Giao trinh thi nghiem cơ học đất

Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất

BÀI 1: XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT
1.1 Khái niệm :
Độ ẩm của đất là phần trăm lượng nước chứa trong đất so với khối lượng đất khô trong
cùng một khối đất tự nhiên
W

Gn
.100(%)
Gk

Gn : Khối lượng nước chứa trong đất
Gk : Khối lượng đất khô
1.2 Các phương pháp xác định độ ẩm của đất
1.2.1 Phương pháp đốt cồn
Dụng cụ thí nghiệm:
 Cân kỹ thuật, độ chính xác 0,1 ~ 0,01g;
 Hộp nhôm có nắp đậy;
 Đũa thủy tinh;
 Cồn công nghiệp 90 ~ 95o;
Trình tự thí nghiệm:
Trình tự thí nghiệm thực hiện theo như sau:
 Rút gọn mẫu đến khối lượng khoảng 75g
 Cân khối lượng hộp (G1)
 Cho mẫu đất vào hộp nhôm
 Cân khối lượng đất và hộp nhôm (G2)
 Đổ cồn vào mẫu đất với lượng vừa phải vừa đủ làm ướt bề mặt mẫu đất
 Châm lửa đốt cho cồn cháy hết
 Lặp lại bước 5, 6 cho đến khi khối lượng mẫu không đổi (thường 3÷4 lần)
 Để nguội, cân xác định khối lượng đất khô và hộp (G3);

Tính toán kết quả:
Độ ẩm của mẫu đất được xác định theo công thức sau:
W

G2  G3
.100(%)
G3  G1

(1.1)

Số liệu thí nghiệm được trình bày theo mẫu sau:

Trang: 1


Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất

Mẫu ghi kết quả thí nghiệm xác định độ ẩm bằng phương pháp đốt cồn
Lần

Số

thí

hiệu

nghiệm

hộp

Khối

Khối lượng

Khối lượng

lượng

hộp

hộp

hộp

và đất ẩm

và đất khô

G1 (g)

G2 (g)

G3 (g)

Khối lượng

Khối lượng

đất khô

nước

(G3-G1) (g)

(G2-G3) (g)

Độ
ẩm
W
(%)

1
2
3
4
Trung bình
 Chú ý:
Chỉ áp dụng phương pháp đốt cồn khi không có điều kiện xác định độ ẩm của đất
bằng tủ sấy;
Nên tiến hành song song từ 2~3 thí nghiệm, lấy giá trị trung bình;
Không áp dụng cho đất có chứa nhiều hữu cơ;
 Chú ý: Phải chờ cho cồn tắt hẳn mới tiếp tục đổ cồn cho lần tiếp theo, tránh để xảy ra
tai nạn đáng tiếc.
1.3.2 Phương pháp sấy:
Dụng cụ thí nghiệm:
 Tủ sấy điều chỉnh nhiệt độ đến 300oC;
 Cân kĩ thuật có độ chính xác đến 0,01g;
 Bình hút ẩm có canxi clorua;
 Cốc nhỏ bằng thuỷ tinh hoặc hộp nhôm
có nắp, V≥ 30cm3;

 Rây có đường kính lỗ 1mm;
 Cốc sứ và chày sứ có đầu bọc cao su;
 Khay men để phơi đất;
Hình 1.1: Tủ sấy

Trang: 2


Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất

Dụng cụ thí nghiệm:
 Đánh số các hộp nhôm, cân khối lượng hộp nhôm đựng mẫu (G1)
 Cho mẫu đất ẩm (khoảng 75g) vào hộp nhôm, nhanh chóng đậy nắp và đem cân

khối lượng (G2)
 Mở nắp hộp ra và đem làm khô trong tủ sấy ở nhiệt độ quy định (105  2oC - đối
với đất loại sét và đất loại cát; 80  2oC - đối với đất có chứa thạch cao và đất có chứa
lượng hữu cơ lớn hơn 5%), cho đến khi khối lượng không đổi ( 5÷7 h tùy mẫu đất).
 Lấy các hộp nhôm ra khỏi tủ sấy, đậy ngay nắp lại và đặt vào bình hút ẩm có canxi
clorua từ 45 phút đến 1 giờ để làm nguội mẫu, rồi đem cân ( G3)
Tính toán kết quả:
Độ ẩm của mẫu đất được xác định theo công thức sau:
W

G2  G3
.100(%)
G3  G1

(độ chính xác đến 0,1%)

Mẫu ghi kết quả thí nghiệm xác định độ ẩm bằng phương pháp sấy
Số

Số

hiệu

hiệu

mẫu

hộp

Khối

Khối lượng

Khối lượng

Khối lượng

lượng

hộp

hộp

đất khô

hộp

và đất ẩm

và đất khô

G1 (g)

G2 (g)

G3 (g)

(G3-G1) (g)

Khối lượng
nước
(G2-G3) (g)

Độ
ẩm
W
(%)

1
2
3
4
Trung bình
 Chú ý:
Kết quả tính toán độ hút ẩm được biểu diễn với độ chính xác tới 0,01%. Độ chênh
lệch của các lần xác định song song không được lớn hơn 0,1%.

Trang: 3


Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất

BÀI 2:

XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG THỂ TÍCH CỦA ĐẤT

2.1 Khái niệm :

Khối lượng thể tích của đất ẩm (γw) (gọi tắt là khối lượng thể tích) là khối lượng
của một đơn vị thể tích đất có kết cấu và độ ẩm tự nhiên

w 

G
V

(g/cm3 ; T/m3; KN/m3)

G: Khối lượng của mẫu đất
V: Thể tích của mẫu
2.2 Các phương pháp xác định khối lượng thể tích
 Phương pháp dao vòng : Dùng cho các loại đất không lẫn sỏi sạn, là phương pháp
đơn giản nhưng tốn nhiều thời gian và sức lực khi thí nghiệm. Khối lượng m là khối
lượng của đất trong dao đai. Thể tích V là thể tích của dao đai.
 Phương pháp rót cát: Dùng cho mọi loại vật liệu đất và cấp phối có thể đào có thành
thẳng đứng.

 Phao Cô-va-li-ép: Xác định nhanh, sai số lớn nếu đất chứa nhiều hạt sét.
 Phương pháp phóng xạ: Xác định nhanh, đều không cần phải đào lỗ trong nền đất để
xác định khối lượng đất và thể tích của lỗ đào. Độ ẩm và khối lượng thể tích của đất
nền được xác định dựa vào mối quan hệ đã được xác lập trước giữa độ ẩm và khối
lượng thể tích với khả năng lan truyền phóng xạ hoặc độ dẫn điện.
 Phương pháp bọc sáp: Dùng cho đất dính có cỡ hạt không lớn hơn 5mm, đất khó

cắt bằng dao vòng, khi cắt dễ bị vỡ vụn.

Phương pháp
dao đai

Phương pháp
rót cát

Phương pháp
bóng cao su

Phương pháp
phóng xạ

Phương pháp
đo độ dẫn điện

Trang: 4


Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất

2.3 Phương pháp dao vòng:

Dụng cụ thí nghiệm
 Dao vòng có thể tích V ≥ 50cm3, chiều cao dao vòng 0,5d ≤ h ≤ d
 Thước kẹp ;
 Dao cắt ;
 Chụp dao vòng;
 Cân kỹ thuật có độ chính xác 0,01 và 0,1g ;
 Xẻng, bay, tấm đệm phẳng ;
 Dụng cụ xác định độ ẩm của đất ;
Trình tự thí nghiệm
 Xác định khối lượng (G1) và thể tích của dao vòng ( V)
 Gạt bỏ phần đất phía trên, dọn phẳng sạch bề mặt lớp đất
 Bôi dầu trơn vào bề mặt dao vòng, đặt dao vòng thẳng đứng, lắp vòng đệm, lắp
chụp dao vòng và búa; giữ dao vòng bằng tay trái; sau đó ấn nhẹ dao vòng vào trụ đất

cho đến khi dao vòng hoàn toàn đầy đất.
 Dùng bay đào đất xung quanh dao vòng, lấy dao vòng khỏi lớp đất.
 Lấy vòng đệm ra, dùng dao thẳng cắt gọt phần đất thừa nhô lên trên miệng
dao vòng .
 Vệ sinh sạch, cân khối lượng dao và đất (G2)
 Lấy 2 phần mẫu đất ở giữa dao vòng đem xác định độ ẩm
G  G1
2.4 Tính toán kết quả:
(độ chính xác 0,01g/cm3)
w  2
V
Mẫu ghi kết quả TN xác định khối lượng thể tích bằng phương pháp dao vòng

Số
dao vòng

Khối lượng
dao vòng (g)
Không có
đất

Có
đất

Thể tích
dao vòng
(cm3)

Khối lượng
thể tích (g/cm3)
Từng
mẫu

Ghi chú

Trung
bình

 Chú ý:
Sai lệch kết quả giữa các lần xác định song song không được lớn hơn 0,02 g/cm3
Sau khi xác định khối lượng thể tích, tiến hành xác định độ ẩm của đất trong dao vòng
để tính khối lượng thể tích khô của đất.
Trang: 5


Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất

Mẫu ghi kết quả thí nghiệm xác định độ ẩm bằng phương pháp đốt cồn
Lần

Số

thí

hiệu

nghiệm

hộp

Khối

Khối lượng

Khối lượng

lượng

hộp

hộp

hộp

và đất ẩm

và đất khô

G1 (g)

G2 (g)

G3 (g)

Khối lượng

Khối lượng

đất khô

nước

(G3-G1) (g)

(G2-G3) (g)

Độ
ẩm
W
(%)

1
2
3
4
Trung bình

2.4 Phương pháp bọc sáp:
Dụng cụ thí nghiệm
 Dao cắt ;
 Chụp dao vòng;
 Cân kỹ thuật có độ chính xác 0,01 và 0,1g ;
 Dụng cụ xác định độ ẩm của đất ;
 Cân thủy tĩnh
Trình tự thí nghiệm
 Từ khối mẫu đất nguyên dạng, cắt gọt bằng dao một mẫu thí nghiệm cũng nguyên
dạng có hình bầu dục với thể tích >30cm3.
 Cân xác định trọng lượng của mẫu đất thí nghiệm trong không khí, độ chính xác đến
0.1%, khối lượng m
 Nấu chảy sáp, nhúng mẫu đất thí nghiệm vào sáp nóng chảy nhiệt độ 55-600C. Sao
cho toàn bộ mẫu đất được bọc bởi vỏ sáp dày khoảng 0.5-1mm. Kiểm tra và loại trừ
các bọt khí trên vỏ sáp.
 Cân xác định trọng lượng mẫu đất thí nghiệm đã bọc sáp trong không khí, độ chính
xác 0.1% , khối lượng m1 ;
 Cân mẫu đất đã bọc sáp trong nước , độ chính xác 0.1% , khối lượng m2.
 Cân xác định lại trọng lượng mẫu đất thí nghiệm đã bọc sáp trong không khí. Độ
chính xác 0.1%, sau đó lau khô nước bám trên mẫu sáp để kiểm tra nước có thấm
qua vỏ sáp vào đất hay không.

Trang: 6


Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất

Tính toán kết qủa.
Tính khối lượng thể tích tự nhiên của đất γw :
 n . p .m

w 
 p (m1  m2 )   n (m1  m)
Trong đó: m: Khối lượng mẫu đất trước khi bọc sáp (g)
m1 : Khối lượng mẫu đất khi bọc sáp (g)
m2 : Khối lượng mẫu đất bọc sáp cân trong nước (g)
ρn : Khối lượng riêng của nước, lấy bằng 1g/cm3
ρp : Khối lượng riêng của sáp, lấy bằng 0.9g/cm3
Lần

Số

thí

hiệu

nghiệm

hộp

Khối lượng

Khối lượng

Khối lượng

Đất trước khi

Mẫu đất khi bọc

Mẫu đất bọc sáp

bọc sáp

sáp

cân trong nước

m (g)

m1 (g)

m2

Khối lượng thể tích
đất tự nhiên

γw

1
2
3
4
Trung bình
Khối lượng thể tích khô của đất:
Khối lượng thể tích khô của đất (ɣc) tính bằng g/cm3 , được tính toán theo công thức sau:

Trong đó:

w: độ ẩm của đất
ɣw : Khối lượng thể tích đất tự nhiên của đất

Trang: 7


Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất

BÀI 3:

XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM GIỚI HẠN DẺO CỦA ĐẤT

3.1 Khái niệm :
Giới hạn dẻo của đất (Wd) tương ứng với độ ẩm mà đất loại sét có kết cấu bị phá hoại
chuyển từ trạng thái cứng sang trạng thái dẻo. Giới hạn dẻo (Wd) được đặc trưng bằng độ ẩm
( tính bằng phần trăm) của đất sau khi đã nhào trộn đều với nước và lăn thành que có đường
kính 3mm, thì que đất bắt đầu rạn nứt và đứt thành những đoạn ngắn có chiều dài khoảng từ 3
đến 10cm.
3.2 Phương pháp xác định giới hạn dẻo
Dụng cụ thí nghiệm

 Rây với kích thước lỗ 1mm;
 Cối sứ và chày có đầu bọc cao su;
 Bình thuỷ tinh có nắp;
 Cân kĩ thuật có độ chính xác đến
0,01g;
 Dao để nhào trộn;
 Bát sắt tráng men hoặc sứ
 Các tấm kính nhám có kích thước
(40x60) cm
Hình 3.1: Tấm kính nhám có kích thước
40x60mm

 Dụng cụ để xác định độ ẩm.

Chuẩn bị mẫu
 Phơi mẫu đất khô gió, nghiền nhỏ bằng chày cao su
 Cho khoảng 300 gam đất qua sàng 1mm và loại bỏ phần ở trên rây.
 Lấy khoảng 150 gam đất lọt qua rây đựng vào bát, rót nước cất vào bát, dùng
dao con trộn đều cho đến trạng thái như hồ đặc.
 Đặt mẫu thí nghiệm vào bình thuỷ tinh đậy kín, ủ mẫu trong ít nhất 2 giờ.
3.3 Trình tự thí nghiệm
 Lấy một ít đất và dùng mặt phẳng trong lòng bàn tay hoặc các đầu ngón tay lăn đất
nhẹ nhàng trên kính nhám (hoặc vật thể hút nước) cho đến khi thành que tròn có đường
kính bằng 3mm, rạn nứt ngang và đứt thành những đoạn nhỏ dài khoảng 3 đến 10mm.
 Lấy các que đất để xác định độ ẩm ( lấy 2 mẫu làm song song).

Trang: 8


Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất

Hình 3.2 Tiến hành lăn mẫu đất
 Chú ý:
Khi lăn, phải nhẹ nhàng, khẽ ấn đều lên que đất và chiều dài của que đất không được
vượt quá chiều rộng lòng bàn tay.
Nếu với đường kính lớn hơn 3mm que đất đã rạn nứt, độ ẩm của đất còn thấp hơn giới
hạn dẻo; nếu với đường kính đúng bằng 3mm và có rạn nứt nhưng bị rỗng ở giữa, vẫn
phải loại bỏ que đất.
Nếu từ hồ đất đã được chuẩn bị không thể lăn thành que có đường kính 3mm (đất chỉ rời
ra), thì có thể xem đất này không có giới hạn dẻo.
3.4 Tính toán kết quả
 Độ ẩm que đất chính là độ ẩm giới hạn dẻo

 Sai lệch của 2 mẫu thử độ ẩm song song không được lớn hơn 2%
Mẫu ghi kết quả thí nghiệm xác định độ ẩm bằng phương pháp đốt cồn
Lần

Số

thí

hiệu

nghiệm

hộp

Khối

Khối lượng

Khối lượng

lượng

hộp

hộp

hộp

và đất ẩm

và đất khô

G1 (g)

G2 (g)

G3 (g)

Khối lượng

Khối lượng

đất khô

nước

(G3-G1) (g)

(G2-G3) (g)

1
2
3
4
Trung bình

Trang: 9

Độ
ẩm

Wd
(%)


Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất

BÀI 4:

XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM GIỚI HẠN CHẢY CỦA ĐẤT

4.1 Khái niệm :

Giới hạn chảy của đất (Wch) tương ứng với độ ẩm mà đất loại sét có kết cấu bị
phá hoại chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng thái chảy. Giới hạn chảy (Wch) được đặc
trưng bằng độ ẩm (tính bằng phần trăm) của bột đất nhào trộn với nước mà ở đó quả
dọi thăng bằng hình nón dưới tác dụng của trọng lượng bản thân sau 10 giây sẽ lún sâu
hơn 10mm.
4.2 Phương pháp xác định giới hạn chảy
 Phương pháp quả dọi Vaxiliep
 Phương pháp dùng dụng cụ Casagrande
4.2.1 Phương pháp quả dọi vaxiliep
Dụng cụ thí nghiệm
 Rây với kích thước lỗ 1mm;
 Cối sứ và chày có đầu bọc cao su;
 Bình thuỷ tinh có nắp;
 Cân kĩ thuật có độ chính xác đến
0,01g;
 Dao để nhào trộn;
 Bát sắt tráng men hoặc sứ
 Quả dọi Vaxiliep ( khuôn hình trụ,

quả dọi thăng bằng hình nón) Quả dọi
Hình 4.1: Quả dọi Vaxiliep

thăng bằng mà bộ phận chủ yếu của nó là
một khối hình nón nhẵn bằng thép không
rỉ, có góc đỉnh 300 và cao 25mm. Trên quả
dọi, theo chiều cao của hình nón, cách đỉnh
l0mm có khắc một ngấn tròn.
 Dụng cụ để xác định độ ẩm.

Chuẩn bị mẫu
 Phơi mẫu đất khô gió, nghiền nhỏ bằng chày cao su;
 Cho khoảng 300 gam đất qua sàng 1mm và loại bỏ phần ở trên rây;
 Lấy khoảng 150 gam đất lọt qua rây đựng vào bát, rót nước cất vào bát, dùng
dao con trộn đều cho đến trạng thái như hồ đặc;
 Đặt mẫu thí nghiệm vào bình thuỷ tinh đậy kín, ủ mẫu trong ít nhất 2 giờ.

Trang: 10


Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất

Trình tự thí nghiệm
 Dùng dao nhào kỹ lại và lấy một ít cho vào khuôn hình trụ. Trong quá trình cho vào
khuôn nên chia đất thành từng lớp và gõ nhẹ khuôn lên một mặt đàn hồi để tránh lẫn bọt khí.
 Dùng dao gạt bằng mặt mẫu đất với mép khuôn (không gạt nhiều lần qua lại)
 Đặt khuôn lên giá và đưa quả dọi Vaxiliep sao cho mũi nhọn hình nón vừa chạm bề
mặt mẫu đất;
 Thả dụng cụ hình nón để nó tự lún vào trong đất dưới tác dụng của trọng lượng bản
thân. Sau 10 giây dụng cụ lún vào 10 mm thì đất đạt giới hạn

 Lấy phần đất ở giữa khuôn, đem xác định độ ẩm ( lấy 2 mẫu thử song song)
Tính toán kết quả
 Độ ẩm của mẫu đất chính là độ ẩm giới hạn chảy
 Sai lệch của 2 mẫu thử độ ẩm song song không được lớn hơn 2%
Mẫu ghi kết quả thí nghiệm xác định độ ẩm bằng phương pháp đốt cồn hoặc sấy
Lần

Số

thí

hiệu

nghiệm

hộp

Khối

Khối lượng

Khối lượng

lượng

hộp

hộp

hộp

và đất ẩm

và đất khô

G1 (g)

G2 (g)

G3 (g)

Khối lượng

Khối lượng

đất khô

nước

(G3-G1) (g)

(G2-G3) (g)

1
2
3
4
Trung bình
4.2.2 Phương pháp dùng dụng cụ casagrande
Dụng cụ thí nghiệm

 Rây với kích thước lỗ 1mm;
 Cối sứ và chày có đầu bọc cao su;
 Bình thuỷ tinh có nắp;
 Cân kĩ thuật có độ chính xác đến 0,01g;
 Dao để nhào trộn;
 Bát sắt tráng men hoặc sứ;
 Dụng cụ Casagrande ( bát đồng, trục tay quay, đế đệm cao su,
que gạt tạo rãnh)
 Dụng cụ để xác định độ ẩm.
Trang: 11

Độ
ẩm
Wch
(%)


Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất

Chuẩn bị mẫu
 Phơi mẫu đất khô gió, nghiền nhỏ bằng chày cao su;
 Cho khoảng 300 gam đất qua sàng 1mm và loại bỏ phần ở trên rây;
 Lấy khoảng 150gam đất lọt qua rây đựng vào bát, rót nước cất vào bát, dùng
dao con trộn đều cho đến trạng thái như hồ đặc;
 Đặt mẫu thí nghiệm vào bình thuỷ tinh đậy kín, ủ mẫu trong ít nhất 2 giờ.
 Chú ý:
Chuẩn bị 3 phần đất có W nhỏ hơn, xấp xỉ bằng và lớn hơn W giới hạn chảy
Trình tự thí nghiệm
-Dùng khoảng 100g đất lọt qua rây N40, trộn với nước vừa đủ nhão
\

-Lấy đất vừa trộn trét vào khoảng 2/3 chỏm cầu (tránh bọt khí)

-Dùng dao cắt rãnh, chia đất trong chỏm cầu thành 2 phần bằng nhau (khoảng cách khe
hở 2mm, dày 8mm)

Trang: 12


Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất

-Cho chỏm cầu nâng lên và rơi xuốn hr = 1cm, vận tốc v = 2 lần/sec, đếm số lần rơi N
cho đến khi đất ở 2 phần chỏm cầu khép lại.

-Lấy đất nới khép lại trong chỏm cầu bỏ vào lon, cân, đem mẫu sấy khô (24h), câm
mẫu đất khô; xác định độ ẩm.

-Lấy đất trong chỏm cầu ra, trộn đều cho bốc hết hơi nước, làm lại TN như trên.
-Làm thí nghiệm tương tự khoảng 3-4 lần, xác định số lần rơi
< 25 <
 Chú ý:
Cần khống chế độ ẩm của đất, sao cho số động tác đập của lần thí nghiệm đầu tiên
không quá 35 và của lần cuối cùng lớn hơn 12 để rãnh đất khép kín 13mm.
Muốn giảm độ ẩm của đất trong quá trình thí nghiệm, phải nhào trộn mẫu trong bát
hoặc dùng vật thấm hút bớt nước( không được dung tủ sấy hoặc phơi nắng).

Trang: 13


Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất

Tính toán kết quả
 Vẽ đồ thị quan hệ giữa số lần đập và độ ẩm tương ứng của đất trên toạ độ nửa
logarit. Để vẽ, trên trục hoành logarit biểu diễn số lần đập, còn trục tung biểu diễn độ ẩm
(%).
 Xác định độ ẩm tương ứng với số đập là 25 lần, độ ẩm này chính là độ ẩm giới hạn
chảy.
Tính toán và kết luận về giới hạn chảy và dẻo
Sau khi xác định được giới hạn dẻo Wd và chảy Wch ta xác định được chỉ số dẻo (Id) và độ sệt
(B) theo công thức:
Id = Wch - Wd
B= (W-Wd) / ( Wch – Wd)
Phân loại đất dính theo chỉ số dẻo Id
Phân loại đất dính theo độ sệt B
Tên đất dính
Đất pha cát ( á sét)
Đất pha sét ( á sét)
Đất sét

BẢNG TÍNH TOÁN
Độ ẩm ban
STT
đầu
W(%)

Id
1≤ Id ≤ 7
7< Id ≤ 17
Id > 17

Độ ẩm giới
hạn dẻo
Wd (%)

Tên và trạng thái
của đấ
Cát pha:
Rắn
Dẻo
Sệt
Sét pha:
Rắn
Nửa rắn
Dẻo
Dẻo mềm
Dẻo sệt
Sệt (nhão)
Độ ẩm giới
hạn chảy
Wch (%)

Chỉ số
dẻo Id

Độ sệ

B

B<0
0≤ B ≤ 1

B >1
B<0
0≤ B ≤ 0.25
0≤ B ≤ 0.25
0≤ B ≤ 0.75
0.75≤ B ≤ 1
B>1

Độ sệt B

Kết luận

1
2
3

Trang: 14


Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất

Bài 5: THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN HẠT CỦA ĐẤT
5.1 Khái niệm:
Thành phần hạt của đất được biểu thị bằng tỷ lệ phần trăm tính theo khối lượng đất khô
tuyệt đối của nhóm hạt có kích thước khác nhau trong đất.Kích thước của các nhóm hạt tạo
nên loại đất nào đó thường được tính bằng mm.
5.2 Mục đích:
-Thí nghiệm phân tích thành phần cỡ hạt (cỡ hạt): xác định tỉ lệ tương đối tính theo phần
trăm các nhóm hạt khác nhau trong đất.
-Dựa vào thành phần hạt và đường cấp phối hạt để đánh giá mức độ đồng đều và cấp phối;

tính thấm nước; chọn vật liệu xây dựng; dự đoán sự biến đổi tính chất cơ lý xác định độ lớn
nhóm các cỡ hạt; sự phân bố và phân loại đất.
5.3 Phương pháp thí nghiệm:
Có 2 phương pháp chung để xác định thành phần hạt:
-Phân tích bằng phương pháp rây
-Phân tích bằng phương pháp tỷ trọng kế
5.3.1 Phương pháp rây:
Thiết bị thí nghiệm:
-Bộ rây: nắp rây, rây, đáy rây.
Cỡ rây / Số hiệu Đường kính d (mm)
10
5
2
Rây khô
1
0.5
0.25
0.1
- Cân (độ chính xác 1g đối với cân lớn, 0,1g đối với cân tiểu).
- Dụng cụ chia đất, muỗng xúc đất, chày cao su, lò sấy (105oC), máy rây…

Quy trình thí nghiệm:
Chuẩn bị mẫu thí nghiệm:
Đưa mẫu đất tới trạng thái khô gió hoặc sấy ở 600C đến khi khối lượng không đổi.
Chọn mẫu trung bình từ đất khô gió khối lượng như sau:
100-200g với đất không chứa các hạt có kích thước lớn hơn 2mm
Trang: 15


Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất

300-900 đối với đất chứa 0-10% các hạt có kích thước lớn hơn 2mm
1000-2000g đối với đất 10-30% các hạt có kích thước lớn hơn 2mm
Tiến hành thí nghiệm
Cân khối lượng mẫu ban đầu
Đổ mẫu đất vào rây trên cùng và lắc bằng tay hoặc bằng
máy qua bộ sàn tiêu chuẩn.
Cân khối lượng đất còn sót trên các sàng và lọt xuống ngăn
đáy.
Lấy tổng các khối lượng trên sàng so với tổng khối lượng
của mẫu đất trung bình đem phân tích nến sai lệch quá 1% khối
lượng thì phải phân tích lại.
Kết quả phân tích hạt theo phương pháp rây
Hàm lượng của mỗi nhóm hạt biễu diễn bằng phần trăm được tính theo công thức:
P=mh/m*100%
Trong đó: mh : Khối lượng nhóm hạt, g
m : Khối lượng của mẫu trung bình đem phân tích, g

Tổng khối lượng mẫu đem phân tích
Kích thước nhóm
hạt, mm

K.lượng
của nhóm
hạt, g

Phần trăm của
nhóm hạt, %

Kết quả phân tích

Kích thước hạt, mm

>10

10

10÷5

5

5÷2

2

2÷1

1

1÷0.5

0.5

0.5÷0.25

0.25

0.25÷0.1

0.1

Phần trăm tích
lũy, %

Trang: 16


Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất

5.3.2 Phương pháp phân tích hạt bằng tỷ trọng kế:
- Chuẩn bị mẫu thí nghiệm và tạo huyền phù
- Lấy 200 g đất trạng thái khô gió và sàng qua bộ rây10,5,2,1, 0.5mm. Cân các nhóm hạt
trên rây và nhóm hạt lọt xuống rây.
- Lấy lượng đất lọt qua rây 0.5mm cân với khối lượng như sau:
20 g đối với đất sét
30 g đối với đất sét pha
40 g đối với đất cát pha
- Cho mẫu đất trung bình dùng để phân tích vào bình tam giác có dung tích từ 750 đến
1000ml.
- Cho nước vào bình tam giác bằng 1 lượng gấp 10 lần khối lượng của mẫu đất và ngâm
mẫu trong 24h.
- Thêm vào bình tam giác dung dich NH4OH 25% ( khoảng 0.5ml) để tạo huyền phù có
độ pH = 9÷10 và đun sôi trong 1 giờ.
- Để nguội huyền phù cho đến nhiệt độ phòng, sau đó rửa qua rây 0.1mm bằng tia nước
và cho vào ống đo hình trụ có dung tích 1000ml.(Chú ý nên rửa ít nước)
Thí nghiệm phân tích bằng tỷ trọng kế.
- Dùng que để khuấy huyền phù trong thời gian 1 phút ( cứ 2 giây kéo lên đẩy xuống 1
lần), ghi điểm thôi khuấy và sau 20 giây thả tỷ trọng kế vào trong huyền phù. Phải để tỷ
trọng kế nổi tự do, không chạm vào thành ống đo.
- Tiến hành đọc đợt đầu mật độ huyền phù theo mép trên mặt khum qua 30s, 1 phút, 2
phút và 5 phút kể từ khi thôi khuấy.

- Lấy tỷ trọng kế ra khỏi huyền phù và cho vào ống nước cất. Khuấy lại huyền phù lần
thứ hai và đọc tỷ trọng kế sau 15 phút, 30phuts, 1.5h, 2h, 3h, 4h kể từ khi ngừng khuấy.
- Đo nhiệt độ huyền phù.
- Hiệu chình số đọc mật độ huyền phù về o.

Trang: 17


Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất

Bảng số liệu thí nghiệm thành phần hạt bằng phương pháp tỷ trọng kế:

GS = 2.6 g/cm3
m (g) = 50 g

Thời
gian
đọc t

Số đọc
R

Nhiệt
độ T
(oC)

Số hiệu
chỉnh c

Số đọc

đã hiệu
chỉnh
Rc

Cự ly
chìm
lắng
Hr

Đường
kính d
(mm)

% Khối
lượng
mịn
hơn (P)

% Khối
lượng
mịn
hơn đối
với toàn
mẫu

30’’
45’’
1’
2’
4’

8’
15’
30’
1h
2h
4h

Trang: 18


Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất

BÀI 6:

THÍ NGHIỆM NÉN CỐ KẾT

6.1 Mục đích thí nghiệm.
 Tính nén lún của đất là khả năng làm giảm thể tích của nó ( do độ lỗ rỗng giảm)
dưới tác dụng của tải trọng bên ngoài.
 Quá trình nén lún của đất dưới tác dụng của tải trọng ngoài thực chất là quá trình
nén chặt đất. Vì dưới tác dụng của tải trọng ngoài, các hạt rắn được sắp xếp lại làm cho thể
tích lỗ rỗng của đất giảm xuống và độ chặt của đất tăng lên.
6.2 Nguyên lý thí nghiệm
 -Tính nén lún của đất là khả năng giảm thể tích của nó ( giảm độ rỗng, biểu hiện ở
sự giảm chiều cao) dưới tác dụng của tải trọng ngoài.
- Công việc bao gồm:
 - Tìm hệ số lún a (cm2/kG),
 - Mô đun biến dạng E (kG/cm2),
 - Hệ số cố kết (Cv)-cm2/s của đất có kết cấu nguyên hoặc chẽ bị, ở độ ẩm tự nhiên
hoặc hoàn toàn bão hòa nước.

 - Mẫu đất thí nghiệm có hình trụ tròn, với tỷ lệ đường kính và chiều cao khoảng ¾.
 -Tải trọng tác dụng theo từng cấp và phải bảo đảm thẳng đứng. Sai số cho phép của
mỗi cấp áp dụng trọng thời gian thí nghiệm ≤3%;

Hình 6.1: Máy nén thí nghiệm

-Khi đặt lực phải nhẹ nhàng, không vượt
quá 3 giây;
-Nên lấy áp lực tự nhiên cho lần đặt tải ban
đầu;
-Cấp tải sau nên lớn hơn 02 lần cấp tải
trước
-Áp lực lớn nhất đối với mẫu nguyên trạng
lớn hơn 15% so với tổng áp lực công trình,
đối với mẫu không nguyên dạng thì phải
lớn hơn áp lực công trình 1-2.105N;
-Trị số các cấp áp lực nén thí nghiệm như
sau:
-Đối với đất loại sét ở trạng thái dẻo chảy
và chảy sử dụng các cấp: 0.1; 0.25; 0.5;
1.0; 2.0kG/cm2;
-Đối với đất sét, sét pha ở trạng thái dẻo
mềm và dẻo cứng dùng các cấp: 0.25; 0.5;
1.0; 2.0; 4.0 kG/cm2;
-Đối với đất cứng và nữa cứng, dùng các
cấp: 0.5; 1.0; 2.0; 4.0; 6.0 kG/cm2

Trang: 19

Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất

6.3 Thiết bị thí nghiệm
Máy nén bao gồm:
- Hộp nén;
- Bàn máy;
- Bộ phận tăng tải với hệ thống cánh
tay đòn;
- Thiết bị đo biến dạng ( đồng hồ đo)
Thiết bị khác:
- Dao gọt đất; Dao dây
- Dụng cụ ấn mẫu vào dao vòng;
- Tủ sấy;
- Cân kỹ thuật
- Đồng hồ đo biến dạng có khắc vạch
đến 0.01mm
Hình 6.2: Thiết bị thí nghiệm

Hộp nén bao gồm:
- Hai đá thấm;
- Dao vòng;
- Nắp đậy;
- Thanh cứng giữ đồng hồ đo biến
dạng;
- Hộp lớn chứa mẫu và các bộ phận
giữ thăng bằng cho mẫu, đá thấm;
- Nắp đậy

Hình 6.3: Hộp nén
6.4 Trình tự thí nghiệm

Chuẩn bị mẫu thí nghiệm nén:
 Lấy mẫu đất bằng dao vòng, gạt bằng mặt trên và dưới của mẫu

Trang: 20


Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất

 Lau sạch, đem cân để xác định khối lượng thể tích mẫu;
 Đặt mẫu đá thấm đã ngâm nước vào đáy hộp và đổ nước lên cao khỏi bề mặt đá;
 Đặt mẫu thử vào, đá thấm trên mẫu đất;
 Đặt nắp đậy lên phía trên đá thấm, điều chỉnh cân bằng mẫu;
 Đặt hộp chứa mẫu vào máy;
 Hiệu chỉnh đồng hồ đo biến dạng về 0;
 Cân bằng cánh tay đòn;
 Tải trọng nén có thể tăng theo quy luật khác nhau phụ thuộc vào mục đích nghiên
cứu. Ví dụ: 25%P, 50%P, 75%P, 100%P, 150%P, 200%P..trong đó P là áp lực bản thân của
đất. Đặt cấp tải đầu tiên, tùy thuộc vào loại đất, sau đó bắt đầu đọc thời gian và biến dạng;
 Thời gian đọc biến dạng 15s, 30s, 1, 2, 4, 8, 15, 30 phút; 1, 2, 3, 6, 12, 24 giờ kể từ
lúc bắt đầu thí nghiệm đến lúc đạt độ ổn định quy ước là nhỏ hơn 0.01mm trong vòng 24
giờ

Thí nghiệm nở ( giảm tải)
Sau khi ghi số đo độ biến dạng cuối cùng của cấp tải trọng ta tiến hành giảm tải trọng thí
nghiệm. Tải trọng lấy bớt ra ∆P = Pn+i - Pn
TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
 Độ ẩm trước khi thí nghiệm, W0, % =
 Độ ẩm sau khi thí nghiệm,

Wk, % =

 Khối lượng thể tích trước khi thí nghiệm, γo , g/cm3 =
 Khối lượng thể tích sau khi thí nghiệm, γw , g/cm3 =
 Hệ số rỗng ban đầu của đất (e0)
 Vẽ đường cong nén lún( trong hệ tọa độ thường: Hệ số lỗ rỗng (e)- Áp lực nén (P)
và trong tọa độ nữa Logarit Hệ số rỗng (e) – Logarit của Áp lực nén (LogP)
Tính toán hệ số lỗ rỗng (e) và vẽ biểu đồ quan hệ e = f(P) của đường nén và nở.
Trang: 21


Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất

 Xác định biến dạng mẫu đất (∆hn ) trong quá trình thí nghiệm theo công thức:
∆hn : rn – r0
Trong đó: ro : số đọc ban đầu đồng hồ đo biến dạng,
rn : số đọc ở cấp tải trọng thứ n khi đồng hồ đo biến dạng đã ổn định.
 Tính toán sự thay đổi hệ số lỗ rỗng (∆en ) đối với mỗi cấp áp lực theo công thức:
∆en = ∆hn / h0 x ( 1 + eo )
 Hệ số lỗ rỗng en ứng với cấp áp lực đó theo công thức:
en = eo - ∆en
BẢNG GHI KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN
Biến dạng của mẫu đất theo thời gian, ứng với cấp tải trọng P
0.5 kG/cm2
Thời
gian đọc
nén
6 giây

Thời
diểm

Số đọc

1.0kG/cm2
Thời
điểm

2.0 kG/cm2

Số đọc

Thời
diểm

3.0kG/cm2

Số đọc

Thời
diểm

Số đọc

4.0kG/cm2
Thời
diểm

Số đọc

15 giây

30 giây
1 phút
10 phút
30 phút
60 phút
120 phút
24 giờ

PHẦN TÍNH KẾT QUẢ
Áp lực nén

P(kG/cm2)

Các giá trị
tính toán

0.5

1.0

2.0

3.0

4.0

Biến dạng tổng cộng sau 2 giờ
(x0.01mm)
∆hn : sau 2 giờ
(x 0.01mm)

∆hn : sau 24 giờ
(x 0.01mm)

Trang: 22


Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất
∆en = ∆hn / ho x ( 1 + eo )
en = eo - ∆en
Hệ số nén lún:
an = (en-1 – en )/(Pn –Pn-1)
Modun biến dạng E (kG/cm2) :
E= (1+en )/an

1.00
0.90

Heäsoároã
ng e- Void ratio

0.80
0.70
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00

2

0

0.5

1

1.5

2

P Áp lực nén (kG/cm )
2.5
3
3.5

4

Ghi chú: Khi tính toán độ lún của công trình theo thời gian phải tiến hành xử lý số liệu thí
nghiệm theo phương pháp riêng

Trang: 23


Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất

Bài 7: THÍ NGHIỆM CẮT TRỰC TIẾP
7.1 Mục đích
-Thí nghiệm cắt trực tiếp để xác định các đặc trưng cơ bản của đất (tính chất cơ học; c, φ), từ

đó đánh giá:
Sức chống cắt của đất:
S = σtanφ + c
Khả năng chịu tải của đất nền:
RII =

Df γ* + Dc)

Trong đó A, B, C là các hệ số phụ thuộc vào c, φ.
-Ngoài ra c, φ còn có thể xác định bằng những thí nghiệm khác:
+Nén đơn (Unconfined compression test): áp dụng cho đất dính, đơn giản, cho kết quả
trực tiếp, mặt phá hoại sẽ là mặt yếu nhất.
+Cắt trực tiếp (Direct shear test): áp dụng cho cả đất dính và đất rời, đơn giản, cho kết
quả trực tiếp, mặt phá hoại là mặt ngang giữa 2 thớt của hộp cắt được ấn định trước.
+Nén 3 trục (Triaxial compression test): áp dụng cho tất cả các loại đất, thí nghiệm
phức tạp nhưng cho đầy đủ các chỉ tiêu, có 3 phương pháp thí nghiệm; Undrained –
Unconsolidated (UU), Undrained – Consolidated (CU), Drained – Consolidated (CD).

7.2 Dụng cụ thí nghiệm:
-Máy cắt trực tiếp
-Dao vòng để tạo mẫu đất thí nghiệm: đường
kính 6,3cm (A = 31,17 cm2), chiều cao 2cm.
-Đồng hồ đo chuyển vị ngang, đồng hồ đo ứng
lực ngang; 2/1000mm:1 vạch = 0,01mm – đồng
hồ đo chuyển vị ngang.
-Dao, bình nước, các quả cân để tạo áp lực
-Mẫu đất nguyên dạng hoặc chế bị.
7.3 Thí nghiệm
-Cắt 3 mẫu đất (dày 30cm) cho 3 lần thí nghiệm với 3 cấp tải trọng khác nhau
-Bôi trơn nhớt vành trong hộp cắt

-Dùng dao vòng ấn vào mẫu đất và gạt bằng hai mặt
Trang: 24


Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất

-Đặt mẫu đất vào hộp cắt ở giữa 2 tấm đá bọt và khóa chốt cẩn thận
-Đặt hộp vào máy cắt, điều chỉnh đồng hồ về 0, lấy các chốt ở hộp cắt ra.
-Đặt tải trọng đứng theo đúng với cấp tải
-Cho máy cắt với tốc độ 1mm/min đến khi nào mẫu bị phá hoại; ghi lại giá trị (τ) ứng với lúc
đồng hồ đo ứng lực ngang đạt giá trị max.

Trang: 25