GIÁO TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT ĐH LẠC HỒNG

Bài Giảng Cơ Học Đất. GV. Lê Văn Phúc
Trang - 1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
Khoa Kỹ thuật công trình






GV. Lê Văn Phúc



CƠ HỌC ĐẤT

(Lưu hành nội bộ)



CHƯƠNG : MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA ĐẤT

CHƯƠNG 2: PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT

CHƯƠNG 3: BIẾN DẠNG VÀ ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT


CHƯƠNG 4: SỨC CHỊU TẢI CỦA ĐẤT NỀN

CHƯƠNG 5: ỔN ĐỊNH MÁI ĐẤT

CHƯƠNG 6: ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT












Năm 2010
Bài Giảng Cơ Học Đất. GV. Lê Văn Phúc
Trang - 2
Chương MỞ ĐẦU



1. Mục đích và ý nghĩa môn học

 Cơ học đất: là môn khoa học nghiên cứu các tính chất vật lí và cơ học của đất, các quá
trình cơ học xảy ra trong đất dưới ảnh hưởng của các tác dụng bên ngoài cũng như bên
trong, từ đó tìm ra các tính chất và các qui luật của đất để giải quyết vấn đề sử dụng đất
vào các mục đích của các công trình xây dựng.
 Đất
đóng vai trò rất quan trọng trong xây dựng:

- Làm vật liệu xây dựng: cát xây dựng; vật liệu đất để san lắp nền nhà, đường, sân bay, bãi
chứa và công trình tương tự; vật liệu đất để xây đê, mái dốc, đập và công trình tương tự.
- Làm nền công trình xây dựng. Do đó phải xác định khả năng chịu tải và biến dạng của
nền đất. Để giải quyết những vấn đề đó, ngườ
i ta đã dựa vào kết quả nghiên cứu của lí
thuyết Cơ học đất.
 Các vật liệu như sắt, thép … có thành phần hóa học và tính chất cơ-lí khá ổn định, ngược
lại đất có thành phần hóa học và tính chất cơ-lí rất phức tạp và phong phú. Do đó mỗi công
trình xây dựng phải được khảo sát đầy đủ các tính chất cơ-lí trước khi đưa vào thiết kế, thi
công công trình.
 Đị
a chất công trình -> Cơ học đất -> Nền móng -> Các phương pháp xây dựng công trình
trên nền đất yếu, Các giải pháp nền móng hợp lí. Cơ học đất là môn học rất quan trọng,
làm cơ sở cho các môn học sau.

2. Nội dung môn học: Gồm 6 chương

Chương 1: Tính chất vật lí của đất
- Các chỉ tiêu vật lí của đất, sự liên hệ giữa chúng
- Phân loại đất

Chương 2: Phân bố
ứng suất trong đất
- Xác định ứng suất do bản thân đất nền gây ra
- Xác định ứng suất do tải trọng ngoài gây ra: bài toán không gian và bài toán phẳng
Từ đó xác định được trạng thái ứng suất trong đất nền và vùng ảnh hưởng lún. Nghiên cứu
tính ổn định, khả năng chịu tải, tình hình biến dạng đất nền để phục vụ cho việc tính toán,
thiết kế nền móng.
- Áp lực nước lổ r
ỗng và ứng suất hữu hiệu

- Ứng suất tiếp xúc dưới đáy móng

Chương 3: Biến dạng và độ lún của nền đất
- Lí thuyết cố kết thấm của Terzaghi, định luật nén lún
- Xác định độ lún ổn định của công trình theo 2 phương pháp:
+ Tổng phân tố (cộng lún từng lớp)
+ Lớp tương đương
- Tính toán độ lún theo thời gian


Bài Giảng Cơ Học Đất. GV. Lê Văn Phúc
Trang - 3
Chương 4: Sức chịu tải của đất nền
- Sức chống cắt của đất
- Các định luật cắt – Định luật Coulomb
- Các thí nghiệm cắt trực tiếp và nén ba trục
- Khả năng chịu tải của đất nền R

Chương 5: Ổn định của mái đất
- Nguyên nhân làm mất ổn định mái dốc .
- Các biện pháp nâng cao ổn định bờ dốc.
- Tính ổn định mái dốc.
Chương 6: Áp lực ngang của đất
- Xác định các loại áp lực:
+ Áp lực chủ động
+ Áp lực bị động
+ Áp lực tĩnh
- Kiểm tra ổn định trượt phẳng, trượt sâu và lật của tường

3. Các yêu cầu của môn học:

- Chuyên cần 10%
- Kiểm tra giữa học kỳ 30%
- Thi cuối học kỳ 60%

4. Tài liệu tham khảo:
1. Giáo trình cơ học đất của Whitlow – Biên dịch: Nguyễn Uyên, Trịnh Văn Cương,
Hiệu chỉnh:Vũ Công Ngữ - NXB Giáo Dục.
2. Cơ học đất Nguyễn Đình Dũng – NXB Xây Dựng
3. Giáo trình Cơ học đất, nhà xuất bản Bộ Giáo dục và Đào tạo (1995), Lê Quí An,
Nguyễn Công Mẫn, Nguyễn Văn Quí.
4. Cơ học đất, Nhà xuất bản ĐH Quốc Gia TP. HCM (2004), Châu Ngọc Ẩn.
5. Bài tập Cơ học đất, nhà xuất bản Bộ Giáo dục và Đào tạo (2000), Vũ Công Ngữ,
Nguyễn Văn Thông.
6. Một số tài liệu tham khảo trong và ngoài nước khác








Bài Giảng Cơ Học Đất. GV. Lê Văn Phúc
Trang - 4
Chương 1: TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT


1.1 Nguồn gốc và sự hình thành đất

- Đất là sản phẩm do đá bị phân hóa tạo nên

- Quá trình phá hoại và làm thay đổi thành phần của đá gốc do ảnh hưởng của các tác dụng
vật lí và hóa học phụ thuộc vào các yếu tố khác nhau gọi là quá trình phong hóa, chia ra làm 2
loại:
+ Phong hóa vật lí: do sự thay đổi nhiệt độ, gió, … làm cho đá bị nứt nẻ, bào mòn …
biến thành đất.
+ Phong hóa hóa học: dưới tác dụ
ng của nước, khí (O
2
, CO
2
, …) làm cho đá biến thành
đất.

1.2 Các loại trầm tích của đất

Tàn tích: Sau khi bị phân hóa, đất nằm nguyên tại chổ, các hạt của nó đều có gốc cạnh và
không làm thay đổi thành phần hóa học của đá.

Trầm tích: Trong quá trình bị phong hóa, đất được nước và gió vận chuyển từ vị trí cao đến
ví trí thấp làm cho các hạt tròn nhẵn và thành phần hóa học của đá gốc bị thay đổi.

Sườn tích: Sả
n phẩm phong hóa từ cao do nước mưa mà di chuyển đến lưng chừng hay chân
dốc, tạo nên các sườn tích. Nhiều trường hợp sườn tích không ổn định, tạo nên những sườn
dốc rất dễ bị trượt, rất nguy hiểm và gây khó khăn cho việc xây dựng.

Các dạng trầm tích của đất được miêu tả sơ bộ như hình vẽ 1.1.

Hình 1.1 Mô tả các dạng trầm tích của đất

1.3 Các pha tạ
o thành đất:

Đất là loại vật thể rời, phân tán, không liên tục như các vật liệu khác. Ở trạng thái tự nhiên đất
là một hệ thống phức tạp bao gồm các hạt khoáng vật bé có kích thước khác nhau hợp thành.
Các hạt này tạo thành khung kết cấu có nhiều lổ rỗng, trong đó chứa nước và khí. Có thể xem
đất gồm 3 thể (3 pha) tạo thành:
- Pha rắn: Hạt đất
- Pha lỏng: Nước trong đất
- Pha khí: Khí trong đất
Các pha này sắ
p xếp xen kẻ, chằng chịt và rất chặt chẻ với nhau, nhưng để đơn giản cho việc
nghiên cứu, chúng ta có thể xem 3 pha tách rời nhau như hình vẽ 1.2.
Tr
ầm tích
Sườn tích

Tàn tích
Bài Giảng Cơ Học Đất. GV. Lê Văn Phúc
Trang - 5

Các pha ở trạng thái tự nhiên Mô hình 3 pha của 1 mẫu đất

Hình 1.2 Mẫu đất tự nhiên và mô hình 3 pha

1.3.1 Pha rắn
- Chiếm phần lớn thể tích của đất, do đó ảnh hưởng đến tính chất cơ-lí của đất. Ví dụ: Đất sỏi,
sạn, sét laterit … có hạt chiếm thể tích lớn nên đất có khả năng chịu lực cao; đất bùn, bùn sét

… có thể tích lổ rỗng lớn hay thể tích hạt chiếm tỉ l
ệ nhỏ nên đất có khả năng chịu lực thấp.
- Bao gồm các hạt khoáng vật (hạt đất) có kích thước từ vài cm đến vài phần 100 hay
vài/1000 mm. Tính chất của đất phụ thuộc vào:
+ Độ lớn
+ Hình dạng
+ Thành phần khoáng của chúng

Thành phần khoáng

Phụ thuộc chủ yếu vào thành phần của đá gốc, cũng như tác dụng phong hóa đối với đá
ấy. Tùy thuộc vào các tác dụng phong hóa khác nhau mà nó các tính chất khác nhau. Các
khoáng hợp thành đất có thể chia ra làm 2 loại:
- Khoáng vật nguyên sinh: chúng thường gặp trong thực tế dưới dạng fenpat, thạch anh, mica
… các hạt đất có thành phần khoáng này thường có kích thước lớn.
- Khoáng vật thứ sinh:
+ Loại hòa tan trong nước: thạch cao, mica trắng, canxit, muối mõ …
+ Loại không hòa tan: kaolinit, ilit, montmorilonit, sét …

* Khi các nhóm hạt có kích thước lớn, thành phần khoáng không ảnh hưởng nhiều đến tính
chất cơ-lí của đất. Nhưng khi chúng có kích thước nhỏ thì thành phần khoáng đóng vai trò chủ
yếu quyế
t định đến tính chất cơ-lí của đất.

Thành phần hạt

Hình dạng: Có nhiều dạng: đơn, cầu, hình góc cạnh, hình phiến, lá, que, kim …


Hạt thô Hạt mịn

Hình 1.3 Các loại hình dạng của hạt đất

* Những hạt khoáng vật có kích thước lớn thì hình dạng của chúng ảnh hưởng đến tính chất
của đất
Nư
ớc
Hạt rắn
Khí
Bài Giảng Cơ Học Đất. GV. Lê Văn Phúc
Trang - 6
Kích thước
Kích thước các cở hạt trong đất được phân ra làm 2 cở hạt chính: Hạt thô và hạt mịn.

Bảng 1.1 Phân loại kích thước hạt đất

Mô tả Đường kính (mm)
Thô 60 – 20
Trung 20 – 6,0
Sỏi, sạn
Mịn 6,0 – 2,0
Thô 2,0 – 0,6
Trung 0,6 – 0,2
Cát
Mịn 0,2 – 0,05
Thô 0,05 – 0,02
Trung 0,02 – 0,005
Hạt thô
Bụi (Silt)
Mịn 0,005 – 0,002

Hạt mịn Sét < 0,002


Tỉ diện của đất
Là tổng diện tích của bề mặt hạt đất trên một đơn vị khối lượng
- Kaolinit: 15 m
2
/g
- Ilit: 80 m
2
/g
- Montmorilonit: 800 m
2
/g

* Những hạt khoáng có tỉ diện lớn -> năng lượng mặt ngoài lớn -> có những tính chất rất độc
đáo, ví dụ Montmorilonit co tỉ diện lớn nên chúng có tính chất hấp thụ rất mạnh và có tính nở
lớn khi gặp nước.

Kết cấu của hạt đất

Có 3 dạng chính
- Kết cấu đơn
- Kết cấu tổ ong
- Kết cấu bông

Cách xác định % nhóm hạt trong đất

Dựa vào đường cấp phối hạt, là đường biểu diễn tỉ lệ % các nhóm hạt khác nhau trong đất, có
2 phương pháp để xác định.

- Phương pháp cơ học hay pp rây sàng: Dùng cho hạt có D > 0,074 mm, cho các hạt lọt qua
các sàng với mắt lưới đã được xác định trước kích thước (thí nghiệm rây sàng). Tính % trọng
lượng nhỏ hơn (khối lượng đất lọt qua rây có đường kính D / khối lượng tổng cộng của mẫu
đất).
- Phương pháp lắ
ng đọng: D < 0,074 mm, dựa vào định luật Stockes cho vật thể hình cầu rơi
trong một chất lỏng phụ thuộc vào đường kính D, tỉ trọng hạt, tỉ trọng dung dịch và độ nhớt
dung dịch (thí nghiệm lắng đọng).

Bài Giảng Cơ Học Đất. GV. Lê Văn Phúc
Trang - 7
Bảng 1.2 Kích thước mắt rây

Cở rây / Số hiệu Đường kính D (mm)
4’’ (cở rây) 101,6
2’’ 50,8
1’’ 25,4
3/4 ’’ 19,1
1/2 ’’ 12,7
3/8’’ 9,51
# 4 (số hiệu) 4,76
# 6 3,36




Rây khô
# 10 2,00
# 20 0,84
# 40 0,42

# 60 0,25
# 100 0,149


Rây rửa
# 200 0,074

- Xác định đường kính hạt




18
2
D
v
dds




v : vận tốc rơi của hạt (cm/s)

s
: dung trọng (trọng lượng riêng) của hạt (g/cm
3
)

dd
: dung trọng (trọng lượng riêng) của chất lỏng (g/cm

3
)  
w
(dung trọng của nước)
 : độ nhớt dung dịch (g.s/cm
2
) =

/g,
 : độ nhớt đơn vị của dung dịch hay Poise (dynes.s/cm
2
)
D : đường kính hạt (cm)
g : gia tốc trọng trường = 981 cm/s
2

t
h
v 
(
t
h
60

) ;
w
s
s
G





h : chiều cao rơi của hạt (cm)
t : thời gian rơi (phút)
G
s
: tỉ trọng hạt
Từ đó ta có công thức xác định đường kính hạt

t
h
gG
D
ws


)1(60
18


(cm)
Trong thí nghiệm lắng đọng, lấy 
w
= 1 g/cm
3
, h = H
R
, đường kính hạt được xác định:
t

H
G
D
R
s
)1(.60.981
1800



(mm)
D: đường kính hạt (mm),
H
R
(cm) là chiều cao rơi của hạt đến tâm bầu tỉ trọng kế, xác định từ số đọc trên tỉ trọng
kế đã hiệu chỉnh R
c

t = (phút): thời gian rơi của tỉ trọng kế,
Bài Giảng Cơ Học Đất. GV. Lê Văn Phúc
Trang - 8
G
s
: tỉ trọng hạt,

: độ nhớt đơn vị của nước hay Poise (dynes.s/cm
2
).

Phương trình trên chỉ dùng cho các loại đất có đk 0,0002 mm – 0,2 mm (D > 0,2 mm => dòng

rối trong chất lỏng, D < 0,0002 mm => hiện tượng chuyển động Brown)

Bảng 1.3 Bảng tra độ nhớt đơn vị or Poise

(dynes.s/cm
2
)

Nhiệt độ Độ nhớt Nhiệt độ Độ nhớt
18 0,01056 29 0,00818
19 0,01050 30 0,00801
20 0,01005 31 0,00784
21 0,00981 32 0,00768
22 0,00958 33 0,00752
23 0,00936 34 0,00737
24 0,00914 35 0,00722
25 0,00894 36 0,00718
26 0,00874 37 00,695
27 0,00854 38 0,00681
28 0,00836 39 0,00668

- Tính H
R
từ số đọc trên tỉ trọng kế R
c
:
Sơ đồ tính như sau:

Hình 1.4 Sơ đồ tính H
R


Khi cho tỉ trọng kế vào thì mực nước trong ống đo dâng lên đoạn
V
h
/A. Khi đó chất điểm tại
L
V
h
/A
V
h
/2A

a
h
1030
1000
O
H
R
=h-V
h
/2A
Bài Giảng Cơ Học Đất. GV. Lê Văn Phúc
Trang - 9
tâm bầu (ứng với độ sâu H
R
) sẽ dâng lên đoạn V
h
/2A.

A2
V
h
A2
V
A
V
hH
hhh
R


Với
)( MN
N
L
h 

=>
A2
V
a)MN(
N
L
H
h
R

Trong đó H
R
(cm) là chiều cao rơi của hạt đến tâm bầu tỉ trọng kế
A : Diện tích ngang của bình đựng huyền phù thí nghiệm; A= 30cm
2

V
h
: Thể tích của bầu tỉ trọng kế 151H , V
h
= 73ml = 73cm
3

h : Độ sâu từ mặt huyền phù đến tâm bầu tỉ trọng kế (cm)

a : Khoảng cách từ tâm bầu đến vạch chia thấp nhất (1030);
a=9,511cm

L : Khoảng cách từ vạch chia thấp nhất (1030) đến vạch chia 1000; L=8,0cm
N : Số vạch chia ( phần ngàn) tính từ vạch chia 1030 đến vạch chia 1000;
N=30
M : Số vạch chia (phần ngàn) tính từ vạch chia đọc được trị số R
c
trên thang tỉ
trọng kế đến vạch chia 1000
* Đọc số R lấy 2 số cuối cùng
Ví dụ : 1000 ta đọc là 0
1012 là 12
Trong quá trình đọc sẽ có sai số do: nhiệt độ, mặt khum, hóa chất, mắt đọc, … , ta sẽ có số
đọc sau khi hiệu chỉnh là:

R
c
= R + c
t
+ c
m

R : số đọc từ thủy trọng kế
c
t
: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ
c
m
: hệ số điều chỉnh mặt khum, c

m
= 0.0004 x 10
3
(= 0,4)

(Tỉ trọng kế được chia độ theo mép dưới của mặt khum. Thông thường khi đọc, ta chỉ đọc
được số đọc theo mép trên của mặt khum do huyền phù không trong suốt).

Bảng tra hệ số hiệu chỉnh c
t


t (
0
C) c
t
t (
0
C) c
t

18 -0,4 29 2,2
20 0,0 30 2,5
21 0,3 31 2,8
22 0,5 32 3,2
23 0,7 33 3,5
24 1,0 34 3,9
25 1,2 35 4,2
26 1,5 36 4,5
27 1,7 37 4,9

28 2,0 38 5,3

Bài Giảng Cơ Học Đất. GV. Lê Văn Phúc
Trang - 10
Để tiện tính toán, người ta lập sẵn bảng tra H
R
từ số đọc R
c
của tỉ trọng kế sau khi đã hiệu
chỉnh.

Bảng tra giá trị H
R
từ số đọc đã hiệu chỉnh R
c
, (loại 151H):

Rc Hr (cm) Rc Hr (cm) Rc Hr (cm) Rc Hr (cm)
0 16.31013.72011.030 8.4
1 16.01113.42110.731 8.1
2 15.81213.12210.532 7.8
3 15.51312.92310.233 7.6
4 15.21412.62410.034 7.3
5 15.0 15 12.3 25 9.7 35 7.0
6 14.7 16 12.1 26 9.4 36 6.8
7 14.4 17 11.8 27 9.2 37 6.5
8 14.2 18 11.5 28 8.9 38 6.2
9 13.91911.329 8.6
Thủy kế 151H

- Phần trăm trọng lượng đất có đường kính < D


m
RGG
N
css
)1/(
%



Trong đó m là trọng lượng đất đem thí nghiệm.

* Tại thời điểm đọc số R ở độ sâu H (gần tâm bầu tỉ trọng kế), tại đó chỉ có các hạt có đường
kính < D. Gọi P là trọng lượng của nhóm hạt < D/1000 cm
3
huyền phù => trọng lượng 1 đơn
vị thể tích huyền phù gần tâm bầu gồm: trọng lượng phần hạt (P/1000) + trọng lượng phần
nước.
Tỉ trọng của huyền phù ở độ sâu H:
w
s
hp
G
G
PP
G










1000
1
1000

Mặt khác theo số đọc của tỉ trọng kế thì tỉ trọng của huyền phù tại tâm bầu:

1000
1
R
G
hp


=>
w
s
G
G
PPR










1000
1
10001000
1

Xem G
w
= 1
=>









s
G
PR
1
1

=>

R
G
G
P
s
s
1


Gọi m là khối lượng mẫu đất khô để tạo 1000 cm huyền phù, % tích lũy của nhóm hạt có
đường kính < D:

%100
1
%100
m
R
G
G
m
P
N
s
s



Bài Giảng Cơ Học Đất. GV. Lê Văn Phúc

Trang - 11

%100
1
m
R
G
G
N
c
s
s




- Đường cấp phối hạt có thể biểu diễn trên biểu đồ nửa logarit với trục hồnh là logD và trục
tung là % trọng lượng lọt qua rây (rây sàng) hay % trọng lượng mịn hơn (lắng đọng).

Từ đường cong cấp phối hạt, ta xác định được % các nhóm hạt trong đất.

0
10
20
30
40
50
60
70
80

90
100
0.0010.0100.1001.00010.000
Đường kính cỡ hạt (mm)
Phần trăm hạt mòn hơn (%)

Hình 1.5a Đường cong cấp phối hạt

Hình 1.5b Các dạng đường cong cấp phối hạt

Có 3 dạng cấp phối chính:
- Dạng thoai thoải (1): cấp phối tốt
- Dạng dốc đứng (2): cấp phối xấu
- Dạng bậc thang (3): cấp phối trung bình

Các hệ số:

- Hệ số đồng nhất:
Log D
% trọng lượng mịn hơn
2
3
1
Cở rây / số hiệu
Bài Giảng Cơ Học Đất. GV. Lê Văn Phúc
Trang - 12
C
u
= D
60

/ D
10

C
u
> 4 : sỏi sạn
C
u
> 6 : cát

- Hệ số hình dạng (đường cấp phối) C
g
hay C
c
:


6010
2
30
DD
D
C
g


1 < C
g
< 3: Cấp phối tốt (thoai thoải)

Trong đó:
D
60
; D
30
; D
10
: Đường kính cở hạt mà những hạt có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng nó
chiếm 60% ; 30% ; 10% theo thứ tự.

- Đường cấp phối càng dốc, đất càng đồng nhất -> cấp phối xấu.
- Đường cấp phối càng thoải, đất càng không đồng nhất -> cấp phối tốt.
Khi đất không đồng nhất, trong đất bao gồm các hạt lớn và bé khác nhau. Những hạt bé sẽ lấp
đầy lổ rỗng giữ
a các hạt lớn làm cho đất có: độ chặt cao, tính thấm nhỏ, tính nén lún nhỏ và
khả năng chịu tải và sức chống cắt lớn.

1.3.2 Pha lỏng

Xét hạt khoáng vật đơn giản có dạng hình cầu, mang điện tích dương (+) ở hạt nhân và xung
quang nó sẽ mang điện tích âm (-). Tiến hành thí nghiệm điện thấm, nước sẽ chuyển động về
cực âm còn hạt khoáng vật sẽ di chuyển về điện cực dương.

Hình 1.6 Các dạng nước trong hạt khoáng vật

Qua kính vi cực nhạy, các nhà bác học đã nghiên cứu và có thể chia nước trong đất ra làm 3
loại chính:
- Nước trong hạt khoáng vật
- Nước hút bám
+ Nước bám sát vào hạt khoáng (nước liên kết)

+ Nước màng mỏng: nước liên kết mạnh và nước liện kết yếu
- Nước tự do: nước mao dẫn và nước trọng lực
Dưới tác dụng của lực hút tĩnh điện, phân tử nước có xu hướng bám sát vào các hạt khoáng
vật. Các phân tử
nước nằm càng xa thì năng lượng tĩnh điện càng giảm, do đó lực hút càng
giảm, nên chúng liên kết càng yếu. Nằm ngoài bán kính của lực hút đó là các phân tử nước tự
do.
N
ước trong hạt
khóang vật
Nư
ớc hút bám
Nư
ớc tự do
Nư
ớc màng mỏng
Bài Giảng Cơ Học Đất. GV. Lê Văn Phúc
Trang - 13
Nước trong hạt khoáng vật
Nước tự do (trong lỗ rỗng)
Nước liên kết yếu
Nước liên kết mạnh
Nước hút bám
Nước màng mỏng


Nước trong hạt khống vật

Cũng như các loại vật thể khác, trong các hạt khống cũng có mặt nước. Chúng tồn tại dưới
dạng phân tử hoặc ion. Nước này rất khó bị tách rời, chỉ bị tách rời khi ở nhiệt độ cao hay áp

suất lớn. Loại nước này khơng ảnh hưởng đến q trình biến dạng và sức chịu lực của đất nền.

Nước hút bám

Nước bám sát vào mặt ngồi hạt khống (nước liên kết): Bám rất chặt vào các hạt khống vật,
loại nước này khơng hòa tan trong muối, khơng dịch chuyển từ hạt này sang hạt khác, khơng
truyền áp lực thủy tĩnh.
Nước màng mỏng: Bám tương đối chặt vào các hạt khống vật, có thể bị dịch chuyển và hòa
tan muối. Khi bị tác dụng áp lực > 2 kG/cm
2
nước này sẽ thốt ra ngồi, gây nên biến dạng
của nền cơng trình.

Nước tự do

Nước này có tính chất như nước ở thể lỏng trạng thái thường. Dưới sự thay đổi nhiệt độ, áp
suất, tải trọng, … nước này sẽ thốt ra ngồi gây nên độ lún đáng kể của nền cơng trình. Lợi
dụng tính chất đó mà chúng ta sử dụng các phương pháp để vắt ép nước ra khỏi đất như:
giếng cát, cọc bản nhựa, bấc thấm, vải địa kỹ thuật, … để làm t
ăng khả năng chịu tải của đất
nền.
-
Nước mao dẫn: phát sinh do trong đất có lổ rỗng, dưới lực căng mặt ngồi mà chúng tồn tại
trong các lổ rỗng chằng chịt đó.
-
Nước trọng lực: tồn tại do q trình chênh lệch cột áp.

1.3.3 Pha khí

Khí hòa tan trong nước: khơng ảnh hưởng đến tính chất của đất

Khí khơng hòa tan trong nước
Khí kín: Loại khí tồn tại trong lổ rỗng của đất, khơng thơng với khí quyển. Ảnh hưởng rỏ rệt
đến tính biến dạng của đất nền, tạo nên tính nén và tăng tính đàn hồi của đất.
Khí hở: Thơng với khí quyển, khi chịu tải trọng khí này sẽ thốt ra ngồi gây nên độ lún của
đất nền.

Bài Giảng Cơ Học Đất. GV. Lê Văn Phúc
Trang - 14

Khí kín Khí hở
Hình 1.7 Các dạng khí trong đất

1.4 Các chỉ tiêu vật lí của đất

Để xác định các chỉ tiêu vật lí, một mẫu đất được mô hình 3 pha như hình vẽ.



Hình 1.8 Sơ đồ 3 pha

Q = Q
a
+ Q
w
+ Q
s

V = V
a

+ V
w
+ V
s

V
v
= V
a
+ V
w


Trọng lượng riêng (dung trọng): kí hiệu , đơn vị kN/m
3
, T/m
3
, g/cm
3
.

Trọng lượng riêng (dung trọng) tự nhiên

V
Q




Cách xác định

 : Dùng dao vòng để lấy mẫu, cân trọng lượng mẫu Q, thể tích dao vòng đã
biết V, từ đó xác định được


Đất tốt:
 > 19 kN/m
3

Trung bình:
 = 17 – 19 kN/m
3

Yếu:
 < 17 kN/m
3

Bùn yếu:
 = 14 – 16 kN/m
3


Trọng lượng riêng khô

V
Q
d
d



Q
d
là khối lượng mẫu đất đã sấy khô hoàn toàn (105
0
C, trong 24h)

Trọng lượng riêng hạt: Là trọng lượng riêng của đất ở trạng thái khô và chặt hoàn toàn

V
a
V
w
V
s
Q
a
Q
s
Q
w
Bài Giảng Cơ Học Đất. GV. Lê Văn Phúc
Trang - 15
s
s
s
V
Q



Q
s
là khối lượng của hạt đất (đã sấy khô hoàn toàn ở 105
0
C, trong 24h)

Trọng lượng riêng đẩy nổi

V
VQ
V
QQ
wssws






'

Q
w
là khối lượng nước trong đất, 
w
là trọng lượng riêng (dung trọng) của nước - thường lấy

w
= 10 kN/m
3

’ được sử dụng khi đất có khả năng bị đẩy nổi. Đất bị đẩy nổi là loại đất có xu hướng bị nước
đẩy lên trên do lực đẩy Acsimet.

Trọng lượng riêng no nước

V
QQ
ws
sat




Q
w
là khối lượng của nước khi nước lấp đầy các lổ rỗng

Tỉ trọng hạt

Là khối lượng hạt / khối lượng nước
có cùng thể tích











w
s
ww
s
w
s
s
V
Q
Q
Q
G





Cách thí nghiệm: Dùng bình đo tỉ trọng. Cân trọng lượng hạt đất (đã sấy khô) làm thí nghiệm
M
s
. Cân trọng lượng bình + nước ở T
0
C là M
bw
. Cân trọng lượng bình + nước + đất là M
bws
.
Hệ số điều chỉnh

 theo nhiệt độ.

bwssbw
s
s
MMM
M
G





Tỉ trọng G
s
phụ thuộc vào từng loại đất:
Cát G
s
= 2,65 – 2,67
Cát pha bụi (silt) G
s
= 2,67 – 2,70
Sét G
s
= 2,70 – 2,80
Đất chứa nhiều mica và sắt G
s
= 2,65 – 2,67
Đất hữu cơ G
s

< 2,0

Độ ẩm


(%)
s
w
Q
Q
w

Đối với đất có w lớn: đất yếu, w nhỏ: đất tốt, đất bùn có w > 60%, đất có w < 30%: tương đối
tốt.

Bài Giảng Cơ Học Đất. GV. Lê Văn Phúc
Trang - 16
Độ bảo hòa (độ no nước)

(%)
v
w
r
V
V
S 

V
w
là thể tích nước trong đất, V

v
là thể tích lổ rỗng trong đất
S
r
> 80% : đất bảo hòa
50% < S
r
 80% : đất ẩm
S
r
 50% : đất tương đối khô
Độ rỗng
(%)
V
V
n
v


Hệ số rỗng
s
v
V
V
e 
V
v
là thể tích lổ rỗng, V
s
là thể tích hạt

Hệ số rỗng càng lớn thì đất càng yếu
e < 1 đất khá chặt
e > 1 đất rời, xốp

Độ chứa không khí A
v
: là tỷ số giữa giữa thể tích không khí trong lỗ rỗng và thể tích riêng
của đất

)1(
1
)1(
r
r
v
Sn
e
Se
A 






Các công thức qui đổi

Dựa vào định nghĩa và sơ đồ 3 pha chúng ta có các công thức qui đổi sau:

1.

1
)01,01(





wG
e
ws

2.
1
d
s
e




3.
(%)
1 e
e
n


4.
n
n

e


100


5.
wss
G




6.
(%)
)01,01(
01,0




wG
wG
S
ws
s
r


Bài Giảng Cơ Học Đất. GV. Lê Văn Phúc

Trang - 17
7.
(%)
01,0
e
Gw
S
s
r



8.
n
d
s
01,01





9.
)01,01( n
sd




10.
w
d
01,01





11.
wsat



'
(đối với đất bảo hòa toàn)

12.
e
G
ws



1
)1(
'



* Chứng minh các công thức qui đổi:

1.
1
)01,01(





wG
e
ws

1
)01,01(
1
)(
11
/
/
















wG
Q
GQQ
Q
Q
Q
Q
V
VV
V
V
e
ws
s
wssw
s
s
sss
s
s
v

2.

1
d
s
e



11
/
1
/
1 


d
s
s
s
ssss
s
s
v
VQQ
V
V
V
V
VV
V
V

e





3.
w
d
01,01





wQQQQ
Q
Q
Q
V
Q
sns
sss
d
01,01/)(/ 










4.
e
G
ws



1
)1(
'



e
G
VVVV
G
VV
VG
V
V
V
VV
V
VG
ws

svss
ws
vs
swwsswsswsssws















1
)1(
//
)1()()(
'












5.
(%)
1 e
e
n



e
e
e
V
VV
V
V
n
v
vs
v







1
1
1
11

6.
(%)
01,0
e
Gw
S
s
r


Bài Giảng Cơ Học Đất. GV. Lê Văn Phúc
Trang - 18
e
Gw
e
Q
Q
e
Q
Q
VV
VV
V
V
S

ss
s
w
w
ss
ww
sv
sw
v
w
r
01,0
/
/
/
/






7.
(%)
)01,01(
01,0





wG
wG
S
ws
s
r

Theo 1 & 6 ta có:








)01,01(
01,0
)01,01(
01,001,0
wG
Gw
wG
Gw
e
Gw
S
ws
s
ws

ss
r



1.5 Các trạng thái của đất

1.5.1 Đất rời (đất cát)

Trạng thái của đất dựa vào hệ số rỗng e

Chia làm 3 trạng thái: chặt, chặt vừa và xốp.

Bảng 1.4 Phân loại trạng thái của đất rời theo hệ số rỗng e

Tên đất TT chặt TT chặt vừa TT rời, xốp
Cát sỏi, cát thô, cát vừa e < 0,55 0,55 ≤ e ≤ 0,7 e > 0,7
Cát nhỏ e < 0,6 0,6 ≤ e < 0,75 e > 0,75
Cát bột e < 0,6 0,6 ≤ e ≤ 0,8 e > 0,8

Trạng thái của đất dựa vào độ chặt tương đối D

minmax
max
ee
ee
D




e : hệ số rỗng của đất ở trạng thái tự nhiên
e
max
: hệ số rỗng của đất ở trạng thái rời rạc nhất
e
min
: hệ số rỗng của đất ở trạng thái chặt nhất

Bảng 1.4 Phân loại trạng thái của đất rời theo độ chặt tương đối D

D Trạng thái của đất
0 ≤ D < 0,33 Xốp
0,33 ≤ D < 0,67 Chặt vừa
0,67 ≤ D ≤ 1,0 Chặt


Cách xác định e
max
: Sấy khô mẫu đất rồi cho vào bình khắc độ từ đó xách định được V,
sau đó cho vào bình chứa nước để xác định V
s
, từ đó xác định được e
max
.

Tìm e
min
: Dùng chấn động để nén chặt mẫu đất đến một thể tích không đổi trong bình có
Bài Giảng Cơ Học Đất. GV. Lê Văn Phúc

Trang - 19
khắc độ, từ đó xác định V, cho nước vào thì xác định được V
s
, xác định được e
min
.

Phương pháp này còn hạn chế vì do ảnh hưởng của cách thực hiện xác định e
max
, e
min
chưa
thực sự chính xác.

Theo ASTM xác định trạng thái của đất dựa vào D
r


d
d
dd
dd
r
D





max.

min.max.
min.






d.max
: trọng lượng riêng khô của đất ở trạng thái chặt nhất

d.min
: trọng lượng riêng khô của đất ở trạng thái xốp nhất

d
: trọng lượng riêng khô của đất ở trạng thái tự nhiên

Bảng 1.5 Phân loại trạng thái của đất rời theo D
r


D
r
Trạng thái
0 ÷ 15 Rất xốp
15 ÷ 50 Xốp
50 ÷ 70 Chặt vừa
70 ÷ 85 Chặt
85 ÷ 100 Rất chặt

1.5.2 Đất dính (Á cát, á sét, sét, …)

Chúng ta có thể biểu diễn các trạng thái của đất theo quan hệ w và V.


Hình 1.9 Trạng thái của đất theo quan hệ V – w


Thí nghiệm xác định w
L
(Casagrande):
- Dùng khoảng 100 g đất lọt qua rây N40, trộn với nước vừa đủ nhão
- Lấy đất vừa trộn trét vào khỏang 2/3 chỏm cầu (tránh bọt khí)
V
w
w
L
w
P
w
co
Rắn
N
ửa cứng Dẻo
N
hão
Bài Giảng Cơ Học Đất. GV. Lê Văn Phúc
Trang - 20
0

5
10
15
20
25
30
35
40
45
1 10 100
Số lần rơi N
Độ ẩm W (%)
- Dùng dao cắt rãnh, chia đất trong chỏm cầu thành 2 phần bằng nhau (khoảng cách khe hở 2
mm, dày 8 mm)
- Cho chỏm cầu nâng lên và rơi xuống h
r
= 1 cm, vận tốc v = 1 lần/30s, đếm số lần rơi N cho
đến khi đất ở 2 phần chỏm cầu khép lại
- Lấy đất nơi khép lại trong chỏm cầu bỏ vào lon, cân, đem mẫu sấy khô (24h), cân mẫu đất
khô; xác định độ ẩm.
- Lấy đất trong chỏm cầu ra, trộn đều cho bốc bớt hơi nước, làm lại TN như trên.
- Làm TN tương tự khoảng 3-4 lần, xác định số lần r
ơi N
i-1
< 25 < N
i

- Vẽ biểu đồ quan hệ giữa w ~ logN; w
L
tương ứng với w tại N = 25 => Xác định giới hạn

nhão w
L
.


Thí nghiệm xác định w
P
(lăn tay):
- Lấy phần đất dư từ TN giới hạn nhão, trộn đều, để cho bốc hết hơi nước
- Sau đó dùng tay ve tròn thành những con lăn (dùng 4 đầu ngón tay để lăn). Khi thấy những
que đất d = 3 mm và bắt đầu nứt thì đem những mẫu đất đó cân, sấy khô để xác định độ ẩm
(Nếu d > 3 mm, nứt thì thêm nước; d < 3 mm, chưa nứt thì gấp lại xe tiếp). Làm thí nghiệm 2
lần song song và lấy kết qu
ả trung bình; sai số 2 lần TN < 2%.


Hình 1.10a Giới hạn nhão từ TN Cassagrande

25
Lo
g
N
w
w
L
Bài Giảng Cơ Học Đất. GV. Lê Văn Phúc
Trang - 21
Hình 1.10b Giới hạn nhão từ TN Cassagrande


Phân loại trạng thái theo TCVN

Dựa vào chỉ số nhão I
L


PL
P
L
ww
ww
I




w : độ ẩm của đất ở trạng thái tự nhiên
w
L
: độ ẩm giới hạn nhão hay chảy (từ trạng thái dẻo sang trạng thái nhão). Xác định bằng pp
Casagrande hoặc vaxiliev.
w
P
: độ ẩm giới hạn dẻo (từ trạng thái cứng sang trạng thái dẻo). Xác định bằng pp lăn tay.
Ta có thể lập trục trạng thái theo I
L


Bảng 1.6 Phân loại trạng thái đất dính theo chỉ số nhão (TCVN)

Loại đất Tên và trạng thái I
L

Cứng I
L
< 0
Dẻo 0 ≤ I
L
≤ 1
Cát pha
Nhão I
L
> 1
Cứng (rắn) I
L

< 0
Nửa cứng (bán rắn) 0 < I
L
≤ 0,25
Dẻo cứng 0,25 < I
L
≤ 0,5
Dẻo mềm 0,5 < I
L
≤ 0,75
Dẻo nhão 0,75 < I
L
≤ 1
Sét pha, sét
Nhão (chảy) I
L
> 1

 Phân loại trạng thái theo ASTM
Trạng thái của đất dính được phân thành 3 trạng thái chính

I
L
< 0 : Cứng
0 ≤ I
L
≤ 1 : Dẻo
I
L
> 1 : Chảy


Dựa theo kết quả của thí nghiệm SPT

Bảng 1.7 Phân loại đất dính và đất rời dựa vào số N của SPT

Đất dính Đất rời
N Trạng thái N Trạng thái
< 2 Nhão (rất mềm) < 4 Bời rời
2 ÷ 4 Dẻo nhão (mềm) 4 ÷ 10 Rời
I
L
= 0
0
,
25
0
,
5
0,75
1
,
0
Cứng
N
ửa cứng
Dẻo cứng
Dẻo mềm
Dẻo chảy
N

hão
Bài Giảng Cơ Học Đất. GV. Lê Văn Phúc
Trang - 22
5 ÷ 8 Dẻo mềm (rắn vừa) 11 ÷ 30 Chặt vừa
9 ÷ 15 Dẻo cứng (rắn) 31 ÷ 50 Chặt
16 ÷ 30 Nửa cứng (rất rắn) > 50 Rất chặt
> 30 Cứng
> 50 Rất cứng


1.6 Phân loại đất

Phân loại đất là để xác định đúng về loại đất, từ đó chọn được phương án xử lí nền móng hợp
lí.
Bảng 1.8 Kích thước hạt đất

Tên hạt đất Kích thước (mm)
Đá lăn, đá hộc > 100
Hạt cuội 100 – 10
Hạt sỏi 10 – 2
Hạt cát
To 2 – 0,5
Vừa 0, 5 – 0,25
Nhỏ 0,25 – 0,05
Hạt bụi To 0,05 – 0,01
Nhỏ 0,01 – 0,005
Hạt sét 0,005 – 0,002
Hạt keo < 0,002

1.6.1 Phân loại đất theo TCVN
 Đất rời
Bảng 1.9 Phân loại đất rời theo TCVN

Loại đất Tên đất Phân phối hạt theo độ lớn tính bằng % kl đất khô
Đá dăm, đá cuội KL hạt có d > 10 mm > 50 %
Đất hòn lớn
Sỏi sạn 2 mm > 50 %
Cát sỏi 2 mm > 25 %
Cát thô 0,5 mm > 50 %
Cát vừa 0,25 mm > 50 %
Cát nhỏ 0,1 mm > 75 %
Đất cát
Cát bột 0,1 mm < 75 %


Đất dính
Phân loại đất theo chỉ số dẻo I
p
từ thí nghiệm Vaxiliev theo TCVN. Trong thí nghiệm này
chúng ta dùng dụng cụ Casagrande để xác định các giới hạn nên muốn đánh giá giá đất theo
TCVN ta có thể chuyển đổi các giá trị giới hạn dẻo và giới hạn chảy cho phù hợp với qui
phạm VN.
Bài Giảng Cơ Học Đất. GV. Lê Văn Phúc
Trang - 23

bwaw
Casa
L
Vaxi

L


w
L
vaxi
, w
L
Casa
là các giới hạn chảy theo Vaxiliev và Casagrande; với a = 0,73 và b = 6,47%
ứng với đất có giới hạn chảy từ 20%  100%
Chỉ số dẻo
I
P
= w
L
– w
P



Bảng 1.10 Phân loại (tên) đất dính theo TCVN dựa theo chỉ số dẻo I
P


Tên đất I
P

Đất cát pha 1 ≤ I
P

< 7
Đất sét pha 7 ≤ I
P
≤ 17
Đất sét 17 < I
P



1.6.2 Phân loại theo ASTM

Bảng 1.11 Phân loại (tên và trạng thái) đất theo ASTM

Loại đất Kí hiệu Phân nhóm Kí hiệu
Sỏi G Cấp phối tốt W
Cát S Cấp phối xấu P
Pha bụi M
Pha sét C
Bụi (silt) M L
Sét C H
Hữu cơ O
Bùn, than bùn P
t


* Đất hạt thô: khi có  50% hạt
trên rây #200 (0,074 mm)
* Đất hạt mịn: khi có  50% hạt
dưới rây #200

Sỏi, sạn (G) :  50% là hạt
thô (trên rây #200; 0,074 mm) và > 50% trên rây #4 (4,76 mm)
-> W (well) khi C
u
 4 và 1  C
g
 3 => GW
-> P (poor) ngược lại => GP
Cát (S) :  50% là hạt
thô (trên rây #200) và > 50% trên rây #4
-> W (well) khi C
u
 6 và 1  C
g
 3 => SW
-> P (poor) ngược lại => SP
-> khi C hay M chứa trên
12% là đất hạt mịn và căn cứ vào đường A -> GC hay GM
-> khi C hay M chứa khoảng 5 % - 12% dùng kí hiệu kép: GW-GC, GP-GC
Sét (C) : > 50% là hạt
mịn (lọt qua rây # 200) và trên đường A (giản đồ Casagrande)
Bụi (silt) (M) : > 50 % là hạt
mịn (lọt qua rây # 200) và dưới đường A
Bài Giảng Cơ Học Đất. GV. Lê Văn Phúc
Trang - 24
-> H (high) khi w
L
≥ 50% => CH hay MH
-> L (low) khi w
L

< 50% => CL hay ML

Các kí hiệu trong giản đồ Casagrande

CL: Sét có độ dẻo thấp
CH: Sét có độ dẻo cao
ML: Bụi (silt) có độ dẻo thấp
MH: Bụi có độ dẻo cao
O: Đất có chứa nhiều hửu cơ

* Đối với đất hạt mịn ta có thể dùng biểu đồ tam giác Phêre để xác định loại đất
- Trên mỗi cạnh biểu thị % của các hạt tìm được từ đường cấp phối hạt gồm 3 nhóm: cát, b
ụi,
sét.
- Từ % đó kẻ 3 đường song song với 3 cạnh, chúng cắt nhau tại 1 điểm, từ đó xác định được
tên đất.

* Ngoài ra người ta còn phân loại đất theo AASHO (AASHTO) (tham khảo).

Chỉ số dẻo I
P
60



50



40

30



20



10



0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Giới hạn chảy w
L

Hình 1.13 Giản đồ Casagrande để xác định tên và trạng thái của đất dính


1.6 Tính đầm chặt của đất
- Những công trình như: đắp nền đường, nền nhà, đê, đập, sân bay, công trình san lắp, hay
những công trình tương tự cần phải lu lèn hay đầm chặt thì trước khi thiết kế cần phải xác
định dung trọng khô 
max
và W
opt
để tối ưu hóa cho công tác lu lèn.

- Những công trình đã thi công (đã lu lèn) cần phải kiểm tra chất lượng và độ chặt nền; cần
phải TN đầm chặt để xác định hệ số đầm chặt k.
- Mục đích chính của việc đầm chặt:
Đất bụi ML
và đất hữu
cơ rất dẻo
Đất sét rất dẻo
CH
Đất hữu cơ r
ấ
t dẻo
OH
Đất sét ít dẻo
CL
Đất hữu cơ r
ấ
t dẻo
MH
I
P
= 0,73(W
L
-20)
CL-ML
Bài Giảng Cơ Học Đất. GV. Lê Văn Phúc
Trang - 25
+ Làm giảm độ lún của nền công trình trong tương lai
+ Làm tăng khả năng chịu tải của đất nền
+ Làm tăng sức chống cắt của đất
+ Làm giảm độ thấm nước qua công trình


Cách xác định
max.d


- Dùng khuôn đầm Proctor tiêu chuẩn V = 944 cm
3
, trọng lượng chày Q = 2,5 kg, chiều cao
rơi h = 30,48 cm .
- Chia thành 3 lớp để đầm, mỗi lớp 25 chày
- Xác định độ ẩm  và w cho các lần đầm
- Xác định 
d

w
d
01,01




- Vẽ đường cong đầm chặt dựa vào quan hệ giữa w và 
d

- Xác định được 
d.max
và w
opt
trong phòng thí nghiệm.


Cách xác định 
d(site)
: có nhiều phương pháp như pp dao vòng, pp sand cone, …

- Dùng pp dao vòng để lấy mẫu ở hiện trường, xác định Q, V và w (bằng cách sấy khô mẫu).

V
Q




w
d
01,01





Hình 1.9a Đường cong đầm chặt của đất


d

w
Đường cong đầm chặt


d.max

Đường bảo hòa S
r
= 1
w
opt
Đường S
r
= 0,8