ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH - CHƯƠNG 2 TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ THỦY TÍNH CỦA ĐẤT ĐÁ pot

CHƯƠNG 2
TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ THỦY TÍNH CỦA
ĐẤT ĐÁ
Nền đất đá được xem là 1 hệ được cấu thành từ 3 pha :
Rắn (hạt đất, đá) lỏng (nước), khí (lổ rỗng).
V
V
a
V
w
V
s
Q
a
Q
w
Q
s
Q
Thể tích Khối lượng
khí
lỏng
rắn
2.1 Tính chất vật lý :
2.1.1 Độ lổ rỗng và nứt nẻ của đất đá :
Cần phân biệt lổ rỗng và khe nứt : Khe nứt là
khoảng trống phát triển theo phương định hướng nào đó
còn lổ hổng thì không.
Trong đá cứng, sự có mặt các khe nứt sẽ làm mất đi
tính liền khối của đá, các lổ hổng thì thường được bịt
kín.

Trong đất mềm rời, ít bắt gặp sự có mặt của khe nứt
mà thường là các lổ hổng do các hạt đất đá tạo nên.
2.1 Tính chất vật lý :
2.1.1 Độ lổ rỗng và nứt nẻ của đất đá :
* Độ rỗng : n =

Thông thường, n được tính bằng đơn vị %, và thay đổi từ 0-100.
* Hệ số rỗng :  =
Hệ số rỗng của đất thông thường thay đổi từ 0-1, trường hợp
đất đặc biệt như bùn sét, hệ số rông có thể >1.
V
V
a
s
a
V
V
2.1 Tính chất vật lý :
2.1.1 Độ lổ rỗng và nứt nẻ của đất đá :
Trong thực tế, đối với đất rời (cát), còn sử dụng chỉ tiêu
tương đối để đánh giá độ chặt chẽ của đất.
D =
D ≤ 0.33 : Đất ở trạng thái rời xốp
0.33 < D ≤ 0.66 : Đất ở trạng thái chặt vừa.
D > 0.66 : Đất ở trạng thái chặt chẽ
minmax
max






2.1 Tính chất vật lý :
2.1.1 Độ lổ rỗng và nứt nẻ của đất đá :
Để biểu thị phương phát
triển của khe nứt, trong thực
tế hay sử dụng đồ thị hình
tròn khe nứt.
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
2.1 Tính chất vật lý :
2.1.1 Độ lổ rỗng và nứt nẻ của đất đá :
Trong thực tế, để đánh giá mức độ nứt nẻ của đá cứng,
thường hay sử dụng hệ số khe hở K
k
:
K
k
= với : F
n
: Diện tích bề mặt của ke nứt
F : Diện tích bề mặt đá xác định F
n
thông thường F = (4-8) m
2

K
k
≤ 0.02 : Nứt nẻ yếu
0.02 < K
k
≤ 0.05 : Nứt nẻ trung bình
0.05 < K
k
≤ 0.1 : Nứt nẻ mạnh
0.1 < K
k
≤ 0.2 : Nứt nẻ rất mạnh.
K
k
> 0.2 : Nứt nẻ hoàn toàn (đặc biệt mạnh)
n
F
F
2.1 Tính chất vật lý :
2.1.2 Dung trọng :
* Dung trọng hạt :
* Tỷ trọng :
* Dung trọng tự nhiên :
* Dụng trọng đẩy nổi : 
đn
= (
s
- 
n
)(1-n)

* Dung trọng khô :
s
s
s
V
Q


ns
s
V
Q

.

V
Q
w


V
Q
s
k


2.2 Thủy tính của đất đá :
2.2.1 Độ ẩm : W =
Trong đất dính, thường sử dụng các độ ẩm giới hạn tương ứng với
trạng thái của đất .

w
s
Q
Q
W
co
W
d
W
ch
W
l
W
Cứng Nửa cứng Dẻo Chảy Lỏng
(Giới hạn co) (Giới hạn dẻo) (Giới hạn lỏng)(Giới hạn chảy)
* Chỉ số dẻo : I
d
= W
ch
- W
d
* Độ sệt :
d
d
I
WW
B


2.2 Thủy tính của đất đá :

2.2.1 Độ ẩm :
Đối với đất cát, thường sử dụng độ bão hòa (độ ẩm tương
đối) để đánh giá trạng thái của đất
G = với W
bh
: Độ ẩm bão hòa của đất.
0 < G ≤ 0.5 : Đất hơi ẩm
0.5 < G ≤ 0.8 : Đất ẩm .
0.8 < G ≤ 1 : Đất bão hòa
bh
W
W
2.2 Thủy tính của đất đá :
2.2.2 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).
n
md
gr
H




cos.2

Khi đất đá xem như bị thấm ướt hòan toàn
(=0
0

) thì Hmd có thể tính gần đúng :
d
r
H
md
3.015.0

nước
2.2 Thủy tính của đất đá :
2.2.2 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.
5 - 200Cát trung đến sỏi
Thấm tốt1 – 5Cát nhỏ
0.5 – 1Cát mịn
0.1 – 0.5Cát pha
0.01 – 0.1Sét pha
Thấm yếu
0.001 – 0.01Sét
Không thấm< 0.001Đá cứng, sét chặt
Khả năng thấmK (m/ngđ)Đất đá
2.2 Thủy tính của đất đá :
2.2.3 Tính ngậm nước :
Là khả năng đất đá hấp phụ, giữ lại một lượng nước nhất
định khi nước đó vẫn có khả năng vận động tự do dưới tác dụng
của thế năng trọng lực.
Lượng nước được giữ lại có thể do mao dẫn, nước liên kết
vật lý của đất đá còn gọi là lượng ngậm nước phân tử cực đại .
44.85Sét

10.18Bùn
4.75Bụi
2.73Cát nhỏ
1.57Cát thô
Độ ngậm nước phân tử cực đại (%)Đất đá
2.2 Thủy tính của đất đá :
2.2.4 Tính nhả nước :
Là khả năng nước trong đất đá được phóng thích bằng cách
chảy tự do dưới tác dụng của thế năng trọng lực .
Khả năng này được biểu thị bằng hệ số nhả nước () là tỷ số
giữa thể tích nước tự do chảy ra khỏi đất đá bão hòa với thể tich
toàn bộ đất đá
0.05 – 0.15Than bùn
< 0.1Sét pha, cát pha
0.15 – 0.1Cát mịn
0.2 – 0.15Cát nhỏ
0.35 – 0.25Cát thô
Hệ số nhả nước,
Đất đá
2.2 Thủy tính của đất đá :
2.2.4 Tính hóa mềm :
Là khả năng nước trong đất đá được phóng thích bằng cách
chảy tự do dưới tác dụng của thế năng trọng lực .
Khả năng này được biểu thị bằng hệ số nhả nước () là tỷ số
giữa thể tích nước tự do chảy ra khỏi đất đá bão hòa với thể tich
toàn bộ đất đá
0.05 – 0.15Than bùn
< 0.1Sét pha, cát pha
0.15 – 0.1Cát mịn
0.2 – 0.15Cát nhỏ

0.35 – 0.25Cát thô
Hệ số nhả nước,
Đất đá
2.2 Thủy tính của đất đá :
2.2.4 Tính trương nở- 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.
Để đánh giá khả năng trương nở, thường sử dụng hệ số
trương nở (R
n
) và áp lực trương nở (P
n
)
H
HH
V
VV
R
nn
n




V,H,V
n
,H
n

: Thể tích, chiều cao của mẫu đất trước và sau khi
trương nở
2.2 Thủy tính của đất đá :
2.2.4 Tính trương nở- co ngót :
≥ 2.5≥ 15Trương nở mạnh
[1 – 2.5)[10 – 15)Trương nở trung bình
[0.25 – 1)[4 – 10)Trương nở yếu
< 0.25< 4Không trương nở
Pn (mPa)Rn (%)Loại đất
2.2 Thủy tính của đất đá :
2.2.5 Tính hóa mềm :
Đối với đá cứng, khi tiếp xúc với nước có thể không bị trương
nở mà cường độ của chúng bị giảm đi,
Để đánh giá khả năng đó, thực tế thường sử dụng hệ số hóa
mềm (K
hm
):
k
n
bh
n
hm
R
R
K 
k
n
bh
n
RR ,

: Cường độ kháng nén của mẫu đá khi bão hòa
nước và khi khô ráo
K
hm
= (1-0.9] : Khả năng hóa mềm yếu.
K
hm
= (0.9 – 0.75) : Khả năng hóa mềm trung bình.
K
hm
≤ 0.75 : Khả năng hóa mềm mạnh
2.2 Thủy tính của đất đá :
2.2.6 Tính tan rã :
Một số loại đất đá (nhất là đất xốp rời), khi tiếp xúc với nước,
mối liên kết giữa các hạt bị giảm sút là đất đá bị rã đi một phần hay
hoàn toàn.
Để đánh giá khả năng này, thường xác định thời gian tan rã
và mô tả đặc tính tan rã.
Khả năng tan rã ngoài phụ thuộc vào từng loại đất mà còn
phụ thuộc rất nhiều lượng muối có trong đất.
CHƯƠNG 2- TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ THỦ TÍNH CỦA ĐẤT ĐÁ
YÊU CẦU CHƯƠNG 2 :
+ Nắm được các đặc điểm vật lý, thủy tính của đất đá và các
thông số biểu thị.
+ Nắm được mối liên quan giữa các đặc điểm vật lý-thủy
tính của đất đá, các công thức chuyển đổi để biểu thị mối
liên quan này.
+ Nắm được các nhân tố ảnh hưởng đến các đặc điểm vật
lý- thủy tính của đất đá.