Bài giảng cơ học đất.PDF

09/08/2016

CHƯƠNG 1: BẢN CHẤT VẬT LÍ CỦA ĐẤT

1. Sự hình thành đất - Phân loại đất theo nguồn gốc hình thành
2. Các thành phần của đất

CHƯƠNG 1: BẢN CHẤT VẬT LÍ CỦA ĐẤT

3. Kết cấu và cấu trúc của đất
4. Các chỉ tiêu vật lí của đất
5. Trạng thái và các chỉ tiêu đánh giá trạng thái của đất
6. Phân loại đất - thực hành phân loại đất

2

BÀI 1: SỰ HÌNH THÀNH CỦA ĐẤT

BÀI 1: SỰ HÌNH THÀNH CỦA ĐẤT
1.Quá trình phong hóa: là quá trình đá bị biến đổi thành đất
dưới tác dụng của các tác nhân vật lý, hóa học

Đất được hình thành như thế nào?
• đá Macma

Theo quan điểm địa chất :
Đất có nguồn gốc trực tiếp hay gián tiếp
từ đá cứng:

• đá Trầm tích
• đá biến chất.

Ở tại chỗ
Dưới tác động
Đá cứng

Hạt Đất

QT PHONG HÓA

Đất tàn tích

Chuyển rời
Đất trầm tích
QT TRẦM TÍCH

Quá trình biến đổi Đá  Đất diễn ra phức tạp và chịu ảnh
hưởng của 2 quá trình PHONG HÓA và quá trình TRẦM TÍCH.

• Phong hóa vật lý :
Tạo thành hạt đất:
bề mặt gồ ghề, kích thước
không đều, thành phần
khoáng vật giống đá gốc,
không có khả năng kết dính
• Phong hóa hóa học :

Do sự thay đổi
nhiệt độ và sự va
chạm

Do phản ứng
hóa học trên bề
mặt tiếp xúc
giữa hạt với môi
trường

Tạo nên các hạt đất:
Nhỏ, bề mặt nhẵn, mịn
Thay đổi tp khoáng đá gốc
có khả năng liên kết, có tính
dính

Gọi là
những
hạt đất
rời.

Gọi là
những
hạt đất
dính

BÀI 1: SỰ HÌNH THÀNH CỦA ĐẤT
Đất rời

Đất dính
2.Quá trình trầm tích: là quá trình di chuyển và tích tụ các
sản phẩm phong hóa  tạo nên các dạng trầm tích
a. Di chuyển do trọng lượng bản thân hạt đất (tàn tích, đất
sườn tích)

- Đặc điểm :
+ không phân lớp hoặc chiều dày lớp đất không đều;
+ thành phần và kích thước hạt không đều;
+ giữa đất và đá gốc có mặt phân cách nghiêng

5

6

1


09/08/2016

BÀI 1: SỰ HÌNH THÀNH CỦA ĐẤT

BÀI 1: SỰ HÌNH THÀNH CỦA ĐẤT
b. Di chuyển do nước cuốn trôi (bồi tích, sa tích)
+ phân lớp đều về thành phần và kích thước;
+ chiều dày lớp lớn;
+ các lớp có kích cỡ hạt khác nhau thường xen kẽ
nhau và chủ yếu là nằm ngang
+ tính chất của đất trong từng lớp ít thay đổi, ranh giới
giữa các lớp đất khó phân biệt.
c. Các loại trầm tích khác
* Trầm tích gió (phong tích)
+ rời xốp;
+ đồng nhất về thành phần hạt.
* Trầm tích biển:

Tổng kết
Theo nguồn gốc phong hóa

Đất dính

Đất rời
• VD: đá dăm, cuội sỏi, các
loại cát
• Kích thước hạt to,
• Rời rạc, không dính
• Tính thấm lớn, hút nước ít
• Tính chất XD phụ thuộc
kích thước hạt và độ chặt

•
•
•
•
•

VD: đất sét, sét pha, cát pha
Kích thước hạt nhỏ, mịn
Tính dẻo dính
Tính thấm nhỏ
Tính chất XD phụ thuộc
trạng thái độ ẩm và thành
phần khoáng

7

BÀI 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT
Cấu tạo của đất như thế nào?
Đất do các hạt đất tạo nên, các hạt
Nước đất tự sắp xếp tạo thành khung cốt
đất có nhiều lỗ rỗng, trong lỗ rỗng
có chứa nước và khí
Khí

Hạt đất là thành phần chủ yếu của đất, tạo thành khung
kết cấu (cốt đất)
Hạt đất được đặc trưng bởi kích thước, hình dạng và
thành phần khoáng vật.
a. Kích thước hạt đất

Hạt
đất

• Đất bão hòa nước, (lỗ rỗng chứa đầy nước), 2 pha : rắn
và lỏng.
• Đất khô, (lỗ rỗng không có nước), 2 pha : rắn và khí
• Đất ẩm ướt không bão hòa nước , 3 pha: rắn, lỏng, khí.
 Trong tự nhiên, đất thường ở trạng thái ẩm ướt không
bão hòa nước.

BÀI 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT
Các hạt có hình dạng rất đa dạng (tròn, vuông,...) vậy thì
kích thước hạt được đo như nào?
Hạt đất có hình Hạt tròn,
dạng bất kì có
đg kính d,

cùng tỷ trọng D
và cùng vận tốc tỉ trọng D
chìm lắng v

1. HẠT ĐẤT

Kích thước hạt có
ảnh hưởng nhiều
tới tính chất cơ lý
của đất.

BÀI 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT
 Một số khái niệm
o Hàm lượng một nhóm hạt kí hiệu p(d1 < d ≤ d2) trong đất
là tỷ lệ phần trăm trọng lượng khô của nhóm đó trên

Chất lỏng
Hạt đất bất kì
tỉ trọng D
v1

• Hạt đất càng to thì lỗ rỗng các
hạt càng lớn, tính thấm nước
lớn hơn đất hạt nhỏ.
• Ngược lại hạt đất càng nhỏ thì
diện tích tiếp xúc lớn, tính dính
kết càng phức tạp.

v2

tổng trọng lượng đất khô, kí hiệu p (nhóm) (%)

p ( d1  d  d 2 ) 

Q( d1  d  d 2 )
 100(%)
Q

Nếu v1 = v2 ta nói hạt đất có đường kính (qui ước)
là d
Nhóm hạt : chỉ một tập hợp các hạt đất
có kích thước thay đổi trong một phạm
vi nhất định và được gọi tên theo
khoảng kích thước.

Trong mỗi
nhóm hạt, tính
chất cơ lý gần
giống nhau

• Q(d1 < d ≤ d2): trọng lượng của nhóm;
• Q : tổng trọng lượng mẫu đất

2


09/08/2016

BÀI 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT

THÍ NGHIỆM THÀNH PHẦN HẠT

 Một số khái niệm (tiếp)
o Hàm lượng tích lũy đến d* kí hiệu p(d1 < d*) là hàm lượng
các hạt có kích thước ≤ d*. (d* được gọi là đường kính
tích lũy).
*

p (d  d * ) 

BÀI 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT

Q (d  d )
 100(%)
Q

o Thành phần hạt (hay cấp phối hạt) Tập hợp hàm lượng
tất cả các cỡ hạt chứa trong 1 loại đất
Cấp phối hạt biểu diễn dưới dạng bảng hay đường cong
cấp phối

THÍ NGHIỆM THÀNH PHẦN HẠT

Mục đích: xác định hàm lượng của các nhóm hạt và hàm
lượng tích lũy, từ đó xác định cấp phối của đất.
Dụng cụ thí nghiệm: Bộ rây tiêu chuẩn
- Theo Tiêu chuẩn Nga: 10 – 5 – 2 – 1 – 0,5 – 0,25 – 0,1 (mm)
- Theo ASTM: N4, N8, N12, N20, N40, N70, N100,
N120, N200.
Rây số N4 có d = 4,76mm;

Rây số N200 có d = 0,074mm.
Số rây

N4

d(mm)

4,76 2,38 1,68 0,84 0,42 0,21 0,149 0,105

N8 N12 N20 N40 N70 N100 N120 N200
0,074

THÍ NGHIỆM THÀNH PHẦN HẠT

Bộ rây phân tích hạt

Cách thực hiện:
 Bước 1: Phơi khô mẫu đất + cân xác định tổng trọng
lượng ban đầu Q.
 Bước 2: Phân tích bằng rây:
• Cho đất qua bộ rây thí nghiệm. Lắc hoặc rung cho các
hạt đất rơi xuống dưới các rây.
• Cân trọng lượng trên từng rây Qi  hàm lượng nhóm
hạt p(d1 < d ≤ d2) .
 Bước 3: Phân tích bằng PP thủy lực (phuơng pháp tỷ
trọng dựa vào định luật Stock kết hợp nguyên lý tỷ trọng
kế) : phần đất đọng lại ở ngăn hứng gồm các hạt lọt qua
rây cuối cùng (có kích thước nhỏ nhất ; <0.1 mm)
 Bước 4: vẽ đường cong cấp phối hạt (hoặc bảng cấp
phối hạt)

Các hạt lọt qua rây được coi là có kích
thước  kích thước lỗ rây

BÀI 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT

THÍ NGHIỆM THÀNH PHẦN HẠT

ĐƯỜNG CONG CẤP PHỐI HẠT

Kích thước hạt
20,5

0,50,25

2%

6%

0,250,1

0,10,05

0,050,01

0,010,005

<0,005

Hàm lượng nhóm hạt pi(%)

10%

28%

22%

21%

11%

11%
32%

54%
82%
92%
98%
p ( d1  d  d 2 ) 

Q ( d1  d  d 2 )
x100(%)
Q

p(d  d * ) 

Q( d  d * )
x100(%)
Q

Hàm lượng tích luỹ các hạt có đường kính < d

xác định (pd(%))

100%

3


09/08/2016

BÀI 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT

BÀI 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT
Ứng dụng kết quả phân tích hạt

Kết quả thí nghiệm: Đường cong phân tích hạt
p(%)

100
90
80
70
60
50
40
30
20

(1) Xác định hàm lượng tích luỹ của đường kính d* bất kỳ
p(d1 < d*), hàm lượng của một nhóm (d1, d2) bất kì p(d1(2) Xác định hệ số đều hạt, Cu, và hệ số độ cong (hệ số

phân phối), Cc
d
Hệ số đồng đều hạt, Cu, là tỉ số giữa d60 với d10 Cu  60

d10

10
0
100

Hạt cuội

10

1

Hạt sỏi

0.1

Hạt cát

0.01

Hạt bụi

0.001

d(mm)

Hạt sét

Nếu trong đất có cả hạt bụi và hạt sét thì đường cong sẽ được tiếp tục kéo
đến các đường kính nhỏ hơn

BÀI 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT
b. Hình dạng hạt đất
Đa dạng, ảnh hưởng tới tính chất của đất

d 30 2
d 60 .d10

d60, d10, d30 :đường kính ứng với tích lũy bằng 60%, 10%, 30%
Cu > 4: cấp phối tốt
Cc = [1, 3]: phân phối đều đặn.

BÀI 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT
c. Thành phần khoáng
Đa dạng, phụ thuộc :
Thành phần khoáng vật của đá gốc

Có 3 dạng chính :
Dạng khối 3 chiều

Cc 

Hệ số độ cong (phân phối):

Thường các hạt to có dạng khối

Dạng tấm 2 chiều

hạt nhỏ có dạng thanh hoặc tấm

Dạng thanh 1 chiều

hạt đất dính có dạng thanh & tấm

 Hạt kích thước lớn :
Hình dạng hạt có ảnh hưởng nhiều đến tính chất của đất
 Hạt kích thước nhỏ:
Hình dạng hạt ít ảnh hưởng tới tính chất của đất

Môi trường hình thành (tác dụng phong hóa)
Có thể chia làm 3 loại :
Khoáng vật nguyên sinh
Hợp chất vô cơ
(không thay đổi so với đá gốc)
Khoáng vật thứ sinh
(đã thay đổi so với đá gốc)
Các hợp chất hữu cơ.
Hạt kích thước lớn : TP khoáng ít ảnh hưởng đến tính
chất của đất
Hạt kích thước nhỏ: TP khoáng có vai trò quyết định tới
tính chất của đất

BÀI 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT
2. NƯỚC TRONG ĐẤT
Nước trong đất có ảnh hưởng lớn đến tính chất cơ lý của đất,
đặc biết đối với các loại đất hạt nhỏ.

Bề mặt hạt đất sét tích điện âm

Hạt đất sét

Nước trong đất tồn tại dưới dạng :
- +
- +
- +
- +
- +
- +
- +

Nước trong khoáng vật.
Nước hút bám
Nước
trong đất

Nước liên kết mặt
ngoài hạt đất.

Nước liên kết mạnh.
Nước liên kết yếu
Nước tinh thể

Nước tự do.

-

+

+

+

+

-

+

-

-

+

-

+

-

+

-

-

Các lớp nước liên kết

Nước tự do

Nước mao dẫn
Nước trọng lực

4


09/08/2016

BÀI 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT

BÀI 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT

a. Nước liên kết (nước kết hợp mặt ngoài của hạt đất)
Nước chịu ảnh hưởng của lực hút điện phân tử giữa hạt sét
(điện tích “–”) với các phân tử nước có tính chất lưỡng cực.
Nước liên kết gồm 3 loại
 Nước hút bám
Ít ảnh hưởng đến tính
chất của đất.
 Nước liên kết mạnh
Ảnh hưởng nhiều đến
HẠT
tính dính của đất.
SÉT
 Nước liên kết yếu
Ảnh hưởng nhiều
đến tính dẻo, tính

dính của đất.

O-2
OH+

+

OH+

-

b. Nước tự do
 Nằm ngoài phạm vi tác dụng của lực hút điện trường
(lực hút bề mặt).
 Có thể di chuyển trong đất
 Ảnh hưởng lớn đến tính chất cơ học của đất;
 Nước có thể di chuyển do trọng lượng bản thân gọi là
nước trọng lực
 Nước di chuyển do lực mao dẫn gọi là nước mao dẫn

+

-

Nước liên kết

+

-

+

-

Nước tự do

BÀI 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT
3. KHÍ TRONG ĐẤT
 Chủ yếu là khí tự nhiên, một phần là gas sinh học.
 Khí trong đất lưu thông với bên ngoài (khí hở) và ít có
ảnh hưởng đến tính chất của đất.
 Khí trong đất khi bị “đóng” kín có thể ảnh hưởng đến
tính chất của đất.
 Khi tương tác với nước trong đất, mặt phân cách khí–
nước có ảnh hưởng lớn đến tính chất của đất (là đối
tượng nghiên cứu của Cơ học đất không bão hòa)

BÀI 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT
4. TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC PHA TRONG ĐẤT
 Tương tác giữa hạt đất với nước

BÀI 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT
 Tương tác giữa hạt đất – khí - nước: HIỆN TƯỢNG MAO DẪN

5


09/08/2016

BÀI 3: CẤU TRÚC VÀ KẾT CẤU CỦA ĐẤT

BÀI 3: CẤU TRÚC VÀ KẾT CẤU CỦA ĐẤT

1. KHÁI NIỆM

2. KẾT CẤU CỦA ĐẤT

 “Kết cấu” của đất: cách sắp xếp các hạt đất ở “thời
điểm” hình thành. Cách sắp xếp này tồn tại cùng với
đất – tạo nên khung “cứng” của đất, khung kết
cấu/khung đất

 Kết cấu là sự sắp xếp các hạt đất trong quá trình tích tụ.
 Kết cấu là cấu tạo vi mô trong từng lớp đất
Ba kiểu kết cấu chính
 Kết cấu hạt đơn:
 Kết cấu tổ ong:

 “Cấu trúc” của đất: cách sắp xếp các lớp đất khác nhau
(được phát hiện tại thời điểm khảo sát), còn gọi là cấu
trúc địa tầng và thường được mô tả trong các báo cáo
khảo sát địa chất công trình.

BÀI 3: CẤU TRÚC VÀ KẾT CẤU CỦA ĐẤT
Các dạng kết cấu của đất
D > 1.00
D = 2.60
D  1.00

Kết cấu tổ ong

BÀI 3: CẤU TRÚC VÀ KẾT CẤU CỦA ĐẤT
3. CẤU TRÚC CỦA ĐẤT

D > 1.00

Kết cấu hạt đơn

 Kết cấu bông:

Kết cấu bông

Cấu trúc của đất là sự sắp xếp các lớp đất để tạo nên đặc
trưng của một nền đất cụ thể. Cấu trúc là cấu tạo vi mô
của nền – cấu trúc địa tầng
Hai kiểu cấu trúc cơ bản:
 Cấu trúc phân lớp: có nhiều dạng khác nhau: lớp
dày/lớp mỏng/ dải xiên/dải chéo… xen kẽ nhau mà
thành
 Cấu trúc khối: là sự sắp xếp hỗn độn không theo qui
luật với nhiều mức độ khác nhau về độ chặt và sự biến
đổi liên kết bên trong
Thường gặp ở các loại đất tàn tích/sườn tích.
Hai dạng cấu trúc khối cơ bản là khối chặt và khối
rời.

BÀI 4 : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT
I. Khái niệm
• Chỉ tiêu vật lý: là các quan hệ bằng số giữa các thành phần
(pha) có trong đất về thể tích, về trọng lượng

• 2 nhóm :
Các chỉ tiêu cơ bản : xác định trực tiếp bằng thí nghiệm
Các chỉ tiêu không cần xác định bằng thí nghiệm
• Mục đích : đánh giá sơ bộ tính chất của đất
Mô hình 3 pha trong đất
Nước
Khí

Q

Khí

Qk, Vk

Nước

Qn, Vn

Hạt đất

Qh, Vh

VR

V
Hạt
đất

6

09/08/2016

BÀI 4 : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT
Mô hình 3 pha trong đất
0

Qk
Qn

Khí
Nước

 Q: trọng lượng tổng của đất
VR

Q
Qh

Hạt đất

Đại lượng

Vk
Vn

BÀI 4 : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT

Qn

Vk

Nước

Vn

VR

Q

 Qh: trọng lượng của hạt đất
V

Khí

Qh

 Qn: trọng lượng của nước

V

Vh

Hạt đất

Vh

o V: thể tích của đất
o Vh: thể tích của hạt đất
o Vn: thể tích của nước

Q = Qh + Q n + Q k = Qh + Qn ;

o Vk: thể tích của khí

V = Vh + Vn + Vk = Vh + VR

o Vr: thể tích lỗ rỗng trong đất
37

BÀI 4 : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT

BÀI 4 : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT

Qn

Khí

Vk

Nước

Vn

VR

Q
Qh

V

Vh

Hạt đất

38

 Đối với đất mềm :
o Lấy mẫu bằng dao vòng
o Cân xác định trọng lượng (mẫu + dao)

Q1 = Q mẫu + Q dao

h
d

Q mẫu = Q1 - Q dao

o Thể tích mẫu = thể tích bên trong dao

V mẫu = V dao
39

BÀI 4 : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT

BÀI 4 : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT

III. Các chỉ tiêu xác định bằng thí nghiệm :
1. Trọng lượng riêng tự nhiên của đất :
 Đối với đất cứng :

o Cân xác định trọng lượng
mẫu
o Bọc mẫu bằng paraphin
Q1 = Q mẫu
o Thể tích mẫu = thể tích
nước dâng lên
V mẫu = V nước dâng

III. Các chỉ tiêu xác định bằng thí nghiệm
2. Độ ẩm tự nhiên của đất :
• Định nghĩa: tỷ lệ phần trăm giữa trọng lượng nước có trong
đất so với trọng lượng hạt đất ở trạng thái ẩm ban đầu
 Xác định Qn Qh

h
Nước

• Cách thí nghiệm: mẫu có độ ẩm chưa thay đổi
 Lấy mẫu (chừng 10 – 15gr), cho vào hộp, cân xác định
trọng lượng (đất + hộp)

Q 1 = Qmãu + Q hộp = Qhạt + Qnước + Q hộp
 Sấy khô, cân xác định trọng lượng (đất khô + hộp)

• Độ chính xác yêu cầu: 0.1kN/m3

Q 2 = Qhạt + Q hộp

• Khoảng giá trị g thông thường: 13 ÷ 22 kN/m3
41

• Độ chính xác yêu cầu: 0.1%
• Khoảng giá trị w : 0 ÷ vài trăm %
4
2

7


09/08/2016

BÀI 4 : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT

BÀI 4 : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT

III. Các chỉ tiêu xác định bằng thí nghiệm
3. Trọng lượng riêng hạt đất :
• Định nghĩa: trọng lượng của 1 đơn vị thể tích hạt

III. Các chỉ tiêu xác định bằng thí nghiệm
3. Trọng lượng riêng hạt đất (tiếp)
• Cách tính:

gh = Qh/Vh (kN/m3)  Xác định Qh,Vh
• Cách thí nghiệm:
 Lấy đất khô cho vào bình tỉ trọng, cân xác định trọng
lượng (đất khô + bình)
 Đổ nước vào bình, lắc đều, làm thoát khí khỏi đất (bằng
cách đun hoặc hút chân không)
 Bổ sung nước đầy bình, cân lại để xác định trọng lượng

Q1 = Qh + Vbg0 – Vhg0 = Qh + Q2 – Vhg0
Vh = (Qh + Q2 – Q1)/g0
• Độ chính xác yêu cầu: 0.1 kN/m3
• Khoảng thông dụng: 26.5 ÷ 27.8

[Q1 = Qh + (Vb – Vh)g0]
 Làm sạch, đổ nước đầy bình, cân xác định trọng lượng

[Q2 = Vb.g0].

43

44

BÀI 4 : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT

BÀI 4 : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT

IV. Các chỉ tiêu không xác định bằng thí nghiệm :

IV. Các chỉ tiêu không xác định bằng thí nghiệm :

45

46

BÀI 4 : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT

BÀI 4 : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT

IV. Các chỉ tiêu không xác định bằng thí nghiệm :

IV. Các chỉ tiêu không xác định bằng thí nghiệm :

47

48

8


09/08/2016

BÀI 4 : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT

BÀI 4 : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT

49

50

BÀI 4 : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT
V. Ý nghĩa của các chỉ tiêu vật lý
 Đánh giá sơ bộ tính chất của đất
 Đối tượng nghiên cứu tính chất cơ học của đất, đặc
biệt là tính biến dạng (e)
 Phục vụ phân loại đất

 gk được dùng để đánh giá độ chặt đầm nén đất – đánh
giá chất lượng thi công đầm nén (san lấp/ đắp nền

đường…)
 Đánh giá trạng thái bão hòa của đất liên quan đến quan
hệ giữa các pha trong đất, đến áp lực nước lỗ rỗng (S)
 Đánh giá trạng thái ứng suất ban đầu của đất (g)

51

BÀI 5: TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT

BÀI 5: TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT

I. Khái niệm :


II. Trạng thái của đất rời :

Trạng thái của đất : là khái niệm mô tả tác động qua
lại giữa các thành phần cấu tạo nên đất, đặc biệt là
ảnh hưởng của lỗ rỗng và nước trong lỗ rỗng tới các
hạt đất.

 Độ chặt : chặt – chặt vừa – rời
 Độ ẩm: bão hòa – rất ẩm – ít ẩm

II.1 Chỉ tiêu đánh giá độ chặt :
Vr lớn  Đất rời

 2 khái niệm cơ bản nói lên trạng thái của đất :
 Độ chặt đối với đất rời
 Độ sệt đối với đất dính

thể tích lỗ
rỗng Vr

Độ chặt

Vr nhỏ  Đất chặt

 Dựa vào hệ số rỗng e :
Vr lớn  e lớn  Đất rời

 Ý nghĩa xác định trạng thái của đất :
 Liên quan chặt chẽ đến phẩm chất xây dựng của đất
 Đất càng chặt/cứng càng tốt và ngược lại
53

Vr nhỏ  e nhỏ  Đất chặt
Vh
constant

54

9


09/08/2016

BÀI 5: TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT

BÀI 5: TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT

Bảng 5.1 Đánh giá trạng thái theo hệ số rỗng của cát
thạch anh

 Dựa vào độ chặt tương đối D :

 emax, min : hệ số rỗng của đất ở

Hệ số rỗng, e, ứng với trạng thái

Đặt:

Loại cát
Chặt

Chặt vừa

Rời

Cát thô,cát vừa

e < 0.55

0.55 ≤ e ≤ 0.70

e > 0.70

Cát nhỏ

e < 0.60

0.60 ≤ e ≤ 0.75

e > 0.75

Cát bụi

e < 0.60

0.60 ≤ e ≤ 0.80

e > 0.80

trạng thái rời nhất, chặt nhất

 emax,min : xác định bằng thí nghiệm

Rời
0

Chặt
1/3 Chặt vừa 2/3

1

D

56

BÀI 5: TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT
 Dựa vào độ chặt tương đối D :

BÀI 5: TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT
1

 Dựa vào kết quả thí nghiệm hiện trường :

Thí nghiệm xác định emax/emin

 Xác định hệ emax, min : cảm tính, khó chính xác

 Tạo trạng thái xốp nhât/ chặt nhất:
 Đổ nhẹ cát khô, trọng lượng Q vào ống đo
thể tích để tạo trạng thái xốp nhất, đo thể
tích Vmax
 Rung/lắc cát trong ống để tạo ra trạng thái
chặt nhất, đo thể tích mẫu, Vmin

3

2

Bảng 5.2 Đánh giá trạng thái theo kết quả thí nghiệm SPT

4

 Tính hệ số rỗng tương ứng emax, emin

e

Dg 0

gk

1

1.Que dài có nắp hình
côn
2.Phễu cổ dài

 Dựa vào kết quả hiện trường SPT, CPT  Tra bảng

3.Que lau mặt
cát
4.Ống đo thể tích

N-value

Độ chặt, D

Trạng thái

0÷4

0.2

rất rời

4 ÷ 10

0.2 ÷ 0.4

rời

10 ÷ 30

0.4 ÷ 0.6

chặt vừa

30 ÷ 50

0.6 ÷ 0.8

chặt

> 50

> 0.8

rất chặt

57

BÀI 5: TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT

58

BÀI 5: TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT

 Dựa vào kết quả thí nghiệm hiện trường :

II.2 Chỉ tiêu đánh giá độ ẩm của đất rời :

Bảng 5.3 Đánh giá trạng thái theo kết quả thí nghiệm CPT
Trị số qc(MPa)

Loại cát
Chặt

Chặt vừa

Rời

Cát thô, cát vừa (không phụ thuộc
độ ẩm)

>15

15 – 5

<5

Cát nhỏ (không phụ thuộc độ ẩm)
Cát bụi ẩm và ít ẩm
Cát bụi bão hòa

>12
>10
>7

12 – 4
10 – 3
7–2

 Đánh giá dựa vào độ bão hòa S
Bảng 5.4 Đánh giá độ ẩm theo độ bão hòa S

<4
<3
<2
59

Mức bão hòa, S

Trạng thái theo độ bão hòa

S < 0.50
0.50 ≤ S ≤ 0.80
S > 0.80

Đất ít ẩm
Đất ẩm
Đất bão hòa
60

10


09/08/2016

BÀI 5: TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT

BÀI 5: TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT

III. Trạng thái của đất dính :

III. Trạng thái của đất dính :
 Đánh giá trạng thái của đất dính dựa vào độ ẩm w (%) :

Phụ thuộc lượng nước trong đất

Rắn/Cứng
Trạng thái cứng

Trạng thái dẻo

Trạng thái chảy

không tạo được
hình

tạo được hình
giữ được hình
dạng

tạo được hình
không giữ được
hình

0

Chảy/Nhão

Dẻo

Wd/PL
Giới hạn dẻo

W(%)

Wch/LL
Giới hạn chảy

Giới hạn Atterberg  Được xác định bằng thí nghiệm
 Đánh giá trạng thái của đất dính dựa vào độ sệt B :

Rắn

Đặt

Dẻo
0

Chảy

B

1

61

62

BÀI 5: TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT

BÀI 5: TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT
Bảng 5.5 Đánh giá trạng thái của đất dính theo độ sệt B

 Dựa vào kết quả thí nghiệm hiện trường SPT :

Đất cát pha
B<0
Đất ở trạng thái rắn
0≤B≤1
Đất ở trạng thái dẻo
B>1
Đất ở trạng thái chảy
Đất sét pha, sét
B<0
Đất ở trạng thái rắn
0 ≤ B ≤ 0.25
Đất ở trạng thái nửa cứng
0.25 ≤ B ≤ 0.50
Đất ở trạng thái dẻo
0.50 ≤ B ≤ 0.75
Đất ở trạng thái dẻo mềm
0.75 ≤ B ≤ 1.00
Đất ở trạng thái dẻo chảy
B > 1.00
Đất ở trạng thái chảy

Bảng 5.6 Đánh giá trạng thái theo kết quả thí nghiệm SPT
N-value

Trạng thái

<2
2÷4
4÷8
8 ÷ 15
15 ÷ 30
> 30

Rất mềm
Mềm
Dẻo
Dẻo cứng
Cứng
Rất cứng

64

BÀI 5: TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT
Tổng kết

Xác định trạng thái của đất
Trạng thái của đất rời

Trạng thái của đất dính

Chặt – Chặt vừa – Rời

Cứng – Dẻo – Chảy

 Dựa vào hệ số rỗng e
 Dựa vào độ chặt D
 Dựa vào kết quả TNHT

 Dựa vào độ ẩm w
 Dựa vào độ sệt B
 Dựa vào kết quả TNHT

Đánh giá tính chất XD của đất : tốt hay không ?
Càng chặt càng tốt – càng cứng càng tốt
65

11


09/08/2016

BÀI 6. PHÂN LOẠI ĐẤT TRONG XÂY DỰNG

BÀI 6. PHÂN LOẠI ĐẤT TRONG XÂY DỰNG

6.1 Khái niệm chung :
• Dấu hiệu đặc trưng :
o Dựa vào cấp phối hạt
o Dựa vào các giới hạn Atterberg
o Ngoài ra có thể dựa theo nguồn gốc hình thành

• Phân loại đất trong XD :
là việc nhóm những đất có cùng 1 dấu hiệu đặc trưng
nào đó và gán cho 1 cái tên

• Các hệ thông phân loại phổ biến
o Hệ thống Nga (áp dụng ở VN qua TCXD 45 – 78)
o Hệ thống Mỹ (áp dụng ở VN gần đây qua TCVN 5747
– 1993)

• Mục đích :
o Thuận lợi hơn trong trao đổi, giao tiếp giữa các kỹ
sư
o Hình dung phán đoán ban đầu liên quan đến công
tác đất

67

BÀI 6. PHÂN LOẠI ĐẤT TRONG XÂY DỰNG

68

BÀI 6. PHÂN LOẠI ĐẤT TRONG XÂY DỰNG

6.2 Phân loại theo hệ thống tiêu chuẩn Nga

6.2.1 Đất rời :

(VN: TCXD 45 – 78)

• Khái niệm : đất rời là các loại đất không thể thực hiện
được thí nghiệm xác định giới hạn dẻo.

Đất xây dựng = {Đất rời; Đất dính}

• Thực tế : nhận biết đất rời dựa vào mắt thường và cảm

 Cách phân loại sơ bộ : Đất rời không tạo que được

nhận bằng tay khi vê mẫu đất

(không tạo được trạng thái giới hạn dẻo)

• Phân loại : dựa vào hàm lượng hạt có đường kính lớn
hơn một kích thước đặt trưng nào đó gọi là kích thước
phân loại.
 Dựa vào kết quả thí nghiệm phân tích hạt

69

BÀI 6. PHÂN LOẠI ĐẤT TRONG XÂY DỰNG
Bảng 6.1 Phân loại đất rời
Tên đất

Căn cứ phân loại

 Đất hòn lớn (hạt lớn hơn 2mm chiếm hơn 50%)
Tảng lăn/địa khối
Dăm/ cuội
Sỏi/ sạn

p (d > 200) > 50%
p (d > 10) > 50%
p (d > 2) > 50%

 Đất cát
Cát sạn
Cát thô
Cát vừa/cát hạt trung
Cát mịn
Cát bụi

p (d > 2) > 25%
p (d > 0.50) > 50%
p (d > 0.25) > 50%
p (d > 0.10) > 75%
p (d > 0.10) < 75%

70

BÀI 6. PHÂN LOẠI ĐẤT TRONG XÂY DỰNG
6.2.2 Đất dính
• Khái niệm : Đất dính là đất có tính dẻo, tạo được que
→ A = (Wch – Wd ) > 1 (có thể tạo được que đất d ≥ 3mm)
• Phân loại : dựa vào chỉ số dẻo A.
Đất dính = [đất cát pha (sét), đất sét pha (cát), đất sét]
o A < 7  đất cát pha
o 7 ≤ A ≤ 17  đất sét pha
o A > 17  đất sét

72

12


09/08/2016

BÀI 6. PHÂN LOẠI ĐẤT TRONG XÂY DỰNG

BÀI 6. PHÂN LOẠI ĐẤT TRONG XÂY DỰNG
TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH PHÂN LOẠI ĐẤT
THEO TCXD 45 - 78
Đất

6.2.3 Bùn:
Bùn là đất dính trong giai đoạn đầu hình thành, có độ ẩm

Đất rời

cao hơn độ ẩm giới hạn chảy và hệ số rỗng lớn, có thể
có vi sinh vật hoạt động.

Bước 2

Bùn = [bùn sét; bùn sét pha; bùn cát pha]
e = [ > 1.5 ;

> 1.0

;

Đất dính

Bước 1

> 0.9

Cát vừa

Sỏi sạn

Cát nhỏ

Cát sạn

Cát bụi

Cát thô

Á cát

]

Dựa vào kết quả thí
73

nghiệm phân tích hạt

Sét

Á sét

oA < 7  đất cát pha
o7 ≤ A ≤ 17  đất sét pha
oA > 17  đất sét
74

13


09/08/2016

CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT
 Tính chất cơ học của đất bao gồm :
 Tính thấm của đất
 Tính biến dạng của đất

CHƯƠNG 2:
TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT

 Tính chống cắt của đất (tính bền)
 Tính đầm chặt của đất
 Nhiệm vụ :
 Xác định được các đặc trưng biến dạng Tính được lún
 Xác định được các đặc trưng chống cắt

BÀI 1 TÍNH THẤM CỦA ĐẤT

BÀI 1: TÍNH THẤM CỦA ĐẤT

BÀI 1: TÍNH THẤM CỦA ĐẤT

1.

Các định nghĩa

2.

Định luật Darcy

3.

Điều kiện đủ của dòng thấm

4.

Thí nghiệm xác định hệ số thấm

5.

Hệ số thấm của một số loại đất

6.

Áp lực dòng thấm lên đất

BÀI 1 TÍNH THẤM CỦA ĐẤT
Cột nước áp : cột nước trong ống

phép dòng nước đi qua dưới một

điều kiện thuận lợi nào đó
Dòng nước đi
qua
Điều kiện thuận lợi :
 Lỗ rỗng đủ lớn ( điều kiện bên trong)
 Áp lực đủ lớn (điều kiện bên ngoài)

Hạt Đất
Lỗ rỗng

Chiều cao cột nước áp (hp):
chiều cao cột nước dâng lên :
từ điểm đặt (A)  mặt nước
Chiều cao cột nước thế (hz):
chiều cao cột nước kể từ điểm đặt
(A) đến mặt chuẩn so sánh nào đó
được chọn;
 Cột nước tổng (H):
tổng chiều cao cột nước kể từ
mức so sánh đến mặt nước
dâng:
H = hp + hz

hpA

Khối Đất

hzA

 Tính thấm : tính chất của đất cho

Ống đo
cột nước

HA

1.1 Các khái niệm cơ bản:

A

Mức so sánh

1


09/08/2016

BÀI 1 TÍNH THẤM CỦA ĐẤT
Gradient thủy lực (độ dốc thủy lực): là cường độ thay
đổi cột nước tổng trên một đơn vị chiều dài dòng chảy,
kí hiệu I:
LAB – khoảng cách
giữa hai điểm A và B

hpA

HB

hpB

DHAB

BÀI 1 TÍNH THẤM CỦA ĐẤT

 Gradient thủy lực tại một điểm:

HA

B

hzB

hzA

h(x) :hàm cột nước
A

tổng thay đổi theo
hướng dòng chảy

Mức so sánh

BÀI 1 TÍNH THẤM CỦA ĐẤT

BÀI 1 TÍNH THẤM CỦA ĐẤT

1.2 Định luật Darcy

1.2 Định luật Darcy (tiếp)

• v: Vận tốc thấm, (m/s) lưu lượng nước thấm qua một

• k : hệ số thấm (cm/s) : đặc trưng cho tính thấm của đất
o Đơn vị vận tốc
o Thể hiện nước chảy trong đất thế nào
o Biến thiên rất lớn với mỗi loại đất
o Xác định bằng thí nghiệm

đơn vị diện tích vuông góc dòng thấm

Lưu ý:
Diện tích thấm A bao gồm cả cốt đất: vthực > v
Do nước chỉ thấm qua lỗ rỗng: vthực = v/n = v(1 + e)/e

BÀI 1 TÍNH THẤM CỦA ĐẤT
•

BÀI 1 TÍNH THẤM CỦA ĐẤT
v

Định luật Darcy
Biểu diễn sự biến thiên

Đất hạt thô

Đất hạt mịn
3

của gradient thủy lực
và vận tốc thấm

1 1’
I

0

2

I* Io I’

I

Quan hệ : v - i

2


09/08/2016

BÀI 1 TÍNH THẤM CỦA ĐẤT

BÀI 1 TÍNH THẤM CỦA ĐẤT
1.3.1 Thí nghiệm với cột nước không đổi

1.3 Thí nghiệm xác định hệ số thấm

Đường tràn

 Nguyên tắc :
 Lưu lượng q thấm qua 1 mẫu đất bão hòa

 Cột nước áp h sinh ra dòng thấm
 Sử dụng định luật Darcy

Trình tự thí nghiệm:
o Đo chênh cao cột nước
DH = h1 – h2
o Đo lưu lượng nước ra q:
q = Q/t
o Kết quả thí nghiệm là cặp
giá trị {DH, Q} hay {DH, q}.
Hệ số thấm xác định theo
công thức:

 Phân loại:
 Thí nghiệm với cột nước không đổi
 Thí nghiệm với cột nước thay đổi

Cấp nước vào bể
Ống đo
áp
DH

Khóa
K1

h
Lưới lọc

A

Mức so
sánh
Mẫu tiết diện A

BÀI 1 TÍNH THẤM CỦA ĐẤT

hB

L

Q

Khóa
K2

BÀI 1 TÍNH THẤM CỦA ĐẤT
1.5 Hệ số thấm của một số loại đất:
Loại đất
Cuội sỏi sạch
Cát sạch
Cát bụi, cát pha sét
Sét pha cát
Sét

Hệ số thấm, k, (cm/s)
10 ÷ 100
10-3 ÷ 10
10-5 ÷ 10-3
10-5 ÷ 10-7
< 10-7

Giá trị k thay đổi trong phạm vi rất lớn và phụ thuộc
vào: kích thước, hình dạng hạt đất, kết cấu và độ chặt
của đất, lỗ rỗng của đất (chú ý đến lỗ rỗng kín và hở).

BÀI 1 TÍNH THẤM CỦA ĐẤT

BÀI 1 TÍNH THẤM CỦA ĐẤT

1.5 Thấm qua nền nhiều lớp
• Nền tương đương của nền nhiều lớp là nền một lớp có
chiều dày bằng tổng chiều dày các lớp đang xét và có lưu
lượng thấm qua không đổi.
• Hệ số thấm tương đương là hệ số thấm của nền tương
đương.
h1

kh1

kv1

hi

khi

kvi

ktd

1.5.1 Thấm ngang:

 Gradient thủy lực các lớp là
như nhau : I
 Lưu lượng tổng = tổng lưu
lượng mỗi lớp

I  I i  DH

DL

 const

n

q   qi
i 1

ktd

n

hn

khn

kvn

H

 hi
i 1

3


09/08/2016

BÀI 1 TÍNH THẤM CỦA ĐẤT

BÀI 1 TÍNH THẤM CỦA ĐẤT

1.5.2 Thấm đứng:
q
Q
 Lưu lượng tổng = lưu lượng mỗi lớp
Q  qi  v   vi  i
 Vận tốc thấm các lớp là như nhau
A
A
 Cột nước tổng = tổng các cột nước mỗi
lớp
 hi
Q

vi  kvi .

v  ktđ

A

hi

DH   DH i

1.6 Áp lực dòng thấm
Khi trong đất có dòng thấm  Dòng thấm sinh ra lực tác
dụng lên các hạt đất
Lực thấm trong một đơn
vị thể tích đất, kí hiệu j,
(áp lực thấm)

 const  v

DH
 ktđ
L

n

  hi

j      I .g 0

j      I .g 0

g

i 1
n

g

 hi
i 1

Hn

z

gbh

j      I .g 0
Dòng thấm

gbh

4


15/08/2016

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT
1. Khái niệm chung
2. Thí nghiệm bàn nén

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

3. Thí nghiệm trong phòng
4. Kết quả thí nghiệm nén mẫu thực tế
5. Cố kết của đất
6. Độ lún cố kết

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT
Đất = hạt đất + lỗ rỗng = hạt đất + nước + khí

1 Khái niệm chung
• Biến dạng : là sự thay đổi thể tích hay hình dạng của
khối đất/nền đất dưới tác dụng của tải trọng và các

Biến dạng của
các hạt đất

Nén của khí
và của nước
trong lỗ rỗng

tác động.
Bỏ qua

Lún tức thời

Hiện tượng nén của đất  sự giảm thể tích của đất

Thoát nước
trong lỗ rỗng

Lún cố kết
(lún sơ cấp)

Ảnh hưởng theo thời gian và tính thấm của đất
Nén của kết cấu đất
Sự sắp xếp lại các hạt đất

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT
Các thành phần lún của đất

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LÚN CỦA ĐẤT
 Nếu luật ứng xử của đất đã biết Ứng suất

S = St + Sck + Stb
Lún tức thời

Lún cố kết

Lún từ biến
(lún thứ cấp)

Lún từ biến

Tải trọng
tác dụng

Ứng xử
của đất

Log (thời gian)

Biến dạng

Ứng suất hữu hiệu Tổng biến
+
dạng
Biến dạng

Lún

Nguyên lý tính toán biến dạng tổng
(a) Tải trọng Tải trọng tác
Tính toán ứng suất
tại độ sâu tính lún
dụng

St
Sck

(b) Biến dạng
Nghiên cứu thí
nghiệm đất

Stb
Lún

Tính toán lún từ
ứng suất xác định
tại bước (a)

Xét đến thời gian lún  Sự cố kết của đất

1

15/08/2016

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU LÚN CỦA ĐẤT

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

Nghiên cứu tính lún của đất, là nghiên cứu gì ?
Nghiên cứu ứng xử của đất chịu tải trọng tác dụng

2 Thí nghiệm bàn nén – đặc điểm biến dạng
2.1 Nguyên lý thí nghiệm
P

 Gia tải lên đất thông qua bàn
PHƯƠNG PHÁP
• Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm trên mẫu đại diện:
nén mẫu (một chiều/ ba chiều)
• Nghiên cứu qua mô hình móng tại hiện trường: bàn
nén/ống nén
• Sử dụng các mô hình qui ước cho nghiên cứu hiện
trường: xuyên đất

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

nén
 Đo độ lún của đất qua chuyển vị F(cm²)
đứng của bàn nén
 Xác định tính chất/qui luật biến

Đất

dạng của đất.

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT
2.2 Dụng cụ thí nghiệm (tiếp)

2.2 Dụng cụ thí nghiệm

Dầm chuẩn

Dầm chuẩn
Dầm đỡ

Dầm đỡ

Neo
chính

C.vị
kế

Kích

C.vị
kế

Kích

Neo dầm
chuẩn

Bàn nén

 Bàn nén (tấm nén): tấm phẳng (bằng thép hoặc BT) có độ
cứng đủ lớn
+ Hình dạng: hình tròn hoặc hình vuông;
+ Diện tích bàn nén: A = 5000cm2 (bàn nén tròn);
A= 10000cm2 (bàn nén vuông).

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

Neo
chính

Bàn nén

Neo dầm
chuẩn

 Bộ phận gia tải: kích thủy lực và đối trọng:
+ Kích thủy lực: năng lực = (1,5  2,0) tải dự kiến sử dụng.
+ Đối trọng: dầm đỡ gắn chặt vào neo xoắn. Số lượng
dầm và neo tùy thuộc vào tải trọng.
 Đồng hồ đo lún: có độ chính xác 0,01mm; bố trí tối thiểu 2
chiếc đối xứng qua bàn nén.

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

* Sơ đồ TN:
Tải trọng nén
Hệ dầm đỡ

2.3 Cách thí nghiệm:
Tải tăng dần (hoặc giảm dần) từng cấp. Mỗi cấp tải được
giữ không đổi. Tải thẳng đứng Pi → áp lực nén pi:
A: diện tích của bàn nén
pi → Si = f(t).

Hệ neo
(cọc neo)

Đồng hồ đo
c.vị

Thời gian t đủ lớn (t = ): Si → Si (dần ổn định): tăng tải;
hoặc tăng không ngừng: dừng thí nghiệm.

Kích thủy lực

Ở mỗi cấp, duy trì tải đến khi đạt ổn định lún qui ước: độ
lún của bàn nén  0,01mm sau khoảng thời gian 1h với
cát; 2h với sét.

Hố đào
Bàn nén

Tăng tải P đến khi nền bị phá hoại, (S tăng quá lớn).

2


15/08/2016

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

2.4 Kết quả thí nghiệm:

Xác định môđun biến dạng của đất E0 ứng với một cấp
tải nào đó:

Mỗi cấp ta thu được cặp số liệu (pi, Si). Vẽ các biểu đồ
quan hệ (p, t); (S, t); (p, S).
p(kPa)
pn
pi
p1
0
S1
Si

p1

0

pgh

p(kPa)
p: cấp tải trọng tác dụng lên nền;
S: độ lún của đất (khi thí nghiệm) tương ứng với cấp tải p;

t

Đường
cong
nén

Sn
S
Biểu đồ quan hệ (p, t); (S, t)

b: cạnh của bàn nén vuông hoặc đường kính của bàn nén
tròn;
: hệ số hình dạng:  = 0,88 (bàn nén vuông);
 = 0,79 (bàn nén tròn);
0: hệ số biến dạng ngang (hệ số nở ngang) phụ thuộc loại
đất.

S
Biểu đồ quan hệ (p, S)

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT
 Lún không xảy ra tức thời mà phát triển dần theo thời gian.

Kết quả thí nghiệm bàn nén còn dùng để dự báo tải

p(kPa)

- Pi nhỏ, Si = f(t), Si → Si
pn
- Pi lớn, Si có thể phát
pi
triển liên tục
p1
t
0
p
S
S
1
0
2p
t
S

trọng giới hạn tác dụng lên nền dựa vào sự thay đổi tốc
độ lún trong 1 khoảng thời gian đặc trưng lựa chọn.
Tải trọng ứng với sự thay đổi đột ngột tốc độ lún được
coi là tải trọng giới hạn Pgh. Tải trọng cho phép tác dụng
lên nền lấy bằng (0,7  0,8)Pgh.

t

i

S

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT
 Lún của nền tăng theo cường độ của tải trọng nén theo 2
giai đoạn:
p1
pgh p(kPa)
0
- P nhỏ, quan hệ giữa độ
lún và tải trọng gần như
tuyến tính.
- P đủ lớn, quan hệ giữa độ
Đường
lún và tải trọng là phi
cong nén
tuyến.

S
Sn
a  0
t

S
Biểu đồ quan hệ (p, t); (S, t)

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT
 TN nén – dỡ: Đường nén và đường dỡ không trùng nhau
→ biến dạng của đất gồm 2 phần:
- Phần phục hồi lại được
khi dỡ tải: biến dạng

đàn hồi (Sđh).
Sdư
- Phần không phục hồi S
lại được khi dỡ tải:
Sđh
biến dạng dư (Sdư).
- Thông thường:
Sdư >> Sđh
S

P1

P

Đường nén
Đường nén lại

Đường dỡ

S
Biểu đồ quan hệ (p, S)

TN0 nén-dỡ

3


15/08/2016

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

 Thí nghiệm nén trùng phục: Thí nghiệm nén đất dưới tải
trọng p1, rồi dỡ tải, lặp lại quá trình đó nhiều lần với tải p1
không đổi thì quan hệ (p, S) có dạng như bên.
p1
p2
P
- Sdư ,Sđh giảm nhưng Sdư
giảm nhanh hơn.

Ưu điểm

Nhược điểm

- Số lần nén - dỡ đủ lớn, cuối
cùng chỉ còn biến dạng đàn
hồi → đất đạt TTGH nén chặt
dưới tải p1.
- p>p1, biến dạng dư lại xuất
hiện và làm tương tự → đất
đạt tới TTGH nén chặt mới.

S

Các lý thuyết về mô hình nền

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

3 Thí nghiệm trong phòng:
 Mục đích: nghiên cứu tính nén lún của đất trên
những mẫu nhỏ (mẫu đại diện)
Thí nghiệm nén một chiều

Thí nghiệm nén ba chiều

 Được dùng phổ biến vì tính đơn  Hạn chế trong thực tế vì
giản, dễ thực hiện và tiện áp
đòi hỏi thiết bị phức tạp,
dụng.
khó thực hiện
 Chủ yếu phục vụ nghiên
 Nén một chiều không nở ngang
 Nén một chiều nở ngang tự do s cứu về cường độ của đất
z

sz

3.1 Thí nghiệm nén một chiều không nở ngang (oedometer)
σz = σ1
Mô hình

sx

sy

s z ,s x ,s y

σx = σy = σ3

h

εx=ε

y

=0

A = πD2/4

Thiết bị
 Hộp nén

P

 Nắp truyền lực (tấm nén)
 Đồng hồ đo biến dạng

Chuyển vị kế

 Đá thấm:
 Dao vòng:

Nắp gia tải

Mẫu
đất

Đá thấm

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

TN0 NÉN ĐẤT TRONG PHÒNG
Sơ đồ thí nghiệm nén không nở ngang
Đồng hồ đo c.vị

P

Ds

s

P

Nắp truyền lực
Hộp nén

h0

Mẫu đất

h0
Mẫu đất

h0, e0

h1

h1, e1

Bàn nén
Đá thấm

4


15/08/2016

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

Trình tự thí nghiệm

Kết quả thí nghiệm

- Khi TN mẫu đất nằm trong dao vòng và được đặt trong
hộp nén (mẫu không có biến BD);

Mỗi cấp ta thu được cặp số liệu (si, Si)  (si, ei) nhờ giả
thiết Vh = const.

- Pi tăng dần theo từng cấp (cấp sau gấp đôi cấp trước).
Mỗi cấp tải được giữ không đổi.
Tải trọng nén Pi  ứng suất nén (áp lực nén) si:

Si: độ lún ổn định cấp tải thứ i;

h0: chiều cao ban đầu của mẫu;
e0: hệ số rỗng ban đầu của mẫu.

A: diện tích mẫu đất

Kết quả thí nghiệm được biểu diễn bằng đồ thị quan hệ
giữa ứng suất nén s và hệ số rỗng e dưới 2 dạng:

si  Si = f(t).
- t đủ lớn (t = ): Si Si (dần ổn định): tăng cấp tải tiếp
- Ở mỗi cấp, duy trì tải đến khi đạt ổn định lún qui ước: độ
lún của bàn nén  0,01mm sau khoảng thời gian 30 phút với
cát; 3h với cát pha và 12h với sét, sét pha.

Phần giải thích

 Dạng e = f(s)

Phần giải thích

 Độ lún
 Cấp tải P1: s1:= P1/A
Chiều cao mẫu h1;
Hệ số rỗng e1

 Cấp tải P2: s2 = P2/A = s1 + Ds
Chiều cao mẫu h2 = (h1 – S);
Hệ số rỗng e2
s2 = s1 + Ds

s1

 Độ lún S

S=

e1  e2
h1
1  e1

ei = ei 1 

S
h1

h2

Vh = m1.( A.h1 ) =

1
( A.h1 )
1 e1

1
1
A.h1 =
A.h2
1  e1
1  e2

đường cong nén

 Dạng e = f(lgs)

=

ei = e0 
Vh = m2 .( A.h2 ) =

1  e2
h2 =
h1
1  e1

DSi 1 / i
(1  ei 1 )
hi 1

Si
(1  e0 )
h0

• DSi-1/i – độ lún chỉ riêng do DP gây ra khi tăng tải từ cấp

e e
S = ( h1  h2 ) = 1 2 h1
1  e1

thứ i-1 lên cấp thứ i;
• Si – tổng độ lún ở cấp tải thứ i.

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT
* Xác định ei từ hệ số rỗng cấp cuối cùng en
Sau khi nén đến cấp tải cuối cùng n. Dùng thí nghiệm xác
định lại gW - cuoi, Wcuoi, Dcuoi → hệ số rỗng cấp cuối ecuoi  en:

a. Đường cong nén e = f(s), hệ số nén lún của đất
s2 = s1 + Ds
e
Độ dốc của đường cong
e2 = e1 - Ds
e
de/ds biểu thị mức độ biến
0
Ds
dạng của nền đất.

ec = en =

e1


De

Dc g o (1  0,01Wc )

g

s

s2

Đường cong nén e = f(s)

1

wc

Hệ số rỗng ứng với cấp tải trước đó:

e2

s1

S
(1  e1 )
h1

Trong đó:

1
( A.h2 )
1 e2

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

Đặc trưng biến dạng gọi là
hệ số nén lún a trong
khoảng thay đổi của ứng
suất nén từ s1- s2 :

e2 = e1 

S  Si 1
ei = ei 1  i
(1  ei 1)
ho  Si 1

Si  Si1
ho  Si 1
=
Si  Si 1
1
ho  Si1
ei 

ei1

5


15/08/2016

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

* Thí nghiệm dỡ tải

* Hệ số nén thể tích mv (ao) của đất

e

DV S
De
= =
V ho 1  e1

e0

Thay De = a.Ds ta có:

V: tổng thể tích ban đầu của mẫu
V = ho.A;
ho: chiều cao ban đầu của mẫu;
A: diện tích tiết diện mẫu;

e1
e2

Trong đó:
s1

s2

e1: hệ số rỗng trước khi gia tăng ứng suất Ds;

s

e2: hệ số rỗng sau khi gia tăng ứng suất Ds.

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

Nếu sự thay đổi ứng suất Ds = 1 thì mv = DV khi V = 1
hay mv chính là lượng thay đổi của thể tích đơn vị khi
ứng suất tăng 1 đơn vị và được gọi là hệ số nén thể tích.

b. Đường cong nén e = f(lgs), Chỉ số nén Cc của đất
Độ dốc đường cong biểu thị mức độ biến dạng của nền đất.
Chỉ số nén Cc.
e

* Hệ số nén thể tích mv (ao):

e1
- Chỉ số nén Cc = f(loại đất),
e2
không phụ thuộc vào
khoảng khảo sát.
- Độ lún của mẫu đất
chịu tải cấp thứ i: si

* Độ lún của mẫu S:

Trạng thái đầu


s1

Trạng thái cuối

s2

lgs

Đường cong nén e = f(lgs)

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

c. Thí nghiệm nén dỡ - Chỉ số nén lại Cs của đất

 Môđun nén lún, E, của đất

 Từ đồ thị cho thấy đất có tính nở thấp.
 Kết quả nén lại sẽ khôi
phục dần trạng thái trước đó
theo đường cong nén lại có
độ dốc Cs nhỏ hơn Cc rất
nhiều
 chỉ số nén lại Cs.

e

Cs
Đường cong
dỡ tải

Đường nén
nguyên thủy
Đường cong
nén lại
Cc

 Giả thiết đất là vật thể đàn hồi
Tính biến dạng được đặc trưng :
Module biến dạng E và hệ số biến dạng ngang μ

sz = s1

h
lgs

sx = sy = s3
x = y = 0
Biến dạng ngang theo hai
phương x và y: x = y = 0.

6


15/08/2016

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT
2.3.2 Độ lún
 Môđun nén lún, E, của đất (tiếp)

 Mặt khác ta có :

 Theo định luật Hooke:

1

1

 x = . s x  .(s y  s z ) = .s x (1  )  .s z  = 0
E
E

sx =
sz
1 
1
1
 y = s y   (s x  s z )  = s y (1   )  s z  = 0
E
E

sy =
sz
1 

z =

1
s z   (s x  s y ) 
E

z =

1
2. ² 
1
sz
E 
1   

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

e0
ev

A

B
F

D

E

Đường cong
nén thí
nghiệm
Cc
C

sv sc

S
ho

S =  z  h0 =

1
2. ² 
1
2. ² 
1
.s z  h0 =  1 
.Ds  h
E 
1   
E
1   

 So sánh với đường cong e- σ:

Si = mv (0i ) Ds . ho

E =

sz 
2 2 
1
 z  1   

E =

 E: module biến dạng Đặt: sx = sy = K0sz

 Độ lún S: S =

1
mv


2 2 
1  1   



K0 =


1 

1
2. ² 

1
Ds  h = Ds  h
E 
1   
E

Tùy theo quan hệ s’c và s’v mà ta phân biệt các trạng
thái cố kết như sau:

 s’c = s’v: đất cố kết bình thường
(NC: Normally Consolidated)

Đường cong nén
sửa đổi
Cs

z =

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

4 Kết quả thí nghiệm nén mẫu thực tế
e

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

lgs

 s’c > s’v: đất quá cố kết
(OC: Over Consolidated)
 s’c < s’v: đất chưa cố kết
(UC: Under Consolidated).
 Cả s’c và s’v đều phụ thuộc vào độ sâu lấy mẫu, gần
đúng coi tỷ số giữa s’c và s’v không đổi cho một lớp đất,
không phụ thuộc vào độ sâu lấy mẫu gọi là hệ số quá cố
kết OCR (Over Consolidated Ratio):

Đường cong nén đất thực tế

BÀI 2 TÍNH NÉN LÚN CỦA ĐẤT

Hệ số quá cố kết: OCR

OCR =

Phần giải thích
4 Kết quả thí nghiệm nén mẫu thực tế

s 'c
s 'v

Hiện tượng
Xét mẫu đất M1 (trên mặt đất)
Thí nghiệm nén M1 - nén liên tục
sv= 0, e = e0
M1

 OCR < 1: Đất chưa cố kết (UC)

e
e1

Cc =

e1  e2
log(s 2 )  log(s 1 )

H
 OCR > 1: Đất quá cố kết (OC)
 OCR = 1: Đất cố kết thường (NC)

e2
logs

M2

sv = gtb.H - ứng suất hữu
hiệu của các lớp phủ trên
mẫu, tại lúc khảo sát.

lgs1

lgs1

Nhận xét kết quả thí nghiệm ?

7


15/08/2016

Phần giải thích

Phần giải thích

Xét mẫu đất M1 (trên mặt đất)

sv= 0, e = e0

Thí nghiệm nén M1 – nén/dỡ tải/nén lại

M1

Xét mẫu đất M2 (dưới mặt đất)
Kết quả thí nghiệm nén M2
Dg 0 (1  W )
e
e0 =
 1 s = 0, e=e
v

g

0

Xác định Cc

e

H
ev
M2

sv= g.H, e=ev
Mẫu đưa
lên trên
M

logs

sv

Nhận xét kết quả thí nghiệm ?

 Đường dỡ tải

Cc

mẫu, tại lúc khảo sát.

• sc ứng suất (áp lực) tiền cố kết, là giá trị ứng suất lớn

Cc : hệ số góc đường cong
nén

nhất mà phân tố chịu trong lịch sử.
Phân biệt các trạng thái:

• sc = sv tức OCR = 1: đất cố kết bình thường

• Tính nén lún lớn
s’c

• Khi ứng suất s’ > s’c
logs
sc :ứng suất tiền cố kết, ứng suất lớn
nhất mà phân tố đã chịu trong lịch
sử  Xác định từ thí nghiệm

’1

• sc > sv tức OCR > 1: đất quá cố kết
• sc < sv tức OCR < 1: đất chưa (dưới) cố kết

Phần giải thích

Phần giải thích

 Xác định e0, e1 theo đường cong nén e = f(lgs)
sv = sc : đất cố kết bình thường  Sử dụng đường Cc
Trạng thái hiện tại sv

e
Cr
ec

Cc =

sv > sc : đất chưa cố kết Sử dụng đường Cc

eo  e1
= const
lg s '1  lg s '0

e

Cc

s ' 
ec  e1 = Cc .(lg s '1  lg s 'c ) = Cc .lg  1 
 s 'c 

Cc =
Cr

Ds’

e0

logs

• sv = gtb.H - ứng suất hữu hiệu của các lớp phủ trên

• Tính nén lún nhỏ
• Khi ứng suất s’ < s’c : ứng suất tiền cố kết

s0

logsv

Hệ số quá cố kết: OCR = sc/sv

(đôi khi kí hiệu Cs)

e1

ev

Phần giải thích

Cr : hệ số góc đường cong nén lại:

Cr

Xác định
Cc

2

Phần giải thích

e0
ec

e

Đường cong khi nén mẫu M2
chỉ là phần đường cong cuối
của mẫu M1 bên trên

 Đường nén và nén lại

e

logs

H

ec

Trạng thái hiện tại sv
Ds’

eo  e1
= const
lg s '1  lg s '0

s ' 
eo  e1 = Cc .(lgs '1  lg s 'v ) = Cc .lg  1 
 s 'v 

e0
Cc

e1
lgs
s’c
s’v

s’1

s ' 
e e
C
S = c 1 h = c .h.lg  1 
1  ec
1  ec
 s 'c 

e1
lgs
s’c s’v

S=

s ' 
eo  e1
C
h = c .h.lg  1 
1  eo
1 e0
 s 'v 

s’1

8