Bài giảng cơ học đất (7 chương) bạch văn sỹ

1
GV. Bạch Văn Sỹ BM Kỹ thuật Xây dựng
2
Tài liệu Tham khảo (Reference Book):
Vietnamese:
GV. Bạch Văn Sỹ BM Kỹ thuật Xây dựng
۞ Cơ Học Đất (Trường Đại học Thủy lợi)
۞ Cơ Học Đất (Trường Đại học Xây dựng)
۞ Cơ Học Đất (Trường Đại học GTVT)
۞ Cơ Học Đất (Whilow)
English:
۞ Principles of geotechnical engineering (5th Edition, Das)
۞ Advanced Soil Mechanics (2nd edition, Das)
۞ Fundamentals of soil mechanics (Taylor)
3
Nội Dung (Content):
GV. Bạch Văn Sỹ BM Kỹ thuật Xây dựng
Chapter 1:
Bản Chất Vật Lý Của Đất

1.1 Nguồn góc quá trình hình thành đất
1.2 Thành phần của đất
1.3 Xác định các chỉ tiêu cơ bản của đất
1.4 Xác định các chỉ tiêu đánh giá trạng thái của đất
1.5 Phân loại đất

1
5
Bản chất vật lý của đất:
1.1 Nguồn góc quá trình hình thành đất:
GV. Bạch Văn Sỹ BM Kỹ thuật Xây dựng

 Đất là sản phẩm của quá trình phong hóa đá góc
 Đá có được phân loại:
 Đá magma
 Đá trầm tích
 Đá biến chất

 Các dạng phong hóa:
 Phong hóa vật lý: do nhiệt độ, gió, nước chảy, sóng … )
=> không có sự thay đổi thành phần hóa học.
 Phong hóa hóa học: chất khoáng của đá góc bị thay đổi bởi các
phản ứng CO2, nước với khoáng
 Phong hóa sinh vật: do các vi sinh vật phân hủy chất khoáng







1
6
Bản chất vật lý của đất:
Hình ảnh đá magma, trầm tích và biến chất:
GV. Bạch Văn Sỹ BM Kỹ thuật Xây dựng
Đá Granit
Đá Cuội kết
Đá Gonai
1
7
Bản chất vật lý của đất:

Hình ảnh hiện tượng phong hóa:
GV. Bạch Văn Sỹ BM Kỹ thuật Xây dựng
Đá hình Nấm ở Ai cập
ở trên sa mạc
Hòn trống mái ở vịnh
Hạ long
Ở Yehliu -Taiwan
1
8
Bản chất vật lý của đất:
1.1 Nguồn góc quá trình hình thành đất (tt):
GV. Bạch Văn Sỹ BM Kỹ thuật Xây dựng
 Quá trình trầm tích và đặc điểm của đất trầm tích:
 Quá trình trầm tích: sản phẩm sau khi bị phong hóa sẽ bị cuốn đi
nơi khác, tùy theo kích thước hạt to nhỏ mà trong quá trình di
chuyển chúng sẽ lắng động thành các tầng đất khác nhau.








 có 3 nhóm trầm tích khác nhau:
• Trầm tích lục địa: đất tàn tích, sườn tích, bồi tích, lũ
tích, băng tích, đất phong thành, etc.
• Trầm tích vũng vịnh: thường là bụi, bùn, sét, etc
• Trầm tích Biển:

Quá trình trầm tích do vận chuyển của dòng nước
1
9
Bản chất vật lý của đất:
1.2 Thành phần của đất:
GV. Bạch Văn Sỹ BM Kỹ thuật Xây dựng
 Đất: thông thường đất có cấu tạo 3 pha: hạt đất (pha rắn), nước (pha lỏng)
và lỗ rỗng (pha khí)




1.2.1 Thành phần khoáng vật của hạt đất:
1
10
Bản chất vật lý của đất:
GV. Bạch Văn Sỹ BM Kỹ thuật Xây dựng
Có 3 loại:
 Khoáng vật nguyên sinh: thường gặp fenpat, thạch anh, mica. =>
các loại đất có thành phần KVNS thì kích thước lớn, d > 0.005mm
 Khoáng vật thứ sinh: gồm kaolinit, ilit, monmorilonit, canxit… =>
hình thành nên hạt sét
 Chất hóa hợp hữu cơ: sản phẩm của quá trình phân hóa xác thực
động vật (chất hữu cơ).




1.2.1 Thành phần khoáng vật của hạt đất:

Kaolinit monmorilonit
ilit
1
11
Bản chất vật lý của đất:
GV. Bạch Văn Sỹ BM Kỹ thuật Xây dựng
 Kích cở của hạt: có nhiều cách phân loại.


1.2.2 Cấp phối hạt của đất:
Kaolinit monmorilonit
ilit
1
12
Bản chất vật lý của đất:
GV. Bạch Văn Sỹ BM Kỹ thuật Xây dựng
1.2.2 Cấp phối hạt của đất (tt):
Kaolinit monmorilonit
ilit
1
13
Bản chất vật lý của đất:
GV. Bạch Văn Sỹ BM Kỹ thuật Xây dựng

 Phương pháp phân tích thành phần hạt :
 Phương pháp sàng (Sieve analysis): D
hạt
>= 0.1mm (TCVN),
0.075mm (ASTM)
 phương pháp tỷ trọng kế (Hydrometer analysis): D
hạt
< 0.1mm or
0.075mm (ASTM)



1.2.2 Cấp phối hạt của đất (tt):
Kaolinit monmorilonit
ilit
1
14
Bản chất vật lý của đất:
GV. Bạch Văn Sỹ BM Kỹ thuật Xây dựng
 Phương pháp sàng (Sieve analysis):
 Rây đường kính tiêu chuẩn: 10, 5, 2, 1, 0.5, 0.25, 0.1mm (TCVN)
25, 19, 9.5, 4.75, 2, 0.85, 0.425, 0.25, 0.15, 0.075mm (ASTM)
(No4, No10, No20, No40, No60, No100, No200)
 Đất sau khi được làm tơi các hạt.
 Cân lại lượng hạt trên các sàng
 xác định hàm lượng riêng của từng nhóm hạt so với tổng trọng lượng

hạt khô đem làm thí nghiệm.
 xác định hàm lượng tích lũy của từng nhóm hạt (p% )


1.2.2 Cấp phối hạt của đất (tt):
Kaolinit monmorilonit
ilit
1
15
Bản chất vật lý của đất:
GV. Bạch Văn Sỹ BM Kỹ thuật Xây dựng
 Kích cở sàng theo ASTM (American Society for Testing and Materials)
1.2.2 Cấp phối hạt của đất (tt):
Kaolinit
ilit
1
16
Bản chất vật lý của đất:
GV. Bạch Văn Sỹ BM Kỹ thuật Xây dựng
 Phương pháp sàng (Sieve analysis):
Example:
Ws(GM-1) = 1493.33 g, Ws(SM-1) = 350 g, Ws(CL-01) = 250.49 g

1.2.2 Cấp phối hạt của đất (tt):
1
17
Bản chất vật lý của đất:
GV. Bạch Văn Sỹ BM Kỹ thuật Xây dựng
 Phương pháp tỷ trọng kế (Hydrometer analysis):
 Dựa vào tốc độ chìm lắng của các hạt để phân chia kích cỡ hạt

 Giả định hạt là hình cầu, tốc độ chìm lắng tính theo công thức của
Stokes :

1.2.2 Cấp phối hạt của đất (tt):
1
18
Bản chất vật lý của đất:
GV. Bạch Văn Sỹ BM Kỹ thuật Xây dựng
 Phương pháp tỷ trọng kế (Hydrometer analysis):

1.2.2 Cấp phối hạt của đất (tt):
1
19
Bản chất vật lý của đất:
GV. Bạch Văn Sỹ BM Kỹ thuật Xây dựng
 Phương pháp tỷ trọng kế (Hydrometer analysis):

1.2.2 Cấp phối hạt của đất (tt):
Từ Li, Ni, ti ta tính được đường kính hạt d và lượng
chứa của các hạt <= d, tính bằng % trọng lượng của
mẫu đất được làm thí nghiệm.
Hàm lượng tích lũy theo d:
 
wti
h
d
V
Q
p












1
1
20
Bản chất vật lý của đất:
GV. Bạch Văn Sỹ BM Kỹ thuật Xây dựng
 Đường cong cấp phối hạt:
Có 5 thông số xác định được từ đường
cong cấp phối
1. Đường kính hiệu quả d10
2. Đường kính chi phối d60
3. Hệ số đồng đều Cu:



cấp phối tốt khi Cu > 4
4. Hệ số đường cong Cc:



Cc càng bé thì đường cong càng đều đặn.

Cc = (1-3) là tốt


1.2.2 Cấp phối hạt của đất (tt):
10
60
d
d
C
u

1060
2
30
dd
d
C
c

1
21
Bản chất vật lý của đất:
GV. Bạch Văn Sỹ BM Kỹ thuật Xây dựng
1.2.2 Cấp phối hạt của đất (tt):
5. Terzaghi and Peck, D15 sử dụng để xác định cấp phối của vật liệu
cho ổn định chống xói mòn:
1
22
Bản chất vật lý của đất:
GV. Bạch Văn Sỹ BM Kỹ thuật Xây dựng

1.2.3 Nước trong đất:
Gồm có 3 loại cơ bản sau:
 Nước trong các hạt khoáng vật:
 Nước kết hợp mặt ngoài:
 Nước tự do:
1.2.4 Khí trong đất:
1
23
Bản chất vật lý của đất:
1.3 Xác định các chỉ tiêu cơ bản của đất:
GV. Bạch Văn Sỹ BM Kỹ thuật Xây dựng
 Xuất phát từ mô hình đất 3pha:
Để tiện so sánh và tính toán thì các kí hiệu sau đây được hiểu như sau:
 : khối lượng (dung trọng) thể tích (g/cm3, T/m3)
 : trọng lượng thể tích (N/cm3, kN/m3)
Quan hệ:  = .g

1
24
Bản chất vật lý của đất:
1.3 Xác định các chỉ tiêu cơ bản của đất:
GV. Bạch Văn Sỹ BM Kỹ thuật Xây dựng
 Trọng lượng thể tích tự nhiên ():


Trọng lượng thể tích bão hòa (
bh
, 
sat
):

 Trọng lượng thể tích đẩy nổi (
đn
):





 Trọng lượng thể tích khô (
k
, 
d
):



g
V
gm
V
Q
.
.


)/(,
.

3
mKN
V
VQ
rnh
bh




nbhđn
hnh
đn
mKN
V
VQ





 )/(,
.
3
W
mKN
V
Q
k
h

k
01.01
);/(,
3




 Độ ẩm(W%):


 Độ bão hòa (Sr):



 Hệ số rỗng e (ε)



 Độ rỗng n



 Tỷ trọng hạt , Gs




%100.%100.
h

n
h
n
m
m
Q
Q
W 
r
n
R
V
V
S 
h
r
V
V
e 
%100
V
V
n
r

n
h




1
25
Bản chất vật lý của đất:
1.3 Xác định các chỉ tiêu cơ bản của đất:
GV. Bạch Văn Sỹ BM Kỹ thuật Xây dựng
 Trọng lượng thể tích riêng hạt(
h
):

h
h
h
V
Q


n
h



nk
eW









101.01
n
n
e
k
h


1
1


n
r
e
eS




1
.
nbh
bhn
e






ndn
e




1
1
'
e
W
S
r
01.0*

nbhdn

'
Một số công thức liên hệ: