Bài thí nghiệm cơ học đất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG
KHOA XÂY DỰNG
---------

BÀI THÍ NGHIỆM

CƠ HỌC ĐẤT

GVHD:
SINH VIÊN:
LỚP:
NHÓM:

Đà Nẵng 2011


Thí nghiệm Cơ học đất
PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT

Bài I:

I. Định nghĩa: Độ ẩm của đất là tỷ số giữa lượng nước chứa trong đất và khối lượng hạt
đất trong một khối đất tự nhiên, thường tính bằng % (có khi dùng số thập phân).
II. Dụng cụ thí nghiệm:
• Cân kỹ thuật độ chính xác 0,01g
• Hộp thủy tinh hoặc hộp nhôm
• Bình chống ẩm
• Sổ ghi chép
III. Trình tự thí nghiệm:
1. Cân hộp với nắp trên cân kỹ thuật, được khối lượng Qhộp.

2. Lấy từ giữa mẫu đất đưa thí nghiệm một phân tích 15g trở lên cho vào hộp và đậy
nắp, cân trên cân kỹ thuật được khối lượng Q1.
3. Hé mở hộp đất, bỏ vào tủ sấy. Nhiệt độ trong tủ sấy phải bằng 100÷105oC. Sấy đất
đến khi khối lượng không đổi (khoảng 5÷7 giờ tùy loại đất). Cân hộp và đất khô được khối
lượng Q2.
4. Hiệu số khối lượng đất trước và sau khi sấy khô, chia cho khối lượng đất khô tuyệt
đối và nhân với 100% là độ ẩm tính theo phần trăm.
5. Tính độ ẩm của đất với độ chính xác tới 0,1%, sau đó lấy tròn đến 1% theo công
thức:
W=

Q1 − Q 2
.100%
Q 2 −Q hôp

Mỗi mẫu đất cần làm 2 thí nghiệm song song để lấy kết quả trung bình. Sai số giữa
hai lần không được lớn hơn 2%.
SỔ GHI CHÉP ĐỂ XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT
Ngày
tháng

Số hiệu
mẫu

Số
hộp

Khối lượng hộp (gam)
Hộp
không

Có đất
ẩm

Có đất
khô

Độ ẩm (%)
Từng
mẫu

Trung
bình

Ghi chú

Nhận xét:
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
-1-


Thí nghiệm Cơ học đất
Bài II:

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN NHÃO CỦA ĐẤT LOẠI SÉT
(PHƯƠNG PHÁP TIÊU CHUẨN)

I. Định nghĩa: Phương pháp tiêu chuẩn để xác định giới hạn nhão được áp dụng cho các
loại đất sét mềm, không gắn kết, bao gồm phần lớn là các loại hạt có kích thước nhỏ hơn
1mm.
Phương pháp này không dùng cho các loại đất sét có chứa một lượng đáng kể tàn tích
thực vật. Theo phương pháp này thì giới hạn nhão là độ ẩm của đất sét có kết cấu bị phá
hoại, mà với độ ẩm đó, kim hình nón thăng bằng đặc biệt có khối lượng 76g ngập vào mẫu
đất 10mm dưới tác dụng của trọng lượng bản thân nó sau 10 giây.
II. Dụng cụ thí nghiệm:
• Kim hình nón thăng bằng tiêu chuẩn
• Cốc đựng đất
• Cân kỹ thuật
• Hộp thủy tinh hoặc hộp nhôm
• Bình chống ẩm
• Tủ sấy
• Rây có đường kính lỗ 1mm
• Thanh trộn
• Chén sứ
• Cối có chày cao su
• Sổ ghi chép
III. Trình tự thí nghiệm và kết quả:
Cố gắng xác định giới hạn nhão chỉ theo các mẫu có độ ẩm thiên nhiên. Lấy một
miếng đất khoảng 100g, miết vụn bằng thanh trộn, loại bỏ các hòn lớn kể cả di tích thực vật.
Sau đó cho qua rây 1mm. Nếu đất có độ ẩm tự nhiên nhỏ thì nghiền sơ bộ trong cối sứ bằng
chày cao su, loại bỏ các hạt lớn và cho qua rây 1mm.
1. Trộn đất trong chén sứ, nếu độ ẩm không đáng kể thì rưới ướt bằng nước cất, nhào
kĩ bằng thanh trộn cho đến khi thành khối đồng nhất tương đối đặc và để một ngày đêm cho
thật ướt rã. Để đất không bị khô phải để nó vào bình giữ ẩm có nước. Việc chuẩn bị mẫu đất
theo kiểu này hiện nay được xem là phương pháp tiêu chuẩn. Nếu độ ẩm của mẫu đất khá
cao, thì sau khi chuẩn bị thí nghiệm theo cách nói trên, phải xác định ngay giới hạn nhão.
Nếu mẫu đất không giữ nguyên được độ ẩm tự nhiên thì việc chuẩn bị mẫu thí nghiệm phải

làm như đối với mẫu đất khô thiên nhiên.
2. Trộn kỹ lại mẫu đất đã được chuẩn bị một lần nữa và bỏ vào đầy cốc dụng cụ.
Dùng thanh trộn gạt phẳng mặt mẫu đất cho thật ngang với miệng cốc.
3. Bôi một lớp Vazơlin mỏng lên kim hình nón rồi đặt nó lên bề mặt mẫu đất. Dưới
ảnh hưởng của trọng lượng bản thân, kim hình nón sẽ lún xuống đất. Nếu sau 10 giây kim
hình nón lún vào mẫu đất được 10mm thì xem như độ ẩm của nó bằng giới hạn nhão.
-2-


Thí nghiệm Cơ học đất
4. Nếu sau 10 giây kim hình nón không lún đến 10mm thì độ ẩm của mẫu đất thấp
hơn giới hạn nhão. Trường hợp này ta lấy mẫu đất ra khỏi cốc và cho lại vào bát sứ. Đổ
thêm vào bát sứ một ít nước trộn kỹ rồi lại cho vào cốc và làm lại thí nghiệm. Nếu sau 10
giây kim hình nón lún xuống mẫu đất quá 10mm thì chứng tỏ có nước thừa trong đất. Khi
đó ta hong nhẹ đất trong không khí, dùng thanh trộn đảo liên tục. Sau khi làm khô bớt thì
làm lại thí nghiệm.
5. Khi đất đạt độ sệt cần thiết, ta lấy từ cốc ra một mẫu phân tích ít nhất là 15g bỏ vào
hộp và xác định độ ẩm của nó (xem Bài I). Độ ẩm đó tương ứng với giới hạn nhão. Đối với
mỗi mẫu đất phải làm lại ít nhất hai thí nghiệm song song, sai số giữa hai lần đó không được
lớn hơn 2%. Dựa vào 2 lần đó ta xác định được trị số độ ẩm của đất với độ chính xác tới 1%
và coi chính bằng giới hạn nhão.
Ghi các số liệu nhận được vào sổ ghi chép.
SỔ GHI CHÉP ĐỂ XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN NHÃO CỦA ĐẤT
Số hiệu
mẫu

Ngày
tháng

Số

hộp

Khối lượng hộp (gam)
Hộp
không

Có đất
ẩm

Có đất
khô

Độ ẩm (%)
Từng
mẫu

Trung
bình

Ghi chú

Nhận xét:
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
Bài III:

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN DẺO CỦA ĐẤT

I. Định nghĩa: Phương pháp tiêu chuẩn để xác định giới hạn dẻo của đất loại sét là
phương pháp lăn đất thành dây. Theo phương pháp này thì giới hạn dẻo là độ ẩm của đất
loại sét có kết cấu bị phá hoại sau khi lăn thành dây có đường kính 3mm bắt đầu có nhiều
khe nứt và bị đứt ra từng đoạn dài 3÷10cm.
II. Trình tự thí nghiệm và kết quả:
1. Dùng tay nắm đất cho đến trạng thái dẻo và hong khô trong không khí.
2. Lấy một phần của khối đất đó và lăn nó trên tấm kính để tạo thành dây đường kính
3mm. Sau đó vò dây đất thành cục nhỏ và lại lăn cho đến khi dây đất có đường kính 3mm
bắt đầu có nhiều khe nứt và bị nứt ra từng đoạn dài 3÷10cm. Trạng thái như vậy của đất
-3-


Thí nghiệm Cơ học đất
chứng tỏ đạt được giới hạn dẻo. Nếu không thể lăn hồ đất thành dây có đường kính 3mm
(đất cứ rời ra) thì xem như đất đó không có giới hạn lăn, tức là không có giới hạn dẻo.
3. Lấy 15g đất đứt thành từng đoạn để xác định độ ẩm của nó. Chính độ ẩm đó tương
ứng với giới hạn dẻo của đất.
4. Đối với mỗi mẫu đất nên tiến hành hai thí nghiệm song song xác định giới hạn
dẻo. Sai số giữa hai lần đó không được quá 2%. Lấy trị số trung bình của hai lần đó với độ
chính xác tới 1%.
5. Ghi kết quả thí nghiệm vào sổ ghi chép.
SỔ GHI CHÉP ĐỂ XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN DẺO CỦA ĐẤT
Ngày
tháng

Số hiệu
mẫu

Số
hộp

Độ ẩm (%)

Khối lượng hộp (gam)
Hộp
không

Có đất
ẩm

Có đất
khô

Từng
mẫu

Trung
bình

Ghi chú

Nhận xét:
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................

* Xác định tên và trạng thái của đất thí nghiệm: (Dựa vào chỉ số dẻo A và độ sệt B)
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
Bài IV:

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG THỂ TÍCH CỦA ĐẤT
(PHƯƠNG PHÁP DAO VÒNG)

I. Định nghĩa: Khối lượng thể tích tự nhiên của đất là khối lượng của một đơn vị thể tích
đất ở trạng thái tự nhiên, tính bằng g/cm3 hay T/m3.
Phương pháp dao vòng dùng để xác định khối lượng thể tích của đất mềm như sét, sét
pha cát, cát pha sét, cát, tức là các loại đất có thể cắt bằng dao vòng.
-4-


Thí nghiệm Cơ học đất
II. Dụng cụ thí nghiệm:
• Dao vòng bằng kim loại không gỉ có mép cắt sắc, đường kính 50-70mm, chiều cao
20-40mm
• Dao con (gọt đất)
• Cân kỹ thuật
• Sổ ghi chép
III. Trình tự thí nghiệm và kết quả:
1. Dùng thước cặp đo đường kính trong và chiều cao của dao vòng tính được thể tích
V của nó. Cân dao vòng trên cân kỹ thuật được khối lượng Q1.
2. Đặt đầu sắc của dao vòng lên bề mặt mẫu đất. Dùng dao con thật sắc cắt từng lát
mỏng để tạo ra cột đất lớn hơn đường kính trong dao vòng 1mm. Cắt gọt chừng nào choàng

từ từ dao vòng lên cột đất chừng ấy. Không được làm vỡ đất ở mặt bên của cột. Không nên
ấn mạnh dao vòng vào mẫu đất vì như vậy sẽ phá hủy kết cấu thiên nhiên của đất và không
đảm bảo đựng kín dao vòng được. Sau khi cột đất nhô ra bên trên mép dao vòng, ta cắt phần
đất thừa cho thật ngang bằng với mép dưới của dao cắt (cắt từng lát mỏng).
3. Cân dao đựng đất được khối lượng Q2. Sau khi xác định khối lượng của đất Q = Q2
- Q1, ta tính được khối lượng thể tích của nó.
γ=

Q
V

(g/cm3)

Đối với mỗi mẫu đất cần làm hai thí nghiệm song song để lấy trị số trung bình với độ
chính xác tới 0,01. Sai số giữa hai lần không vượt quá 0,02 g/cm3.
4. Ghi các số liệu vào sổ ghi chép.
SỔ GHI CHÉP ĐỂ XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG THỂ TÍCH CỦA ĐẤT BẰNG
PHƯƠNG PHÁP DAO VÒNG

Ngày
tháng

Số dao
vòng

Khối lượng dao
vòng (gam)
Không
có đất

Có đất

Khối
lượng
mẫu đất
(g)

Thể tích
dao
vòng
(cm3)

Khối lượng thể tích
(g/cm3)
Từng
mẫu

Trung
bình

Ghi chú

* Tính dung trọng khô của đất:
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
-5-

Thí nghiệm Cơ học đất
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
Nhận xét:
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
Bài V:

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HẠT CỦA ĐẤT

I. Định nghĩa: Thành phần hạt của đất là lượng chứa phần trăm của các nhóm hạt, có
kích thước khác nhau ở trong đất so với khối lượng của mẫu đất khô ta lấy để phân tích.
Ở đây ta dùng phương pháp tỷ trọng kế để phân tích thành phần của hạt. Phương
pháp này dựa trên cơ sở đo tỷ trọng của thể vẩn chế tạo từ đất trong quá trình lắng trong của
nó. Nếu khuấy thể vẩn rồi để yên nó sẽ lắng trong dần. Mật độ của nó sẽ ngập xuống dần.
Dùng phương pháp này có thể xác định lượng chứa các cỡ hạt có đường kính < 0,1mm ở
trong đất. Lượng chứa các cỡ hạt > 0,1mm được xác định bằng phương pháp rây.
II. Dụng cụ thí nghiệm:
• Tỷ trọng kế
• Ống đo 1200 ÷ 1300 cm3 có chiều cao khoảng 45cm, đường kính 6cm
• Bộ rây, trong đó nhất thiết phải có rây 0,1mm
• Cân kỹ thuật
• Nhiệt kế có độ chính xác tới 0,5oC
• Toán đồ để tính đường kính của hạt

• Sổ ghi chép
Để phân tích hạt của đất ta dùng tỷ trọng kế thủy tinh hình con thoi, dùng cho chất
lỏng có tỷ trọng từ 0.095 đến 1.050 (hoặc 1.030). Các vạch chia trên cán tỷ trọng kế có độ
chính xác đến 0,001. Khi phân tích hạt các số đo trên tỷ trọng kế sẽ được rút gọn: bỏ qua
hàng đơn vị đi và dịch dấu phẩy về bên phải ba con số. Ví dụ: số đo 1.0252 được đọc và ghi
là 25,2. Khi sản xuất, tỷ trọng kế được chia theo mép dưới của mặt khum. Vì thế vẩn đất
không trong suốt, nên các số đo trong khi phân tích sẽ được lấy theo mép trên của mặt khum
rồi xét đến hiệu chỉnh của độ cao của nó. Ngoài ra còn xét đến hiệu chỉnh nhiệt độ nếu khi
phân tích nó lớn hơn hoặc nhỏ hơn 20oC (bảng dưới). Người ta còn hiệu chỉnh vạch khắc
của tỷ trọng kế, nếu khi thả nó vào bình nước cất 1000cm3 ở 20oC mà vạch 0 của tỷ trọng kế
không trùng mực nước.
-6-


Thí nghiệm Cơ học đất
HIỆU CHỈNH NHIỆT ĐỘ CHO TỶ TRỌNG KẾ
Hiệu chỉnh
Hiệu chỉnh
Nhiệt độ thể
Nhiệt độ thể
cho số đo theo
cho số đo theo
vẩn oC
vẩn oC
tỷ trọng kế
tỷ trọng kế

Nhiệt độ
thể vẩn oC

Hiệu chỉnh cho
số đo theo tỷ
trọng kế

10,0

-1,2

17,0

-0,5

24,0

+0,8

10,5

-1,2

17,5

-0,4

24,5

+0,9

11,0

-1,2

18,0

-0,3

25,0

+1,0

11,5

-1,1

18,5

-0,3

25,5

+1,1

12,0

-1,1

19,0

-0,2

26,0

+1,3

12,5

-1,0

19,5

-0,1

26,5

+1,4

13,0

-1,0

20,0

-0,0

27,0

+1,5

13,5

-0,9

20,5

+0,1

27,5

+1,6

14,0

-0,9

21,0

+0,2

28,0

+1,8

14,5

-0,8

21,5

+0,3

28,5

+1,9

15,0

-0,8

22,0

+0,4

29,0

+2,1

15,5

-0,7

22,5

+0,5

29,5

+2,2

16,0

-0,6

23,0

+0,6

30,0

+2,3

16,5

-0,6

23,5

+0,7

III. Trình tự thí nghiệm và tính toán kết quả:
1. Mẫu đất dùng để xác định thành phần hạt theo phương pháp này phải được đưa về
phòng thí nghiệm ở trạng thái tự nhiên. Chuẩn bị thể vẩn như khi phân tích phương pháp
pipet (có tài liệu riêng). Sau khi thực hiện xong các chỉ dẫn sẽ thu được lượng thể vẩn tổng
cộng bằng 1 lít để phân tích.
2. Khi chế tạo thể vẩn đồng thời xác định độ ẩm của mẫu đất dùng phân tích và tính
đổi khối lượng mẫu đất đó ra khối lượng khô tuyệt đối. Ngoài ra còn xác định lượng chứa
phần trăm của cỡ hạt > 0,1mm trong đất.
3. Khuấy thể vẩn trong ống bằng que trộn cho đến khi mất hẳn cặn lắng ở đáy thì
ngừng khuấy, ghi lại thời gian và coi đó là thời gian bắt đầu phân tích.
4. Thả cẩn thận tỷ trọng kế vào thể vẩn để bầu nó không chạm vào thành ống và lấy
các số đo trên thang của tỷ trọng kế sau 30 giây; 1 phút; 2 phút; 5 phút; 15 phút; 30 phút; 1

giờ;…Khi lấy ba số đo đầu tiên không rút tỷ trọng kế ra. Mỗi lần đọc số đo tiếp sau phải rút
tỷ trọng kế ra khỏi thể vẩn thả vào nước bên cạnh. Khi lấy các số đo sau đó trước lúc bắt
đầu đo từ 5 giây đến 10 giây phải thả tỷ trọng kế vào thể vẩn và phải thả sâu hơn lần trước
đó một chút.
5. Ghi kết quả đọc trên tỷ trọng kế vào sổ dưới dạng các số đo rút gọn Ro.
6. Trong quá trình phân tích phải đo nhiệt độ thể vẩn với độ chính xác 0,5oC. Đo
nhiệt độ một lần trong thời gian đọc năm số đầu tiên trên tỷ trọng kế và sau đó cứ mỗi lần
đọc lại đo một lần.
-7-


Thí nghiệm Cơ học đất
7. Chỉnh lý số đo Ro:
R = Ro + C + m + K
Trong đó:
R: Số đo trên tỷ trọng kế đã hiệu chỉnh
Ro: Số đo ban đầu trên tỷ trọng kế
C: Hiệu chỉnh chiều cao mặt khum (làm cho từng tỷ trọng kế)
m: Hiệu chỉnh nhiệt độ (tra bảng)
K: Hiệu chỉnh vạch khắc (riêng biệt cho từng tỷ trọng kế)
SỔ GHI CHÉP ĐỂ XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HẠT CỦA ĐẤT BẰNG PHƯƠNG
PHÁP TỶ TRỌNG KẾ

Thời gian
từ lúc bắt
đầu phân
tích

Số đo rút
Nhiệt

Số đo rút
gọn có
Số đo
Số đo có
độ
gọn có
hiệu
rút gọn
hiệu
Khoảng
của
thêm hiệu
theo tỷ
chỉnh
cách
chỉnh
thể
chỉnh vạch
nhiệt độ
trọng
của mặt
HR(cm)
vẩn
khắc
khum
R2=R1+m
kế Ro
o
C
R=R2+K

R1=Ro+C

30s
1 phút
2 phút
5 phút
15 phút
30 phút
60 phút
180 phút
240 phút
….
* Tính toán kết quả:
+ Đường kính hạt d (mm)
Tra toán đồ → cần biết:
- γh (Trọng lượng riêng của đất thí nghiệm, g/cm3)
- HR: Tính bằng công thức
HR =

Với:

N−M
.L + (a − b)
N

N = 50
M=R
-8-

(cm)

Đường
kính
hạt
d(mm)

Lượng chứa
các cỡ hạt
theo tổng
số (cộng
dồn) từ cỡ
hạt nhỏ
nhất p(%)


Thí nghiệm Cơ học đất
L = 7,8 cm
a = 6,6 cm
b=

Vo
cm (Vo = 60 cm3; F: Tiết diện ngang ống đo cm2)
2F

Các đại lượng trên được giải thích ở phần phụ lục
+ Lượng chứa tích lũy các cỡ hạt bắt đầu từ cỡ hạt nhỏ nhất p (%)
p=

γh c
. .R

γh −1 x

Trong đó:
γh: Trọng lượng riêng của đất (g/cm3)
c: Lượng chứa phần trăn của các hạt có đường kính < 0,5mm, nếu trong đất
không có các hạt > 0,5mm thì c = 100%
x: Khối lượng của mẫu đất phân tích (g)
R: Số đo cuối cùng theo tỷ trọng kế
+ Vẽ đồ thị đường cong thành phần hạt dạng nửa logarít

+ Tính hệ số không đồng nhất: Cu =

d 60
d10

Trong đó:
d10: Đường kính có hiệu hoặc đường kính có hiệu của các hạt
d60: Đường kính kiểm tra của các hạt
Nhận xét: ( Dựa vào hệ số Cu)
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
-9-


Thí nghiệm Cơ học đất
PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÍNH NÉN CỦA ĐẤT KHI NÉN

Bài VI:

KHÔNG NỞ HÔNG

I. Định nghĩa: Tính nén lún của đất là khả năng giảm thể tích của nó dưới tác dụng của
tải trọng nén.
II. Dụng cụ thí nghiệm:
• Máy nén một trục (cả dao vòng, đồng hồ đo biến dạng)
• Dao gọt đất
• Cân kỹ thuật
• Sổ ghi chép
III. Trình tự thí nghiệm và kết quả:
1. Chuẩn bị máy: lau chùi, bôi mỡ.
2. Chuẩn bị mẫu: Dùng dao vòng cắt mẫu (xem Bài IV). Đặt lên hai mặt mẫu đất hai
khoanh giấy thấm đã làm ẩm trước.
3. Lắp dao vòng có đất vào máy nén. Cân bằng hệ thống gia tải bằng đối trọng và đặt
nó đúng vào điểm truyền lực, lắp biến dạng kế và điều chỉnh kim về vị trí “0”.
4. Gia tải: Tải trọng tác dụng lên mẫu phải tăng theo từng cấp. Tùy tính chất của đất
và yêu cầu của thí nghiệm cụ thể mà quy định độ lớn của mỗi cấp và số cấp cần có.
Ở đây ta thí nghiệm ba cấp với các giá trị áp lực:
p1 = 0,5 kG/cm2
p2 = 1,0 kG/cm2
p3 = 2,0 kG/cm2
Từ đó tính tải trọng cần đặt tương ứng:
Qi = pi.F.L

(kg)

Trong đó:
F: Diện tích bề mặt mẫu (cm2)
L: Tỷ lệ cánh tay đòn hệ thống truyền lực
5. Cấp tải trọng sau chỉ được phép tăng lên khi mẫu đã ổn định về biến dạng nén dưới
cấp tải trọng trước.
6. Khi kết thúc thí nghiệm thì tháo máy, tháo mẫu đất ra khỏi máy, lau chùi máy.

SỔ GHI CHÉP CÁC SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM NÉN LÚN ĐẤT
p
2

(kG/cm )

∆h

∆h
h

∆e =

∆h.(1 + eo )
h

- 10 -

ei

ai

Eoi

2

(kG/cm2)

(cm /kG)

Ghi chú


Thí nghiệm Cơ học đất
* Các yêu cầu tính toán:
ei = eo −

+ Tính ei

∆h i (1 + e o )
h

Trong đó:
ei
: Hệ số rỗng của mẫu tương ứng cấp áp lực pi
eo
: Hệ số rỗng ban đầu (trước khi thí nghiệm) của mẫu
h
: Chiều cao mẫu trước khi thí nghiệm (mm)
∆h i
: Biến dạng lún của mẫu ở cấp áp lực pi (mm)
+ Tính hệ số nén lún ai:
ai =

e i − e i+1
p i+1 − p i

(cm2/kG)

+ Tính môđun tổng biến dạng của mẫu Eoi:

E oi = β.

1 + eo
ai

(kG/cm2)

Trong đó: β số nhân để chuyển từ nén không nở hông tới nén trong thực tế. Trị số β
được xác định theo hệ số nở hông µ hoặc hệ số nén hông ξ tùy theo từng loại đất.
+ Vẽ đường cong nén lún:

Nhận xét mức độ nén lún của mẫu đất:
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
Bài VII:

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT THEO
MỘT MẶT PHẲNG ĐỊNH TRƯỚC

I. Định nghĩa: Sức chống cắt của đất là phản lực của đất chống lại lực bên ngoài mà
dưới tác dụng của lực này đất bắt đầu bị phá hoại và trượt lên nhau theo một mặt phẳng nhất
định gọi là mặt trượt.
II. Dụng cụ thí nghiệm:
• Máy cắt khống chế ứng lực (Máy, dao vòng, các quả cân)
• Dao gọt đất
• Cân kỹ thuật
• Sổ ghi chép
- 11 -

Thí nghiệm Cơ học đất
III. Trình tự thí nghiệm và tính toán kết quả:
1. Chuẩn bị máy: Tháo rời hai thớt cắt, lau chùi và bôi mỡ vào bề mặt tiếp xúc rồi lấy
lắp máy lại.
2. Chuẩn bị mẫu: Như bài VI.
3. Dùng dụng cụ đặc biệt đẩy mẫu đất từ dao vòng sang hộp cắt. Đặt đá thấm, tấm,
nén, vặn các vít lại, cân bằng hệ thống gia tải và đặt vào điểm truyền lực.
4. Phân bố tải trọng nén chặt thẳng đứng: Khi xác định độ bền của đất theo sức chống
cắt ta tiến hành thí nghiệm với ba tải trọng nén chặt. Ở đây ta thực hiện với 0,5-1,0-2,0
kG/cm2. Tức là lặp lại thí nghiệm cắt ba lần đối với từng mẫu riêng biệt được lấy ra từ cùng
một mẫu đất nguyên khối.
5. Lực gây cắt được truyền lên mẫu từng cấp bằng quả cân 0.1kg với tốc độ cắt 0.01
mm/phút. Đến khi mẫu đất bị cắt thì ghi lại trọng lượng quả cân trên giá Qi(kg).
6. Tháo mẫu, tháo máy, lau chùi máy.
SỔ GHI CHÉP THÍ NGHIỆM NÉN CẮT ĐẤT TRÊN MÁY ỨNG LỰC
Số lần thí
nghiệm

Áp lực nén
khi cắt
(kG/cm2)

Trọng lượng
quả cân trên
giá (kg)

Lực cắt
(kG/cm2)

Góc ma sát Lực dính kết

đơn vị c
trong ϕ
(độ, phút)
(kG/cm2)

Ghi
chú

SỔ GHI CHÉP THÍ NGHIỆM NÉN CẮT ĐẤT TRÊN MÁY ỨNG BIẾN
Số lần thí
nghiệm

Áp lực nén
khi cắt
(kG/cm2)

Số đọc Amax
lớn nhất
(10-2mm)

Lực cắt
(kG/cm2)

Góc ma sát Lực dính kết
đơn vị c
trong ϕ
(độ, phút)
(kG/cm2)

7. Tính toán kết quả thí nghiệm:

+ Lập đồ thị liên hệ sức chống cắt của đất với tải trọng pháp:

- 12 -

Ghi
chú


Thí nghiệm Cơ học đất
• Với máy ứng lực:
+ Tính lực cắt τ:
τi =

Qi
F.L

(kG/cm2)

Trong đó:
F

: Diện tích bề mặt mẫu đất thí nghiệm, (cm2).

L

: Tỷ lệ cánh tay đòn hệ thống truyền lực.

• Với máy ứng biến:
+ Tính lực cắt τ:
τi = A i max .R

(kG/cm2)

Trong đó:
Aimax

: Số đọc lớn nhất trên đồng hồ chuyển vị, (10-2mm).

R = 0,0190 : Hệ số biến dạng (chuyển từ giá trị chuyển vị sang giá trị lực).
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
+ Xác định góc ma sát trong ϕ (tính bằng độ, phút) và lực dính kết đơn vị c
(kG/cm ) của mẫu đất thí nghiệm:
2

....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
Nhận xét:

....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
- 13 -


Thí nghiệm Cơ học đất
PHỤ LỤC BÀI V
HIỆU CHỈNH TỶ TRỌNG KẾ VÀ QUY TẮC DÙNG TOÁN ĐỒ ĐỂ XÁC ĐỊNH
ĐƯỜNG KÍNH HẠT
1. Hiệu chỉnh tỷ trọng kế:
1.1. Xác định khoảng cách HR từ mặt cắt dịch thể đến trọng tâm của khối nước do tỷ
trọng kế chiếm chỗ ứng với mỗi vạch chia trên thang tỷ trọng kế, làm riêng cho từng tỷ
trọng kế.
1.2. Khoảng cách (HR) đo bằng cm đối với mỗi vạch chia phần nghìn trên thang tỷ
trọng kế tính theo công thức:
HR =

N−M
.L + (a − b)
N

(cm)

Trong đó:
N - Số vạch chia phần nghìn trên thang của tỷ trọng kế kể từ vạch chia cuối cùng
(thường là 1.030 hoặc 1.050) đến vạch chia 1.000 (thường bằng 30 hoặc 50, là trị không đổi
với tỷ trọng kế đã cho).
M - Số vạch chia phần nghìn trên thang tỷ trọng kế kể từ vạch 1.000 đến mặt huyền

phù (trị thay đổi tùy theo độ chìm của tỷ trọng kế) M luôn luôn bằng số đọc trên tỷ trọng kế.
L - Chiều dài của thang khắc trên tỷ trọng kế tính từ vạch cuối (1.030 hoặc 1.050)
đến vạch 1.000 (cm) là trị không đổi với tỷ trọng đã cho.
a - Khoảng cách từ vạch chia cuối cùng (1.030 hoặc 1.050) đến trọng tâm của khối
nước do bầu trọng kế choáng chỗ (cm).
b - Chiều cao dâng nước trong ống đo khi tỷ trọng kế chìm xuống đến trọng tâm của
khối nước bị bầu tỷ trọng kế choáng chỗ (cm).
Trong công thức thì M lấy từ 1 đến 30 hoặc đến 50.
Để thuận tiện cho việc dùng tính toán đồ sau này, ta lập sẵn biểu đồ quan hệ giữa HR
và M cho từng tỷ trọng kế và ống đo dùng trong thí nghiệm.
1.3. Chiều cao dâng nước trong ống đo khi tỷ trọng kế chìm xuống đến trọng tâm của
khối nước bị choáng chỗ bởi bầu tỷ trọng kế (b) đo bằng cm được xác định theo công thức:
b=

Vo
2F

(cm)

Trong đó:
Vo - Thể tích của bầu tỷ trọng kế (tính đến vạch chia cuối cùng trên thang tỷ trọng kế
là: 1.030 hoặc 1.050) (cm3).
F - Tiết diện ngang của ống đo (cm2).
1.4. Xác định Vo như sau: Đổ 900 ÷ 920 cm3 nước cất ở nhiệt độ 20oC vào trong một
ống đo bằng thủy tinh có dung tích 1.000cm3. Nhấn chìm tỷ trọng kế cho đến vạch 1.030
hoặc 1.050 và đọc độ dâng lên của mực nước. Hiệu giữa mực nước khi nhúng chìm tỷ trọng
kế và khi không có tỷ trọng kế chính là Vo của bầu.

- 14 -

Thí nghiệm Cơ học đất
1.5. Khoảng cách từ vạch chia cuối cùng trên thang tỷ trọng kế cho đến trọng tâm của
khối nước do bầu choáng chỗ (a) xác định như sau:
Đổ 900 cm3 nước cất ở nhiệt độ 20oC vào ống đo bằng thủy tinh mà ta dùng để đựng
huyền phù khi phân tích.
Nhúng tỷ trọng kế cho nước dâng lên đến đúng ½ thể tích bầu. Đo khoảng cách từ
mực nước này đến vạch chia cuối cùng trên thang tỷ trọng kế. Khoảng cách đo được chính
là trị số a.
1.6. Xác định chỉ số “0” (tức hiệu chỉnh độ khắc) của tỷ trọng kế như sau:
Đổ đầy nước cất ở 20oC vào một ống đo và nhúng tỷ trọng kế vào nước. Tiến hành
đọc mật độ của nước, số đọc là mật độ đơn vị. Hiệu chỉnh vạch chia trên thang và số đọc lúc
tỷ trọng kế đứng yên trong nước cất ở 20oC bằng số hiệu chỉnh mà ta đưa vào tính toán.
Cộng số hiệu chỉnh vào cho mỗi một số đọc trên thang tỷ trọng kế, nếu khi kiểm tra
tỷ trọng kế chỉ dưới 1.000 và trừ đi nếu tỷ trọng kế chỉ trên 1.000.
Chú ý: Để chính xác hơn ta có thể hiệu chỉnh các độ khắc khác của tỷ trọng kế bằng
những dung dịch có mật độ lớn hơn mật độ của nước (thường thêm phần muối ăn vào
nước).
1.7. Hiệu chỉnh chiều cao mặt cong nếu tỷ trọng kế được khắc theo mép dưới của mặt
cong. Nếu tỷ trọng kế khắc theo mép trên của mặt cong thì không phải hiệu chỉnh.
Thả tỷ trọng kế vào ống đo đựng đầy nước cất ở 20oC. Tiến hành đọc các số đọc theo
mép dưới và mép trên của mặt cong. Hiệu của các số đọc trên tỷ trọng đã đứng yên chính là
số hiệu chỉnh chiều cao mặt cong. Cộng số hiệu chỉnh vào cho mỗi số đọc trên thang tỷ
trọng kế khi đo mật độ của huyền phù.
2. Quy tắc dùng toán đồ:
Toán đồ Casagrande thành lập theo công thức Stokes gồm 7 thang. Ký hiệu các thang
được trình bày trên hình vẽ, theo đó ta tra đường kính hạt bằng toán đồ như sau:
a. Đặt thước thẳng lên (thang 1) tại điểm ứng với trọng lượng riêng (γh) của đất và trên
(thang 2) tại điểm ứng với nhiệt độ của huyền phù (To). Tìm giao điểm của đường thẳng đó
với (thang 3) giá trị A.103.

b. Đặt thước trên (thang 4) tại điểm ứng với khoảng cách chìm lắng (HR) và trên (thang
5) tại điểm ứng với thời gian đọc (t). Tìm giao điểm của đường thẳng này với (thang 6) (tốc
độ chìm lắng của các hạt V)
c. Kẻ đường thẳng nối điểm đã tìm được trên (thang 3) và (thang 6) để tìm giao điểm
của nó với (thang 7). Giao điểm này chính là đường kính hạt d phải tìm.

- 15 -


Thí nghiệm Cơ học đất

Biểu đồ Casagrande dùng để xác định đường kính hạt
trong phân tích hạt bằng phương pháp tỷ trọng kế
γh: Trọng lượng riêng của đất (1);

To: Nhiệt độ huyền phù (2)

d: Đường kính hạt đất (7);
T: Thời gian chìm lắng (5);

v: Vận tốc chìm lắng (6)
HR: Khoảng cách chìm lắng

- 16 -


Thí nghiệm Cơ học đất
Cách vẽ đồ thị:

Để lập đường cong đồng nhất có thể dùng đoạn dài 4cm. Bắt đầu từ gốc tọa độ, cứ

mỗi khoảng 4cm ta lại làm một vạch giới hạn. Tại gốc tọa độ ta ghi trị số 0,001 ở mỗi mốc
tiếp theo ghi các trị số tương ứng 0,01; 0,1; 1; 10…Nếu thành phần của đất không có các cỡ
hạt mịn thì tại gốc tọa độ ta ghi không phải là 0,001 mà là 0,01 hay 0,1; Tức là thang có thể
dịch về bên trái. Nếu lg10 = 1 tương ứng với độ dài 4cm thì lg của các số sẽ bằng các độ dài
sau:
lg2 = 0,301

→

lg3 = 0,4777 →

0,301 x 4 = 1,2 cm
0,4777 x 4 = 1,9 cm

lg4 = 0,602

→

0,602 x 4 = 2,4 cm

lg5 = 0,699

→

0,699 x 4 = 2,8 cm

lg6 = 0,778

→

0,778 x 4 = 3,1 cm

lg7 = 0,845

→

0,845 x 4 = 3,4 cm

lg8 = 0,903

→

0,903 x 4 = 3,6 cm

lg9 = 0,954

→

0,954 x 4 = 3,8 cm

Lấy độ dài của các đoạn kể trên từ gốc tọa độ và từ mỗi vạch giới hạn sang phải, ta
chia được thang trên trục hoành ra các vạch trung gian, rồi ghi các trị số tương ứng: ở
khoảng đầu là 0,002; 0,003; 0,004;…Ở khoảng thứ 2 là 0,02; 0,03; 0,04…Và ở khoảng thứ
3 là 0,2; 0,3;0,4…
Tiếp đó ta tính độ các cỡ hạt theo tổng số (theo cách cộng dồn). Ở mỗi tung độ tương
ứng ta dùng các điểm để đánh dấu lượng chứa phần trăm của các cỡ hạt nhỏ hơn một đường
kính xác định rồi nối liền các điểm lại thành đường cong nhịp nhàng và có đường cong đồng
nhất theo tỷ lệ nửa logarit.

- 17 -