Bài giảng Cơ học đất (Bộ môn Địa kỹ thuật) - Chương 1: Các tính chất vật lý của đất

Bi giảng cơ học đất

Chơng I:

chơng I: các tính chất vật lý của đất

Các tính chất vật lý của đất

Bi 1:

sự hình thnh của đất

1. Quá trình hình thành đất:
Dới tác dụng của nhiều nguyên nhân khác nhau nh sự thay đổi nhiệt độ, sự đông
cứng v tan rã của nớc, sự ăn mòn hoá học ... các lớp đá gốc bị phá hoại tạo ra các hạt có
kích thớc to, nhỏ khác nhau gọi l quá trình phong hoá. Sau đó dới sự tác động của gió,
nớc, băng trôi ... các hạt đó di chuyển v lắng đọng lại tạo thnh các lớp đất khác nhau
gọi l quá trình trầm tích.
Vậy ta có thể nói:
- Đất có nguồn gốc từ các đá gốc (Đá magma, đá trầm tích, đá biến chất).
- Đất đợc hình thnh thông qua quá trình phong hoá đá gốc để tạo thnh các sản
phẩm phong hoá (các hạt có kích cỡ khác nhau) v quá trình di chuyển, trầm tích các sản
phẩm ny.
Chúng ta có thể miêu tả quá trình hình thnh đất bằng sơ đồ sau:
Quá trình phong hoá

Đá gốc

Quá trình trầm tích

Hạt đất

Tác nhân gây phong hoá
(Nhiệt độ, nớc, không
khí, sinh vật ...)

Đất trầm tích
Tác động gây trầm tích
(Gió, dòng nớc, băng
trôi ...)

Ta thấy rằng đất đợc tạo ra thông quá 2 trình phong hoá v trầm tích. Bây giờ ta sẽ
nghiên cứu kỹ hơn hai quá trình ny.
a. Quá trình phong hoá:
- Quá trình phong hoá l quá trình phá hủy đá gốc dới tác động của các nhân tố có ở
môi trờng khí, môi trờng nớc hoặc tác động của sinh vật.
- Sản phẩm của quá trình phong hoá phụ thuộc vo từng loại phong hoá có thể l dung
dịch ho tan hoặc các mảnh vụn có kích thớc khác nhau.
- Tuỳ thuộc vo bản chất của tác động phá hoại m ngời ta phân chia quá trình phong
hoá lm 3 lọai khác nhau đó l phong hoá vật lý, phong hoá hoá học v phong hoá sinh
học:
*/ Phong hoá vật lý:
- L các tác động mang tính cơ học của môi trờng xung quanh đến các tầng đá gốc do
sự thay đổi nhiệt độ, sự đông cứng v tan rã của nớc, sự kết tinh của các tinh thể muối
trong các khe nứt có sẵn...
- Sản phẩm phong hoá vật lý: Dới sự tác động của các nhân tố trên đá sẽ bị nứt nẻ, vỡ
vụn tạo thnh các hạt có kích thớc khác nhau v có góc cạnh.
Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Trang 1

Bi giảng cơ học đất

chơng I: các tính chất vật lý của đất

+ Kích thớc các hạt lớn (d>0,002mm), khác nhau nh hạt bụi, cát, sỏi, cuội, đá
dăm...
+ Thnh phần khoáng vật chủ yếu vẫn l những khoáng vật của đá gốc cha bị biến
đổi nh fenspat, thạch anh, mica gọi l khoáng vật nguyên sinh.
=> Sản phẩm của quá trình phong hoá vật lý thờng l các loại đất rời nh đất cát.
*/ Phong hoá hoá học:
- L các tác động của các hợp chất hoặc các nguyên tố hoá học có trong không khí v
nớc lên các hợp chất v khoáng vật của đá gốc.
- Sản phẩm phong hoá: Dới các tác động hoá học nh trên đá gốc bị ăn mòn. Một phần
tạo thnh dung dịch, phần còn lại bị vỡ vụn tạo thnh các hạt có kích thớc nhỏ, có tính
chất khác hẳn với đá gốc.
+ Kích thớc các hạt tạo thnh nhỏ (d<0,002mm), đồng đều nh các hạt sét.
+ Khoáng vật có thnh phần bị thay đổi so với thnh phần khoáng vật của đá gốc gọi
l khoáng vật thứ sinh. Gồm chủ yếu l các khoáng vật sét nh kaolinit, ilit,
monmorilonit v một số khoáng vật ho tan nh Calcit, muối...
=> Sản phẩm của quá trình phong hoá hoá học thờng l các loại đất dính nh đất
cát pha, sét pha, đất sét...
*/ Phong hoá sinh học:
- L quá trình phá hoại các tầng lớp đá gốc do các loại động, thực vật gây ra nh sự đo
bới hang hốc lm chỗ ở hay kiếm thức ăn của các lọai động vật lm nát vụn các loại đá
yếu, thực vật mọc trong các khe đá trong quá trình phát triển, lớn lên v tiêu huỷ cũng
sinh ra những hoá chất lm ăn mòn đá hoặc lm nứt nẻ đá.
- Sản phẩm phong hoá: Sản phẩm của quá trình phong hoá sinh học bao gồm cả sản
phẩm của quá trình phong hoá vật lý v hoá học.
b. Quá trình trầm tích
- L quá trình di chuyển, lắng đọng, sắp xếp lại các hạt đất đợc tạo ra từ quá trình

phong hoá dới sự tác động của gió hoặc dòng nớc.
- Tuỳ thuộc vo các. điều kiện nh cách di chuyển v lắng đọng khác nhau m ta có các
sản phẩm trầm tích khác nhau nh sau:
*/ Đất tn tích (eluvi):
- Đây l loại đất đợc hình thnh do quá trình trầm tích tại chỗ các tn d của quá trình
phong hoá đá gốc cha bị di chuyển đi nơí khác.
- Thnh phần của đất tn tích gồm đất sét, đất loại sét hay đất rời xốp nh cát, dăm,
sạnChiều dy của lớp tn tích thờng hay biến đổi.
*/ Đất sờn tích (deluvi):
- Đây l loại đất đợc trầm tích tại các sờn dốc, các khoảng thấp sát đờng phân thuỷ
do nớc ma hay tuyết tan rửa trôi các sản phẩm phong hoá.
- Thnh phần chủ yếu l các lớp sét, sét pha họăc cát pha.
Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Trang 2


Bi giảng cơ học đất

chơng I: các tính chất vật lý của đất

*/Đất bồi tích (aluvi):
- Đây l loại đất đợc hình thnh do quá trình trầm tích dới sự tác động của dòng
nớc sông.
- Các tầng trên cùng của tầng bồi tích thờng l đất loại sét v cát hạt mịn. Các tầng bên
dới thờng đợc cấu tạo bởi cát lẫn ít sỏi v cuội.
*/Đất lũ tích (proluvi):
- Đất lũ tích l những trầm tích đợc tạo ra bởi các dòng bùn đá của các sông miền núi
hay các dòng chảy nhất thời phát sinh trong thời kỳ ma nhiều.
- Lũ tích có thnh phần rất đa dạng gồm cuội, cát, các tảng đá sắc v tròn cạnh, đất loại

sét.
*/Đất hồ tích :
- L loại đất đợc trầm tích trong các hồ.
- Thnh phần của trầm tích hồ rất đa dạng nó phụ thuộc vo vị trí, hích thớc v chiều
sâu hồ. Chúng có chiều dy thay đổi.
*/ Trầm tích gió:
- Đây l loại đất đợc hình thnh do quá trình trầm tích dới sự tác động của gió.
- Dới tác dụng của gió các hạt đất đợc di chuyển đến nơi khác. Các hạt nhỏ nh bụi
v cát đợc di chuyển đi xa, các hạt có kích thớc lớn hơn nh cuội, sỏi thì để lại.
+ Các hạt cát lăn trên nhau hoặc nhảy cóc từng quãng trong không khí rồi chất
đống lên nhau tạo thnh các đụn cát.
+ Các hạt bụi đợc thổi đi xa hơn rồi trầm tích lại tạo thnh hong thổ.

Bi 2:

Các thnh phần chủ yếu của đất

Ta biết rằng đất đợc tạo thnh do các hạt đất có kích thớc, hình dạng khác nhau sắp
xếp lại với nhau theo một trật tự no đó. Chính vì kích thớc v hình dạng của các hạt đất
khác nhau nên khi chúng sắp xếp lại với nhau dù có chặt đến đâu vẫn tồn tại các lỗ rỗng
giữa các hạt. Trong các lỗ rỗng đó có thể có nớc hoặc khí. Vậy đất có 3 thnh phần chủ
yếu l hạt đất, nớc v khí, theo nh ngôn ngữ chuyên dùng trong Cơ Học Đất ta thờng
gọi đất l vật thể 3 pha (3 thể):
-

Pha cứng gồm các hạt đất.

-

Pha lỏng l nớc trong lỗ rỗng.

-

Pha khí l khí trong lỗ rỗng.

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Trang 3


Bi giảng cơ học đất

chơng I: các tính chất vật lý của đất

Lỗ rỗng

Hạt đất

Hình 1.2.1: Cấu tạo đất

*) Nếu đất khô không chứa nớc lúc đó đất có 2 pha: pha cứng v pha khí.
*) Nếu đất bão ho nớc tức l nớc lấp đầy lỗ rỗng lúc đó đất có 2 pha: pha cứng v pha
lỏng.
*) Nếu đất ở trạng thái ẩm ớt, cha boã ho lúc đó đất có đủ 3 pha: pha cứng, pha lỏng v
pha khí.
Cả 3 pha cứng, lỏng v khí đều có ý nghĩa rất lớn đến tính chất của từng loại đất. Vì vậy
ta sẽ đi nghiên cứu kỹ từng thnh phần của đất:
1. Pha cứng của đất
- Pha cứng của đất gồm các hạt đất có hình dạng khác nhau, kích thớc từ vi micromet
hoặc nhỏ hơn đến vi chục centimet. Nó l thnh phần chịu lực chính của đất vì vậy m

ngời ta gọi pha cứng l khung cốt của đất.
*/Tên gọi hạt đất:
Để phân loại đất ta thờng dựa vo tỷ lệ các hạt chiếm đa số trong đất để đặt tên. Nh vậy
muốn đặt tên đất trớc hết ta phải biết tên hạt đất.
+ Dựa vo kích thớc các hạt m mỗi nớc có cách gọi tên hạt khác nhau. Do các
hạt có hình dạng rất phức tạp, để thống nhất cách gọi kích thớc hạt ta sử dụng khái niệm
đờng kính trung bình của hạt. Đó l đờng kính của vòng tròn bao quanh tiết diện lớn
nhất của hạt đất đó.
Bảng 1.2-1: Tên gọi các hạt đất
Tên hạt đất

Kích thớc hạt (mm)
QT 79

TCVN 5747-1993

Đá tảng

>200

>300

Hạt cuội, dăm

200-10

300-150

Hạt sỏi, sạn

10-2

150-2

Hạt cát

2-0,1

2-0,06

Hạt bụi

0,1-0,005

0,06-0,002

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Trang 4


Bi giảng cơ học đất

chơng I: các tính chất vật lý của đất

Hạt sét

<0,005

<0,002

Cũng dựa vo kích thớc hạt để đặt tên nhng một số nớc có cách đặt tên khác so với
TCVN 5747-1993 của nớc ta. Chúng ta có thể tham khảo cách đặt tên hạt của một số
nớc trong SGK.
Thnh phần khoáng vật, hình dạng, kích thớc hạt l những yếu tố thuộc pha cứng ảnh
hởng đến tính chất của đất. Ta sẽ đi sâu phân tích từng yếu tố ny:
*/ Hình dạng, của hạt đất:
Hình dạng của các hạt đất rất khác nhau nó phụ thuộc vo quá trình phong hoá, di
chuyển v trầm tích.
- Đối với quá trình phong hoá hoá học các hạt đợc tạo ra có kích thớc nhỏ nh hạt sét
, có hình dạng tơng đối đồng đều. Trong trờng hợp ny hình dạng hạt không gây ảnh
hởng gì rõ rệt đến tính chất của đất.
- Đối với quá trình phong hoá vật lý các hạt đợc tạo ra thờng có kích thớc lớn v có
góc cạnh. Nếu các hạt đợc trầm tích ngay tại chỗ thì các hạt có góc cạnh sẽ sắp xếp, xen
kẽ ci chặt vo nhau lm cho đất có cờng độ cao.
- Đối với quá trình phong hoá vật lý m các hạt bị dịch chuyển nhiều trong quá trình
trầm tích thì góc cạnh của các hạt bị mi mòn sẽ trở lên tròn trặn hơn. Khi đó các hạt sắp
xếp không thể khít chặt vo nhau đợc, có nhiều lỗ rỗng lm cho đất có cờng độ kém.
- Để đánh giá hình dạng v góc cạnh của các hạt ta sử dụng các chỉ số độ tròn v chỉ số
hình cầu:
+ Chỉ số độ tròn (Ktr):

R
r

K tr =

(1.2-1)

N

Trong đó:
r - Bán kính các góc.
R - Bán kính của vòng tròn nội tiếp lớn nhất.
N - Số các góc của hạt.
+ Chỉ số hình cầu (Kc):

Kc =

Dd
Dc

(1.2-2)

Trong đó:
Dd - Đờng kính của hình tròn có diện tích bằng diện tích hình chiếu của hạt
khi nằm trên một mặt phẳng.
Dc - Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp nhỏ nhất.
Các chỉ số Ktr v Kc cng lớn thì các hạt cng tròn nhẵn v gần với dạng hình cầu
hơn.

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Trang 5


Bi giảng cơ học đất

chơng I: các tính chất vật lý của đất

*/ Thnh phần khoáng vật của hạt đất:

- Thnh phần khoáng vật của hạt đất phụ thuộc thnh phần khoáng vật của đá gốc v
loại hình phong hoá tạo ra các hạt đất. Với cùng một lọai đá gốc nhng dới tác dụng của
phong hoá vật lý hay hoá học sẽ cho ta các sản phẩm phong hoá có thnh phần khoáng vật
khác nhau. Chính vì vậy chúng ta phân thnh phần khoáng vật của hạt đất lm 3 loại
gồm: Khoáng vật nguyên sinh, khoáng vật thứ sinh v vật chất hữu cơ.

- Khoáng vật nguyên sinh:
- Khoáng vật nguyên sinh l những khoáng vật có trong thnh phần của đá gốc cha bị
biến đổi dới tác dụng của quá trình phong hoá. Chúng gồm có các loại chính sau: felspat,
thạch anh, mica.
- Khoáng vật nguyên sinh thờng chứa trong các hạt đất có kích thớc lớn
(d>0,002mm) nh hạt bụi, cát, sỏi... Chúng đợc tạo ra do quá trình phong hoá vật lý đá
gốc.
- Đối với các hạt lớn thì khoáng vật không có nhiều ảnh hởng đến tính chất của đất vì
giữa các hạt chỉ có lực ma sát bề mặt m không có lực liên kết.

- Khoáng vật thứ sinh:
- Thông qua các phản ứng hoá học giữa các khoáng vật có trong đá gốc với các hoá chất
có trong nớc, không khí (quá trình phong hoá hoá học) ... lm cho đá gốc bị phá hủy, tạo
ra các khoáng vật mới có tính chất khác hon ton so với các khoáng vật có trong đá gốc
gọi l khoáng vật thứ sinh.
- Khoáng vật thứ sinh l thnh phần khoáng vật của các hạt sét, hạt bụi có kích thớc
rất nhỏ (d<0,002mm) v nó đợc chia lm 2 loại sau:
+ Khoáng vật không ho tan trong nớc: gồm có 1 số loại chính nh kaolinit, ilit v
monmorilonit. Chúng l thnh phần chủ yếu của các hạt sét nên gọi l khoáng vật sét.
+ Khoáng vật ho tan trong nớc thờng gặp l: Calcit, đolomit, thạch cao, muối
mỏ ...
- Đối với các hạt có kích thớc nhỏ (d<0,002mm) thì thnh phần khoáng vật ảnh hởng

rất lớn đến tính chất của đất do giữa các hạt có sự tích điện v hoạt tính keo lm các hạt
liên kết với nhau v với nớc trong lỗ rỗng tạo thnh khối đất. Sự liên kết giữa các hạt phụ
thuộc vo diện tích tiếp xúc giữa chúng với nhau, khi các hạt cng nhỏ thì tổng diện tích
bề mặt ngoi của các hạt trong 1 đơn vị thể tích hay 1 đơn vị khối lợng cng lớn. Chúng
ta có thể so sánh đợc mối quan hệ giữa kích thớc hạt v tỷ diện tích bề mặt tiếp xúc nh
trong bảng 1.2 - SGK.
Bảng 1.2-2: Tỷ diện tích mặt ngoi các hạt
Tên hạt

Kích thớc (mm)

Tỷ diện m2/gam

Bụi

5.10-3 1.10-1

12

Kaolinit

-3

1.10 1.10

10

Ilit

5.10-5 5.10-4

80

Montmorilonit

5.10 1.10

800

Betonit

< 5.10-6

1300

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

-4

-6

-5

Trang 6


Bi giảng cơ học đất

chơng I: các tính chất vật lý của đất

- Vật chất hữu cơ:
Vật chất hữu cơ l sản phẩm đợc tạo ra từ di tích động vật, thực vật. Khi chúng bị
phân huỷ hon ton sẽ tạo thnh mùn hữu cơ nh than bùn.
Nếu có lẫn thêm các khoáng vật vô cơ thì mùn hữu cơ sẽ trở thnh đất hữu cơ.
2. các loại nớc trong đất

Nớc hay pha lỏng lá 1 trong 3 thnh phần của đất. Nớc có ảnh hởng rất lớn đến tính
chịu lực của đất vì vậy khi nghiên cứu ta phải luôn chú ý đến lợng nớc chứa trong đất.
Theo nh thổ chất học ngời Liên xô cũ V.A. Priklonxki đã phân chia đất lm 3 loại
chính:


- Nớc trong hạt khoáng vật

- Nớc hút bám


Nớc trong dất - Nớc kết hợp mặt ngoài hạt dất - Nớc kết hợp mạnh

- Nớc kết hợp yếu



- Nớc mao dẫn
- Nớc tự do

- Nớc trọng lực

a. Nớc khoáng vật:

- L loại nớc nằm trong mạng tinh thể của khoáng vật dới dạng phân tử H2O hay
dạng ion H+; OH-. Nó l một thnh phần của khoáng vật không thể tách rời bằng cơ học.
Muốn tách nớc trong hạt khoáng vật ra ta phải sấy khô đến 1000C 3000C.
- Loại nớc ny không ảnh hởng đến tính chất xây dựng của đất.
b. Nớc kết hợp mặt ngoi hạt đất:

Theo một số tác giả nh Râyis, Grim thì trên bề mặt các hạt sét có tích điện âm. Do vậy
xung quanh các hạt sét hình thnh trờng điện tích âm. Trờng điện tích âm ny sẽ hút
cực dơng của các phân tử nớc lỡng cực vo sát bề mặt hạt sét. Những phân tử nớc
no ở gần hạt sét đợc hút chặt vo bề mặt hạt sét, các phân tử xa hơn đợc hút với lực
yếu hơn v đến khi khoảng cách khoảng 0,1~0,5 m thì lực tác dụng giảm xuống bằng 0.
Căn cứ vo cờng độ lực hút điện phân tử của bề mặt khoáng vật m ta chia nớc kết
hợp mặt ngoi lm 3 loại:
*/ Nớc hút bám:

- L lớp nớc bám chặt vo mặt ngoi hạt đất do sức hút điện phân tử rất mạnh gây lên.
- Nớc hút bám không ho tan muối, không có khả năng di chuyển, không truyền áp
lực thuỷ tĩnh, không dẫn nhiệt, không kết tinh, tỷ trọng khoảng 1,5, nhiệt độ đóng băng 780C. Nếu đất chỉ chứa nớc hút bám thì đất vẫn chỉ ở trạng thái khô.

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Trang 7


Bi giảng cơ học đất

chơng I: các tính chất vật lý của đất

Hình 1.2.2: Các loại nớc kết hợp mặt ngoi

*/ Nớc kết hợp mạnh:

- L lớp nớc liền kề với lớp nớc hút bám do sức hút điện phân tử tơng đối mạnh gây
nên. Khi đất chỉ chứa nớc hút bám v nớc kết hợp mạnh thì ta gọi l lợng nớc phân
tử.
- Nớc kết mạnh có khả năng di chuyển từ chỗ mng nớc dy sang chỗ mng nớc
mỏng, không truyền áp lực thuỷ tĩnh, có khả năng ho tan muối, nhiệt độ đóng băng 00C.
Khi đất sét chứa nớc kết hợp mạnh thì đất sẽ ở trạng thái nửa rắn, cha thể hiện tính dẻo.
*/ Nớc kết hợp yếu:

- L lớp nớc ngoi cùng do sức hút điện phân tử tơng đối yếu tạo thnh.
- Nớc kết hợp yếu có tính chất gần giống với nớc thông thờng. Khi đất chứa nớc
kết hợp yếu thì đất vẫn cha thể hiện tính dẻo. Tính dẻo chỉ xuất hiện khi kết cấu tự nhiên
giữa các hạt đất bị phá huỷ vì vậy m Priklonxki gọi l trạng thái dẻo ngầm.
- Nớc kết hợp mạnh v nớc kết hợp yếu bao quanh hạt đất tạo thnh mng mỏng có
chiều dy khoảng 10 phân tử nớc. Do đó ngời ta gọi nớc kết hợp yếu v nớc kết hợp
mạnh l nớc mng mỏng.
c. Nớc tự do:

L nớc nằm ngoi pham vi chịu lực hút phân tử của các hạt sét. Nớc tự do đợc chia
lm 2 loại nớc mao dẫn v nớc trọng lực.
*/ Nớc mao dẫn:

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Trang 8


Bi giảng cơ học đất

chơng I: các tính chất vật lý của đất

- Nớc mao dẫn l nớc dâng lên theo các đờng lỗ rỗng nhỏ giữa các hạt đất do lực
căng mặt ngoi của nớc với vật liệu của thnh ống nhỏ tơng tự hiện tợng mao dẫn
trong ống thuỷ tinh nhỏ.
*/ Nớc trọng lực:

- Nớc trọng lực l nớc tự nhiên nằm trong các lỗ rỗng của đất, nó có thể di chuyển từ
nơi ny sang nơi khác dới tác dụng của trọng lực.
- Nớc trọng lực trong các lỗ rỗng tác động lên các hạt áp lực thuỷ tĩnh hay còn gọi l
áp lực nớc lỗ rỗng. Tốc độ thấm của nớc trọng lực phụ thuộc vo kích thớc lỗ rỗng
giữa các hạt, nếu lỗ rỗng cng lớn thì tốc độ thấm cng nhanh.
- Nớc trọng lực gây ra áp lực thuỷ tĩnh lên đất v công trình nên thờng gây ra trở
ngại khi đo hố móng xây dựng các công trình ngầm.

III. khí trong đất

Nếu trong các lỗ rỗng của đất không chứa đầy nớc thì phần còn lại sẽ chứa khí. Căn cứ
vo ảnh hởng của khí đối với tính chất cơ học của đất ta chia lm 2 loại khí trong đất:
+ Loại thông với khí quyển, loại ny không có ảnh hởng gì nhiều đối với tính chất của
đất.
+ Loại không thông với khí quyển (khí kín), loại ny thờng xuất hiện trong đất sét. Sự
tồn tại của các bọc khí ny lm giảm tính thấm, tăng tính đn hồi v ảnh hởng đến quá
trình ép co của đất dới tác dụng của trọng lực.

3. Kết cấu v các liên kết kết cấu của đất
a. Kết cấu của đất

- Kết cấu của đất l sự sắp xếp có quy luật các hạt hoặc các đám hạt có kích thớc v
hình dạng khác nhau trong quá trình trầm tích.

- Kết cấu của đất đợc hình thnh do lực điện phân tử giữa các hạt, giữa các hạt với
nớc v tơng quan giữa các lực đó với trọng lợng các hạt.
- Kết cấu đất có ảnh hởng rất lớn đến tính chất cơ lý của đất. Dựa vo cách thức liên
kết giữa các hạt m ta chia lm 3 loại kết cấu cơ bản sau:
*/ Kết cấu hạt đơn:

- Kết cấu hạt đơn đợc hình thnh do sự lắng đọng các hạt tơng đối lớn (cát, cuội, sỏi)
trong quá trình trầm tích. Trong quá trình ny các hạt có trọng lợng bản thân lớn hơn lực
tác dụng giữa chúng, khi rơi xuống chúng sắp xếp cạnh nhau, hạt ny tựa lên hạt kia v
không có sự liên kết no giữa chúng.
- Kết cấu hạt đơn còn đợc phân loại thnh kết cấu chặt v kết cấu xốp.
+ Kết cấu chặt l kết cấu m các hạt đợc sắp xếp liền khít, chèn chặt với
nhau. Chúng có độ rỗng nhỏ, cờng độ chịu tải cao, độ lún nhỏ thích hợp để đặt nền
móng tại các lớp ny.
+ Ngợc lại trong kết cấu xốp các hạt đợc sắp xếp với nhau một cách rời rạc,
nhiều lỗ rỗng lớn, sức chịu lực kém không tốt trong xây dựng.

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Trang 9


Bi giảng cơ học đất

a) Kết cấu hạt

chơng I: các tính chất vật lý của đất

b) Kết cấu tổ ong

c) Kết cấu bông

Hình 1.2-3: Các loại kết cấu đất
*/ Kết cấu tổ ong:

- Kết cấu ny do sự lắng đọng của các hạt tơng đối nhỏ (hạt bụi, hạt sét) trong quá
trình trầm tích. Trong quá trình lắng đọng trọng lợng các hạt ny không thắng đợc lực
liên kết giữa các hạt với nhau để tiếp tục lắng xuống m dừng lại ngay tại chỗ tiếp xúc.
Các hạt tiếp theo cứ chìm lắng theo quy luật đó tạo ra một loại kết cấu nhiều lỗ hổng nh
tổ ong.
- Do đặc thù của loại kết cấu ny rất rỗng nên tạo ra loại đất có cờng độ kém, độ lún
cao.
*/ Kết cấu bông:

- Các hạt có kích thớc rất nhỏ nh các hạt keo trở xuống có trọng lợng bản thân rất
nhỏ, chúng lơ lửng trong môi trờng nớc trong một thời gian nhất định sau đó kết hợp
với nhau thnh từng đám rồi lắng xuống, các đám lắng xuống liên kết với nhau tạo thnh
kết cấu bông rất xốp kém ổn định.
- Trong thực tế đất đợc tạo thnh do các hạt lớn nhỏ khác nhau cho nên kết cấu của
đất có sự kết hợp của 3 loại kết cấu cơ bản trên.
b. Liên kết kết cấu của đất

- Trong quá trình hình thnh v tồn tại lâu di các kết cấu trong đất có sự hình thnh
các liên kết nội tại gắn chặt các hạt hoặc đám hạt với nhau gọi l liên kết kết cấu.
- Theo thời gian hình thnh ta chia ra lm 2 loại liên kết kết cấu l liên kết nguyên sinh
v liên kết thứ sinh.
+ Liên kết nguyên sinh: l liên kết đợc tạo nên bởi các lực điện phân tử tác
dụng giữa các hạt khoáng vật với nhau hoặc giữa các hạt khoáng vật với
nớc.

Đặc điểm: Loại liên kết ny có tính đn hồi v tính nhớt cao.
+ Liên kết thứ sinh: L sự liên kết cứng giữa các hạt đất do sự hoá gi của các
chất keo v sự kết tinh của các muối trong đất.

Đặc điểm: Loại liên kết ny có tính cứng lm cho nó chịu đợc những tải trọng
lớn. Liên kết ny bị phá hoại theo dạng gãy giòn, đột biến không hồi phục ngay
đợc.
Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Trang 10


Bi giảng cơ học đất

chơng I: các tính chất vật lý của đất

Các liên kết kết cấu của đất có cờng độ nhỏ hơn rất nhiều so với cờng độ hạt đất vì
vậy khi đất dới tác dụng của ngọai lực đến mức no đó mẫu đất bị phá hoại lm cho các
hạt trợt lên nhau. Tức l sự phá hoại của đất chính l sự phá hoại kết cấu đất chứ không
phải sự phá hoại các hạt đất.

Bi 3:

Các chỉ tiêu tính chất của đất

Trong xây dựng để đánh giá định lợng đợc các tính chất của đất chúng ta phải dựa
vo các chỉ tiêu vật lý, các chỉ tiêu ny sẽ phản nh đợc tính chất vật lý của đất, từ đó ta có
cơ sở để đánh giá, phân loại v lựa chọn đất sao cho phù hợp.
Ta sẽ lần lợt đi xác định từng chỉ tiêu vật lý của đất.
Nh các bi trớc chúng ta biết rằng đất gồm 3 pha cứng, lỏng v khí. Tỷ lệ của 3 pha

ny trong đất sẽ chỉ cho ta biết đất rỗng hay chặt, nặng hay nhẹ, ớt hay khô. Để biểu thị
định lợng tỷ phần 3 pha ny chúng ta thờng sử dụng sơ đồ 3 pha nh hình 1.3-1.

Qk

Khí

Vk
Vr

Nớc

Qn

Vn

Q

V

Qh

Hạt đất

Vh

Hình 1.3-1: Sơ đồ 3 pha của đất

Trong sơ đồ trên V, Q lần lợt biểu thị thể tích, trọng lợng. Các chỉ số h, n, k lần lợt biểu
thị hạt đất, nớc v khí.

I. Các chỉ tiêu tính chất vật lý trực tiếp của đất.

Chỉ tiêu vật lý trực tiếp của đất l những chỉ tiêu đợc xác định trực tiếp bằng các thí
nghiệm trong phòng thí nghiệm.
1. Trọng lợng thể tích của đất.

Trọng lơng thể tích của đất l trọng lợng của một đơn vị thể tích đất. Nó đợc xác
định theo công thức sau:

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Trang 11


Bi giảng cơ học đất

chơng I: các tính chất vật lý của đất

=

Q
V

(kN/m 3 )

(1.3-1)

Các thí nghiệm trong phòng xác định khối lợng thể tích của đất:
(1) Phơng pháp dao vòng:

- Phạm vi áp dụng: Thờng dùng với đất dính nh cát pha, sét pha không chứa các hạt
dăm sạn lớn. Mẫu đất phải nguyên dạng.

- Dụng cụ:
+ Dao vòng có kích thớc H, D(D=64cm, D=80cm), dy từ 0,04mm - 2mm tuỳ
thuộc vo loại đất thí nghiệm. Cấu tạo nh hình vẽ.
+ Thớc cặp.
+ Cân kỹ thuật có độ chính xác 0,01g.
+ Các tấm kính hoặc tấm kim loại nhẵn, phẳng có kích thớc lớn hơn đờng
kính dao vòng.

- Trình tự thí nghiệm:
+ Dùng thớc kẹp đo các kích thớc đờng kính trong (D) v chiều cao (H)
của dao vòng để xác định thể tích đất V chứa trong dao vòng.
+ Cân dao vòng để xác định khối lợng dao vòng m1
+ ấn dao vòng vo mẫu đất nguyên dạng có kích thớc lớn hơn kích thớc
dao vòng đến khi dao vòng hon ton đầy đất.
+ Dùng dao thẳng cắt gọt phần đất thừa nhô ra khỏi dao vòng v đặt lên tấm
kính hay tấm kim loại đã xác định khối lợng (m2).
+ Đem cân dao vòng có đất v các tấm kính (tấm kim loại) đậy 2 mặt với độ
chính xác 0,1% khối lợng ta đợc khối lợng m.

- Xử lý kết quả:
+ Khối lợng thể tích của đất đợc xác định theo công thức sau:

=

m m1 m2
V

(g/cm 3 )

(1.3-2)

Trong đó:
m, m1, m2 : khối lợng (g) đợc xác định nh trên.
V : Thể tích mẫu đất (cm3)

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Trang 12


Bi giảng cơ học đất

chơng I: các tính chất vật lý của đất

H

D

Hình 1.3-2: Cấu tạo v kích thớc dao vòng

(2) Phơng pháp bọc sáp:

- Phạm vi áp dụng: Thờng dùng với đất dính nh cát pha, sét pha không chứa các hạt
dăm sạn lớn. Mẫu đất phải nguyên dạng.

- Dụng cụ:
+ Cân thuỷ tĩnh hoặc cân kỹ thuật có giá đỡ, độ chính xác 0,01g.

+ Cốc thuỷ tinh đựng nớc, dung tích 500cm3.
+ Sáp trắng nguyên chất v dụng cụ nấu sáp.
+ Kim, chỉ, giấy thấm, dao cắt gọt đất.

- Trình tự thí nghiệm:
+ Dùng dao cắt lấy mẫu đất thí nghiệm có tính chất điển hình cho ton khối
đất. Cắt gọt mẫu đất sao cho nó có dạng hình bầu dục, mẫu đất có thể tích
>30cm3.
+ Cân mẫu đất bằng cân kỹ thuật ta xác định đợc khối lợng mẫu đất m (g).
+ Nấu sáp nóng chảy ở nhiệt độ 57-600C. Nhúng mẫu đất vo trong sáp sao
cho đất đợc bọc kín một vỏ sáp dy 0,5-1mm.
+ Cân mẫu đất đã đợc bọc sáp (cân trong không khí) trên cân kỹ thuật ta
đợc khối lợng m1 (g).
+ Cân mẫu đất bọc sáp trong nớc bằng cân kỹ thuật ta đợc khối lợng m2(g)

- Xử lý kết quả:
+ Ta có thể tích của đất đợc tính nh sau:
Vd = V d + p V p =

m1 m2


n



m1 m


(1.3-3)

p

+ Khối lợng thể tích của đất đợc xác định theo công thức sau:

=

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

m
Vd

(g/cm 3 )

(1.3-4)
Trang 13


Bi giảng cơ học đất

chơng I: các tính chất vật lý của đất

Trong đó:
m : khối lợng mẫu đất trớc khi bọc sáp (g).
m1 : khối lợng mẫu đất bọc sáp (g).
m2 : khối lợng mẫu đất bọc sáp cân trong nớc (g).
n : khối lợng riêng của nớc, lấy bằng 1,0g/cm3.
p : khối lợng riêng của sáp, lấy bằng 0,9g/cm3(hoặc xác định trớc)
Vd : Thể tích mẫu đất (cm3)
Vp : Thể tích sáp (cm3)

Vd+p : Thể tích mẫu đất v sáp (cm3)
g : Gia tốc trọng trờng (m/s2). Thờng lấy g=9,81 m/s2.
Sau khi tính đợc khối lợng thể tích của đất, biết gia tốc trọng trờng ta có thể xác định
đợc trọng lợng thể tích của đất.

Ngoi các thí nghiệm trên ta còn có một số phơng pháp xác định trọng lợng thể tích của
đất khác nh phơng pháp rót cát, phong pháp đo thể tích bằng dầu hoả.
2. Trọng lợng thể tích v tỷ trọng của hạt đất.
a/ Trọng lợng thể tích hạt ( h ):

L trọng lợng của hạt đất trên một đơn vị thể tích hạt đất.
h =

Qh
Vh

(kN/m 3 )

(1.3-5)

b/ Tỷ trọng hạt ( ):
Trong khi tính toán ngời ta còn thờng dùng khái niệm tỷ trọng hạt . Tỷ trọng hạt l
tỷ số trọng lợng của đơn vị thể tích hạt so với trọng lợng của đơn vị thể tích nớc.

=

h Q h /V h
Qh
=
=

n
n
nV h

(1.3-6)

Trọng đó trọng lợng thể tích nớc thờng lấy bằng n = 10kN/m3 => h =10*h
Chúng ta tham khảo giá trị trọng lợng thể tích hạt của một số loại đất trong bảng 1-3
v trọng lợng thể tích của một số loại đất trong bảng 1-4 SGK.

Thí nghiệm trong phòng xác định tỷ trọng của đất:
Phơng pháp bình tỷ trọng:

- Dụng cụ:
+ Cân kỹ thuật có độ chính xác 0,01g.
+ Bình tỷ trọng có dung tích 100cm3.
Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Trang 14


Bi giảng cơ học đất

chơng I: các tính chất vật lý của đất

+ Cối sứ v chy
+ Tủ sấy điều chỉnh đợc nhiệt độ.
+ Rây có mắt lới 2mm.

- Trình tự thí nghiệm:

+ Đổ đầy nớc vo bình tỷ trọng đem cân ta đợc khối lợng bình +nớc l
m1 (g).
+ Lấy khoảng 10g mẫu đất đợc sấy khô đến 1050C, giã nhỏ bằng cối sứ v
cho qua rây 2mm. Đem cân khối lợng đất la đợc khối lợng hạt m(g).
+ Cho lợng đất ny vo bình tỷ trọng chứa 1/2 nớc rồi đun sôi để lùa hết
khí ra. Đối với đất cát v cát pha ta đun sôi 30phút, đối với đất sét v sét pha
ta đun sôi 1 giờ.
+ Sau khi để nguội ta đổ đầy bình nớc v đem cân ta đợc khối lợng
bình+nớc+đất m2 (g).

- Xử lý kết quả:
Tỷ trọng của hạt đất sẽ đợc tính theo công thức sau:

=

m
m1 + m m 2

(1.3-7)

Trong đó:
m : khối lợng đất sau khi sấy khô (g).
m1 : khối lợng bình + nớc (g).
m2 : khối lợng bình + nớc + đất (g).

3. Độ ẩm của đất ().
- Độ ẩm của đất l tỷ số giữa trọng lợng nớc trong mẫu đất v trọng lợng hạt của
mẫu đất đó v thờng đợc biểu thị bằng %.

% =

Qn
100%
Qh

(1.3-8)

Thí nghiệm trong phòng xác định độ ẩm của đất:
Phơng pháp tủ sấy:

- Dụng cụ:
+ Tủ sấy có thể điều chỉnh đến nhiệt độ 3000C.
+ Cân kỹ thuật có độ chính xác đến 0,01g.
+ Bình hút ẩm có clorua calci.
+ Hộp nhôm có nắp, thể tích lớn hơn 30cm3.
+ Khay men để phơi đất.

- Trình tự thí nghiệm:
Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Trang 15


Bi giảng cơ học đất

chơng I: các tính chất vật lý của đất

+ Cân khoảng 15-20g đất cần xác định độ ẩm cho vo hộp nhôm đã biết trọng
lợng l m (g).
+

Sau đó đóng nắp hộp đem cân đợc khối lợng m1 (g) bao gồm khối lợng
hộp + khối lợng nớc + khối lợng hạt.

+ Mở nắp hộp đem sấy trong tủ ở nhiệt độ 10520C đối với đất có chứa lợng
hữu cơ nhỏ hơn 5%, 8020C đối với loại đất có chứa lợng hữu cơ lớn hơn
5%. Mỗi hộp đất phải sấy ít nhất 2 lần với thời gian qui định nh sau:


Đối với lần sấy khô đầu tiên:

5 giờ - đối với đất sét v sét pha.
3 giờ - đối với đất cát v cát pha.
8 giờ - đối với đất chứa thạch cao v đất chứa hm lợng hữu cơ lớn hơn 5%


Đối với lần sấy khô thứ 2:

2 giờ - đối với đất sét, sét pha v đất chứa thạch cao hoặc tạp chất hữu cơ.
1 giờ - đối với đất cát v cát pha.
+ Sau khi sấy đủ thời gian, lấy hộp ra khỏi tủ sấy đậy nắp lại v đặt vo bình
hút ẩm có chữa clorua calci khoảng 45 phút đến 1 giờ để lm nguội mẫu.
+ Sau khi mẫu nguội đem cân ta đợc khối lợng m0 (g) gồm khối lợng của
hộp + khối lợng đất khô.

- Xử lý kết quả:
Độ ẩm của đất (w) đợc tính bằng % theo công thức sau:

w=

m1 m 0
* 100%
m0 m

(1.3-9)

Trong đó:
m : Khối lợng hộp sấy có nắp (g).
m0 : Khối lợng đất đã đợc sấy khô + khối lợng hộp sấy có nắp (g).
m1 : Khối lợng của đất v hộp sấy có nắp (g).
Thí nghiệm ny phải lm với 3 mẫu sau đó lấy giá trị trung bình.

II. Các chỉ tiêu vật lý gián tiếp của đất.
Các chỉ tiêu vật lý gián tiếp của đất l những chỉ tiêu không đợc xác định trực tiếp
bằng các thí nghiệm m chúng đợc xác định từ các chỉ tiêu vật lý trực tiếp thông qua các
công thức liên hệ.

1. Nhóm các chỉ tiêu về trọng lợng
a/ Trọng lợng thể tích bão ho (no nớc) bh:
L trọng lợng một đơn vị thể tích ở trạng thái bão ho. Khi đó đất chỉ gồm 2 pha l
pha cứng v pha lỏng.

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Trang 16


Bi giảng cơ học đất

chơng I: các tính chất vật lý của đất

bh =

Q bh
V

=

Qh + Q 'n

V

(kN/m 3 )

(1.3-10)

Trong đó: Q,n l trọng lợng nớc lấp đầy lỗ rỗng.

b/ Trọng lợng thể tích khô ( k ):
L trọng lợng của hạt đất trên một đơn vị thể tích đất. Đây l chỉ tiêu đánh giá độ chặt
của đất:

k =

Qh
V

(kN/m 3 )

(1.3-11)

b/ Trọng lợng thể tích đẩy nổi ( đn ):
L trọng lợng một đơn vị thể tích đất nằm dới nớc. Trong trờng hợp ny sau khi
đất no nớc còn chịu lực đẩy nổi Archimède:

dn =

Q dn
V

=

Q h nV h

V

(kN/m 3 )

(1.3-12)

Ta có thể thấy ngay rằng với cùng một loại đất thì:
bh> > k > đn

2. Nhóm chỉ tiêu về thể tích
a/ Độ rỗng của đất (n):
Để biết đợc đất có nhiều hay ít lỗ rỗng ta dùng hai chỉ tiêu: độ rỗng v hệ số rỗng.
Độ rỗng n l tỷ số giữa thể tích lỗ rỗng so với thể tích của cả mẫu đất đó. Độ rỗng
thờng biểu thị bằng tỉ lệ %.

n=

Vr
100%
V

(1.3-13)

b/ Hệ số rỗng của đất (e):
Để xác định độ rỗng của đất ngoi chỉ số độ rỗng ta còn sử dụng hệ số rỗng e.
Hệ số rỗng e l tỷ số giữa thể tích lỗ rỗng so với thể tích hạt của mẫu đất đó. Hệ số rỗng
thờng biểu thị bằng số thập phân.

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Trang 17


Bi giảng cơ học đất

chơng I: các tính chất vật lý của đất

e=

Vr
Vh

(1.3-14)

Đất có độ rỗng cng lớn thì cờng độ chịu lực cng nhỏ v biến dạng cng lớn. Theo
kinh nghiệm từ hệ số rỗng ta có thể biết đợc sơ bộ tính chất của đất nh sau:

e < 0,5 - Đất có độ rỗng nhỏ - Đất tốt, đất có cờng độ cao
e = 0,5 - 0,7 - Đất có độ rỗng trung bình - Đất trung bình.
e = > 0,7 - Đất có độ rỗng lớn - đất yếu, đất có cờng độ thấp.
Giữa độ rỗng v hệ số rỗng có liên hệ nh sau:

Vr
V
Vh
e
=
n= r =
V V r +V h e + 1
Vh

(1.3-15)

Vr

V
n
=
e= r = V
Vh V V r 1 n

(1.3-16)

V
c/ Độ bão ho của đất (Sr):
- Chỉ với khái niệm độ ẩm ta cha xác định đợc đất đang xét có mức độ khô hay ẩm vì
nó còn phụ thuộc vo độ rỗng của đất. Muốn biết đất khô hay ớt ta cần phải biết nớc

lấp đợc bao nhiêu phần lỗ rỗng vì vậy m ngoi chỉ tiêu về độ ẩm ta còn sử dụng thêm
chỉ tiêu độ bão ho của đất Sr.
- Độ bão ho của đất l tỷ số giữa thể tích nớc trong đất v thể tích lỗ rỗng có trong
mẫu đất đó. Chỉ số ny thờng biểu thị bằng số thập phân.

Sr =

Vn
Vr

(1.3-17)

Đối với đất cát mức độ bão ho đợc phân ra nh sau:
Sr =< 0,5 - Đất hơi ẩm
0,5 < Sr =< 0,8 - Đất ẩm
Sr > 0,8 - Đất bão ho
Các công thức liên hệ thờng dùng đợc cho trong bảng 1-5 SGK.

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Trang 18


Bi giảng cơ học đất

chơng I: các tính chất vật lý của đất

Bi 4:

Các chỉ tiêu trạng thái của đất

Để đánh giá đầy đủ đợc một loại đất về cả độ ẩm, độ bão ho, độ rỗng, độ chặt, độ
cứng ... thì ngoi việc xác định đợc số lợng các thnh phần của đất ta còn phải xác định
sự tác dụng lẫn nhau giữa chúng nhất l với đất dính. Các chỉ tiêu tính chất vật lý ta đã
tính toán ở trên chỉ có thể cho ta biết đợc mối quan hệ giữa 3 pha cấu tạo nên đất, muốn
biết đợc trạng thái của đất cứng hay mềm, chặt hay xốp ta phải dựa vo các chỉ tiêu trạng
thái vật lý của đất đợc nghiên cứu sau đây:

I. Trạng thái v chỉ tiêu trạng thái vật lý của đất rời.
Để đánh giá trạng thái vật lý của đất rời ta thờng dùng khái niệm về chỉ tiêu độ chặt.
Đất rời cng chặt thì khả năng chịu lực cng lớn, tính lún v tính thấm cng nhỏ v ngợc
lại. Chính vì vậy m độ chặt l một chỉ tiêu thể hiện tính chịu lực của đất.

1. Dùng chỉ tiêu độ chặt Id để đánh giá độ chặt của đất.
Chỉ tiêu độ chặt Id đợc xác định nh sau:

Id =

e max e
e max e min

(1.4-1)

Trong đó:
emax - Hệ số rỗng của đất ở trạng thái xốp nhất.
emin - Hệ số rỗng của đất ở trạng thái chặt nhất.
e

- Hệ số rỗng của đất ở trạng thái tự nhiên.

Theo QT 79 để tiện cho việc đánh giá độ chặt của đất rời ta chia độ chặt Id thnh các
mức khác nhau nh bảng dới đây:

Bảng 1.4-2: Đánh giá độ chặt của đất theo chỉ tiêu độ chặt Id
Loại đất

Độ chặt

Đất cát chặt

0 ,67 < I d 1

Đất cát chặt vừa

0 , 33 < I d 0 ,67

Đất cát rời rạc

0 ,00 I d 0 , 33

Thí nghiệm xác định độ chặt của đất rời:
Phơng pháp rót cát:

- Dụng cụ:
Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Trang 19


Bi giảng cơ học đất

chơng I: các tính chất vật lý của đất

+ Phễu đổ cát (1).
+ ống bằng kim loại có vạch chia, đờng kính trong D=76mm, cao H=125mm
(2).
+ Quả cân bằng gang có đờng kính D=71mm, cao h=15mm (3).
+ Dụng cụ đập thnh ống (4).
+ Tủ sấy, dao gạt.

D=71
15

D=76
3

3
4

125

Đất rời
2

1

Hình 1.4-1: Các dụng cụ trong thí nghiệm rót cát

- Trình tự thí nghiệm:
+ Cân ống kim loại ta đợc khối lợng m1 (g).

+ Lấy khoảng 1000-1200g đất cát đem sấy khô sau đó đổ qua phễu vo ống.
+ Dùng dao gạt đất cho bằng miệng ống sau đó đem cân ta đợc khối lợng
m2 (g) gồm khối lợng ống v khối lợng đất ở trạng thái xốp nhất.
+ Đặt quả cân lên miệng ống sau đó dùng dụng cụ đập thnh ống đập xung
quanh thnh ống từ trên xuống dới, từ dới lên trên đến khi độ lún của
quả cân không đổi.
+ Dựa vo các vạch chia trên ống ta xác định đợc thể tích lún V. Khi đó đất
ở trạng thái chặt nhất.

- Xử lý kết quả:
+ ứng với trạng thái xốp nhất ta có thể xác định đợc hệ số rỗng lớn nhất theo
công thức sau:

k min =

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Q 2min Q1
V1

Trang 20


Bi giảng cơ học đất

chơng I: các tính chất vật lý của đất

e max =

h

kmin

1

(1.4-2)

+ ứng với trạng thái chặt nhất ta có thể xác định đợc hệ số rỗng nhỏ nhất
theo công thức sau:

k max =
e min =

Q 2max Q1
V1
h
kmax

1

(1.4-3)

- Hệ số rỗng tự nhiên (e), trọng lợng thể tích khô (k) sẽ đợc tính từ các chỉ tiêu vật lý
trực tiếp.
- Cuối cùng ta dựa vo công thức 1.4-1 để tính ra độ chặt của đất Id.
2. Đánh giá độ chặt của đất bằng phơng pháp kinh nghiệm.

Hiện nay chúng ta thờng dựa vo kết quả của một số phơng pháp thí nghiệm hiện
trờng nh các phơng pháp xuyên để đánh giá độ chặt của đất cát.
Phơng pháp xuyên ny dựa trên sự đo sức kháng của đất tới sự xuyên của một dụng

cụ gọi l máy xuyên. Nếu máy xuyên đợc ấn từ từ vo đất thì đợc gọi l phơng pháp
xuyên tĩnh, còn nếu máy xuyên đợc đóng vo trong đất thì gọi l phơng pháp xuyên
động.
a/ Phơng pháp xuyên tĩnh(CPT):

- Xuyên tĩnh l dùng lực tĩnh để ấn một mũi xuyên hình côn có kích thớc nhất định
vo trong đất với tốc độ không đổi.
- Theo tiêu chuẩn ngnh 20TCN-174-89 về phơng pháp thí nghiệm xuyên tĩnh thì ta có
xác định đợc độ chặt của đất cát dựa theo sức kháng ở mũi xuyên qc theo bảng 1.4-3 sau:
Bảng 1.4-3: Mối quan hệ giữa sức kháng qc v độ chặt của đất rời
Loại cát

Cát hạt thô v cát hạt vừa

Cát hạt mịn

Cát hạt bụi
Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Sức kháng qc (102 kN/m2)

Độ chặt

> 150

Chặt

= 50 - 150

Chặt vừa

< 50

Xốp

> 120

Chặt

= 40 - 120

Chặt vừa

< 40

Xốp

> 100

Chặt

= 30 - 100

Chặt vừa
Trang 21


Bi giảng cơ học đất

Cát bụi bão ho

chơng I: các tính chất vật lý của đất

< 30

Xốp

> 70

Chặt

= 20 - 70

Chặt vừa

< 20

Xốp

b/ Phơng pháp xuyên tĩêu chuẩn(SPT):

- Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn đợc biểu thị bằng chỉ số SPT (ký hiệu N). Chỉ số SPT l
số lần đập để ấn một ống mẫu tiêu chuẩn cắm sâu vo trong đất 30cm bằng năng lợng
cuả một quả tạ nặng 63,5kG, rơi từ khoảng cách 76,2 cm.
- Sau khi có kết quả từ thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn ta có thể đánh giá độ chặt của đất
rời theo tiêu chuẩn Anh BS-1377 nh bảng sau:
Bảng 1.4-4: Mối quan hệ giữa chỉ số N v độ chặt của đất rời
Chỉ số SPT (N)

Độ chặt Id

Trạng thái

<4

< 0,15

Rất rời rạc (rất xốp)

4 - 10

0,15 - 0,35

Rời rạc (xốp)

10 - 30

0,35 - 0,65

Chặt vừa

30 - 50

0,65 - 0,85

Chặt

> 50

> 0,85

Rất chặt

II. Trạng thái v chỉ tiêu trạng thái vật lý của đất dính.

- Khác với đất rời (chủ yếu l đất cát) đất dính đợc cấu tạo bởi phần lớn các hạt có kích
thớc nhỏ từ hạt sét trở xuống (thờng gọi l đất sét). Chính vì vậy m trạng thái vật lý
của đất dính không chỉ phụ thuộc vo lợng chứa tơng đối của các pha trong đất m nó
còn phụ thuộc rất nhiều vo tác dụng giữa các hạt với nhau v giữa các hạt với nớc.
- Qua thí nghiệm v quan sát ta thấy trạng thái của đất dính gắn liền với độ ẩm của đất.
Khi độ ẩm tăng lên thì đất dính chuyển qua các trạng thái khác nhau từ cứng đến chảy
đồng thời thể tích tăng lên v ngợc lại. Trạng thái của đất nh cứng, mềm, dẻo, nhão
đợc gọi chung l trạng thái sệt của đất dính. Để dặc trng cho các trạng thái khác nhau
của đất ta dùng các độ ẩm giới hạn hay gọi l giới hạn Atterberg.
1. Các giới hạn Atterberg (TCVN 4197-86).

Giới hạn Atterberg l những độ ẩm m ở đó đất loại sét chuyển từ trạng thái ny sang
trạng thái khác. Atterberg phân ra lm 3 độ ẩm tơng ứng l 3 trạng thái chảy, dẻo v co.
Theo TCVN 4197-86 ta có thể định nghĩa các trạng thái giới hạn nh sau:
- Giới hạn chảy (wL): L độ ẩm m khi lớn hơn nó đất loại sét có kết cấu bị phá hoại
chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng thái chảy. ( Lúc ny trong đất có xuất hiện nớc tự do
lm cho các hạt dễ dịch chuyển với nhau).
Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Trang 22


Bi giảng cơ học đất

chơng I: các tính chất vật lý của đất

- Giới hạn dẻo (wP): L độ ẩm m khi lớn hơn nó đất loại sét có kết cấu bị phá hoại
chuyển từ trạng thái cứng sang trạng thái dẻo. (Lúc ny trong đất chủ yếu chỉ có nớc kết
hợp mạnh).
- Giới hạn co (wC): L độ ẩm m ở đó đất loại sét có sự nở co về thể tích. Khi độ ẩm
trong đất lớn hơn giới hạn co thì cùng với sự tăng của độ ẩm thể tích của đất cũng tăng
theo v ngợc lại hay nói cách khác đất bắt đầu nở, co về thể tích.

Trạng thái dẻo

Trạng thái cứng

co v nở

w=0

wc

Trạng thái chảy

1/2 cứng dẻo cứng dẻo mềm dẻo chảy
wL
wp

w%

Hình 1.4-2: Sơ đồ các trạng thái của đất dính

Trong 3 loại giới hạn trên thì giới hạn chảy v giới hạn dẻo đợc dùng phổ biến để xác
định tính chịu lực của đất dính. Chúng đợc xác định bằng các thí nghiệm nh sau:

a/ Thí nghiệm xác định giới hạn chảy (wL):
(1) Dùng qủa dọi Vasiliev:

10 mm

25 mm

a=30

Hình 1.4-3: Thí nghiệm quả dọi Vasiliev

- Dụng cụ:
+ Dùng quả dọi nặng 762g có đầu hình nón mũi nhọn 300, cao h=25mm
(Hình 1.4-3). Bộ phận thăng bằng gồm 2 quả cầu bằng kim loại gắn vo 2
đầu thanh thép đợc uốn tròn đờng kính 85cm. ở đáy quả dọi có một núm
tay cầm.
+ Khuôn hình trụ bằng kim loại không rỉ có đờng kính lớn hơn 40mm v
chiều cao lớn hơn 20mm.
+ Rây có kích thớc lỗ rây 1mm.
+ Cối sứ v chầy có đầu bọc cao su.
+ Bát tráng men hoặc sứ.
+ Bình thuỷ tinh có nắp.
+ Hộp nhôm, tủ sấy để xác định độ ẩm.
+ Cân kỹ thuật.
Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Trang 23


Bi giảng cơ học đất

chơng I: các tính chất vật lý của đất

+ Tấm kính nhám hoặc vật để hút nớc.
+ Dao để nho trộn đất.

- Trình tự thí nghiệm:
+ Lấy khoảng 300g đất đã đợc hong khô trong điều kiện tự nhiên rồi cho vo
cối sứ để nghiền nhỏ.
+ Cho đất đã nghiền qua rây 1mm v loại bỏ phần hạt trên rây.
+ Cho đất vo bát, đổ từ từ nớc cất hoặc nớc ngầm ở nơi lấy mẫu vo bát rồi
dùng dao trộn đều đến trạng thái nh hồ đặc.
+ Cho mẫu vo bình thuỷ tinh đậy kín trong khoảng 2 giờ trớc khi thí
nghiệm.
+ Đặt mũi quả dọi sát mặt đất, thả tay cho lún tự do vo đất.

- Kết quả thí nghiệm:
+ Nếu sau 10 giây quả dọi lún đợc 10mm vo trong đất thì khi đó độ ẩm của
đất chính l giới hạn chảy. Ta lấy đất ở trạng thái đó cho vo hộp sấy để xác
định độ ẩm.
+ Nếu sau 10 giây quả dọi lún sâu hơn 10mm vo trong đất thì khi đó độ ẩm
lớn hơn giới hạn chảy. Ta dùng dao đảo lên v dùng khăn thấm thấm bớt
nớc rồi tiếp tục thí nghiệm.
+ Nếu sau 10 giây quả dọi lún ít hơn 10mm vo trong đất thì khi đó độ ẩm
nhỏ hơn giới hạn chảy. Ta thêm nớc vo đất dùng dao đảo đều lên v tiếp
tục thí nghiệm.
+ Mỗi mẫu đất phải tiến hnh tối thiểu hai lần song song để xác định giới hạn
chảy. Sai số giữa hai lần xác định không lớn hơn 2%.
(2) Phơng pháp Casagrande:

- Dụng cụ:
+ Đĩa cong đựng mẫu, bằng đồng khối lợng 200g gắn vo tay quay trục cam
v một đế có đệm cao su. Điều chỉnh sao cho độ cao rơi xuống của đĩa cong
l 100,2mm.
+ Que gạt chuyên môn để tạo rãnh đất có chiều sâu 8mm, dới rộng 2mm trên
rộng 11mm.
+ Một số dụng cụ khác để tạo mẫu đất v xác định độ ẩm nh thí nghiệm trên.

- Trình tự thí nghiệm:
+ Tạo mẫu đất nh thí nghiệm trên sao cho mẫu có độ ẩm lớn, đất ở trạng thái
chảy.
+ Đặt dụng cụ thí nghiệm lên vị trí vững chắc, dùng dao cho từ từ đất đã nho
trộn vo đĩa sao cho độ dầy của đất lớn hơn 10mm.
+ Dùng que gạt để rạch đất trong đĩa thnh một rãnh di 40mm vuông góc
với trục quay.

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Trang 24


Bi giảng cơ học đất

chơng I: các tính chất vật lý của đất

+ Quay đập với vận tốc 2 vòng/giây v đếm số lần đập cần thiết để phần dới
rãnh khép lại một đoạn 13mm. Lấy khoảng 10g đất ở vùng xung quanh rãnh
đã khép kín để xác định độ ẩm.
+

Lấy đất ra khỏi đĩa cho thêm nớc v nho trộn lại, tiếp tục thí nghiệm v
xác định số lần đập nh bớc trên. Cứ tiếp tục thí nghiệm nh vậy với độ
ẩm tăng lên. Xác định ít nhất 4 giá trị của độ ẩm ứng với số lần đập thay đổi
từ 12 đến 35 để rãnh khép lại.

- Xử lý kết quả:
+ Dựa vo các số liệu thu đợc ta vẽ đồ thị quan hệ giữa độ ẩm v số lần đập.
Từ đồ thị ny ta xác định độ ẩm tơng ứng với 25 lần đập. Đó chính l giới
hạn chảy xác định theo phơng pháp Casagrande.
+ Giới hạn chảy của đất xác định theo phơng pháp Casagrande lớn hơn giới
hạn chảy xác định theo phơng pháp quả dọi Vasiliev.
Theo công thức của G.Stephanov thì mối quan hệ của hai giá trị ny nh sau:
Ca
w Va
L = 0 ,69w L + 5 ,1%

(1.4-3)

Trong đó:
wLVa : Giới hạn chảy xác định theo phơng pháp quả dọi Valisiev.
wLCa : Giới hạn chảy xác định theo phơng pháp Casagrande.
Theo TCVN 5747-1993 thì mối quan hệ của hai giá trị ny nh sau:
Ca
w Va
L = 0 , 73w L + 6 , 47%

(1.4-4)

b/ Thí nghiệm xác định giới hạn dẻo (wL):

- Dụng cụ:
+ Dụng cụ thí nghiệm xác định giới hạn dẻo tơng tự nh TN xác định giới
hạn chảy.

- Trình tự thí nghiệm:
+ Mẫu đất đợc tạo ra nh phần thí nghiệm xác định giới hạn chảy. Nếu đất
ớt quá ta có thể dùng vải thấm khô để thấm bớt nớc.
+ Lấy ít đất dùng lòng bn tay hoặc các ngón tay lăn đều trên kính nhám cho
đến khi thnh que tròn có đờng kính 3mm.

- Kết quả thí nghiệm:
+ Khi giun đất có đờng kính 3mm, không rỗng giữa m bắt đầu rạn nứt
ngang v gẫy thnh từng đoạn di khoảng 3-10mm thì đất ở trạng thái dẻo.
Nhặt các que đất vừa đứt gãy cho vo hộp nhôm để xác định độ ẩm của đất
nh thí nghiệm xác định độ ẩm bằng tủ sấy đã trình by ở trên.
+ Nếu đờng kính giun đất lớn hơn 3mm đã rạn nứt tức l độ ẩm của đất thấp
hơn giới hạn dẻo, ta cho thêm nớc vo đảo đều v tiếp tục lăn.

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Trang 25