BÀI GIẢNG CƠ HỌC ĐẤT

TÀI LIỆU THAM KHẢO
 Châu Ngọc Ẩn. Cơ học đất. NXB ĐHQG TP.HCM –
2009;
 Lê Q An và cộng sự. Cơ học đất. NXB GD Hà Nội
– 1995;
 Cao Văn Chí và cộng sự. Cơ học đất. NXB XD Hà
Nội – 2003;
 Bùi Anh Đònh. Cơ học đất. NXB XD Hà Nội – 2004;
 Tạ Đức Thònh và cộng sự. Cơ học đất. NXB XD Hà
Nội – 2002;
1


TÀI LIỆU THAM KHẢO
 R. Whitlow. Cơ học đất. NXB GD Hà Nội – 1999;
 T. W. Lambe et al. Soil mechanics. John Wiley,
1979;
 R. F. Craig. Soil mechanics. London, 1997;
 J. Atkinson. An Introduction to the mechanics of
soil and foundations. Mcgraw Hill, 1993;
 B. M. Das. Soil mechanics laboratory manual.
Engineering press, 1996.
2


TAØI LIEÄU THAM KHAÛO
 P. P. Raj. Geotechnical Engineering. McGraw Hill,
1995;
 D. P. Coduto. Geotechnical Engineering –
Principles and Practices. Prentice Hall, 1998;
 R. L. Schiffman. One dimensional consolidation of

saturated clay layers nonlinear finite strain
primary consolidatin. University of Colorado, 1984;
 B. M. Das. Principles of geotechnical engineering.
Pws, 1995.
3


CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT
1.1. NGUỒN GỐC VÀ Q TRÌNH HÌNH THÀNH ĐẤT
Đất tự nhiên (đất) là sản phẩm của các quá trình phong hóa
do đá gốc tạo nên.
Đá gốc: đá macma, đá trầm tích, đá biến chất,…v.v
 Đá macma: được hình thành do sự nguội lạnh và cứng hóa ở
trong hay trên mặt vỏ quả đất từ một dung dòch nóng chảy
lỏng, như các đá: granit; bazan; gabro, pocfia…v.v.
 Đá trầm tích: được hình thành do các vật liệu lắng đọng
trong nước tại biển, hồ, …v.v, như các đá: đá vôi; cuội kết (hạt
tròn); than đá; dăm kết (hạt góc cạnh), …v.v.
 Đá biến chất: được hình thành từ các đá có sẵn dưới tác
động của nhiệt lớn hoặc áp lực thật cao như: đá hoa; đá
phiến,…v.v.
4


1.1. NGUỒN GỐC VÀ Q TRÌNH HÌNH THÀNH ĐẤT
Sự chuyển biến từ đá thành ra đất thường gồm ba quá trình
liên tiếp:
1.1.1. Quá Trình Phong Hóa
Đó là quá trình mà đá có khối tích lớn bò phong hóa làm vỡ
vụn ra thành từng mảng nhỏ, có ba loại phong hóa chính:

 Phong hóa vật lý: do các yếu tố vật lý gây nên như gió,
mưa, nhiệt độ (tác nhân mạnh nhất) đã tác động vào đá làm
cho đá gốc này bò phân hủy và tạo nên sản phẩm đó là các
loại đất rời như cuội, sỏi, cát,..v.v. Các sản phẩm do tác
dụng của phong hóa vật lý thường có góc cạnh sắc bén và
thành phần rất gần với đá gốc.
5


1.1. NGUỒN GỐC VÀ Q TRÌNH HÌNH THÀNH ĐẤT
 Phong hóa hóa học: do phong hóa vật lý kèm theo các
phản ứng hóa học, trong đó tác nhân mạnh nhất là nước với
các acid hòa tan và tạo nên sản phẩm đó là các loại đất
dính như sét, sét pha cát (á sét), cát pha sét (á cát)...v.v.
Các sản phẩm do tác dụng của phong hóa hóa học làm thay
đổi một số khoáng đá thành khoáng sét và còn một số
khoáng đá khác không ảnh hưởng.
 Phong hóa sinh học: các quá trình trên kết hợp thêm xác
động vật, thực vật và vi sinh vật tích tụ hoặc phân tán trong
đất hình thành loại đất lẫn hữu cơ.

6


1.1. NGUỒN GỐC VÀ Q TRÌNH HÌNH THÀNH ĐẤT
1.1.2. Quá Trình Dòch Chuyển
Ba loại phong hóa kể trên thường tác dụng đồng thời, lâu dài
làm cho các lớp đất đá trên mặt bò vỡ vụn. Sau đó do tác
dụng của dòng nước, gió, …v.v, các mãnh vụn bò dòch
chuyển đi nơi khác.

1.1.3. Quá Trình Trầm Tích
Tùy theo kích thước các hạt to, nhỏ mà trong quá trình dòch
chuyển chúng sẽ lắng đọng hoặc rơi xuống tạo thành các
tầng lớp đất khác nhau được gọi là trầm tích.

7


1.2.CÁC THÀNH PHẦN CHỦ YẾU CỦA ĐẤT
 Thành phần chủ yếu của đất là các hạt đất (hạt rắn). Các hạt đất
này chỉ chiếm một phần thể tích của đất, còn lại là lỗ rỗng của đất.
 Trong lỗ rỗng chứa nước và khí. Nếu lỗ rỗng của đất chứa đầy
nước thì gọi là đất bảo hòa, nếu lỗ rỗng của đất không có nước thì
gọi là đất khô.
 Tính chất của đất phụ thuộc vào tính chất và sự tương tác của các
thành phần hợp thành là hạt đất + nước + khí.

8


1.2.CÁC THÀNH PHẦN CHỦ YẾU CỦA ĐẤT
• 1.2.1. Hạt Đất
 Hạt đất là thành phần chủ yếu của đất. Khi lực tác dụng
bên ngoài lên mặt đất thì các hạt đất cũng chòu lực mà
truyền rộng ra và xuống dưới sâu. Tập hợp các hạt đất là
khung cốt của đất.
 Các hạt đất có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau tùy
thuộc vào các quá trình phong hóa - dòch chuyển - trầm tích.
 Mỗi nhóm hạt đất có đặc tính riêng như:
• Nhóm hạt cát có tính rời ở trạng thái khô hoặc bảo hòa.

• Nhóm hạt sét có tính dẻo khi chứa một lượng nước nhất
đònh.
9


1.2.CÁC THÀNH PHẦN CHỦ YẾU CỦA ĐẤT

 Tựu trung có hai nhóm chính:
• Nhóm hạt thô: đá hộc, cuội, sỏi, cát.
• Nhóm hạt mòn: bột, sét, keo.
Hiện nay đã thống nhất được tên gọi của các nhóm hạt cơ
bản như sau:
•Bảng 1.1 Ký hiệu tên của nhóm hạt đất
Hạt

Sỏi

Cát

Sét

Bụi

Ký hiệu

G = Gravel

S = Sand

C = Clay

M = Mo; Silt
10


1.2.CÁC THÀNH PHẦN CHỦ YẾU CỦA ĐẤT
•1.2.1.1. Đặc tính cơ bản các nhóm hạt đất
∀α . 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.
∀β . Nhóm hạt cát
•- Tỉ diện tích nhỏ, khoảng 0.001 ÷ 0.04m 2/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.

11


1.2.CÁC THÀNH PHẦN CHỦ YẾU CỦA ĐẤT
•1.2.1.1. Đặc tính cơ bản các nhóm hạt đất
∀γ . 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.

12


1.2.CÁC THÀNH PHẦN CHỦ YẾU CỦA ĐẤT
1.2.1.1. Đặc tính cơ bản các nhóm hạt đất
∀δ . 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.
13


Bảng 1.2 Phân loại nhóm hạt theo TCVN 5747:1993
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

Tên nhóm hạt

14


Bảng 1.3 Phân loại nhóm hạt của Nhật Bản

1µ

Hạt
keo

5µ

Hạt
sét

74µ

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: 1µ = 10-3mm

15


Bảng 1.4 Phân loại nhóm hạt của Trung Quốc
Tên nhóm hạt
Đá tảng
Đá lăn và đá hộc

Nhóm hạt thô

Nhóm hạt mòn

Đường kính (mm)
>300
300 ÷ 60

Cuội và dăm
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

Cát

Mòn
Bụi
Sét

16


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

>200
200 ÷ 60
to

vừa
nhỏ

3. Cát (S)

4. Bụi (M)
Nhóm hạt mòn
5. Sét (C)

to
vừa
nhỏ

60 ÷ 20
20 ÷ 6
6÷2
2 ÷ 0.6
0.6 ÷ 0.2
0.2 ÷ 0.06

to 0.06 ÷ 0.02
vừa 0.02 ÷ 0.006
nhỏ 0.006 ÷ 0.002
< 0.002

17


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

Sỏi (G)
Cát (S)

Đường kính
(mm)
75 ÷ 2

to 2 ÷ 0.425
nhỏ 0.425 ÷ 0.075
Bụi (M)
Sét (C)

0.075 ÷ 0.002
< 0.002

18


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

Tên nhóm hạt
Sỏi (G)
to
nhỏ

75 ÷ 19
19 ÷ 4.75

to
vừa
nhỏ

4.75 ÷ 2
2 ÷ 0.425
0.425 ÷ 0.075

Cát (S)

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

< 0.075
19


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

20


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

21


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
22


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

23


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 chòu tải kém

Khả năng thoát nước tốt

Tính thấm kém

Cường độ và sự thay đổi thể tích
Các đặc tính về cường độ
không bò ảnh hưởng bởi độ ẩm
và sự thay đổi thể tích bò ảnh
Kích thước và cấu trúc hạt quyết đònh hưởng bởi độ ẩm
tính chất kỹ thuật

Tính chất kỹ thuật được
Không nén được khi ở trạng thái chặt kiểm soát bởi yếu tố khoáng
Sự rung động làm thay đổi thể tích khi vật hơn là kích thước hạt
ở trạng thái rời
24


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.

25