THUYET TRINH Mon DIA CHAT CONG TRINH ( Tinh chat co ban cua dat )

CHƯƠNG 2
CÁC CHỈ TIÊU TÍNH CHẤT CƠ LÝ CƠ BẢN CỦA ĐẤT
Qa

khí

Va

nước

Vw

hạt
nước

khí

Vv

Q Qw
Qs

V
hạt

Vs

Hình 2.1. Sơ đồ tương quan giữa khối lượng –
thể tích của ba pha trong đất

Qa

khí

Va

nước

Vw

hạt
nước

Vv

Q Qw

khí

Trong đó:
V
: thể tích toàn bộ đất (cm3)
Vs
: thể tích những hạt rắn (cm3)
Vw
: thể tích nước (cm3)
Va
: thể tích khí (cm3)
Vw+Va=Vv: thể tích lỗ rổng đất (cm3)

Qs

Q
Qs
Qw
Qa

V
hạt

Vs

: khối lượng toàn bộ đất (g)
: khối lượng hạt rắn (g)
: khối lượng nước trong lỗ rỗng (g)
: khối lượng khí trong đất, vì khí
rất nhẹ nên thực tế xem Qa=0


2.1. Thành phần hạt và các đặc trưng liên quan
2.1.1. Khái niệm
Thành phần hạt là hàm lượng các nhóm hạt có độ lớn khác nhau
trong đất, được biểu diễn bằng tỷ lệ phần trăm so với khối lượng mẫu
đất khô tuyệt đối (sấy ở 105oC) lấy phân tích.
(2.1)
Trong đó:
Qs: khối lượng nhóm hạt, (g)
Q : khối lượng mẫu đất trung bình lấy phân tích, (g)

2.1. Thành phần hạt và các đặc trưng liên quan
2.1.2. Ý nghĩa của việc xác định thành phần hạt
Việc xác định thành phần hạt có ý nghĩa quan trọng như:
- Phân chia đất thành từng loại riêng biệt ở các cột địa tầng, mặt cắt
địa chất, hình trụ hố khoan…
- Xác định được đặc điểm kiến trúc đất.
- Dự đoán được các đặc điểm điều kiện thành tạo và thành phần
khoáng vật đất.
- Đánh giá đất để làm vật liệu xây dựng đê, đập,…
- Nhận xét được gần đúng các tính chất cơ lý của chúng.


2.1. Thành phần hạt và các đặc trưng liên quan
2.1.2. Ý nghĩa của việc xác định thành phần hạt
Muốn xác định thành phần hạt đất phải phân các hạt có trong đất
thành từng nhóm có tính chất khác biệt nhau:
- Nhóm hạt to: nhóm dăm cuội, nhóm đá lăn, đá hộc.
- Nhóm hạt thô: nhóm hạt cát, nhóm hạt sỏi sạn.
- Nhóm hạt mịn: nhóm hạt sét, nhóm hạt bụi.


2.1. Thành phần hạt và các đặc trưng liên quan
2.1.2. Ý nghĩa của việc xác định thành phần hạt
Theo đường kính hạt (TCVN 5747 – 1993) được phân thành:
- Đá tảng: có kích thước lớn hơn 300 mm
- Cuội và dăm: có kích thước từ 300 - 150 mm
- Sỏi và sạn: có kích thước từ 150 - 2 mm
- Hạt cát: có kích thước từ 2 – 0,06 mm
- Hạt bụi: có kích thước từ 0,06 – 0,002 mm
- Hạt sét: có kích thước < 0,002 mm

2.1. Thành phần hạt và các đặc trưng liên quan
2.1.3. Phương pháp xác định
Các phương pháp thí nghiệm xác định thành phần hạt:
- Rây khô với các hạt từ 10 đến 0,5 mm.
- Rây ướt với các hạt từ 0,5 đến 0,1 mm.

a)

b)

c)

a) – Máy rây;
b) – Rây lưới tròn;
c) – Rây lưới vuông và đất còn lại trên rây.


2.1. Thành phần hạt và các đặc trưng liên quan
2.1.3. Phương pháp xác định
Các phương pháp thí nghiệm xác định thành phần hạt:
- Tỷ trọng kế với các hạt từ 0,1 đến 0,002 mm.
- Dựa vào định luật Stokes:
𝛾𝑠 − 𝛾𝑤 2
𝑣=
.𝑑
18𝜇
Hình 2.2. Ống nghiệm chứa huyền phù,
tỷ trọng kế.

2.1. Thành phần hạt và các đặc trưng liên quan
2.1.3. Phương pháp xác định

Hình 2.3. Biểu đồ đường cong cấp phối
Hệ số đồng nhất:
Khi:

+ Cu < 3: cỡ hạt đồng đều;
+ 3 ≤ Cu ≤ 5: cỡ hạt tương đối không đồng đều;
+ 5 < Cu : cỡ hạt không đồng đều.


2.1. Thành phần hạt và các đặc trưng liên quan
2.1.3. Phương pháp xác định
90
80
70
60

Weight

Phần trăm hạt mòn hơn Percent Finer by

100

50
40
30

20
10
0
1,000

0,100

0,010

Đường kính cỡ hạt Grain Size (mm)

0,001

Hình 2.2. Biểu đồ đường cong cấp phối
Hệ số cấp phối:
2
30

d
Cg =
d 60 .d10

d10: đường kính lớn nhất của nhóm hạt có đường
kính bằng hoặc nhỏ hơn nó chiếm 10% hàm
lượng mẫu đem phân tích.(tương tự cho d30, d60)


2.1. Thành phần hạt và các đặc trưng liên quan
2.1.3. Phương pháp xác định
N%

100%

60%

30%

10%
D60

D30

Cách xác định D60; D30; D10

D10

D (mm)


2.1. Thành phần hạt và các đặc trưng liên quan
2.1.3. Phương pháp xác định
Các điều kiện cấp phối của một mẫu đất:
Cu > 4 – với sỏi sạn
+ Nếu:

Cu > 6 – với cát
1< Cg < 3
Đất cấp phối tốt, đường cong cấp phối có dạng thoai

thoải, nền đất có nhiều loại nhóm hạt khác nhau.

2.1. Thành phần hạt và các đặc trưng liên quan
2.1.3. Phương pháp xác định
Các điều kiện cấp phối của một mẫu đất:
+Nếu

Cu < 4 – với sỏi sạn
Cu < 6 – với cát
Đất cấp phối kém, đường cong cấp phối có dạng dốc đứng,
đất nền có ít loại kích thước hạt.

+Nếu

Cg < 1
Cg > 3
Đất cấp phối kém, đường cong cấp phối có dạng bậc
thang, nền đất không có một vài kích thước hạt.


2.2. Các chỉ tiêu tính chất vật lý cơ bản của đất
 Các pha tạo thành đất
Qa

khí

Va

nước

Vw

hạt
nước

khí
Trong đó:
V
: thể tích toàn bộ đất (cm3)
Vs
: thể tích những hạt rắn (cm3)
Vw
: thể tích nước (cm3)
Va
: thể tích khí (cm3)
Vw+Va=Vv: thể tích lỗ rổng đất (cm3)

Vv

Q Qw
Qs

Q
Qs
Qw
Qa

V
hạt

Vs

: khối lượng toàn bộ đất (g)
: khối lượng hạt rắn (g)
: khối lượng nước trong lỗ rỗng (g)
: khối lượng khí trong đất, vì khí
rất nhẹ nên thực tế xem Qa=0


2.2. Các chỉ tiêu tính chất vật lý cơ bản của đất
2.2.1. Khối lượng thể tích đất
2.2.1.1. Khối lượng thể tích tự nhiên (ρ, g/cm3): là khối lượng một đơn
vị thể tích đất ở trạng thái tự nhiên

Q
ρ=
V
 Cách xác định khối lượng thể tích tự nhiên

(2.5)


2.2.1. Khối lượng thể tích đất
2.2.1.1. Khối lượng thể tích đất tự nhiên (hay khối lượng riêng tự nhiên)
 Video clip cách xác định khối lượng thể tích tự nhiên


2.2.1. Khối lượng thể tích đất
2.2.1.1. Khối lượng thể tích đất tự nhiên (hay khối lượng riêng tự nhiên)
Ví dụ 2.1: Một mẫu đất được chứa trong dao vòng, khối lượng của
mẫu đất và dao vòng là Q1 = 1134,2g. Dao vòng có khối lượng là Q2

= 544,2g, đường kính 6,3cm, chiều cao 10,2cm. Hãy xác định khối
lượng thể tích của mẫu đất trên.


2.2.1. Khối lượng thể tích đất
2.2.1.1. Khối lượng thể tích đất tự nhiên (hay khối lượng riêng tự nhiên)
- Thể tích của mẫu đất:
V=

π d2
4

.h=

π × 6,32
4

×10, 2= 318(cm3 )

- Khối lượng của mẫu đất:
Q = Q1 – Q2 = 1134,2 - 544,2 = 590 (g)
Khối lượng thể tích tự nhiên của mẫu đất:

Q 590
ρ= =
= 1,86( g / cm3 )
V 318


2.2.1. Khối lượng thể tích đất

2.2.1.2. Khối lượng thể tích đất khô (ρd, g/cm3)
- Là khối lượng một đơn vị thể tích đất khô có kết cấu tự nhiên

Qs
ρd =
V

(2.6)

Đối với đất bị co ngót mạnh khi sấy khô khối lượng thể tích cốt đất
được xác định theo công thức:

ρw
ρd =
1 + 0,01.w

(2.7)


2.2.1. Khối lượng thể tích đất
2.2.1.3. Khối lượng thể tích hạt đất (ρs, g/cm3)
Khối lượng thể tích hạt đất (ρs, g/cm3) là khối lượng một đơn vị thể
tích hạt rắn của đất, khô tuyệt đối, xếp chặt xít không lỗ rỗng.

Qs
ρs =
Vs

(2.8)

2.2.1.4. Khối lượng thể tích bão hòa (ρsat, g/cm3)
Khối lượng thể tích bão hòa (ρsat ,g/cm3) là khối lượng một đơn vị thể
tích đất ở trạng thái no nước (các lỗ rỗng của đất chứa đầy nước).

ρ sat

Qw + Qs
=
V

(2.9)


2.2.1. Khối lượng thể tích đất
2.2.1.5. Khối lượng riêng đẩy nổi (ρ’, g/cm3)
Khối lượng riêng đẩy nổi (ρ’ , g/cm3) là khối lượng riêng của đất
(ở tầng nước ngầm) có tính đến lực đẩy nổi của nước.

Qρs −.Vw s
ρ'
=
= ρ sat − ρ w
V

(2.10)

2.2.2. Trọng lượng riêng (dung trọng) của đất
Trọng lượng riêng (hay dung trọng) của đất: là tích số giữa khối
lượng thể tích và gia tốc trọng trường (đơn vị N/cm3, kN/m3).
- Dung trọng tự nhiên:

W
γ =
V

Hay:

γ = ρ.g

(2.11)
(2.11a)


2.2.2. Trọng lượng riêng (dung trọng) của đất
Ws
- Dung trọng khô: γ d =
V
Hay:
γd = ρd.g
Ws
γ
=
- Dung trọng hạt:
s
Vs

Hay:

γs = ρs.g

- Dung trọng đẩy nổi

Hay:

(2.12)
(2.12a)
(2.13)
(2.13a)


γ 
Ws ×  1 − w 
γs 

γ '=
V

γ’ = γsat - γw

- Dung trọng bão hòa: γsat = ρsat.g

(2.14)
(2.14a)
(2.15)

Trong đó:
g: gia tốc trọng trường (≅10m/s2)


2.2. Các chỉ tiêu tính chất vật lý của đất
2.2.3. Các định nghĩa tỷ trọng
 Tỷ trọng hạt, Gs, là tỷ số giữa trọng lượng riêng hạt và trọng

lượng riêng nước.
γs
Gs =
(2.16)

γw

 Tỷ trọng đất tự nhiên

γ
G=
γw

(2.17)

 Tỷ trọng đất khô

γd
Gd =
γw

(2.18)

 Tỷ trọng đẩy nổi

γ'
G'=
γw

(2.19)

2.2. Các chỉ tiêu tính chất vật lý của đất
2.2.4. Các chỉ tiêu về thể tích đất
Độ rỗng là thể tích lỗ rỗng trong một dơn vị thể tích đất.

Vv
n = .100%
V

(2.20)

Hệ số rỗng là tỷ số giữa thể tích hổng với thể tích hạt rắn của đất.

Vv
e=
Vs

(2.21)

Độ chặt tương đối đất cát

e max − e
D=
e max − e min

(2.22)


2.2. Các chỉ tiêu tính chất vật lý của đất

2.2.5. Độ ẩm và độ bão hoà của đất đá
2.2.5.1. Độ ẩm (W, %)
=
w

Qγ
γ
w
=
.100%
Qγ
s

 Cách xác định độ ẩm

−

d

.100%

(2.23)

d

Lon nhôm

2.2.5.2. Độ bão hòa (Sr , %)
(2.24)