Bài giảng cơ học đất

1.2.CÁC THÀNH PHẦN CHỦ YẾU CỦA ĐẤT
“1.2.1.1. Đặc tính cơ bản các nhóm hạt đất
“. Nhóm hạt sỏi
“ - Tỉ diện tích rất nhỏ, không đáng kể.
“ - Không dính ngay cả khi ẩm ướt.
“ - Độ dâng cao của nước mao dẫn rất nhỏ, không đáng kể.
“ - Không giữ được nước.
“ . Nhóm hạt cát
“ - Tỉ diện tích nhỏ, khoảng 0.001 ÷ 0.04m2/g.
“ - Tính thấm lớn.
“ - Có thể có tính dính khi ẩm nhưng không dẻo và tính dính
mất đi khi bảo hòa nước (tính dính giả).
“ - Độ dâng cao của nước mao dẫn nhỏ.
“ - Giữ được ít nước.

1


1.2.CÁC THÀNH PHẦN CHỦ YẾU CỦA ĐẤT
“1.2.1.1. Đặc tính cơ bản các nhóm hạt đất
“. Nhóm hạt sét
“- Tỉ diện tích lớn, khoảng 20 ÷ 800m2/g.
“- Hầu như không thấm nước.
“- Tính hút ẩm lớn và có khả năng giữ nước nhiều.
“- Khi hút ẩm thể tích tăng lên nhiều, khi khô co ngót rõ rệt.
“- Khi sũng nước không chảy loãng như nhóm hạt bụi.
“- Tính dính và tính dẻo lớn.

2

1.2.CÁC THÀNH PHẦN CHỦ YẾU CỦA ĐẤT
1.2.1.1. Đặc tính cơ bản các nhóm hạt đất
“. Nhóm hạt bụi
“- Tỉ diện tích vào khoảng 0.04 ÷ 1m2/g.
“- Tính thấm khá nhỏ.
“- Khi ẩm có tính dính và có tính dẻo.
“- Khi sũng nước dễ chảy loãng.
“- Hút và giữ được nước nên thể tích đất tăng lên khi hút ẩm và
co lại khi mất nước.
“- Nước mao dẫn dâng tương đối cao và nhanh.
Để phân loại, người ta thường dùng khái niệm đường kính trung
bình của hạt đất (d, mm), đó là đường kính của vòng tròn bao
quanh tiết diện lớn của hạt đất đó.
3


Bảng 1.2 Phân loại nhóm hạt theo TCVN 5747:1993
Tên nhóm hạt

Ký hiệu
(theo tiếng Anh)

Đường kính
(mm)

Đá tảng

B = Boulder

>300

Cuội và dăm

Co = Cobble

300 ÷ 150

Sỏi và sạn

G

150 ÷ 2

Cát

S

2 ÷ 0.06

Bụi

M

0.06 ÷ 0.002

Sét

C

< 0.002

4


Bảng 1.3 Phân loại nhóm hạt của Nhật Bản

1

Hạt
keo

5

Hạt
sét

74

Hạt
bụi

0.42
mm
Cát
nhỏ

2mm

5mm 20mm 75mm

Cát to

Sỏi
nhỏ

Cát
Vật liệu đất

Sỏi
trung Sỏi to
bình
Sỏi

300mm

Cuội

Đá
tảng

Vật liệu đá

Chú thích: 1 = 10-3mm
5


Bảng 1.4 Phân loại nhóm hạt của Trung Quốc
Tên nhóm hạt

Đường kính (mm)

Đá tảng
Đá lăn và đá hộc

>300
300 ÷ 60

Cuội và dăm

Nhóm hạt thô

Nhóm hạt mòn

Cát

Mòn
Bụi
Sét

to
vừa
nhỏ

60 ÷ 20
20 ÷ 5
5÷2

to
vừa
nhỏ

2 ÷ 0.5
0.5 ÷ 0.25
0.25 ÷ 0.1
0.1 ÷ 0.05
0.05 ÷ 0.005
< 0.005
6


Bảng 1.5 Phân loại nhóm hạt của Anh
Đường kính
(mm)

Tên nhóm hạt
1. Đá hòn (Stone)
Nhóm hạt thô Đá lăn (B)
Cuội và dăm (Co)
2. Sỏi và sạn (G)

Nhóm hạt thô

3. Cát (S)

4. Bụi (M)

>200
200 ÷ 60
to
vừa
nhỏ

60 ÷ 20
20 ÷ 6
6÷2

to
vừa
nhỏ

2 ÷ 0.6
0.6 ÷ 0.2
0.2 ÷ 0.06

to 0.06 ÷ 0.02
vừa 0.02 ÷ 0.006
Nhóm hạt mòn
nhỏ 0.006 ÷ 0.002
5. Sét (C)
< 0.002
Trong đó có hạt keo
< 0.001

7


Bảng 1.6 Phân loại nhóm hạt của AASHTO (Hoa Kỳ)
American Association of State Highway and
Transportation Officials
Tên nhóm hạt

Nhóm hạt thô

Nhóm hạt mòn

Đường kính
(mm)

75 ÷ 2

Sỏi (G)
Cát (S)

to 2 ÷ 0.425
nhỏ 0.425 ÷ 0.075

Bụi (M)
Sét (C)

0.075 ÷ 0.002
< 0.002

8


Bảng 1.7 Phân loại nhóm hạt của USCS (Hoa Kỳ)
Unified Soil Classification System
Đường kính
(mm)

Tên nhóm hạt

Sỏi (G)

Cát (S)

Hạt mòn (Fine grain) ” F
Bụi hoặc sét
Bụi và sét

to
nhỏ

75 ÷ 19
19 ÷ 4.75

to
vừa
nhỏ

4.75 ÷ 2
2 ÷ 0.425
0.425 ÷ 0.075
< 0.075
9


Bảng 1.8 Phân loại nhóm hạt của Pháp
Tên nhóm hạt

Đường kính
(mm)

Sỏi (Gravier) - G

20 ÷ 2

Cát (Sable) - S

Cát to
Cát nhỏ

2 ÷ 0.2
0.2 ÷ 0.02

Bụi (Limon) - M

0.02 ÷ 0.002

Sét (Argile) - C

<0.002

10


1.2. CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT
Mô hình 3 pha của đất
Phần lớn thể tích đất là các hạt rắn, phần thể tích còn lại là lỗ
rỗng, trong lỗ rỗng chứa nước và khí.
 Mô hình đất gồm 3 pha: rắn (hạt), lỏng (nước) và khí

11


1.2. CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT
1.2.1. Pha rắn
Hạt rắn chiếm phần lớn thể tích của đất, là cốt chòu lực, tạo thành
bộ khung chòu lực của đất.
Người ta đánh giá đất chủ yếu dựa vào pha hạt rắn
a. Phân loại hạt đất
Dựa trên kích thước, chia thành hai nhóm chính: hạt thô và hạt
mòn

Tên hạt đất được phân theo từng nhóm tuỳ thuộc vào kích thước.
Tuy nhiên ranh giới để phân biệt các loại hạt được quy ước khác nhau
theo các quy phạm khác nhau
12


1.2. CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT
1.2.1. Pha rắn
a.Phân loại hạt đất
Nhận xét:
Sức chòu tải của hạt giảm dần theo chiều giảm kích thước hạt
Khả năng thấm giảm theo chiều giảm kích thước hạt.
b. Hình dạng
c. Thành phần khoáng

13

1.2. CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT
1.2.1. Pha rắn
So sánh đất hạt thô và đất hạt mòn

Hạt thô

Hạt mòn

Khả năng chòu tải cao
Khả năng thoát nước tốt
Cường độ và sự thay đổi thể tích
không bò ảnh hưởng bởi độ ẩm
Kích thước và cấu trúc hạt quyết đònh
tính chất kỹ thuật
Không nén được khi ở trạng thái chặt
Sự rung động làm thay đổi thể tích khi
ở trạng thái rời

Khả năng chòu tải kém
Tính thấm kém
Các đặc tính về cường độ
và sự thay đổi thể tích bò ảnh
hưởng bởi độ ẩm
Tính chất kỹ thuật được
kiểm soát bởi yếu tố khoáng
vật hơn là kích thước hạt

14

1.2. CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT
1.2.2. Pha lỏng
a.Nước trong khoáng vật của đất
Là nước ở trong mạng tinh thể khoáng vật của đất, coi như một bộ
phận của khoáng vật  không ảnh hưởng tới tính chất cơ ” lý của đất.
b.Nước liên kết

Tạo nên bởi tác dụng của lực hút điện phân tử giữa hạt sét (-) và
phân tử nước có tính chất lưỡng cực.
“ Nước màng: là loại nước bám rất chặt vào mặt ngoài của hạt đất.
Nước ở thể rắn và chui cả vào mạng tinh thể khoáng vật  xem như
một phần của hạt rắn, do đó không ảnh hưởng tới tính chất của đất.

15


1.2. CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT
1.2.2. Pha lỏng
b. Nước liên kết
 Nước liên kết mạnh: ở xa hạt sét hơn một chút so với nước màng. Là
lớp nước bám tương đối chặt ở bề mặt hạt. Không có ảnh hưởng nhiều
đến tích chất của đất.
 Nước liên kết yếu: là lớp nước liên kết ngoài cùng của hạt đất, nước
vẫn còn bò giữ ở bề mặt hạt nhưng lực hút yếu dần cho đến không còn
ảnh hưởng. Vành nước liên kết có ảnh hưởng đến tính chất đất, nó làm
cho đất có tính dẻo, tính dính.
Dạng vỏ nước bao quanh
hạt đất
16

1.2. CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT
1.2.2. Pha lỏng
c. Nước tự do
Là loại nước nằm ngoài phạm vi tác dụng của lực điện phân tử của
hạt đất, gồm có nước trọng lực và nước mao dẫn.

Nước trọng lực: Có những tính chất thông thường của nước ở trạng thái
lỏng nói chung. Nó thấm trong đất dưới tác dụng của trọng lực. Nước
trọng lực ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất cơ ” lý của đất và chúng ta
phải giải quyết các vấn đề sau đây:
 Khả năng hoà tan và phân giải của nước;
 Ảnh hưởng của áp lực thuỷ tónh đối với đất ;

 Ảnh hưởng của lựïc thấm do sự chuyển động của nước trong đất đối
với tính ổn đònh của đất.
17


1.2. CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT
1.2.2. Pha lỏng
c. Nước tự do



Nước mao dẫn
Độ cao mao dẫn:

(Capillary)

4T cos 
hc 
d w
 T: lực căng bề mặt;

u

Chiều cao mao dẫn trong ống

 Vùng từ mực nước ngầm đến chiều cao hc được gọi là đới bão hoà
nước mao dẫn  áp lực nước lỗ rỗng u < 0.
 Độ dâng lên của nước mao dẫn thay đổi theo sự lên xuống của mực
nước ngầm.
18


1.2. CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT
1.2.2. Pha lỏng
c. Nước tự do
Áp lực mao dẫn
 Là áp lực phụ thêm do nước mao dẫn gây ra cho hạt đất trong đới bão
hoà nước mao dẫn, làm tăng thêm trọng lượng của đất.

 Áp lực mao dẫn là một trong những yếu tố tạo nên tính dính của đất.

Đới mao dẫn trong đất

19

1.2. CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT

Chiều cao mao dẫn của đất (theo Braja. M. Das)

20


1.2. CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT
1.2.3. Pha khí
Khí tồn tại trong lỗ rỗng của đất (khí tự do) hoặc hoà tan trong nước,
khí tự do bao gồm hai dạng khí kín và khí hở.

a. Khí kín
Là khí không thông thương với khí quyển bên ngoài. Có ảnh hưởng lớn
tới tính chất cơ học của đất, đặc biệt với đất dính.
b. Khí hở
Là khí có thông thương với khí quyển bên ngoài. Khí hở không có
ảnh hưởng gì đáng kể đến các tính chất của đất
“ Ảnh hưởng của khí đối với các tính chất của đất là không đáng kể và
khó tính toán  Trong cơ học đất cổ điển, người ta bỏ qua vai trò của
pha khí, coi đất là bão hoà lý tưởng (đất 2 pha).
21


1.3. THÀNH PHẦN HẠT, CẤP PHỐI CỦA ĐẤT
1.3.1. Thí nghiệm phân tích hạt
Mục đích: Xác đònh hàm lượng (%) theo trọng lượng của mỗi nhóm hạt
trong mẫu đất.

Gồm 2 thí nghiệm: thí nghiệm rây sàng và thí nghiệm lắng đọng

a. Thí nghiệm rây sàng (cho nhóm hạt thô)
 Áp dụng với những hạt có kích thước ≥ 0.1mm;
 Rây số:
No 4; No 10; No 20; No 40; No 60; No 80; No 100; No 200
Chú thích:
 Rây No 200 có nghóa là trên một inch vuông có 200 lỗ rây.

22


1.3. THÀNH PHẦN HẠT, CẤP PHỐI CỦA ĐẤT
1.3.1. Thí nghiệm phân tích hạt
a. Thí nghiệm rây sàng

Rây lưới tròn

Máy rây
23


1.3. THÀNH PHẦN HẠT, CẤP PHỐI CỦA ĐẤT
1.3.1. Thí nghiệm phân tích hạt
b. Thí nghiệm lắng đọng (cho nhóm hạt mòn)
 Áp dụng với những hạt có kích thước từ 0.1
đến 0.002 mm;

 Tính toán:
Dựa vào Đònh luật Stokes: V 
Trong đó:

 s  w 2
d
18

V: vận tốc giới hạn của hạt đất rơi tự do trong
bán không gian chất lỏng;
d: đường kính hạt đất;

: độ nhớt của nước;
s: dung trọng hạt đất;
w: dung trọng nước;

Bình thí nghiệm lắng
đọng với thuỷ kế
24


1.3. THÀNH PHẦN HẠT, CẤP PHỐI CỦA ĐẤT
1.3.1. Thí nghiệm phân tích hạt
Chú ý:
 Cỡ hạt d (mm) trong thí nghiệm rây sàng được hiểu là tương ứng với
đường kính mắt rây trong thí nghiệm phân tích hạt;

 Cỡ hạt d(mm) trong thí nghiệm lắng đọng là tương đương với hạt hình
cầu có đường kính d (mm) cùng tỷ trọng và tốc độ chìm lắng trong nước.

25