đại chất công trình chương 4

CHƯƠNG 4.

THÀNH PHẦN CẤU TRÚC
VÀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
Đất đá được cấu tạo bởi 3 thành phần (3 pha):
• hạt rắn (pha rắn),
• dung dịch hoặc nước (pha lỏng)
• và các chất khí (pha khí).


Đất đá được cấu tạo bởi 3 thành phần (3 pha):
◦ hạt rắn (pha rắn),
◦ dung dịch hoặc nước (pha lỏng)
◦ và các chất khí (pha khí).

4.1.1. Phần hạt rắn (pha rắn)
 Đối

với đá cứng và nửa cứng - thành phần khoáng
vật và tính chất các liên kết đóng vai trò quan trọng
trong việc xác định các tính chất cơ lý.
 Đối với đất - thành phần hạt, hình dạng, mức độ
chặt sít,…

4.1. THÀNH PHẦN CẤU TRÚC CỦA ĐẤT ĐÁ


 Thành

phần hạt của đất là hàm lượng các nhóm hạt có độ
lớn khác nhau ở trong đất, được biểu diễn bằng tỷ lệ phần

trăm so với khối lượng của mẫu đất khô tuyệt đối (sấy ở
105oC) đã lấy để phân tích.
 Ví dụ: nhóm hạt 0,25 – 0,5mm gồm tất cả các hạt
khác nhau có đường kính từ 0,25 đến 0,5mm. Hàm
lượng hạt có kích thước 0,3mm không thể tìm
được!!

Thành phần hạt và phân loại đất (theo tiêu chuẩn)


Thành phần hạt của đất hạt thô được xác định bằng
phương pháp rây sàng theo hai cách:
 Rây khô để phân chia các hạt có kích thước đến
2mm (#10);
 Rây có rửa nước để phân chia các hạt có kích thước
đến 0,074mm (#200).
 Thành phần hạt của đất loại sét được xác định bằng
phương pháp tỷ trọng kế đối với các hạt có kích
thước < 0,074mm.

Than phần hạt và phân loại đất (theo tiêu chuẩn)


Rây đất để phân chia các nhóm hạt


Nếu gọi xi (%) là phần trăm khối lượng đất giữ lại cộng dồn
trên rây có kích thước i;
ai – khối lượng giữ lại cộng dồn của đất trên rây có kích thước
i (g).

A – tổng khối lượng đất làm thí nghiệm (g).

ai
xi = × 100%
A
Từ đó, phần trăm khối lượng lọt qua rây i sẽ là:
yi = 100% - xi
Đối với phương pháp rây có rửa nước, khối lượng đất lấy làm thí nghiệm
lọt qua rây #10 đã tính được phần trăm lọt qua cộng dồn là B (phương
pháp rây khô). Do đó phần trăm trọng lượng lọt qua đối với toàn bộ mẫu
đất sẽ bằng phần trăm trọng lượng lọt qua trong thí nghiệm rây có rửa
nước nhân với giá trị B.

Tính toán thí nghiệm rây (ví dụ)


 Bước

1. Tính Rc= R +số hiệu chỉnh theo toC và mặt

cong.
 Bước 2. Tính Hr (xem M=Rc)

Vo
L
H R = (N − M ) + a +
N
2F
Bước 3. Tính đường kính

d=

1800.η .H R
g ( ρ s − ρ w ).t

Bước 4. Tính % nhỏ hơn y = P × 100%
Với:

ρs
P=
R
ρs −1

m

Tính toán theo tỷ trọng kế (ví dụ)


Thể hiện kết quả


Hệ số không đồng nhất của mẫu:

Hệ số cấp phối:

2
30

d
Cg =

d10 × d 60

d 60
Cu =
d10

Khi Cu < 3 đất đồng đều, Cu > 5 đất rất không đồng
đều (cấp phối tốt). Đất cấp phối tốt có C g = 0,5 –
2,0.
Tỷ diện tích là tỷ lệ diện tích mặt ngoài của vật liệu
với khối lượng hoặc thể tích của vật liệu đó.
Tỷ diện tích:
S

Ω=

Xem tài liệu về hình thành điện tích mặt ngoài

s

m


-

+

-

-

_

_

+ + +

-

_

_

+

–
+ –

- + –
- + –
-

Hạt
rắn

_

–

+

+ –

+ –

–
+

–

+ –
+ –
+ –
+ –

+ –

+ –
+ –
+ –
+ –
+ –

+ –
+ –

+ –

_

+ + +

-

Nước liên kết
Nước liên kết được giữ chặt trong các lỗ rỗng nhỏ có
độ nhớt lớn hơn nước thông thường.

4.1.2. Nước trong lỗ rỗng của đất đá (pha lỏng)


 Nước

mao dẫn tồn tại trong lỗ rỗng, khe nứt nhỏ
của đất đá (bề rộng <2mm) dưới ảnh hưởng của lực
mao dẫn.
Mặt đất
p=γ w.hk

Mặt khum lõm

pk

Đới bão hòa mao
dẫn

hk
Ống mao dẫn

Mực nước ngầm

Nước mao dẫn

C
hk =
ed10


 Nước

mao dẫn làm cho các hạt hút dính với nhau

Trong một số trường hợp cũng đẩy
nhau!!

Sơ đồ xuất hiện lực dính giữa các rắn hình
cầu


 Nước

liên kết không truyền áp lực thủy tĩnh.
 Nước tự do truyền áp lực thủy tĩnh nên gây đẩy nổi
trong đất có chứa nước tự do.
 Khí

làm cho đất có tính đàn hồi.
 Khí có mặt trong đất làm cho dất có tính nén ép thể
tích.
 Thể tích khí phụ thuộc áp lực nén (định luật Henry

và Boit Mariot) nên có thể nở ra khi áp lực giảm gây
phá hoại đất.

4.1.3. Khí trong lỗ rỗng của đất đá (pha khí)


 Tương

tác giữa các hạt rắn trong đất

(a)

(b)

4.1.4. Tương tác giữa các thành phần trong đất


 Tương

tác giữa hạt rắn và dung dịch lỗ rỗng
uwa

a

w
usa

s

usww

4.1.4. Tương tác giữa các thành phần trong đất


 4.2.1.

Tính hấp phụ
Là khả năng giữ lại những hợp chất ở trạng thái hòa
tan hoặc một phần khoáng chất phân tán ở dạng
chất keo hay những hạt rất nhỏ chất hữu cơ, những
vi sinh vật và những thể huyền phù thô khác.
 4.2.2. Tính trương nở của đất
 4.2.3. Tính co ngót của đất
 4.2.4. Độ bền với nước của đất

4.2. TÍNH CHẤT HÓA LÝ


 Để

định lượng tính chất xây dựng của đất đá, trước
tiên cần thiết đánh giá các tính chất vật lý của
chúng. ĐÂY LÀ CÁC ĐẶC TRƯNG CẦN THIẾT ĐỂ
TÍNH TOÁN.

4.3. TÍNH CHẤT VẬT LÝ


Khối lượng thể tích của đất đá tự nhiên: là khối lượng của
một đơn vị thể tích đất ký hiệu ρ, đơn vị: (T/m3, g/cm3).

Q
ρ=
V
Thể tích nước
dâng lên do
mẫu đất bọc
sáp chiếm chỗ.
Dao vòng

Mẫu đất

Nước
Vỏ
sáp
Mẫu đất
Phần đất được
gọt bỏ

Ví dụ


Khối lượng thể tích đất khô: là khối lượng của một đơn vị thể
tích đất khô hoàn toàn ký hiệu ρ d, đơn vị: (T/m3, g/cm3).

Qs
ρd =
V
Khối lượng riêng của hạt: là khối lượng của một đơn vị thể tích
chỉ riêng phần hạt rắn ký hiệu ρs, đơn vị: (T/m3, g/cm3).

+

-

= ρ w.Vs

Qs
ρs =
Vs

Trong tính toán, đại lượng tỷ trọng hạt Gs thường được sử dụng

Gs =

4.3. TÍNH CHẤT VẬT LÝ

ρs
ρw


Khối lượng thể tích đẩy nổi: là khối lượng của một
đơn vị thể tích đất khi cân trong nước ký hiệu ρ sub,
đơn vị: (T/m3, g/cm3). ρ = Qs − ρ w .Vs
sub

V

Độ ẩm: là tỷ số giữa khối lượng nước và khối lượng
đất khô (khối lượng phần cốt đất), ký hiệu W, đơn vị

tính %.

Qw
W% =
Qs

Độ ẩm được xác định bằng cách sấy đất:
A – khối lượng đất ướt và lon.
B – khối lượng đất khô và lon.
C – khối lượng lon.

A− B
W ( %) =
100%
B −C

4.3. TÍNH CHẤT VẬT LÝ


Độ bão hòa: là tỷ số giữa thể tích nước trong lỗ rỗng
so với thể tích toàn bộ lỗ rỗng, ký hiệu là Sr, đơn vị
tính là %.
Vw
S r = 100%
Vr
Độ rỗng n và hệ số rỗng e:

Vr
n% = 100%
V

Vr
e=
Vs

4.3. TÍNH CHẤT VẬT LÝ


Bằng thí nghiệm biết ρ, ρ s, W

ρ
Khối lượng thể tích đất khô: ρ d =
1+W
ρs
−1
Hệ số rỗng: e =
ρd
e
100%
Độ rỗng: n =
1+ e

Độ bão hòa: S r =

Wρ s
eρ w

Khối lượng thể tích đẩy nổi: ρ sub
Các công thức liên hệ:

ρs −1
=
1+ e


Bài tập

4.3. TÍNH CHẤT VẬT LÝ


 Giới

hạn nhão (WL) được định nghĩa là độ ẩm của
đất tương ứng với sự thay đổi ứng xử giữa trạng
thái nhão và dẻo. Hay nói cách khác, giới hạn nhão
là độ ẩm mà khi tăng một lượng không đáng kể thì
đất chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng thái nhão
(chảy).
 Giới hạn dẻo (WP) được định nghĩa là độ ẩm của đất
tương ứng với sự thay đổi ứng xử giữa trạng thái
dẻo và nửa cứng. Hay nói cách khác, độ ẩm mà khi
giảm một lượng không đáng kể thì đất chuyển từ
trạng thái dẻo sang trạng thái nửa cứng (không còn
thể hiện tính dẻo nữa) được gọi là giới hạn dẻo (WP).
Giới hạn dẻo của đất loại sét được xác định (theo
TCVN) bằng phương pháp lăn đất thành sợi.

Các giới hạn Atterberg

 Thí

nghiệm xác định giới hạn nhão bằng chùy xuyên
cho phép phân loại và đánh giá trạng thái đất.

10mm
Mẫu đất

Giới hạn nhão