Cơ học đất nâng cao

TR

NG

B MÔN

I H C TH Y L I
A K THU T

BÀI GI NG
C

H C

T NÂNG CAO

Tr nh Minh Th
Hoàng Vi t Hùng

N m 2012
1


M C L C:
CH

NG 1. TÍNH CH T V T LÝ C A

1.1. M

đ u...................................................................................................................................... 3

T ....................................................... 3

1.2. Phân b c h t ........................................................................................................................ 3
1.3. Gi i h n c h t đ t ................................................................................................................. 5
1.4. Các quan h tr ng l
1.5.

ch t t

ng - th tích ....................................................................................... 6

ng đ i ................................................................................................................... 9

1.6. Các gi i h n Atterberg ......................................................................................................... 11
1.7 Các h phân lo i đ t .............................................................................................................. 12

CH
2.1

NG 2. TÍNH TH M N

CC A

T ...................................................... 21

nh lu t th m Darcy ............................................................................................................ 21

2.2. Th m n đ nh ......................................................................................................................... 24
2.3.

ng su t hi u qu ................................................................................................................ 26

2.4. C k t..................................................................................................................................... 29

CH

NG 3. XÁC

NH

LÚN C A N N.................................................... 34

3.1. Tính toán đ lún c k t ban đ u .......................................................................................... 34
3.2. T c đ c k t theo th i gian ................................................................................................ 35
3.3.

c k t do gia t i t ng d n ............................................................................................... 41

CH

NG 4. TÍNH CH NG C T C A

4.1.

b n ch ng c t .................................................................................................................. 44

T ....................................................... 44

4.2. Thí nghi m nén không h n hông ......................................................................................... 49

4.3. Các đ
4.4. C

ng

ng su t ............................................................................................................. 51

ng đ kháng c t c a đ t cát ......................................................................................... 65

4.5. Nh ng đ c tr ng

ng suât - bi n d ng và c

ng đ c a đ t dính bão hoà .................. 89

CH
NG 5. KHÁI NI M V C H C
T KHÔNG BÃO HÒA & TR NG THÁI
T IH NC A
T .......................................................................................... 132
5.1. Khái ni m v c h c đ t không bão hòa .......................................................................... 132
5.2. Tr ng thái t i h n c a đ t ................................................................................................. 145

M TS

D NG BÀI T P ÔN ........................................................................... 162

2

CH

NG 1. TÍNH CH T V T LÝ C A

T

1.1. M đ u
Khi thi t k n n móng công trình nh nhà , c u đ ng và đê đ p th ng c n các
ki n th c v (a) t i tr ng truy n t k t c u ph n trên xu ng h móng (b) đi u ki n đ a ch t
đ t n n (c) tính ch t ng su t - bi n d ng c a đ t mang h móng và (d) yêu c u c a các
quy t c, quy ph m, tiêu chu n… xây d ng. i v i k s n n móng, hai y u t (b) và (c)
là vô cùng quan tr ng vì chúng thu c l nh v c c h c đ t.
Các tính ch t đ a k thu t c a m t lo i đ t nh phân b c h t, tính d o, tính nén ép
và tính ch ng c t, có th xác đ nh đ c t trong phòng thí nghi m. Trong th i gian g n đây
đã nh n m nh t i vi c xác đ nh hi n tr ng các tính ch t v đ b n và tính bi n d ng c a đ t,
vì quá trình này tránh đ c s xáo đ ng m u đ t khi kh o sát hi n tr ng. Tuy nhiên, trong
nh ng đi u ki n nh t đ nh, không ph i t t c các thông s c n thi t đ u có th xác đ nh đ c
vì đi u ki n kinh phí. Trong nh ng tr ng h p nh v y, ng i k s ph i có nh ng gi đ nh
v các tính ch t c a đ t.
có đ c đ chính xác các thông s c a đ t - dù là chúng đ c xác
đ nh trong phòng hay hi n tr ng ho c đ c gi đ nh - ng i k s ph i hi u th u đáo nh ng
nguyên lý c b n c a c h c đ t. ng th i ph i th y r ng ph n l n các công trình xây d ng
trên đ t tr m tích không đ ng ch t. Do v y, ng i k s ph i có m t s hi u bi t th u đáo v
đ a ch t c a khu v c, đó là ngu n g c và b n ch t c a đ a t ng c ng nh các đi u ki n đ a
ch t thu v n... K thu t n n móng là m t s ph i h p khéo léo c a c h c đ t, đ a ch t công
trình, và suy đoán riêng có đ c t kinh nghi m th c t . m t m c đ nào đó, k thu t n n
móng có th đ c g i là m t l nh v c ngh thu t.
Khi xác đ nh lo i móng nào là kinh t nh t, ng i k s ph i xem xét t i tr ng c a k t
c u ph n trên, đi u ki n đ t n n và đ lún cho phép. Nói chung, có th phân các móng nhà và
c u làm hai lo i ch y u sau: (1) móng nông và (2) móng sâu. Trong h u h t lo i móng nông,

đ sâu đ t móng có th đ u b ng ho c nh h n t ba đ n b n l n chi u r ng móng. Móng
c c và móng đúc t i ch thu c lo i móng sâu. Chúng đ c ch n dùng khi l p ph n trên có
s c ch u t i th p và khi dùng móng nông s gây h h i l n ho c m t n đ nh k t c u công
trình.
Ch ng này ch y u là ôn l i nh ng tính ch t đ a k thu t c b n c a đ t, bao g m
các v n đ v phân b c h t, tính d o, phân lo i đ t…

1.2. Phân b c h t
Trong b t k kh i đ t nào, c h t th ng thay đ i r t l n.
phân lo i đ t đ c
h p lý, ta ph i bi t đ c phân b c h t c a nó. Phân b c h t c a đ t h t thô th ng
đ c xác đ nh b ng ph ng pháp phân tích rây.
i v i đ t h t m n, phân b c h t
đ c xác đ nh b ng phân tích t tr ng k . M c này gi i thi u đ c đi m c b n c a các
phân lo i trên. Có th xem mô t chi ti t h n trong các s tay thí nghi m đ t trong phòng
(Das, 2002).
Phân tích b ng ph

ng pháp rây

Phân tích rây đ c th c hi n
b rây có l nh d n, d i đáy có m
đ t đ c gi l i trên m i rây. Ph n
(percent finer). B ng 1.1 trình bày c
đ t cho phân lo i.

b ng cách l y m t l ng đ t khô, v n r i cho qua m t
t khay h ng. Cân và xác đ nh ph n tr m lu tích l ng
tr m này th ng đ c g i là ph n tr m h t nh h n
b rây Hoa k . B rây này th ng đ c dùng phân tích

3


B ng1.1. C rây tiêu chu n Hoa K
Rây
s

4

6

8

10

16

20

30

40

50

60

80

100

140

170

200

270

L rây
4.750 3.350 2.360 2.360 1.180 0.850 0.600 0.425 0.300 0.250 0.180 0.150 0.106 0.088 0.075 0.053
(mm)

Ph n tr m h t nh h n
(theo kh i l ng)

Hình 1.1 Cho đ ng cong bán
log, xác đ nh theo phân tích rây,
bi u th quan h gi a ph n tr m
kh i l ng nhóm h t có kích
th c nh h n D theo thang s
h c v i đ ng kính D theo
thang logarit.

C h t, D (mm)

Hình 1.1.
ng phân b c h t đ t
h t thô t phân tích b ng ph ng pháp rây

T đ ng cong phân b c h t có th xác đ nh hai thông s c a đ t h t thô: (1) h
s đ ng đ u (C u ) và (2) h s c p ph i hay h s đ cong (C c ), đ c bi u th l n l t nh
sau:
D
Cu = 60
(1.1)
D10

D302
Cc =
( D60 )( D10 )

và

Trong đó: D 10 , D 30 và D 60 theo th t là các đ
tr m các h t nh h n 10%, 30% và 60%.

(1.2)
ng kính t

ng ng v i các ph n

Theo đ ng cong phân b c h t nêu trên hình 1.1, D 10 = 0,08mm, D 30 = 0,17mm,
và D 60 = 0,57mm. Nh v y các giá tr C u và C c là
Cu =

Cc =

0,57
= 7,13 và

0,08

Các thông s C u và C c đ
nêu sau này.

( 0 ,17 ) 2
(0 , 57 )(0 , 08 )

= 0,63

c dùng trong h phân lo i đ t th ng nh t (USC) s đ

4

c


Phân tích b ng ph

ng pháp t tr ng k

Phân tích t tr ng k d a trên nguyên lý l ng đ ng c a các h t đ t trong n c. Thí
nghi m này c n dùng 50 gam b t đ t khô cho vào 125cc tác nhân phá keo, th ng dùng
nh t là sodium hexametaphosphate 4%. t đ c ngâm ít nh t là 16 gi trong tác nhân
phá keo. Sau khi ngâm, đ thêm n c c t vào h n h p đ t - tác nhân phá keo r i l c k .
Sau đó đ m u đ t vào ng l ng thu tinh 1000 ml. Cho thêm n c c t vào ng l ng
t i v ch 1000 ml r i l i l c k h n h p. Th m t t tr ng k vào ng l ng đ đo t tr ng
c a th v n đ t - n c quanh nó trong kho ng th i gian th ng trên 24 gi (hình 1.2). Các
t tr ng k đ c hi u ch nh đ th y đ c l ng h t đ t v n l l ng b t k th i gian nào
đã quy đ nh.

ng kính l n nh t c a các h t đ t v n còn th v n t i th i đi m t có th
đ c xác đ nh b ng lu t Stoke.
18η
(Gs − 1)γ w

D=

(1.3)

L
t

Trong đó:
D=đ

ng kính h t đ t

G s = t tr ng c a h t đ t

η = đ nh t c a n
γ w = tr ng l

c

ng đ n v c a n

c

L = đ dài hi u qu (đ dài đo t m t n
l

c trong ng

ng đ n tâm t tr ng k ; xem hình 1.2)

t = th i gian
H×nh 1.2. Ph©n tÝch tû träng kÕ

Nh ng h t đ t có đ ng kính l n h n nh ng h t tính theo ph ng trình 1.3 có th
l ng ngoài vùng đo. Theo đó, nh s đ c trên t tr ng k l y t i các th i đi m khác nhau
có th tính đ c ph n tr m nh ng h t nh h n m t đ ng kính D đã cho và t đó v đ c
đ ng phân b c h t. V y có th k t h p k thu t rây và t tr ng k đ i v i đ t có c
thành ph n h t thô và m n.

1.3. Gi i h n c h t đ t
Nhi u t ch c đã c n c vào các c h t có trong đ t đ nêu lên gi i h n các c h t
s i - s n (gravel), cát (sand), b i (silt) và sét (clay). B ng 1.2 bi u th các gi i h n kích
c do Hi p h i các C quan
ng b và Giao thông Qu c gia Hoa k (AASHTO) và H
phân lo i đ t th ng nh t (USC) do ba c quan (Quân đoàn k s , b Qu c phòng, và C c
C i t o đ t) khuy n ngh . B ng này cho th y các h t nh h n 0.002 mm đ c x p vào
lo i sét. Tuy nhiên, sét t nhiên có tính dính và có th cu n l i thành ng khi t. Tính
ch t này gây ra b i s có m t c a các khoáng v t sét nh kaolinite, illite, và
montmorillonite. Ng c l i, m t s khoáng v t nh quartz và feldspar có th có trong lo i
5


đ t h t nh nh các khoáng v t sét, nh ng nh ng h t này không có tính dính nh các
khoáng v t sét. Do v y, chúng đ c g i là các h t c h t sét, mà không ph i là các h t
sét.

B ng 1.2. Gi i h n các c h t
H phân lo i
Th ng nh t (USC)

AASHTO

1.4. Các quan h tr ng l

C h t (mm)
S i - s n: 75 mm ÷ 4.75 mm
Cát: 4.75 mm to 0.075 mm
B i và sét (h t m n): < 0.075 mm
S i - s n: 75 mm ÷ 2mm
Cát: 2 mm to 0.05 mm
B i: < 0.05 mm ÷ 0.002 mm
Sét: < 0.002 mm

ng - th tích

Trong t nhiên đ t là m t h ba pha, bao g m các h t r n, n c và không khí
(ho c khí).
l p các quan h tr ng l ng - th tích, có th tách riêng ba pha nh nêu
trên hình 1.3a. D a trên s đ đó có th thi t l p các quan h nêu trên.
H s r ng e là t s gi a th tích l r ng và th tích h t r n c a đ t trong m t
kh i đ t đã cho hay
V
e= v
(1.4)
Vs
Th tích

Tr ng l

Va

N

Vw

Vs

ng
Wa = 0

Không khí

Vv

W

V

Tr ng l

Th tích

ng

c

Ww

H tr n

Ws

(a)
Chú ý: Vw = wGs = Se
Tr ng l

Th tích
Va

Không khí

Vv = e
Vw = wGs

Vs = 1
(b)

N

c

H tr n

ng

Tr ng l

Th tích

ng

Wa = 0
Vw = wGs = e
Ww = wGs

W s = Gs

N

c

Ww = wGs

w

=e

w

w

H tr n

Vs = 1
(c)

t không bão hoà: V = 1

Hình 1.3 Các quan h tr ng l

t bão hoà: Vs = 1

ng - th tích

trong đó: V v = th tích l r ng; V s = th tích h t r n c a đ t
6

W s = Gs

w

w


r ng, n, là t s gi a th tích l r ng v i th tích m u đ t, hay
V
n= v
V
trong đó: V - t ng th tích c a đ t

Vv
Vv
Vv
Vs
e
n=

=
=
=
V Vs + Vv Vs + Vv 1 + e
Vs Vs

H nn a

th

(1.5)

(1.6)

bão hoà, S, là t s gi a th tích n c trong l r ng v i th tích l r ng,
ng bi u th theo ph n tr m, hay
V
S (% ) = w × 100
(1.7)
Vn
Trong đó: V w = th tích n

c

Chú ý r ng, đ i v i các đ t bão hoà, đ bão hoà là 100%.
Các quan h tr ng l ng là đ m, tr ng l ng đ n v m, tr ng l
và tr ng l ng đ n v bão hoà, th ng đ c đ nh ngh a nh sau:
m = w(% ) =

ng đ n v khô,

Ww
× 100
Ws

Trong đó W s = tr ng l

ng h t r n c a đ t; W w = tr ng l
W
Tr ng l ng đ n v m = γ =
V
Trong đó W = t ng tr ng l ng c a m u đ t = W s + W w

(1.8)
ng n

c
(1.9)

Tr ng l

ng khí, W a , trong kh i đ t gi đ nh không đáng k .
W
Tr ng l ng đ n v th tích khô
(1.10)
γd = s
V
Khi m u đ t hoàn toàn bão hoà (ngh a là n c chi m toàn b l r ng), tr ng l ng
đ n v (TL V) m c a đ t [PT. (1.9)] b ng TL V bão hoà (γ sat ). V y γ = γ sat n u V v =
V w.

Bây gi có th l p các quan h ti n d ng h n b ng cách coi m t m u đ t đ i bi u
trong đó ph n h t r n l y b ng đ n v , nh nêu trong Hình 1.3b. Chú ý r ng n u V = 1,
thì, t PT. (1.4), V v = e và tr ng l ng h t r n là
Ww = Gs γw
Trong đó G s = t tr ng h t r n c a đ t
γ w = TL V c a n

c (9,81 kN/m3 , hay 62.4 lb/ft3)

C ng v y, t PT. (1.8), tr ng l ng c a n c W w = wWs . Nh v y, đ i v i m u
đ t xét, W w = wW s = wG s γ w . Bây gi , đ i v i quan h t ng quát c a TL V m cho trong
PT. (1.9),
W W + Ww Gsγ w (1 + w)
γ= = s
=
1+ e
V
Vs + Vv
(1.11)
T

ng t , TL V khô [PT (1.10)] là :

γd =
7

Ws
Ws
Gγ
=

= s w
V Vs + Vv 1 + e

(1.12)


T các PT (1.11) và (1.12), chú ý r ng

γd =

γ
1+ w

(1.13)

N u m u đ t hoàn toàn bão hoà, nh nêu trên hình 1.3c thì V v = e.
C ng v y đ i v i tr

ng h p này,
Vv =

Nh v y,

Ww

γw

=

wGsγ w

γw

= wGs

e = wG s (ch đ i v i đ t bão hoà)
và tr ng l

ng đ n v bão hoà c a đ t là
γ sat =

nh n đ

(1.14)

Ws + Ww Gsγ w + eγ w
=
1+ e
Vs + Vv

(1.15)

Quan h t ng t nh PT (1.11), (1.12), và (1.13) tính theo tính r ng c ng có th
c xét theo m u đ t bi u th v i th tích đ n v . Các quan h đó nh sau

γ = Gsγ w (1 − n )(1 + w)

(1.16)

γ d = (1 − n )Gsγ w

(1.17)

γ sat = [(1 − n )Gs + n]γ w

(1.18)

Tr bùn và đ t có hàm l ng h u c cao, ph m vi chung các giá tr t tr ng h t
đ t (G s ) th y trong t nhiên th ng nh . B ng 1.3 cho m t s giá tr tiêu bi u. Trong th c
t , có th l y m t giá tr ch p nh n đ c thay cho vi c ph i ti n hành thí nghi m.
B ng 1.3 T tr ng c a m t s lo i đ t
Lo i đ t

Gs
2,64 ÷ 2,66
2,67 ÷ 2,73
2,70 ÷ 2,90
2,65 ÷ 2,73
1,30 ÷ 1,9

B i
Sét
á ph n
Hoàng th
Bùn

B ng 1.4 gi i thi u m t s giá tr tiêu bi u v h s r ng, TL V khô và đ m
(trong tr ng thái bão hoà) c a m t s lo i đ t th ng g p t nhiên. Chú ý r ng trong h u
h t đ t r i, h s r ng bi n đ i t kho ng 0,4 đ n 0,8. TL V khô c a lo i đ t này th ng
vào kho ng 14 ÷ 19 kN/m3 (90 ÷ 120 lb/ft3)

8


B ng 1.4. Giá tr tiêu bi u c a h s r ng, đ
H s r ng
E

Lo i đ t
Cát x p đ u h t
Cát ch t đ u h t
Cát b i x p h t góc c nh
Cát b i ch t h t góc c nh
Sét c ng
Sét m m
Hoàng th
Sét h u c m m
Sét b ng

1.5.

ch t t

m, TL V khô c a m t s đ t
TL V khô, γ d
(kN/m3)
(lb/ft3)

m t nhiên
bão hoà (%)

0,8
0,45
0,65
0,4
0,6
0,9 ÷ 1,4
0,9
2,5 ÷ 3,2
0,3

30
16
25
15
21
30 ÷ 50
25
90 ÷120
10

14,5
18
16
19
17
11,5 ÷ 14,5
13,5
6÷8
21

92
115
102
120
108
73 ÷ 92
86
38 ÷ 51
134

ng đ i

Trong đ t h t r i, đ ch t hi n tr
( CT ), đ c xác đ nh nh sau:

ng có th đ

c đo b ng đ ch t t

emax − e
× 100
emax − emin

Dr (% ) =
Trong đó: e max - h s r ng c a đ t

tr ng thái x p nh t;

e min - h s r ng c a đ t

tr ng thái ch t nh t;

e - h s r ng hi n tr

ng đ i

(1.19)

ng

Các giá tr e max đ c xác đ nh trong phòng thí nghi m theo l trình thí nghi m nêu
trong Tiêu chu n ASTM (2000, D - 4254).
B ng 1.5.

ch t c a đ t h t r i

ch t t ng đ i
(%)
0 ÷ 20

ch t t

Mô t
R tx pr i

20 ÷ 40

X pr i

40 ÷ 60

Ch t v a

60 ÷ 80

Ch t

80 ÷100

R t ch t

ng đ i c ng có th bi u th theo TL V khô, hay
 γ d − γ d (min )  γ d (max )
Dr (% ) = 
× 100

 γ d (max ) − γ d (min )  γ d

Trong đó: γ d - TL V khô hi n tr

(1.20)

ng;

γ d(max) - TL V khô

tr ng thái ch t nh t; đó là khi h s r ng là e min

γ d(min) - TL V khô

tr ng thái x p nh t; đó là khi h s r ng là e max
9


M c ch t c a đ t h t r i đôi khi có quan h v i đ ch t t ng đ i. B ng 1.5 cho
t ng quan chung c a m c đ ch t và D r . đ i v i cát t nhiên, đ l n c a e max và e min
[PT. (1.19)] có th bi n đ i r ng. Lý do ch y u c a s bi n đ i r ng đó là h s đ ng
đ u C u và tr ng thái tròn nh n hay s c c nh c a các h t.
Ví d

1.1.

M t m u đ t có tính đ i di n l y t hi n tr ng có tr ng l ng 1,8kN và th tích
là 0,1m3.
m xác đ nh trong phòng là 12,6%. Cho G s =2,71, hãy xác đ nh các ch tiêu
sau: a) TL V m; b) TL V khô; c) H s r ng; d)
r ng; e)
bão hoà
L i gi i:
a) TL V m. T PT. (1.9):

W 1,8kN
=
= 18kN / m 2
V
0,1m 3

γ =

γ

b) TL V khô. T PT (1.13) γ d =

1+ w

c) H s r ng. T PT. (1.12) γ d =

e=

hay:

=

18
= 15,99kN / m 3
12,6
1+
100

Gs γ w
1+ e

Gs γ w

γd

−1 =

(2,71)(9,81) − 1 = 0,66

15,99

e
0,66
=
= 0,398
1 + e 1 + 0,66

d)

r ng. T PT. (1.6)

e)

bão hoà. T PT. (1.3b) và theo hình 1.3b, ta có:

S=

n=

Vw wG s (0,126 )(2,71)
=
=
× 100 = 51,7%
Vv
e
0,66

Ví d 1.2.

Thí nghi m m t lo i đ t r i (cát) trong phòng thí nghi m, tìm đ c h s r ng l n
nh t và nh nh t theo th t là 0.84 và 0.38. Giá tr G s xác đ nh đ c là 2.65. M t tr m
tích đ t t nhiên cùng lo i cát đó có đ m 9% vàTL V m là 18,64kN/m3.
Xác đ nh đ ch t t

ng đ i c a đ t t i hi n tr

ng.

L i gi i:
T PT. (1.13)

C ng v y

γd =

γd

γ
1+ w
Gs γ w
1+ e

10

=

18,64
= 17,1kN / m 3
9

!+
100


e=

Hay
T PT. (1.19)

Dr =

Gs γ w

γd

−1 =

(2,65)(9,81) − 1 = 0,52
17,1

emax − e
0,84 − 0,52
=
= 0,696 = 69,6%
emax − emin 0,84 − 0,38

1.6. Các gi i h n Atterberg
Khi đ t sét đ c tr n v i l ng n c qúa m c, nó có th ch y nh m t bán d ch
th . N u đ t đó đ c làm khô d n, nó s gi ng nh m t v t li u đàn h i, n a c ng ho c
r n c ng tu thu c hàm l ng n c ch a trong đó.

m, tính theo ph n tr m, t i đó đ t
bi n đ i t tr ng thái ch y sang d o đ c đ nh ngh a là gi i h n ch y (LL). T ng t , đ
m, tính theo ph n tr m, t i đó đ t bi n đ i t tr ng thái d o sang n a c ng và t n a
c ng sang c ng r n đ c đ nh ngh a theo th t là gi i h n d o (PL) và gi i h n co (SL).
Nh ng gi i h n này đ c xem là các gi i h n Atterberg (hình 1.4):
•
- 4318), là đ

Gi i h n ch y c a đ t đ c xác đ nh b ng d ng c Casagrande, (ASTM D
m t i đó đ khép c a rãnh khía là 12.7 mm (1/2 in.) x y ra sau 25 l n đ p.

•
Gi i h n d o đ c quy đ nh là đ
3,18mm (1/8 in) (ASTM D - 4318), b n t r n.
•
khi m t n

Gi i h n co đ c quy đ nh là đ
c (ASTM D - 427).
Tr ng thái
c ng

Tr ng thái
n a c ng

m t i đó dây đ t vê thành đ

ng kính

m t i đó đ t không b thay đ i th tích

Tr ng thái d o

Tr ng thái
n a d ch th

V

§é Èm

w
Hình 1.4:

nh ngh a các gi i h n Atterberg

Hi u gi a h n ch y và h n d o đ

c quy đ nh g i là ch s d o (PI), hay

PI - LL - PL
11

(1.21)


B ng 1.6 cho m t s giá tr tiêu bi u c a h n ch y và h n d o m t s khoáng v t và
đ t. Tuy nhiên các gi i h n Atterberg c a các đ t khác nhau bi n đ i r t l n, tu thu c ngu n
g c c a đ t và l ng khoáng sét có trong đó.

B ng 1.6. Gi i h n ch y và d o c a m t s khoáng sét và đ t

Mô t
Kaolinite
Lllite
Montmorillonite
Sét xanh Boston
Sét Chicago
Sét Louisiana
Sét London
Sét Cambridge
Sét Montana
Mississippi gumbo
t d ng hoàng th t i mi n b c và tây b c TQ

H n ch y
35 ÷ 100
50 ÷100
100 ÷ 800
40
60
75
66
39
52
95
25 ÷ 35

H nd o
25 ÷35
30 ÷ 60
50 ÷100

20
20
25
27
21
18
32
15÷20

1.7 Các h phân lo i đ t
Các h phân lo i chia đ t thành các nhóm và ph nhóm d a trên các tính ch t
công trình chung nh phân b c h t, h n ch y, và h n d o. Hai h phân lo i ch y u
hi n dùng là (1) H c a C quan
ng b và Giao thông Qu c gia Hoa k (AASHTO)
và (2) H phân lo i đ t th ng nh t (USC). H AASHTO ch y u dùng đ phân lo i n n
đ ng b . Nó không dùng trong xây d ng móng.
H phân lo i đ t theo AASHTO
H phân lo i đ t AASHTO nguyên là do đ ngh c a U ban Nghiên c u
ng
b v Phân lo i V t li u cho N n đ ng và các
ng lo i h t [Granular Type Roads]
(1945). Theo h th ng này, đ t có th đ c x p thành tám nhóm ch y u, A-1 đ n A-8,
d a trên phân b c h t, h n ch y và ch s d o c a chúng. t x p trong các nhóm A-1,
A-2 và A-3 là v t li u h t thô, và trong các nhóm A-4, A-5, A-6 và A-7 là v t li u h t
m n. Bùn, than bùn, và các đ t ch a h u c cao đ c x p vào A-8. Chúng đ c nh n bi t
b ng m t th ng.
H phân lo i AASHTO (cho các đ t t A-1 đ n A-7), đ c trình bày trong b ng
1.7. Chú ý r ng nhóm A-7 g m hai lo i đ t.
i v i lo i A-7-5, ch s d o c a đ t nh
h n hay b ng h n ch y tr 30. t lo i A-7-6, ch s d o l n h n h n ch y tr 30.

đánh giá ch t l ng v tính thích ng c a m t v t li u n n đ ng, m t thông
s g i là ch s nhóm c ng đã đ c l p.
i v i m t lo i đ t đã cho, giá tr này càng cao
đ t dùng làm n n đ ng càng kém. Ch s nhóm b ng 20 ho c l n h n bi u th v t li u
dùng làm n n đ ng càng x u. Công th c cho ch s nhóm nh sau :
GI = (F 200 - 35)[0,2 + 0,005 (LL - 40)] + 0,01 (F 200 - 15) (PI - 10)
Trong đó F 200 = ph n tr m qua rây n o 200, bi u th theo s nguyên
LL = gi i h n ch y
PI = ch s d o
12

(1.22)


ph

Khi tính ch s nhóm cho đ t thu c nhóm A-2-6 hay A-2-7, ch dùng m t ph n
ng trình ch s nhóm theo ch s d o:
GI = 0.01(F 200 - 15) ( P I - 10)

đ t

Ch s nhóm đ

(1.23)

c làm tròn s t i s nguyên g n nh t và đ

c vi t c nh s nhóm

cho trong ngo c kép; ví d ta có:

A-4
Nhóm đ t

(5)
Ch s nhóm

H phân lo i th ng nh t (USCS)
H UCSS đ u tiên do Casagrande đ ngh n m 1942 và sau này đ c soát xét l i
và ch p nh n b i C c C i t o đ t Hoa K và Quân đoàn k s Hoa K . H th ng này
hi n nay đ c dùng trong th c t trong các công tác đ a k thu t.
B ng 1.7 . H phân lo i đ t theo AASHTO
Phân lo i t ng quát

(35% t ng kh i l

A-1
Phân lo i nhóm
Phân tích rây (% l t qua)
Rây s No.10

50 max

Rây s No. 40

30 max

Rây s No. 200

15 max

A-1-a

V t li u h t
ng m u đ t ho c ít h n qua rây s 200)

A-3
A-1-b

50
max
25
max

Lo i v t li u th ng dùng
Ch s x p lo i n n
(Subgrade rating)

Phân lo i t ng quát
Phân lo i nhóm

Phân tích rây (% l t qua)
Rây s No.10
Rây s No. 40
Rây s No. 200
i v i các h t l t
Rây s No. 40
H n ch y (LL)

A-2-5

A-2-6

A-2-7

35 max

35
max

35 max

35 max

40 max

41 min

11 min

11 min

51 min
10 max

i v i các h t l t
Rây s No. 40
H n ch y (LL)
Ch s d o (PI)

A-2
A-2-4

40 max
6 max
m nh v đá, s i,
cát

Không
d o
Cát nh

10 max

41min
10
max

B i ho c cát s i pha sét
Tuy t h o đ n t t

V t li u sét - b i
(Trên 35% t ng kh i l ng m u đ t qua rây s No. 200)
A-4

A-5

A-6

A-7
A - 7 - 5a
A - 7 - 6b

36mm

36mm

36mm

36mm

40 max

41 min

40 max

41 min

13


Ch s d o (PI)
Lo i v t li u th ng dựng
Ch s x p lo i n n
(Subgrade rating)
a
b

10 max
Th

10 max
ng l t b i

11 min
Th

11 min
ng l t sột

Khỏ n kộm

Nếu PI LL -30, phân loại là A-7-5
Nếu PI > LL -30, phân loại là A-7-6

Chỉ số dẻo, PI

Đường U

Đường A

Gi i h n ch y

Hình 1.5 Đồ thị dẻo
Trong hệ thống thống nhất, các ký hiệu sau được dùng để nhận dạng:

Ký
hi u

G

S

M

C

O

Pt

H

L

W

P

Mụ t

S ns i

Cỏt

B i

Sột

B ih u
c v
sột

Bựn v
th u
c cao

Tớnh
d o
cao

Tớnh
d o
th p

C p
ph i
t t

C p
ph i
x u

th d o (hỡnh 1.5) v B ng 1.8 cho bi t l trỡnh xỏc nh ký hi u nhúm cho cỏc
lo i t khỏc nhau. Khi phõn lo i t c n tỡm tờn nhúm th ng mụ t t kốm theo ký
hi u nhúm. Cỏc hỡnh 1.6, 1.7 v 1.8 cho cỏc bi u phỏt tri n tỡm tờn nhúm theo th t
cho t h t thụ, t h t m n khụng h u c , v t h t m n h u c .

14


B ng 1.8. Bi u đ Phân lo i đ t theo h USCS (ASTM - 2001, D.2847 )
Phân lo i đ t
Tiêu chu n ký hi u và đ nh tên nhóm đ t dùng k t qu thí nghi m trong phònga

T H T THÔ
Nhóm h t l n h n
0,075 mm (N0 200)
chi m trên 50%

S i
Nhóm h t thô l n
h n 4,75 mm (N0 4)
chi m trên 50%

Cát
Nhóm h t nh h n
4,75 mm (N0 4)
chi m b ng ho c trên
50%

t b i và sét
Gi i h n ch y nh
h n 50
TH TM N
Nhóm h t nh h n
0,075 mm (N0 200)
chi m b ng ho c

trên 50%

t b i và sét
Gi i h n ch y b ng
ho c l n h n 50

t ch a nhi u h u c

Ký
hi u
nhóm

Tên nhómb

Cu ≥ 4 và 1 ≤ Cc ≤ 3e

GW

Cu < 4 và/ho c 1 > Cc > 3e

GP

S il nh t
m nc
Trên 12%
h tmn
Cát s chd
D i 5%
h tmn

H t m n phân là ML ho c MH

GM

S i c p ph i
t tf
S i c p ph i
không t tf
S i l n b if,g,h

H t m n phân là CL ho c CH

GC

S i l n sétf,g,h

Cu ≥ 6 và 1 ≤ Cc ≤ 3e

SW

Cu < 6 và/ho c 1 > Cc > 3e

SP

Cát l n
h t m nd
Trên 12%
h tmn

H t m n phân là ML ho c MH

SM

Cát c p ph i
t ti
Cát c p ph i
không t ti
Cát l n b ig,h,i

H t m n phân là CL ho c CH

SC

Cát l n sétg,h,i

PI > 7, n m trên ho c phía
trên đ ng "A"
PI < 4 n m d i đ ng "A"

CL

S i s ch
D i 5%
h tmn

Không có
h uc
Có h u c

Sét g yk,l,m

B ik,l,m

ML

Sét h u c

k,l,m,n

CH

B i h u c k,l,m,o
Sét béok,l,m

Không có
h uc

H n ch y s y khô
< 0,75
H n ch y không s y khô
PI n m trên ho c phía trên
đ ng "A"
PI n m d i đ ng "A"

MH

B i đàn h ik,l,m

Có h u c

H n ch y s y khô

< 0,75
H n ch y không s y khô

OH

Sét h u c

k,l,m,p

k,l,m,p

Pt

B ih uc
Bùn

Ch y u là v t h u c , màu s m và có mùi h u c

OL

Chú thích cho hình 1.5 và b ng 1.8
a. Dùng các h t đ t sàng qua rây s 3-in (75mm);
b. N u trong m u l y hi n tr ng có ch a đá t ng, cu i hay c hai, thêm vào tên
nhóm đ t "l n đá t ng", "l n cu i" ho c "l n đá t ng và cu i";
c. N u trong cu i có t 5 đ n 12% h t m n, c n dùng ký hi u kép:
GW- GM: Cu i c p ph i t t l n b i ho c GW – GC: Cu i c p ph i t t l n sét;
GP – GM: Cu i c p ph i x u l n b i ho c GP – GC: Cu i c p ph i x u l n sét;
d. N u trong cát có t 5 đ n 12% h t m n, c n dùng ký hi u kép:
SW- SM: Cát c p ph i t t l n b i ho c SW – SC: Cát c p ph i t t l n sét;
SP – SM: Cát c p ph i x u l n b i ho c SP – SC: Cátc p ph i x u l n sét;

15


e. Xem b ng 2.10 hay: Cu = d 60 /d 10 và C c =

d 302
;
d10 .d 60

f. N u trong cu i s i ch a ≥15% cát, thêm vào tên nhóm đ t "l n cát";
g. N u h t m n đ

c x p là CL – ML, dùng ký hi u kép: GC – GM hay SC – SM;

h. N u h t m n là h u c , thêm vào tên nhóm đ t "l n h t m n h u c ";
i. N u trong đ t ch a ≥15% cu i, thêm vào tên nhóm đ t "l n cu i";
k. N u trong đ t ch a t 15% đ n 29% các h t l n h n 75mm, thêm vào tên nhóm
"l n cát " ho c "l n s i" theo lo i nào nhi u h n;
l. N u trong đ t ch a ≥ 30% các h t l n h n 75mm ph n l n là cát, thêm vào tên
nhóm
"l n cát ";
m. N u trong đ t ch a ≥ 30% các h t l n h n 75mm ph n l n là s i, thêm vào tên
nhóm
"l n s i ";
n. Ip ≥ 4 và đ t n m trên ho c phía trên đ
o. Ip < 4 hay đ t d

iđ

ng "A";

p. Ip đ t n m trên ho c phía trên đ
q. Ip đ t d

iđ

ng "A";

ng "A";

ng "A".

Ví d 1.3.
Phân lo i đ t sau đây theo h AASHTO:
Ph n tr m qua rây N0 4 = 82
Ph n tr m qua rây N0 10 = 71
Ph n tr m qua rây N0 40 = 64
Ph n tr m qua rây N0 200 = 41
Gi i h n d o = 31
Ch s d o =12
L i gi i
Theo B ng 1.7, th y r ng trên 35% h t đ t l t qua rây N0. 200, nên đó là v t li u
sét b i. Nó có th là A-4, A-5, A-6, or A-7.
i v i đ t này, LL = 31 (ngh a là LL < 40)
và PI = 12 (ngh a là PI l n h n 11), nên đ t r i vào nhóm A-6. T PT. (1.22):
GI = (F 200 - 35)[0.2 + 0.005(LL - 40)] + 0.01(F 200 - 15) (PI - 10)
nên

GI = (41 - 35)[0.2 + 0.005(31 - 40)] + 0.01(41 - 15) (12 - 10) = 1.45

Do v y, đ t này thu c nhóm A - 6(l).

16


Hình 1.6 L u đ phân lo i đ t h t thô (Trên 50% gi l i trên Rây 200) (Theo ASTM, 2000)
17


Hình 1.7 L u đ phân lo i đ t h t m n (50% hay h n qua Rây N0. 200) (Theo ASTM, 2000)
18


Hình 1.8 L u đ phân lo i đ t h t m n ch a h u c (50% hay h n qua Rây N0. 200) (Theo ASTM, 2000

19


Ví d 1.4.
Phân lo i đ t nêu trong Ví d 1.3 theo h phân lo i đ t USCS
L i gi i
Ta đã bi t F 200 = 41, LL = 31, và PI = 12. Vì 59% kh i l ng m u n m trên rây
N 0 . 200 đ t này là v t li u h t thô. Ph n tr m qua rây N 0 . 4 là 82%, nên 18% đ c gi l i
trên rây N 0 . 4 (s i s n). Thành ph n h t thô qua rây N 0 . 4 (h t cát) là 59 - 18 = 41%
(chi m trên 50% t ng l ng h t thô). V y m u đ t là cát. Bây gi dùng b ng 1.8 và Hình
1.5, ta xác đ nh đ c ký hi u nhóm đ t là SC. M t khác t Hình 1.6, vì thành ph n s i
s n l n h n15%, nên tên nhóm đ t này là cát sét pha s i s n

20

CH

2.1

NG 2. TÍNH TH M N

CC A

T

nh lu t th m Darcy

Không gian r ng, hay l r ng, gi a các h t đ t cho n c ch y qua. Trong c h c
đ t và k thu t n n móng, c n bi t l ng n c ch y qua trong đ n v th i gian. Ki n th c
này c n bi t đ thi t k các đ p đ t, xác đ nh l ng th m ch y qua n n các công trình
thu l i, và rút n c h móng tr c và trong khi thi công. Darcy (1856) đ ngh công
th c sau (Hình 2.1) đ tính t c đ dòng n c th m qua đ t:
v = ki
Trong ph

(2.1)

ng trình này, v = t c đ th m Darcy (đ n v : cm/sec)
k = h s th m c a đ t (đ n v : cm/sec)
i = Gradien thu l c

H×nh 2.1. §Þnh luËt Darcy
Ph­¬ng dßng

thÊm
§Êt
Ph­¬ng dßng thÊm

21


B ng2.1. Ph m vi h s th m c a m t s lo i đ t
H s th m, k
(cm/sec)
L n h n 10-1
10-1 đ n 10-3
10-3 đ n 10-5
10-4 đ n 10-6
10-7 ho c nh h n

Lo i đ t
S i (s n) v a đ n thô
Cát thô đ n m n
Cát m n, cát b i
B i, b i sét, sét b i
Sét
Gradien thu l c đ

c xác đ nh nh sau :
i=

∆h
L

(2.2)

Trong đó ∆h = đ chênh c t áp gi a các m t c t AA và BB
L = kho ng cách gi a các m t c t AA và BB
{Chú ý: Các m t c t AA và BB vuông góc v i ph

ng dòng ch y.}

Lu t Darcy [PT. (2.1)] đúng v i ph n l n lo i đ t. Tuy nhiên, đ i v i các lo i v t
li u nh s i s n s ch và n n đá n t n nhi u (open-graded rockfills), lu t trên không còn
đúng n a do dòng ch y r i phát sinh.
Giá tr h s th m c a đ t bi n đ i trong ph m vi r ng. Trong phòng thí nghi m,
có th xác đ nh b ng các thí nghi m th m c t áp không đ i ho c c t áp thay đ i. Thí
nghi m c t áp không đ i thích h p cho đ t h t r i. B ng 2.1 cho ph m vi bi n đ i giá tr
k c a các lo i đ t khác nhau. Trong đ t h t r i, giá tr h s th m ph thu c ch y u vào
h s r ng. Trong th c t , nhi u ph ng trình quan h gi a k v i h s r ng đã đ c đ
xu t cho đ t h t r i:
k1 e12
=
k 2 e22

(2.3)

 e12 


k1  1 + e1 
=
k 2  e22 



 1 + e2 

 e13 


k1  1 + e1 
=
k 2  e23 


 1 + e2 

(2.4)

(2.5)

Trong nh ng PT này, k 1 và k 2 h s th m c a m t lo i đ t đã cho có h s r ng
theo th t là e 1 và e 2 .

22


Theo quan sỏt th c nghi m, Samarasinghe, Huang, v Drnevich (1982) ó xu t
l h s th m c a sột c k t thụng th ng cú th cho b i ph ng trỡnh sau
k =C

en
1+ e

(2.6)

Trong ú C v n l cỏc h ng s xỏc nh b ng th c nghi m.
i v i t sột hi n tr
(Tavenas v nnk. 1983)

ng, quan h th c nghi m ỏnh giỏ h s th m nh sau
log k = log k 0

e 0 e
Ck

(2.7)

Trong ú k = h s th m ng v i h s r ng e; k 0 = h s th m hi n tr
v i h s r ng e 0 ; C k = ch s bi n thiờn h s th m 0,5e 0

ng ng

i v i t sột, h s th m c a dũng ch y theo ph ng ng v ngang cú th bi n
i ỏng k . H s th m c a dũng ch y theo ph ng ng (k v ) i v i t hi n tr ng cú
th d tớnh nh hỡnh 2.2. i v i cỏc tr m tớch sột bi n ho c sột kh i khỏc:
kh
< 1,5
kv

(2.8)

Trong ú k h = h s th m i v i dũng ch y theo ph
i v i sột d i tr m tớch h , t s k h /k v cú th v

t quỏ 10.

cả hai là số
thập phân

Hệ số rỗng, e

PI = chỉ số dẻo
CF = thành phần sét

ng ngang.

kv (m/sec)

Hỡnh 2.2. Bi n thiờn k hi n tr

ng c a t sột (Tavenas v nnk,1983)

23


2.2. Th m n đ nh
Ph n l n các tr ng h p th m d i các công trình thu l i, đ ng th m thay đ i
h ng và không đ ng đ u trong toàn vùng th m. Trong tr ng h p này, m t trong nh ng
cách xác đ nh t c đ th m là dùng đ th l i th m, m t khái ni m d a trên lý thuy t liên
t c Laplace. Theo lý thuy t này, trong đi u ki n th m n đ nh, dòng th m t i đi m A b t
k có th bi u th b i ph ng trình
kx

∂ 2h
∂ 2h
∂ 2h
+ k y 2 + kz 2 = 0
2
∂y
∂x
∂z

(2.9)

Trong đó k x , k y , k z = h s th m l n l t theo các ph ng x, y, z; h = c t n c t i
đi m A (ngh a là c t n c trong ng đo áp đ t t i A l y cao trình m c n c h l u làm
chu n, nh nêu trong Hình 1.11)

Mùc n­íc

èng®o ¸p

Mùc n­íc
§­êng
dßng

Lêp ®Êt tho¸t n­íc
§­êng thÕ
§¸

Hình 2.3 Th m n đ nh qua n n đ p dâng n
i v i đi u ki n th m hai h

c

ng nh nêu trên Hình 2.2:

∂ 2h
=0
∂y 2
Nên PT (2.9) có d ng sau:
kx

∂ 2h
∂ 2h
=0
+
k
z
∂z 2
∂x 2

(2.10)

N u đ t đ ng ch t theo h s th m, k x , k z = k, và
∂ 2h ∂ 2h
=0
+
∂x 2 ∂z 2
24

(2.11)

Ph ng trình (2.11), suy t ph ng trình Laplace và đúng cho dòng th m có áp,
bi u th hai nhóm đ ng cong vuông góc nhau g i là đ ng dòng và đ ng th . L i
th m là m t t h p c a nhi u đ ng dòng và đ ng th .
ng dòng là l trình c a m t
h t n c đi t phía th ng l u đ n h l u.
ng th là m t đ ng d c theo đó c t áp
dâng cùng m t đ cao. (Hình 2.3).
v l i th m, c n l p các đi u ki n biên. Ví d , trong hình 2.3, m t đ t phía
th ng l u (OO’) và h l u (DD’) là các đ ng th . áy đ p phía d i m t đ t O’BCD
là m t đ ng dòng. nh c a m t đá, EF, c ng là m t đ ng dòng. Khi các đi u ki n
biên đ c xác l p, m t s các đ ng dòng và đ ng th đ c v b ng cách th đúng d n
t i khi m i ph n t th m trong l i có cùng t s dài/r ng (L/B). Trong ph n l n các
tr ng h p, L/B l y b ng đ n v , ngh a là các ph n t th m là các hình vuông cong.
Ph ng pháp này đ c minh ho b i l i th m nêu trong Hình 2.4. Chú ý r ng m i
đ ng dòng ph i c t các đ ng th theo góc vuông.
Mùc n­íc

Mùc n­íc

TÇng ®Êt thÊm n­íc

§¸

Hình 2.4 L
Khi l i th m đ c v , l u l
công trình, có th đ c tính theo

ng th m, tính trong đ n v th i gian trên đ n v dài

q = khmax
Trong đó: N f = s

i th m

Nf
Nd

(2.12)

n

ng dòng ch y

Nd = s đ r i
n = t s r ng/dài c a các ph n t dòng th m trong l
h max = hi u cao trình m t n

c gi a th

i th m (B/L)

ng và h l u.

Không gian gi a hai đ ng dòng k nhau đ c g i là ng dòng (flow channel), và
không gian gi a hai đ ng th k nhau đ c g i là đ r i (drop). Trong Hình 2.4, N f = 2,
N d = 7, và n =1. Khi các ph n t vuông cong đ c v ra trong l i th m, thì
q = khmax

Nf

Nd
25

(2.13)