1( +w
h






11
3. Độ hạt của đất: m
m =
V
V
h

m + n = 1
n =
)1( +w
h



4. Hệ số rỗng: e,:
e =
h
r
V
V
e =
h
r
V
V
=
V
V
V
V
h
r
=
m
n
Thay n; m vào:

=
)1(
)1(
1
w
w
h
h
+
+





=
)1(
)1(
)1(
w
w
w
h
h
h
+
+

+

=




+
)1( w
h
=
w
h
+1


- 1 =
k
h


- 1
5. Độ bo hoà: G

G =
r
n
V

V
=
h
r
h
n
V
V
V
V
=
e
V
G
hn
n
.

=
e
G
G
V
G
h
h
hn
n
.
.

=
e
W
n
h


.
=
e
W
n
h
.
.



6.Dung trọng bo hoà:
bh

Trọng lợng 1 đơn vị thể tích đất
no nớc.


bh
=
V
GG

nh
+
=
V
VV
nnhh


+
.
=
h
m +
n
n

bh
=
e
e
o
+
+
1

o
: Tỉ trọng của nớc.
7. Dung trọng đẩy nổi:
đn

Đ/n: Trọng lợng riêng của đất nằm dới mực nớc ngầm Kể đến
lực đẩy nổi của nớc.



đn
=
V
VG
nhh


=
bh
+
n



12
$.4. Trạng thái của đất - Chỉ tiêu đánh giá trạng thái:

4.1 Đất cát:
Độ chặt
2 trạng thái độc lập:
Độ ẩm
1. Độ chặt:


D =

minmax
max
ee
ee


D: Độ chặt tơng đối.
Cát chặt: 1
D 2/3
Chặt vừa 2/3
D 1/3
Xốp 1/3
D 0
Liên xô kiến nghị: Với cát Thạch anh có thể
dùng e:
Loại Chặt Chặt vừa Xốp
Cát thô, vừa <0.55 0.55 <= D <= 0.7 > 0.7
Cát nhỏ < 0.6 0.6 <= D <= 0.75 > 0.75
Cát bột < 0.6 0.6 <= D <= 0.8 > 0.8

Để có e
Mẫu phải nguyên dạng khó hố đào
Cát: Dùng xuyên
e

2. Độ ẩm:
Theo độ Bão hoà: G
G < 0.5
ít ẩm
0.5 < = G <= 0.8

rất ẩm
G > 0.8
no nớc, bão hoà.
4.2 Đất sét:
Không tách đợc e và G Đánh giá W



W Cứng
dẻo.
SL; W
c
: Ranh giới Cứng - nửa cứng.
PL; W
d
: Ranh giới Cứng - Dẻo
LL; W
s
;W
nh
: Ranh giới Dẻo - Nhão.
IP = LL - PL

Chỉ số dẻo.
A;
= W
nh
- W
d

13

W
nh
, W
d
: Giới hạn Atterberg x/định th/ng
PL: Lăn tay. d = 3mm
nứt chân chim.
LL: Theo Liên xô: Dùng chuỳ xuyên Q= 76g góc mũi xuyên 60
o

sau 5s
ngập 10mm cho W
nh

( Chuỳ Xuyên) ( Chảo Cazagrăng)

Tây Âu: Dùng chảo t/n:
Làm rung bằng cách nâng chảo
sau 25 lần đất chập nhau Wnh
Chỉ tiêu đánh giá:
B =

d
WW

CR =
LL
PLW

( Consistence - Relatively) - Độ đặc tơng đối.
B < 0
cứng
0 <= B <= 1
dẻo 0 < B <= 0.25 nửa cứng.
0.25 < B <= 0.5
dẻo cứng.
0.5 < B <= 0.75
dẻo mềm.
0.75 < B <= 1
dẻo nhão.
B > 1

nhão.

$.5.Phân loại đất:
Mục đích: giao tiếp, để hình dung, phán đoán ban đầu.
Có nhiều quy ớc, quy định
gắn với tên gọi.
Cơ sở
: Dựa vào: Cấp phối hạt
Giới hạn Alterberg


14

15

16

Phân loại đất bùn và đất than bùn:
+ Đất loại sét:
W>Wnh; e > 1.1 ( Đất á cát, á sét)
e > 1.5 ( Đất sét) Đất bùn
+ Những loại đất có chứa vật chất hữu cơ:
10 đến 30 %
đất nhiễm than bùn.
30 đến 60 %
đất than bùn.
> 60%
Than bùn.

$.6.Một số tính chất và một số hiện tợng đặc biệt của đất:

1. Tính dính:
Khả năng chịu đợc lực kéo có thể giữ đợc mái dốc thẳng đứng.
Nguyên nhân:












+ Do lực hút điện phân tử
2 hạt
+ Lực hút thông qua các ca tion trung gian
phục hồi đợc
+ Sức căng
màng nớc mao dẫn. sau khi bị phá hoại.
+ Do liên kết xi măng, liên kết tinh thể
Không có khả năng phục hồi
sau khi bị phá hoại.

2. Tính co và nở:
+ Tính nở: V khi W
+ Tính co: V khi nớc bốc hơi
W

Khi W
sét chuyển dần trạng thái cứng lúc nào đó V không đổi
trên mặt xuất hiện vết nứt chân chim
W lúc đó gọi là W
c

Các yếu tố ảnh hởng:
+ Mức độ phân tán: Đất có nhiều hạt keo
sự thay đổi V rõ rệt.
+ Khoáng: Monmoriolit V > Kaolinit.
+ Đất hấp phụ nhiều Cation Na+
tính nở nhiều hơn
so với hấp phụ Ca++.



17


3. Tính tan r:
Sét khi bị ẩm mất hết tính dính thành khối rời rạc ( Lu ý Vật
liệu đắp đê).
V/nam: Sét
khả năng này nhỏ.

4. Hiện tợng Tiksotropi:
+ Một số đất sét, bùn chịu tải động chuyển sang chảy nhão hoàn toàn
mất hết lực dính
sau 1 thời gian lại hồi phục.
Có 3 Đ/kiện để xảy ra:

+ Đất chứa nhiều hạt phân tán nhỏ, keo.
+ Đất bào hoà.
+ Tải chấn động.
Lu ý: Khi đóng cọc; Móng máy.

5 Hiện tợng biến long của cát bo hoà nớc:
Đất cát thành 1 dung dịch

mất hết khả năng chịu lực.
Thí/nghiệm: Đặt viên bi
Tác dụng nhanh
lên thành

Bi chìm xuống



G/thích
: tại chỗ đặt tải xuất hiện áp lực lớn trong nớc lỗ rỗng truyền
nhanh
lên toàn khối đất hớng về phía có sức kháng bé lên trên. Nếu
áp lực này >

đn
đất thì điểm tiếp xúc giữa các hạt hỏng đất thành dịch
thể .
Dừng
áp lực thuỷ động về không cát chặt lại.
Thực tế: Hay xảy ra động đất
nền cát bụi bão hoà.

1

chơng 2. Tính chất cơ học.
$.1.Tính thấm của đất:
1.1 các định nghĩa:
+ Vật liệu có lỗ rỗng liên tục để nớc chảy qua V/liệu có tính thấm.
+ Tính thấm: T/chất để cho nớc chảy qua các lỗ rỗng.
+ Dòng nớc chảy qua đất dòng thấm
+ 2 loại dòng: Chảy tầng: Đờng dòng của nớc không cắt nhau
Chảy rối: Đờng dòng của nớc cắt nhau.

+ Thí nghiệm cho thấy: V> V
gh
chảy rối;
V
gh
: Trọng lợng riêng, độ nhớt của dịch thể (nớc)
d: Đ/k của ống ( lỗ rỗng) tỷ lệ nghịch.
d nhỏ nên V
gh
khá lớn.
Do Đó: Dòng thấm trong đất thờng chảy tầng.
+ Xét 2 điểm: A; B áp lực nớc tại đó; P
a
; P
b

Cột nớc áp tại A là: h
a
= P
a
/
n

Cột nớc áp tại B là: h
b
= P
b

/
n

h
a
> h
b
có dòng thấm A B
I =
L
HH
BA

=
dL
dH




2

1.2 Đ/l Darcy:
Dòng chảy tầng nên dùng đợc Đ/l Darcy: v= K
t
I
K
t
: Hệ số tỷ lệ (Hệ số thấm)
Lu lợng thấm: Q = v A t A: diện tích thấm

t: thời gian.
Do diện tích thấm bao gồm cả cốt đất nên v
thực
> v
v
thực
= v/n ( Vì nớc chỉ thấm qua lỗ rỗng)

1.3.Hệ số thấm của đất:

Xác định trong phòng T/n: Mẫu có t/diện A, dài L, cột nớc áp h, đo Q tính k
2 loại
: + Cột nớc áp không đổi: k
t
=
hAt
QL
(hạt thô) Khi k > 10
-4
m/s
Phải tiến hành thí nghiệm với các vận tốc thấm khác và cột nớc
khác nhau để tính giá trị k trung bình.
+ Cột nớc áp đổi: k
t
=
1
0
012
11
log

)(
3.2
h
h
ttA
LA

( hạt mịn)
Vì Vận tốc của dòng nớc qua chúng quá nhỏ không có khả năng đo chính xác
bằng thẩm kế có cột nớc cố định.




3


k
t
: Sỏi cuội, không có hạt nhỏ: 10 100cm/s
Cát to, cát vừa, nhỏ sạch: 10 10
-3

Cát bụi, cát pha 10
-3
10
-5

Sét pha 10
-5

10
-7

Sét <10
-7

k
t
< 10
-6
coi nh không thấm nớc.
Xác định ở hiện trờng
: T/n trong phòng do mẫu ít không đủ đặc
trng: làm ở hiện trờng ép hút nớc trong lỗ khoan.
Bố trí giếng quan trắc và bơm hút; đo lu lợng ở 1 giếng, quan sát độ hạ
thấp ở giếng khác. Khi lu lợng bơm không đổi, mực nớc ở các giếng quan
trắc cũng không đổi đạt tới trạng thái ổn định.
Phân tích tìm k
k
t
:+ Cỡ hạt, cấp phối: Ha zen: k = C
k
( d
10
)
2

+ Hệ số rỗng: Cát: k lớn, sét k nhỏ.
k
t

= f (e
3
/1+e) cát
k
t
= f(e) sét.
+ Hình dạng, cách bố trí lỗ rỗng đánh giá gián tiếp qua n, hoặc e
+ Khí trong đất: Khí kín.

1.4. Hệ số thấm tơng đơng của khối đất nhiều lớp:
Xét lớp đất: Trong phạm vi chiều dày H có n lớp:
Dày : h
1
; h
2
; h
3
;
Hệ số thấm : k
1
; k
2
; k
3
;

4

i: gradien thuỷ lực ở mỗi lớp đất
+ Thấm ngang
: // mặt lớp.
v= k
n
tđ
I

;

(1)

(Q = v ì A; xét phân tố có chiều dày là 1 nên A = 1 ì h

)


Vậy: v
1
h
1
+ v
2
h
2
+ + v
n
h
n
là Q
xét cả chiều cao H v =
H
1
( v
1
h
1
+ v
2
h
2
+ + v
n
h

n
) (2)
(1); (2) k
n
tđ
=
I
H
.
1
( v
1
h
1
+ v
2
h
2
+ + v
n
h
n
) do: k =
I
v

nên k
n
tđ
=

H
1
( k
1
h
1
+ k
2
h
2
+ + k
n
h
n
)
+ Thấm đứng
: mặt lớp
h Tổng độ chênh cột nớc áp trên bề dày H Vì: Lu lợng nh nhau nên:
v=
H
h
k
đ
tđ


= k
1
i
1

= k
2
i
2
= = k
n
i
n

i =
d
l
dh
Nên chênh lệch cột nớc áp ở mỗi lớp = iìh (h: bề dày lớp cũng
là chiều dài đờng thấm)
Tổng chênh lệch cột nớc áp trên bề dày H: h = i
1
h
1
+ i
2
h
2
+ + i
n
h
n

Thay vào:
k

đ
tđ
=
h
vH
=
v
h
H
=
v
ihihih
H
nn
+++
2211
=
v
ih
v
ih
v
ih
H
nn
+++
2211
=
n
n

i
v
h
i
v
h
i
v
h
H
+++
2
2
1
1
=
=
n
n
k
h
k
h
k
h
H
+++
2
2
1

1
k
đ
tđ
< k
n
tđ

1.5. Các giới hạn áp dụng định luật Darcy cho dòng thấm trong đất.
1.Đất sét:
Quan hệ: v = kI
(a) đúng cho đất cát
(b) đúng cho đất sét.
Với sét muốn thấm đợc I > I
o

I
o
Gradien thuỷ lực ban đầu.
+ Gần đúng công thức tính: v = k(I - I')
+ Giải thích: Muốn thấm đợc phải thắng đợc ma
sát của lớp nớc
màng mỏng bao quanh hạt đất ( lớp nớc liên
kết)
2. Đất cát:
Với cát to, sỏi cuội v phải đủ nhỏ để
dòng thấm là chảy tầng tuy nhiên khó.


5

1.
6 Dòng thấm chảy trong đất:
1.Dòng thấm 1 chiều:
Chọn điểm có cùng cao độ nớc áp nối lại có đờng đẳng thế.























Đặc tính: Đờng thấm và đờng đẳng thế bao giờ cũng trực giao với nhau.
(Cho dù 2 đờng trên không phải thẳng)

2.Dòng thấm chảy hai chiều:
Dòng thấm nói chung là 3 chiều tuy nhiên Công trình kéo dài rất lớn
theo 1 phơng ta xem dòng thấm chảy 2 chiều.
Xét phân tố đất: d
x
ì dz ( B/toán phẳng)

+ Giả thiết
: Lợng nớc đi vào = lợng
nớc đi ra ( Vì xem nh nớc không bị
nén; V
r
do nớc choán chỗ không
đổi)
Trong 1 đ/vị thời gian:
lợng nớc vào phân tố là;
v
x
d
z
d
y
+ v
z
d
x
d
y

Lợng nớc đi ra:

6
v
x
d
z
d
y
+ )(
x
v
x


d
z
d
x
d
y
+ v
z
d
x
d
y
+ )(
z

v
z


d
z
d
x
d
y


Vvào = V ra nên
)(
x
v
x


+ )(
z
v
z


= 0
v= k
l
h
d

d
nên có thể xem nh: v
x
; v
z
là những đạo hàm riêng
của hàm số = kh gọi là hàm thế của vận tốc.


2
x



+
2
z



= 0
Giải
: Cho ta lới đờng thấm và đờng đẳng thế trong đất
Tuy nhiên: Đ/k biên phải đơn giản.
Thực tế lới đờng thấm và đẳng thế đợc dựng nên bằng cách vẽ.

3. áp
lực dòng thấm chảy tác dụng lên đất:

áp lực ở mặt trớc: a
2
h
1

n


áp lực ở mặt trớc: a
2
h
2

n

áp lực tiêu tán ở phân tố : a
2
(

h
1
- h
2
)
n

Chia cho thể tích phân tố: a
3
:



7
a
hh
21


n
= i
n

Vậy: áp lực dòng thấm tác dụng trên 1 đơn vị thể tích đất là: i

n


$.2.Tính nén ( tính biến dạng) của đất:
2.1 .Thí nghiệm nén đất ở hiện trờng:
1. Thiết bị thí nghiệm:
Gồm:
1. mặt nén 2. Bàn gia tải
3. Trụ đỡ. 4. Thanh chống
5. Dụng cụ đo lún
6. Vật nặng
( Có thể dùng neo guồng xoắn)
Trình tự: Gia tải từng cấp
cho đến khi thôi lún mới tăng cấp tiếp
Quy định trong tài liệu thí nghiệm:
Sau bao lâu độ lún không quá bao nhiêu thì dừng chuyển cấp tải thí
nghiệm.

2. Kết quả:

hình1 hình 2











8
hình3


*Do thí nghiệm ở hiện trờng cồng kềnh, tốn kém nên thờng dùng phơng
pháp nén trong phòng.


2.2 .Thí nghiệm nén đất trong phòng thí nghiệm:
1. Thiết bị thí nghiệm

Sơ đồ:
1- Hộp cứng 2- Dao vòng 3- Mẫu đất
4- Đá thấm 5- Nắp 6- Đồng hồ đo biến dạng.

F = 25 50 cm
2

h = 2.54 3.6 cm.



Tơng tự với thực tế.


2. Cách thí nghiệm:
+Tăng tải
0.25; 0.5; 1; 2; kg/cm
2

Chuyển cấp khi ổn định lún: sau
24giờ s không > 0.01mm
Ta vẫn làm: Nén nhanh;
Đất tốt; 1;2;3;4 kg/cm
2

Đất yếu: 0.25; 0.5; 0.75; 1 kg/cm
2

Chuyển cấp khi ổn định lún: sau 1giờ với cát, sau 2 giờ với sét s
không > 0.01mm. Cấp cuối cùng nén đến 24giờ.
+ Dỡ tải làm ngợc lại: Cũng từng cấp
Đo độ lún S
i
ứng với

i
; Xem V
h
không đổi từ S
i
suy ra e
i


3. Kết quả thí nghiệm: