BÀI GIẢNG HỌC PHẦN: CƠ HỌC ĐẤT NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA
KHOA TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
BÀI GIẢNG
HỌC PHẦN: CƠ HỌC ĐẤT
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT
TUY HÒA, NĂM 2014
(Lưu hành nội bộ)
1
PHẦN 1: LÝ THUYẾT CƠ HỌC ĐẤT
MỞ ĐẦU
Để thực hiện thành công công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước thì
một vấn đề rất quan trọng đó là phát triển cơ sở hạ tầng (đường giao thông, nhà máy
điện, các khu công nghiệp, các tòa nhà cao tầng,…). Chính vì vậy, đòi hỏi phải nghiên
cứu cấu trúc của nền đất xây dựng và phải giải đáp 02 câu hỏi cơ bản sau đây:
1/ Nền đất dự định xây dựng công trình có đặc điểm như thế nào ? (Nền đất có
bao nhiêu lớp, độ dày các lớp, sự phân bố của các lớp)
2/ Tính chất xây dựng của nền đất như thế nào ? (Tính chất cơ lý của các lớp đất,
mức độ nén lún, độ thấm, cường độ)
Giải quyết các vấn đề này là nhiệm vụ của Cơ học đất.
Cơ học đất là môn khoa học chuyên nghiên cứu về đất dựa trên mối quan hệ của
các pha (thành phần) trong đất hoặc tác động của các yếu tố bên ngoài lên đối tượng
nghiên cứu.
Đối tượng nghiên cứu của Cơ học đất là “đất xây dựng”, gọi tắt là đất. Đất được
sử dụng làm nền, làm vật liệu xây dựng và làm đất đắp. Nghiên cứu tính chất của đất
xây dựng có quan hệ mật thiết đến yếu tố kinh tế - kỹ thuật công trình.
2
Chương 1
NGUỒN GỐC VÀ THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT
1.1. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH ĐẤT
Đất được hình thành chủ yếu do quá trình phá hủy các đá của bề mặt thạch quyển

dưới tác động của các yếu tố nội - ngoại sinh.
Dưới tác động của các yếu tố phong hóa, bề mặt thạch quyển bị phá hủy và tạo ra
các hạt có kích thước nhỏ hơn vài chục centimet, được gọi là các hạt đất.
Dựa theo đặc điểm phân bố, người ta phân ra các loại nguồn gốc chính sau:
- Đất tàn tích (e - eluvi): phân bố trực tiếp trên đá mẹ (đá gốc). Đặc điểm của loại
đất này là có sự phân đới theo chiều thẳng đứng; ở phía trên là các hạt mịn, xuống phía
dưới kích thước hạt tăng dần; màu sắc thường sáng màu (đỏ, nâu đỏ, nâu vàng,…).
- Đất sườn tích (d - deluvi): có sự dịch chuyển tương đối so với vị trí của đá mẹ.
Đặc điểm của loại đất này là các loại cỡ hạt phân bố không theo quy luật nhất định,
phân bố chủ yếu ở vùng đồi núi và có màu sắc tương tự đất tàn tích.
- Trầm tích sông (a - aluvi): được hình thành do quá trình vận chuyển, tích tụ của
sông ngòi. Đặc điểm nổi bật của trầm tích sông là thường có tính phân lớp nằm ngang.
Phân bố chủ yếu ở vùng hạ lưu các con sông.
- Trầm tích hồ (l - lake): thường được hình thành tại các lòng hồ, các đoạn sông
bị uốn khúc mạnh mẽ tạo ra “hồ sừng trâu”. Đặc điểm nổi bật của trầm tích hồ là ở
phần trên thường phân bố các hạt có kích thước lớn hơn phần dưới.
- Trầm tích tam giác châu (delta): được thành tạo ở các vùng cửa sông. Các lớp
đất thường có thế nằm đơn nghiên, gợn sóng và chứa nhiều vật chất hữu cơ.
- Ngoài ra, còn có các loại nguồn gốc khác như trầm tích gió, lũ tích, …
Hình 1.1: Trầm tích sông aluvi
1.2. CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT
Đất có cấu tạo gồm 3 thành phần (3 pha): pha rắn (các hạt đất), pha lỏng (nước
chứa trong đất) và pha khí (các lỗ rỗng khí trong đất).
3
Trong thiên nhiên, đất thường chứa cả 3 pha. Tuy nhiên, trong một số trường hợp
thì có thể chứa 2 pha như lúc đất khô hoàn toàn (gồm pha rắn và pha khí) hoặc lúc đất
bão hòa nước (gồm pha rắn và pha lỏng).
Hình 1.2: Mô hình 3 pha của đất
1.2.1. Pha rắn của đất
Pha rắn của đất là các hạt đất (cụ thể là các hạt khoáng vật), có kích thước từ vài

chục centimet đến vài milimet và nhỏ hơn.
Tính chất của đất phụ thuộc nhiều vào thành phần khoáng vật, sự phân bố các
kích thước hạt và các nhóm kích thước hạt chứa trong đất.
1.2.1.1. Thành phần khoáng vật hạt đất
Thành phần khoáng vật hạt đất được biểu thị cụ thể ở sơ đồ dưới đây
Khoáng vật nguyên sinh thường có kích thước lớn hơn 0,002mm, khoáng vật thứ sinh
là khoáng vật đã bị biến đổi để thích nghi với điều kiện hoàn cảnh mới và thường có
kích thước bé hơn 0,002mm.
1.2.1.2. Cấp phối hạt của đất
Trong đất thường chứa vô số hạt với các kích thước khác nhau, vì vậy để thuận
tiện cho việc nghiên cứu tính chất của đất thì người ta phân chia đất thành các nhóm
hạt trên cơ sở các hạt có kích thước nằm trong một phạm vi nhất định và có những tính
chất chủ yếu.
Khoáng vật hạt đất
Khoáng vật vô cơ
Khoáng vật hữu cơ (sản
phẩm phân hủy của động
thực vật)
Khoáng vật nguyên sinh
(thạch anh, fenspat, mica,
…)
Khoáng vật thứ sinh
(canxit, dolomit, caolinit,
iilit,…)
4
Bảng 1.1: Phân chia các nhóm hạt theo quan điểm xây dựng (TCVN)
Stt Tên nhóm hạt Kích thước (mm)
1 Tảng > 200
2 Cuội 200 ÷ 20
3 Sạn, sỏi 20 ÷ 2

4 Cát 2 ÷ 0.05
5 Bụi 0.05 ÷ 0.002
6 Sét < 0.002
Để biểu thị sự phân bố của các nhóm hạt trong đất, người ta tiến hành phân tích
thành phần hạt và biểu diễn trên “Đường cong cấp phối”.
Đường cong cấp phối là đường cong thể hiện mối quan hệ giữa kích thước hạt
và hàm lượng phần trăm (%) trong mẫu đất phân tích.
Hình 1.3: Đường cong cấp phối hạt
Hình 1.4: Các loại đường cong cấp phối hạt
5
Trên hình 1.4 trình bày 3 loại đường cong cấp phối phổ biến:
- Đường cong A: đường cong A có độ dốc lớn chứng tỏ kích thước các hạt đất
phân bố trong một phạm vi hẹp.
- Đường cong B: có độ dốc lớn, chứng tỏ đất có chứa nhiều loại hạt có kích
thước rất khác nhau.
- Đường cong C: có độ cong diễn biến không liên tục, bi gián đoạn bởi đoạn
thẳng nằm ngang, chứng tỏ trong đất thiếu một số cỡ hạt.
Để đánh giá mức độ đều hạt của đất, người ta sử dụng hệ số đồng nhất C
u
và hệ
số đường cong C
C
60
u
10
d
C
d
=
;

2
30
C
60 10
(d )
C
d .d
=
Trong đó: d
n
là kích thước đường kính hạt mà lượng chứa các cỡ nhỏ hơn nó
chiếm n%.
Hình 1.5: Hệ số đồng nhất
Hệ số đồng nhất càng bé thì đường cong cấp phối càng dốc, đường kính hạt càng
đều và ngược lại. Nếu C
u
> 3, C
c
nằm ngoài khoảng 1 ÷ 3 thì đất được coi là không đều
hạt; nếu C
u
≤ 3, C
c
nằm trong khoảng 1 ÷ 3 thì đất được coi là đều hạt.
Ví dụ 1.1: Kết quả phân tích hạt một mẫu đất cát cho trong bảng sau. Hãy vẽ đường
cong cấp phối hạt của loại đất đó (biểu diễn trên đồ thị logarit). Đồng thời, hãy đánh giá mức
độ đều hạt của loại đất này ?
Bảng ghi kết quả phân tích thành phần hạt
Kích thước lỗ rây (mm) 10 5 2 1 0,5 0,25 0,1 < 0,1
Trọng lượng trên rây (g) 10 15 20 30 50 60 10 5

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)
6
Giải thích: Khi thí nghiệm, bộ rây được sử dụng có kích thước lỗ lần lượt là 10; 5; 2; 1;
0,5; 0,25; 0,1 (mm) được chồng lên nhau, rây lỗ to ở trên, rây lỗ nhỏ ở dưới và cuối cùng là
khay hứng những hạt bé nhất lọt qua rây 0,1mm. Kết quả trên dòng thứ hai trong bảng là
trọng lượng cân được trên các rây 10; 5; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1 và khay hứng. Cột thứ 4, ví dụ có
kích thước lỗ rây 2mm, trọng lượng trên rây 2g, có nghĩa là nhóm hạt 2-5mm có trọng lượng
20g trong mẫu.
Tổng trọng lượng mẫu đem thí nghiệm là (10+15+20+30+50+60+10+5) = 200g.
Giải:
Trước hết, ta xác định hàm lượng riêng của từng nhóm hạt. Ví dụ, nhóm có 5≥d>2
(nhóm hạt ở cột 4) có hàm lượng là:
20
p(5 d 2) .100(%) 10%
200
≥ > = =
Trong đó: 20 = trọng lượng của nhóm hạt (cột 4);
200 = tổng trọng lượng mẫu đem thí nghiệm.
Tương tự, kết quả tính cho tất cả các nhóm cho trong bảng sau:
Nhóm hạt >10 [10-5) [5-2) [2-1) [1-0,5) [0,5-0,25) [0,25-0,1) ≤0,1
Hàm lượng, % 5 7,5 10 15 25 30 5 2,5
Kết quả thí nghiệm sai khi tính toán được tổng hợp trong bảng sau:
Kích thước d (mm) ≤10 ≤5 ≤2 ≤1 ≤0,5 ≤0,25 ≤0,1
Hàm lượng tích lũy P (%) 95 87,5 77,5 62,5 37,5 7,5 2,5
Biểu đồ đường cong cấp phối hạt của mẫu thí nghiệm
* Nhiệm vụ của sinh viên: Từ trên biểu đồ cấp phối hạt, xác định C
u
, C
c
, đánh giá mức

độ đều hạt của đất.
1.2.1.3. Hình dạng hạt đất
7
Trong thực tế, đất có hình dạng bất kỳ như hình kim, hình que, hình cầu, hình
tấm phẳng,…vì vậy, để đơn giản hóa thì người ta quy ước hình dạng của hạt đất là
hình cầu trong trường hợp nếu có một hạt đất và một quả cầu có cùng tỉ trọng lắng
chìm cùng vận tốc với nhau.
Hình 1.6: Mô tả định nghĩa kích thước hạt đất
1.2.2. Thể lỏng của đất
Thể lỏng của đất (hay nước chứa trong đất) có tầm quan trọng ảnh hưởng đến
tính chất vật lý, hóa học và cơ học của đất. Trong thiên nhiên, đất thường chứa một
lượng nước nhất định. Nước trong đất được phân chia cụ thể theo sơ đồ dưới đây.
1.2.2.1. Nước trong hạt khoáng vật
Đây là loại nước gắn liền với kết cấu mạng tinh thể của khoáng vật, thường tồn
tại dưới dạng phân tử H
2
O hoặc ion H
+
, OH
-
. Ví dụ: Thạch cao (CaSO
4
.2H
2
O)
Loại nước này chỉ tách khỏi mạng tinh thể của khoáng vật khi nhiệt độ cao (>
105
0
C).
Nước trong hạt khoáng vật không gây ảnh hưởng đến tính chất xây dựng của đất.

1.2.2.2. Nước kết hợp mặt ngoài hạt đất
Trong thiên nhiên, khi kích thước hạt bé đến một giá trị nào đó (nhóm hạt sét) thí
bề mặt của nó sẽ có khả năng tích điện (âm) và tác động lên các phân tử nước ở xung
quanh nó. Dưới tác dụng của điện trường, hạt đất có xu hướng hình thành màng nước
bao quanh nó, màng nước bao xung quanh hạt đất được gọi là nước kết hợp mặt ngoài.
8
Hình 1.7: Mối quan hệ giữa hạt đất và phân tử nước trong nước kết hợp mặt ngoài
Nước kết hợp mặt ngoài tồn tại dưới tác dụng của lực hút điện trường nên các
phân tử nước và những ion dương bị hút vào bề mặt được sắp xếp một cách chặt chẽ
có định hướng. Càng cách xa bè mặt hạt, lực hút điện trường càng yếu nên sự sắp xếp
đó kém chặt chẽ và thiếu quy tắc hơn. Nếu xa hơn, vượt ra khỏi phạm vi ảnh hưởng
của điện trường thì nước sẽ ở dạng nước tự do thông thường.
Như vậy, tính chất của nước kết hợp mặt ngoài rất khác với tính chất của nước
thông thường.
Căn cứ vào cường độ lực điện phân tử của hạt khoáng vật, người ta phân nước
kết hợp mặt ngoài thành 3 lớp: nước hút bám, nước liên kết mạnh và nước liên kết yếu.
- Nước hút bám có tính chất gần với thể rắn, không có khả năng di chuyển,
không truyền áp lực thủy tĩnh, Tỷ trọng khoảng 1,5. Ở nhiệt độ dưới -78
o
C nước hút
bám mới đóng băng. Khi đất sét chỉ chứa nước hút bám sẽ ở trạng thái rắn.
- Nước kết hợp mạnh cũng không giống nước thông thường, nó có khả năng di
chuyển theo hướng bất kỳ từ chỗ màng nước dày sang chỗ màng nước mỏng nhưng sự
di chuyển đó không liên quan đến tác dụng của trọng lực, tốc độ di chuyển nhỏ hơn tốc
độ nước thông thường. Nước kết hợp mạnh không truyền áp lực thủy tĩnh, có khả năng
hòa tan muối, nhiệt độ đóng băng dưới 0
o
C. Khi đất sét có chứa nước kết hợp mạnh,
đất sẽ ở trạng thái nửa rắn.
- Nước kết hợp yếu có tính chất gần với nước thông thường. Khi đất sét có chứa

nước kết hợp yếu vẫn chưa thể hiện tính dẻo. Tính dẻo chỉ xuất hiện khi liên kết kết
cấu tự nhiên giữa các hạt đất đã bị phá hoại.
Nước kết hợp mặt ngoài ảnh hưởng đến tính chất của đất như tính dẻo, tính dính,
…
9
1.2.2.3. Nước tự do
Khác với hai loại nước kể trên, nước tự do tồn tại trong đất nhưng không liên
quan đến cấu trúc mạng tinh thể của khoáng vật cũng như nằm ngoài phạm vi ảnh
hưởng của lực hút điện trường hạt đất.
Nước tự do được chia thành hai dạng: nước mao dẫn và nước trọng lực.
a) Nước mao dẫn
Nước mao dẫn được hình thành khi nước ngầm bị kéo lên trong các đường rỗng
liên thông với nhau giữa các hạt đất.
Trên thực tế, tùy thuộc vào đặc điểm kích thước hạt đất mà chiều cao mao dẫn có
thể thay đổi từ vài chục centimet (đất cát) đến hàng trăm centimet (đất sét).
Hình 1.8: Sơ đồ thí nghiệm chiều cao mao dẫn trong đất
Nước mao dẫn có ảnh hưởng đến công trình xây dựng, ảnh hưởng đến sức
chịu tải, đặc tính biến dạng cũng như hiệu quả sử dụng công trình.
Ví dụ: Nền nhà thường bị ứ nước vào mùa đông.
b) Nước trọng lực
Nước trọng lực thường được gọi là nước tự do, loại nước này chảy dưới tác dụng
của trọng lực. Tốc độ vận động tùy thuộc vào độ lỗ rỗng và mức độ nứt nẻ của đất đá.
Trong một số trường hợp cụ thể, nước trọng lực có tầm quan trọng đối với tính
chất của đất nền và ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc sử dụng công trình.
10
Ví dụ: Nước trọng lực gây ra hiện tượng xói ngầm, tạo nên các “hố tử thần”, gây
hư hỏng đường giao thông.
1.2.3. Thể khí của đất
Là không khí tồn tại trong đất (trong các khe hở, lỗ rỗng), được phân làm 2 loại:
- Loại thông với khí quyển: không gây ảnh hưởng đến tính chất của đất.

- Loại không thông với khí quyển (bọc khí kín): ảnh hưởng đến tính chất đàn hồi,
ép co, tính thấm,… của đất.
Ví dụ: Từ hình 1.12 thấy rằng, từ A độ cao
dâng lên của nước mao dẫn chỉ tới điểm a, nhưng
theo một đường rỗng khác lại từ B có thể dâng
lên tới điểm c. Vì không khí trong đoạn ac bị bọc
kín, sinh ra lực căng mặt ngoài. Sự tồn tại của
các bọt khí này còn làm giảm tính thấm của đất,
làm tăng tính đàn hồi và có ảnh hưởng tới quá
trình ép co của đất dưới tác dụng của lực ngoài.
Một số loại khí chứa trong đất còn gây ra
hiện tượng oxy hóa, carbonat hóa,…làm thay đổi
màu sắc của đất, thay đổi trạng thái của đất.
1.3. KẾT CẤU, CẤU TRÚC VÀ LIÊN KẾT
KẾT CẤU CỦA ĐẤT
1.3.1. Kết cấu của đất
Kết cấu của đất là thuật ngữ chỉ cách sắp xếp các hạt đất trong một khối đất có
cùng thời điểm hình thành và cùng tồn tại tạo nên một khung kết cấu của đất.
Sự sắp xếp này phụ thuộc vào kích thước hạt và môi trường lắng chìm. Thường
phân ra ba loại kết cấu cơ bản sau: kết cấu hạt đơn, kết cấu tổ ong và kết cấu bông.
Hình 1.10: Các dạng kết cấu của đất
Hình 1.9: Túi khí trong đất
11
Kết cấu hạt đơn: được hình thành do quá trình lắng đọng dưới tác dụng của bản
thân trong điều kiện động năng dòng mang giảm thiểu. Trong thiên nhiên, các loại đất
hạt thô (cát, cuội, sỏi,…) thường có kết cấu hạt đơn.
Kết cấu tổ ong: Kết cấu này hình thành do sự lắng chìm các hạt tương đối nhỏ
trong nước. Do trọng lượng các hạt không đủ thắng lực dính giữa chúng với nhau tại
chỗ tiếp xúc nên chúng không thể tiếp tục lắng chìm xuống mà dừng lại ngay tại chỗ
tiếp xúc đầu tiên ở thế không ổn định. Đất có kết cấu tổ ong thường có hệ số rỗng lớn

khi mới hình thành.
Kết cấu bông: Đặc trưng cho đất hình thành từ các hạt có kích thước cực nhỏ
(hạt keo) chìm lắng trong môi trường nước khi có điều kiện thích hợp. Đặc điểm hình
thành này quy định đất kết cấu bông rất không ổn định, thường gặp trong trầm tích
biển trẻ.
Trong thiên nhiên, đất thường do các hạt lớn nhỏ khác nhau tạo thành cho nên
kết cấu của đất không chỉ đơn độc một trong 3 loại cơ bản kể trên mà thông thường
trong cùng một loại đất có thể gặp cả hai hoặc ba loại kết cấu đó đan xen.
1.3.2. Cấu trúc của đất
Cấu trúc của đất (hay cấu trúc địa tầng) là yếu tố mô tả tính phức hợp của nền đất
vầ kết cấu, cấu tạo, tính chất cơ lý trong từng phần hay toàn bộ nền đất được quan tâm.
Cấu trúc địa tầng có thể được hiểu là sự phân chia các lớp đất đá tại một vị trí
khảo sát nào đấy. Ví dụ: Công trình A có cấu trúc 3 lớp kể từ bề mặt đất: lớp cát pha,
lớp sét pha và lớp sét.
Thường có 3 loại cấu trúc cơ bản sau: cấu trúc phân lớp; cấu trúc khối và cấu trúc
tổ ong.
- Cấu trúc phân lớp: thường gặp đối với đất trầm tích.
- Cấu trúc khối: thường gặp đối với đất tàn sườn tích.
- Cấu trúc tổ ong: thường gặp đối với đất phong thành (trầm tích gió), băng tích,
… ít thấy ở Việt Nam.
Hình 1.11: Đặc điểm cấu trúc của đất
a) Cấu trúc tổ ong
b) Cấu trúc phân lớp
c) Cấu trúc khối
12
1.3.3. Liên kết kết cấu của đất
Liên kết kết cấu của đất là khái niệm dùng để chỉ mối liên kết giữa các hạt đất
hoặc các nhóm hạt đất.
Đặc điểm liên kết kết cấu của đất ảnh hưởng rõ rệt đến tính chất của đất, đặc biệt
là sức kháng cắt.

Theo thời gian hình thành, liên kết kết cấu được phân ra làm hai loại: liên kết ban
đầu và liên kết sinh sau.
Liên kết ban đầu được tạo nên bời các lực điện phân tử tác dụng giữa các hạt khoáng
vật với nhau cũng như giữa các hạt khoáng vật với nước. Đặc điểm của loại liên kết này
thường có tính đàn hồi và tính dẻo nhớt, do đó còn gọi là “liên kết keo nước”.
Liên kết sinh sau được tạo nên do kết quả của sự hóa già các chất keo, sự kết tinh
của các loại muối. Đặc điểm của liên kết này có tính cứng, chỉ bị phá hoại khi các hạt
có chuyển dịch tương đối lớn. Khác với liên kết ban đầu, liên kết sinh sau bị phá hoại
theo dạng gãy dòn và khi đã bị phá hoại thì không thể phục hồi ngay được.
Cần chú ý rằng, liên kết ban đầu hay sinh sau đều có cường độ kém xa cường độ
của bản thân hạt đất. Chính điều này kết hợp với đặc điểm đất là môi trường rời, làm
cho đất khác hẳn các loại vật liệu liên tục về tính chất cơ lý.
Liên kết kết cấu của đất ảnh hưởng rất lớn đến tính chất cơ lý của nó cho nên
muốn có được những số liệu thí nghiệm phản ánh đúng tình hình thực tế của đất, các
thí nghiệm trong phòng phải được tiến hành với các mẫu đất không bị phá hoại liên kết
kết cấu. Tuy nhiên, vì kỹ thuật lấy mẫu chưa tốt nên các mẫu lấy lên ít nhiều đều bị
phá hoại kết cấu, do đó hạn chế mức độ chính xác của việc nghiên cứu các tính chất
của đất ở trong phòng. Chính vì vậy, cần kết hợp xác định các đặc trưng của đất ngay
tại thực địa để so sánh, hiệu chỉnh nhằm khắc phục các nhược điểm kể trên.
13
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1
1/ Anh (chị) hãy trình bày tóm tắt về nguồn gốc của đất và phân tích các yếu tố
tác động đến sự hình thành đất?
2/ Anh (chị) hãy trình bày đặc điểm pha rắn của đất?
3/ Anh (chị) hãy phân tích mối quan hệ giữa đất nguyên trạng với đặc điểm kết
cấu và liên kết kết cấu của nó?
4/ Kết quả phân tích hạt một mẫu đất cát cho trong bảng sau. Hãy vẽ đường cong
cấp phối hạt của loại đất đó (biểu diễn trên đồ thị logarit). Đồng thời, hãy đánh giá
mức độ đều hạt của loại đất này ?
Bảng ghi kết quả phân tích thành phần hạt

Kích thước lỗ rây (mm) 10 5 2 1 0,5 0,25 0,1 < 0,1
Trọng lượng trên rây (g) 15 12 20 35 40 50 12 7
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)
5/ Kết quả thí nghiệm phân tích thành phần hạt một mẫu đất cát cho trong bảng
sau:
Kích thước hạt (mm) >10 10-4 4-2 2-1 10,5 0,5-0,25 0,25-0,1 <0,1
Trọng lượng trên rây (g) 10 15 20 30 50 60 10 5
Hãy vẽ đường cong cấp phối hạt của loại đất đó.
Hãy xác định hàm lượng riêng của nhóm hạt có kích thước từ 0,3mm đến 0,4mm
trong mẫu đất đã thí nghiệm
Hãy xác định hệ số đồng đều và hệ số độ cong của mẫu đất đó.
14
Chương 2
TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT
Trong công tác xây dựng, để đánh giá định lượng các tính chất của đất trước hết
cần thành lập một số chỉ tiêu vật lý phản ánh được các tính chất vật lý của nó. Trong
các chỉ tiêu vật lý của đất, có thể phân thành 2 loại khác nhau: chỉ tiêu tính chất vật lý
và chỉ tiêu trạng thái vật lý.
Đất có 3 thành phần tạo nên là rắn - lỏng - khí. Trong tự nhiên, tỉ lệ giữa 3 thành
phần này thay đổi rất nhiều, đặc biệt là thành phần nước. Tỉ lệ giữa 3 thành phần này
thay đổi thì tính chất, trạng thái vật lý cũng thay đổi theo. Để biểu thị định lượng tỉ lệ
của 3 pha hợp thành đất thường dùng mô hình 3 pha của đất (hình 1.2).
2.1. CÁC CHỈ TIÊU TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT
Trong các chỉ tiêu tính chất vật lý của đất, có 3 chỉ tiêu cơ bản nhất được xác
định trực tiếp bằng thí nghiệm là Khối lượng riêng, độ ẩm tự nhiên và khối lượng thể
tích tự nhiên của đất. Nhờ 3 chỉ tiêu này, có thể tính toán một số các chỉ tiêu vật lý có
liên quan khác.
2.1.1. Các chỉ tiêu vật lý xác định bằng thí nghiệm
2.1.1.1. Khối lượng riêng của đất (ρ
s

)
Khối lượng riêng của đất là khối lượng của một đơn vị thể tích phần hạt rắn
của đất.
Khối lượng riêng của đất được tính toán bằng tỉ số giữa khối lượng của mẫu đất
đã sấy khô ở nhiệt độ 105
o
C với thể tích của mẫu đất đó.
S
S
S
G
V
ρ =
(g/cm
3
) (2.1)
Trong đó: G
s
- Khối lượng pha rắn của đất (g)
V
s
- Thể tích pha rắn của đất (cm
3
)
Khối lượng riêng của đất chỉ phụ thuộc vào thành phần khoáng vật của đất,
không phụ thuộc vào trạng thái của đất, khối lượng riêng của đất thay đổi trong một
phạm vi hẹp (bảng 2.1).
Bảng 2.1: Trọng lượng riêng của một số loại đất phổ biến
Loại đất Trọng lượng riêng (g/cm
3

)
Cát và cát pha 2,60 - 2,65
Sét pha 2,67 - 2,70
Sét 2,69 - 2,70 ÷ 2,75 - 2,80
Khối lượng riêng (ρ
s
) được dùng để tính toán dẫn xuất một số tính chất vật lý
khác như: xác định độ lỗ rỗng, độ đầm chặt của đất sét, được dùng trong thí nghiệm
phân tích thành phần hạt của đất,…
Trong phòng thí nghiệm, khối lượng riêng của đất được xác định bằng phương
pháp bình tỷ trọng.
15
Trong thực tế, người ta thường biểu thị thành phần pha rắn của đất bằng Tỷ trọng
của đất (∆
s
) là tỉ số giữa khối lượng riêng của đất (ρ
s
) với khối lượng riêng của nước
(ρ
w
)
s
s
w
ρ
∆ =
ρ
(2.*)
Lưu ý: Tỷ trọng của đất (∆
s

) là giá trị không có thứ nguyên (đơn vị).
Ví dụ 2.1: Trong một ống nghiệm thủy tinh có chia độ thấy mực nước dâng cao hơn
ban đầu100cm
3
khi ta đổ cát khô vào ống (tất cả các hạt cát đều chìm dưới nước). Tính khối
lượng riêng và tỷ trọng của cát đó, biết lượng cát đổ vào ống ở trạng thái khô hoàn toàn cân
được 265g.
Giải:
Thể tích hạt cát bằng thể tích nước dâng lên trong ống nghiệm: V
s
= 100cm
3
.
Khối lượng riêng của cát là:
3
S
S
S
G
265
2,65(g / cm )
V 100
ρ = = =
Tỷ trọng của cát là:
s
s
w
2,65
2,65
1,0

ρ
∆ = = =
ρ
2.1.1.2. Độ ẩm tự nhiên của đất
Độ ẩm tự nhiên của đất là toàn bộ lượng nước chứa trong lỗ rỗng và khe nứt của
đất ở thế nằm tự nhiên.
Độ ẩm tự nhiên của đất được tính toán bằng tỉ số phần trăm giữa khối lượng
nước có trong mẫu đất với khối lượng của mẫu đất đã được sấy khô ở nhiệt độ 105
o
C.
w
s
G
W .100%
G
=
(2.2)
Trong đó: G
w
- Khối lượng nước chứa trong đất (g)
Độ ẩm tự nhiên của đất phụ thuộc vào hàm lượng khoáng vật sét trong đất, độ
rỗng của đất, vị trí lấy mẫu so với tầng chứa nước và mùa khí hậu.
Độ ẩm tự nhiên của đất thay đổi trong một phạm vi rộng từ một vài phần trăm
(đất loại cát) đến hơn 100% (đất có chứa hữu cơ, than bùn).
Độ ẩm tự nhiên của đất được sử dụng để tính toán dẫn xuất các tính chất vật lý
khác của đất, làm căn cứ để chọn loại đất làm vật liệu xây dựng, làm căn cứ để lựa
chọn phương pháp cải tạo tính chất đất xây dựng.
Trong phòng thí nghiệm, độ ẩm tự nhiên của đất được xác định bằng phương
pháp sấy khô ở nhiệt độ 105
0

C. Ngoài hiện trường, người ta sử dụng phương pháp đốt
cồn để xác định độ ẩm tự nhiên của đất (không áp dụng đối với đất chứa chất hữu cơ).
Ví dụ 2.2: Một mẫu đất ở trạng thái tự nhiên cân được 15,26g; sau khi sấy khô cân
được 10,53g. Tính độ ẩm tự nhiên của mẫu đất đó.
Giải:
Độ ẩm của mẫu đất được xác định theo công thức (2.2):
16
w
s
G
15,26 10,53
W .100% .100 45%
G 10,53
−
= = =
2.1.1.3. Khối lượng thể tích tự nhiên của đất
Khối lượng thể tích tự nhiên của đất khối lượng của một đơn vị thể tích đất.
Khối lượng thể tích tự nhiên của đất được tính toán bằng tỉ số giữa khối lượng
của mẫu đất với thể tích của nó ở trạng thái kết cấu và độ ẩm tự nhiên.
W
G
V
γ =
(g/cm
3
) (2.3)
Trong đó: G - Khối lượng tự nhiên của mẫu đất (g)
V - Thể tích của mẫu đất ở trạng thái tự nhiên (cm
3
)

Khối lượng thể tích tự nhiên của đất phụ thuộc vào thành phần khoáng vật của
đất, độ lỗ rỗng và độ ẩm của đất.
Giá trị khối lượng thể tích tự nhiên của đất thay đổi trong phạm vi rộng (bảng
2.2).
Bảng 2.2: Khối lượng thể tích tự nhiên của một số loại đất điển hình
Loại đất Trạng thái
Khối lượng thể tích tự
nhiên γ
W
(g/cm
3
)
Khối lượng thể tích khô
γ
C
(g/cm
3
)
Cát lẫn sỏi, cát hạt to và
cát hạt trung
Chặt > 1,85 > 1,70
Chặt vừa 1,65 - 1,85 1,55 - 1,70
Xốp < 1,65 < 1,55
Cát hạt nhỏ, hạt mịn, cát
pha nhẹ
Chặt > 1,75 > 1,65
Chặt vừa 1,60 - 1,75 1,50 - 1,65
Xốp < 1,60 < 1,50
Sét, sét pha, cát pha nặng
Được nén chặt 1,70 - 2,0 1,35 - 1,90

Mềm 1,10 - 1,70 0,80 - 1,35
Khối lượng thể tích tự nhiên của đất được sử dụng để tính toán một số tính chất
vật lý khác của đất, xác định khối lượng đất đắp, chọn loại vật liệu xây dựng, tính toán
nền móng công trình.
Trong phòng thí nghiệm, người ta sử dụng phương pháp dao vòng để xác định
khối lượng thể tích tự nhiên của đất. Ngoài ra, người ta còn sử dụng phương pháp bọc
parafin để xác định γ
w
của đất có chứa nhiều sỏi sạn, không lấy được dao vòng.
Ví dụ 2.3: Dùng dao vòng thể có thể tích là 60cm
3
để lấy mẫu đất nguyên dạng, khối
lượng của đất ướt là 108g, khối lượng say khi sấy khô là 79,5g, tỷ trọng của hạt đất là 2,68.
Hãy xác định khối lượng thể tích tự nhiên của đất ?
Giải:
Theo định nghĩa ta có:
3
W
G 108
1,8(g / cm )
V 60
γ = = =
2.1.2. Các chỉ tiêu vật lý xác định bằng tính toán
2.1.2.1. Khối lượng thể tích khô của đất
Khối lượng thể tích khô của đất là khối lượng phần hạt rắn chiếm một đơn vị thể
tích đất. Đó là tỉ số giữa khối lượng đất khô và thể tích ban đầu của mẫu đất.
17
S W
C
G

V 1 0,01W
γ
γ = =
+
(g/cm
3
) (2.4)
Khi γ
C
càng lớn thì đất càng chặt. Vì vậy, γ
C
được dùng để đánh giá mức độ chặt,
xốp của đất. Nó được dùng rất nhiều trong việc đánh giá chất lượng đất đắp thuộc các
lĩnh vực xây dựng giao thông và thủy lợi.
Ví dụ 2.4: Từ các số liệu đã cho ở ví dụ 2.3. Hãy xác định khối lượng thể tích
khô của đất ?
Giải:
Xác định độ ẩm tự nhiên của đất theo công thức (2.2)
w
s
G
108 79,5
W .100% .100 36%
G 79,5
−
= = =
Khối lượng thể tích khô của đất xác định theo công thức (2.4)
3
S W
C

G
1,8
1,323(g / cm )
V 1 0,01W 1 0,01.36
γ
γ = = = =
+ +
2.1.2.2. Độ rỗng của đất
Độ rỗng của đất là tổng thể tích lỗ rỗng trong một đơn vị thể tích đất.
Độ rỗng của đất được tính toán bằng tỉ số giữa tổng thể tích lỗ rỗng và khe nứt tự
nhiên với thể tích của mẫu đất.
C
n
S
V
n .100% 1 .100%
V
γ
= = −
∆
(2.5)
Trong đó: V
n
- Tổng thể tích lỗ rỗng và khe nứt của đất (cm
3
)
Độ rỗng của đất phụ thuộc vào thành phần hạt của đất, thành phần khoáng vật và
mức độ nén chặt của đất.
Ví dụ 2.5: Từ các số liệu đã cho ở ví dụ 2.3. Hãy xác định độ rỗng của đất ?
2.1.2.3. Hệ số rỗng của đất

Là tỷ số giữa thể tích lỗ rỗng trong đất và thể tích hạt của mẫu đất. Hệ số rỗng
của đất là giá trị không có thứ nguyên (đơn vị).
S
n
S C
V
e 1
V
∆
= = −
γ
(2.6)
Mối quan hệ giữa độ rỗng và hệ số rỗng của đất:
n
e
1 n
=
−
(2.7)
Dùng hệ số rỗng (e) biểu thị mức độ rỗng của đất thuận lợi hơn dùng n, vì thể
tích hạt đất là một trị số không đổi trong một đơn vị thể tích đất, do đó thể tích lỗ rỗng
của đất càng lớn thì e càng lớn. Vì vậy, hệ số rỗng là một chỉ tiêu có thể cho biết sơ bộ
đặc tính về độ chặt và cường độ của đất nên trong các quy phạm thiết kế nền thường
dùng e để phản ánh độ chặt của đất cát (bảng 2.3), làm cơ sở cho việc đánh giá cường
độ của chúng.
Bảng 2.3: Phân loại đất cát theo e
18
Loại đất Chặt Chặt vừa Xốp
Cát chứa sỏi, cát thô, cát trung e < 0,55 e = 0,55 - 0,70 e > 0,70
Cát nhỏ e < 0,60 e = 0,60 - 0,75 e > 0,75

Cát bụi e < 0,60 e = 0,60 - 0,80 e > 0,80
Ví dụ 2.6: Từ các số liệu đã cho ở ví dụ 2.3. Hãy xác định hệ số rỗng của đất ?
2.1.2.4. Độ bão hòa nước của đất
Với khái niệm độ ẩm, chưa thể hình dung được đất đang xét có mức độ khô hay
ẩm như thế náo vì nó còn tùy thuộc vào độ rỗng của đất. Vì vậy, ngoài khái niệm về độ
ẩm (W), trong thực tế còn dùng khái niệm độ bão hòa nước (G) của đất để đánh giá
mức độ ẩm của chúng.
Theo định nghĩa, độ bão hòa của đất là tỉ số giữa khối lượng nước thực chứa
trong đất với khối lượng nước chứa đầy toàn bộ lỗ rỗng và khe nứt của nó.
W W S
W max n W W
G G W.
G
G V . e.
∆
= = =
∆ ∆
(2.8)
Trong đó:
G
W
- Khối lượng nước chứa trong lỗ rỗng và khe nứt của đất ở điều kiện tự
nhiên
G
Wmax
- Khối lượng nước chứa trong các lỗ rỗng và khe nứt của đất trong điều
kiện bão hòa nước hoàn toàn (có nghĩa là trong đất chỉ chứa pha rắn và pha lỏng).
Đối với đất loại cát, mức độ bão hòa nước được phân chia như sau:
- G ≤ 0,5 (50%): Đất hơi ẩm.
- 0,5 < G ≤ 0,8 (80%): Đất ẩm.

- G > 0,8 (80%): Đất bão hòa.
Ví dụ 2.7: Từ các số liệu đã cho ở ví dụ 2.3. Hãy xác định độ bão hòa nước của
đất ?
2.2. TRẠNG THÁI VÀ CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ TRẠNG THÁI VẬT LÝ
CỦA ĐẤT
Trong xây dựng, nếu chỉ căn cứ vào các chỉ tiêu vật lý của đất thì chưa thể có sự
hiểu biết đầy đủ về một loại đất nào đó vì tính chất của đất không phải do lượng chứa
tương đối giữa các thể quyết định mà còn do tác dụng lẫn nhau giữa chúng, nhất là đối
với đất dính. Mặt khác, các chỉ tiêu vật lý chỉ cho khái niệm quan hệ giữa lượng giữa
các thể trong đất mà chưa nói lên trạng thái của đất (cứng, mềm, chặt, xốp,…). Vì vậy,
cần nghiên cứu trạng thái vật lý của đất.
2.2.1. Trạng thái và chỉ tiêu trạng thái vật lý của đất dính
Như ta đã biết, đất dính thường chứa phần lớn những hạt có kích thước của hạt
keo, do đó trạng thái vật lý của loại đất này không chỉ có quan hệ tới lượng chứa tương
đối giữa các thể trong đất mà còn có quan hệ tới tác dụng mãnh liệt giữa hạt đất với
nước.
19
Trạng thái vật lý của đất dính được quyết định bởi độ ẩm và tác dụng lẫn nhau
giữa nước và hạt đất (hình 2.1).
Hình 2.1: Mối quan hệ giữa độ ẩm với sự thay đổi thể tích đối với trạng thái của đất dính
Trên hình 2.1, khi độ ẩm trong đất tăng lên thì đất chuyển từ trạng thái cứng, đến
nửa cứng, đến dẻo, rồi đến chảy, khi độ ẩm giảm xuống thì ngược lại. Trạng thái của
đất như vậy được gọi chung là trạng thái sệt và dùng chỉ tiêu độ sệt để đánh giá trạng
thái của đất.
2.2.1.1. Giới hạn Atterberg và chỉ số dẻo
Giới hạn Atterberg là những độ ẩm quá độ khi đất chuyển từ trạng thái này sang
trạng thái khác. Atterberg phân biệt 3 loại độ ẩm quá độ là giới hạn chảy, giới hạn dẻo
và giới hạn co.
Nghiên cứu giới hạn Atterberg có một ý nghĩa rất lớn, giúp ta phán đoán được
đặc trưng cơ lý của đất, phân loại đất.

Giới hạn chảy (W
L
- liquid limit) là độ ẩm quá độ khi đất chuyển từ trạng thái
dẻo sang trạng thái chảy. Lúc này, trong đất có một ít nước tự do nên các hạt dễ
chuyển dịch với nhau. Khi độ ẩm trong đất nhỏ hơn giới hạn chảy một chút thì đât bắt
đầu có tính dẻo. Vì vậy, độ ẩm này được gọi là độ ẩm giới hạn chảy.
Giới hạn dẻo (W
P
- plastic limit) là độ ẩm quá độ của đất chuyển từ trạng thái
nửa cứng sang trạng thái dẻo. Lúc này, trong đất chủ yếu chỉ có nước kết hợp mạnh.
Khi lượng nước nhỏ hơn giới hạn dẻo một chút thì tính chất cơ học của đất thay đổi rõ
rệt và mất tính dẻo. Vì vậy, độ ẩm này còn được gọi là độ ẩm giới hạn dẻo.
Giới hạn co (W
e
- elastic limit) là độ ẩm quá độ khi đất chuyển từ trạng thái cứng
sang nửa cứng. Khi độ ẩm trong đất lớn hơn giới hạn co thì cùng với sự thay đổi lượng
chứa nước, thể tích của đất cũng thay đổi theo. Khi độ ẩm trong đất đạt tới giới hạn co
thì các hạt đất sắp xếp tương đối chặt, vì vậy cho dù có giảm độ ẩm, thể tích đất vẫn
không giảm.
Khi độ ẩm của đất dính biến thiên trong phạm vi giữa giới hạn chảy và giới hạn
dẻo thì đất thể hiện tính dẻo. Tính dẻo là một đặc trưng quan trọng của loại đất dính.
Dùng I
P
(Chỉ số dẻo - Plastic Index) để biểu thị phạm vi dẻo của đất dính.
20
P L P
I W W
= −
(2.9)
Chỉ số dẻo của đất dính càng lớn thì tính dẻo của nó càng cao và ngược lại. Chỉ

số dẻo phụ thuộc vào tính phân tán của đất, hình dạng và tính đàn hồi của hạt và đặc
biệt là thành phần khoáng trong đất. Theo kết cấu mạng tính thể của khoáng vật thì rõ
ràng đất loại sét monmorilonit có chỉ số dẻo lớn hơn loại kaolinit (hình 2.2).
Vì chỉ số dẻo phản ánh được tương đối đầy đủ các nhân tố ảnh hưởng tới tính
chất của đất dính nên trong thực tế, nó được dùng như một chỉ tiêu để phân loại đất
dính trong xây dựng.
Bảng 2.4: Phân loại đất theo chỉ số dẻo I
P
Tên đất Chỉ số dẻo I
P
Đất sét I
P
> 17
Đất sét pha 7 < I
P
≤ 17
Đất cát pha 1 ≤ I
P
≤ 7
Đất cát I
P
< 1
Ví dụ 2.8: Thí nghiệm xác định giới hạn Atterberg của một loại đất cho kết quả
W
P
= 15%; W
L
= 34%; W = 30%. Hãy xác định tên của loại đất này?
Hình 2.2: Cấu trúc mạng tinh thể của monmorilonit và kaolinit
2.2.1.2. Chỉ tiêu đánh giá trạng thái của đất dính

Như đã nêu trên, khi độ ẩm của đất dính thay đổi thì độ cứng mềm (trạng thái độ
sệt) của nó cũng thay đổi theo. Nếu so sánh độ ẩm tự nhiên W của đât dính với độ ẩm
giới hạn chảy W
L
là độ ẩm giới hạn dẻo W
P
thì ta có các trường hợp sau:
W > W
L
: đất ở trạng thái chảy.
W
L
≥ W ≥ W
P
: đất ở trạng thái dẻo.
W < W
P
: đất ở trạng thái rắn.
Căn cứ vào đó, người ta dùng chỉ tiêu độ sệt B (hay LI: Liquidity Index) để đánh
giá độ cứng mềm của đất dính.
P P
L P P
W W W W
B
W W I
− −
= =
−
(2.10)
Đánh giá trạng thái của đất theo B (bảng 2.4)

21
Bảng 2.5: Phân loại trạng thái của đất theo độ sệt B
Tên đất Trạng thái Độ sệt
Cát pha
Cứng B < 0
Dẻo 1 ≥ B ≥ 0
Chảy B > 1
Sét pha và sét
Cứng B < 0
Nửa cứng 0,25 ≥ B ≥ 0
Dẻo cứng 0,50 ≥ B ≥ 0,25
Dẻo mềm 0,75 ≥ B ≥ 0,50
Dẻo chảy 1 ≥ B ≥ 0,75
Chảy B > 1
Đất dính có B > 1 thường không thỏa mãn yêu cầu làm nền công trình, còn nếu
đất dính có B < 0 thì sức chịu tải của nó tốt. Cần chú ý rằng, khi làm thí nghiệm xác
định độ ẩm giới hạn chảy và độ ẩm giới hạn dẻo, mẫu đất đã bị phá hoại kết cấu nên
việc dùng chỉ tiêu độ sệt B để đánh giá trạng thái của đất dính còn bị hạn chế.
Ví dụ 2.9: Thí nghiệm xác định giới hạn Atterberg của một loại đất cho kết quả
W
P
= 15%; W
L
= 34%; W = 34%. Hãy xác định tên và trạng thái của loại đất này?
2.2.2. Trạng thái và chỉ tiêu trạng thái vật lý của đất rời
Để đánh giá trạng thái vật lý của đất rời, thường dùng khái niệm về độ chặt. Vì
đất rời hoàn toàn không có tính dẻo, cho nên trạng thái của nó được biểu thị bằng độ
chặt là hợp lý nhất, nó được xác định từ các số liệu thí nghiệm trong phòng và hiện
trường. Đất rời càng chặt thì khả năng chịu lực càng lớn, tính ép co và tính thấm càng
nhỏ và ngược lại.

Trong thực tế, thường dùng hệ số rỗng e và độ chặt D để làm chỉ tiêu đánh giá
trạng thái của đất cát.
2.2.2.1. Hệ số rỗng của đất cát
Theo tài liệu tính toán và thống kê các hệ số rỗng ở trạng thái chặt nhất và xốp
nhất, xác định được từ trong phòng thí nghiệm, đối với các loại cát thạch anh có nguồn
gốc khác nhau, đem đối chiếu với độ chặt thiên nhiên của chúng và điều chỉnh lại,
người ta lập được bảng đánh giá độ chặt của đất loại cát (bảng 2.5)
Bảng 2.6: Tiêu chuẩn đánh giá độ chặt của đất cát
Loại đất
Độ chặt
Chặt Chặt vừa Xốp
Cát sỏi, cát thô, cát trung e < 0,55 0,55 ≤ e ≤ 0.70 e > 0,70
Cát nhỏ e < 0,60 0,60 ≤ e ≤ 0,75 e > 0,75
Cát bụi e < 0,60 0,60 ≤ e ≤ 0,80 e > 0,80
2.2.2.2. Độ chặt của đất cát
Cách đánh giá độ chặt của đất cát dựa vào số liệu ở bảng 2.5 tuy tiện lợi nhưng
không dùng được cho mọi trường hợp vì các số liệu này chỉ lập ra cho các loại đất cát
thạch anh.
22
Để có thể đánh giá độ chặt của các loại cát bất kỳ và ở những địa phương bất kỳ,
trong thực tế thường dùng độ chặt D.
max
max min
e e
D
e e
−
=
−
(2.11)

Trong đó: e - hệ số rỗng của đất cát ở trạng thái tự nhiên.
e
max
- hệ số rỗng của đất cát ở trạng thái xốp nhất.
e
min
- hệ số rỗng của đất cát ở trạng thái chặt nhất.
Trong phòng thí nghiệm e
max
được xác định từ mẫu cát khô ở trạng thái xốp nhất.
Trạng thái này đạt được bằng cách đổ hoặc rót nhẹ nhàng cát vào trong ống lường có
vạch đo dung tích. e
min
thì ngược lại, được xác định từ mẫu cát ở trạng thái chặt nhất,
đạt được bằng cách cho từng lớp cát vào bình (có vạch đo dung tích) rồi đầm hoặc
rung hay gõ nhẹ vào bình nhiều lần. Sau khi có được thể tích và trọng lượng của cát
chặt nhất và xốp nhất sẽ suy ra γ
cmax
và γ
cmin
. Từ đó tính được e
max
và e
min
theo công
thức (2.12a,b).
S
max
Cmin
e 1

∆
= −
γ
(2.12a);
S
min
Cmax
e 1
∆
= −
γ
(2.12b)
Trong xây dựng thường phân chia độ chặt D của cát thành 3 mức (bảng 2.6).
Bảng 2.7: Độ chặt D của cát
Loại cát Độ chặt
Chặt D > 0,67
Chặt vừa 0,67 ≥ D ≥ 0,33
Xốp D < 0,33
Tuy nhiên cần chú ý rằng, đánh giá độ chặt của cát theo phương pháp này vẫn
còn nhược điểm do biện pháp thực hiện trạng thái xốp nhất và chặt nhất chưa đảm bảo
chính xác, còn mang tính chủ quan. Mặt khác, hệ số rỗng tự nhiên e
0
của cát cũng khó
xác định vì không lấy được mẫu cát nguyên dạng. Do vậy, hiện nay trong xây dựng
thường dùng phương pháp xuyên để đánh giá độ chặt của cát trong địa tầng.
23
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 2
1/ Cho một mẫu đất ở trạng thái tự nhiên vào hộp nhôm, cân được 462g. Sau đó
đem đi sấy khô ở nhiệt độ 105
0

C, cân lại được 364g. Xác định độ ẩm của đất, biết khối
lượng hộp nhôm là 39g.
2/ Phân tích một mẫu đất sét nguyên dạng trong phòng thí nghiệm cho các số liệu
ban đầu như sau:
- Thể tích dao vòng là 59cm
3
- Trọng lượng dao vòng là 55,4g
- Trọng lượng đất ướt (kể cả dao vòng) là 171,8g
- Trọng lượng sau khi sấy là 157,51g
- Tỷ trọng của hạt đất là 2,8
Hãy xác định W, γ
w
, γ
c
, e, G
3/ Một loại đất sau khi thí nghiệm ta có các chỉ tiêu vật lý sau:
- Dung trọng tự nhiên là 1,85g/cm
3
- Tỷ trọng là 2,68g/cm
3
- Độ ẩm tự nhiên là 24%
Hãy tính e,G
4/ Một khối đất sét nặng 250g với dung trọng là 2g/cm
3
; tỷ trọng là 2,7 và độ ẩm
tương ứng là 32%. Bây giờ muốn tăng độ ẩm của toàn bộ khối đất lên tới 35% thì phải
cho vào một lượng nước là bao nhiêu ?
5/ Muốn chế bị một loại đất để có hệ số rỗng là 0,65 cho một dao vòng đất thể
tích là 500cm
3

hỏi phải dùng một lượng đất khô bao nhiêu và lượng nước đổ vào là
bao nhiêu ? Biết rằng đất này có tỷ trọng là 2,7.
6/ Hãy xác định trạng thái của đất cát sau :
- Mẫu tự nhiên có thể tích là 62cm
3
- Cân được trọng lượng là 109,32g
- Sấy khô cân được là 90g
- Cát có tỷ trọng là 2,64
- Thể tích xốp nhất có thể tạo được là 75cm
3
và chặt nhất là 50cm
3
7/ Thí nghiệm xác định giới hạn Atterberg của một loại đất dính cho kết quả : W
P
= 15% ; W
L
= 34%. Hãy xác định trạng thái tự nhiên của đất nếu biết rằng phân tích
mẫu nguyên dạng cho kết quả độ ẩm tự nhiên W = 30%.
Trạng thái tự nhiên của đất sẽ thay đổi như thế nào nếu trời mưa đã làm tăng độ
ẩm lên 40%.
8/ Muốn chế bị 1 loại đất để có e=0,65 ; W=25% cho một dao vòng đất thể tích
500cm
3
. Hỏi phải dùng một lượng đất khô là bao nhiêu và lượng nước đổ vào là bao
nhiêu. Biết đất có tỷ trọng là 2,7.
24
Chương 3
TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT
Trong chương 1 chúng ta đã biết đất có một số đặc điểm chủ yếu như:
- Đất là môi trường rời rạc phân tán có tính rỗng cao do cấu tạo hạt tạo nên.

Trong lỗ rỗng thường chứa nước và khí.
- Cường độ liên kết giữa các hạt rất nhỏ so với cường độ bản thân hạt đất.
Do những đặc điểm đó nên đất có một số tính chất sau đây khi chịu lực và tải
trọng, gọi là tính chất cơ học của đất:
- Dưới tác dụng của chênh lệch cột nước, nước có khả năng thấm qua lỗ rỗng liên
thông với nhau trong đất.
- Dưới tác dụng của ngoại lực hoặc trọng lượng bản thân, đất bị nén lún, lỗ rỗng
trong đất bị thu hẹp làm cho đất giảm nhỏ thể tích và chặt lại.
- Khi chịu tác dụng của lực cắt, khối đất có khả năng chống lại sự trượt nhờ lực
ma sát, lực liên kết và lực cản do sự xen cài của các hạt đất.
- Khi đầm, đất có khả năng chặt lại.
3.1. TÍNH THẤM CỦA ĐẤT
Tính thấm của đất là tính chất của đất cho phép dòng nước chảy qua trong một
điều kiện thuận lợi nào đó. Dòng nước thấm qua được gọi là dòng thấm.
Đất sở dĩ có tính thấm vì trong đất luôn luôn tồn tại các lỗ rỗng. Dòng chảy có
xuất hiện hay không lại phụ thuộc vào “điều kiện thuận lợi” đã xuất hiện hay chưa.
Điều kiện thuận lợi đó là kích thước của các lỗ rỗng (điều kiện bên trong) và áp lực
của dòng thấm (điều kiện bên ngoài) đủ lớn. Nói chung, kích thước lỗ rỗng và áp lực
dòng thấm càng lớn thì nước càng dễ thấm qua đất; kích thước lỗ rỗng và áp lực dòng
thấm đủ bé thì nước không thể thấm qua. Khái niệm đủ lớn hay đủ bé có liên quan
đồng thời cả hai yếu tố là kích thước lỗ rỗng và áp lực dòng thấm.
3.1.1. Định luật Darcy
Lỗ rỗng trong đất rất nhỏ, tuy đường rỗng liên thông với nhau nhưng không
thẳng, trái lại rất quanh co, do đó tốc độ nước thấm qua lỗ rỗng rất chậm, thuộc loại
thấm chảy tầng.
Năm 1856, nhà khoa học H.Darcy đã dựa vào kết quả thí nghiệm thấm đối với
đất cát ở trạng thái chảy tầng đã phát hiện quan hệ giữa vận tốc thấm và độ dốc thủy
lực là quan hệ đường thẳng, chúng tỷ lệ thuận với nhau như sau:
v ki
=

(3.1) hoặc
q kiF
=
(3.2)
Trong đó: v - vận tốc thấm (cm/s).
q - lưu lượng thấm (cm
3
/s).
i - độ dốc thủy lực.
F - diện tích mặt cắt mẫu đất vuông góc với dòng thấm (cm
2
).
k - hệ số tỷ lệ, gọi là hệ số thấm.
25