CHUONG 3 CAC TINH CHAT CO LY

Bài Giảng Địa Chất Công Trình

CHƯƠNG 3: CÁC TÍNH
CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
III.1 Mở đầu:
Đất đá được cấu tạo bởi 3 thành phần (3 pha):
 pha rắn
 pha lỏng
 pha khí

Trang 1


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
Pha rắn:
Chiếm phần lớn thể tích đất và ảnh hưởng đến tính
chất cơ lý của đất gồm các hạt khoáng vật có kích
thước khác nhau từ rất nhỏ (vài phần nghìn mm) đến
rất lớn (vài cm)


Tính chất của pha rắn phụ thuộc vào:

 Thành
 Cấp

phần khoáng

phối hạt

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
Pha rắn:
 Thành

phần khoáng: Phụ thuộc vào thành phần đá
gốc, chia làm 2 loại:
 Khoáng vật nguyên sinh: như mica, thạch anh,
feldfat, các hạt đất này có thành phần khoáng này
thường có kích thước lớn
 Nguyên loại thứ sinh: thạch cao, kaolinit, sét…
 Khi nhóm hạt có kích thước lớn thì thành phần
khoáng không ảnh hưởng nhiều đến tính chất cơ lý
của đất. Nhưng khi chúng có kích thước nhỏ thì
thành phần khoáng có tính quyết định đến tính cơ lý
của đất

Trang 2


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
Pha rắn:
 Thành

phần hạt: quyết định tính chất đất thông qua
đường kính kích cỡ hạt gọi là đường cong cấp phối hạt

1- Cấp phối tốt
2- Cấp phối xấu
3- Cấp phối trung bình

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
Phương pháp xác định thành phần hạt trong phòng
thí nghiệm:
 Định nghĩa:
Thành phần hạt là hàm lượng % của nhóm hạt có độ lớn
khác nhau ở trong đất được biểu diễn bằng tỷ lệ % so
với khối lượng mẫu đất khô tuyệt đối dùng làm thí
nghiệm.
 Cách thực hiện:
Sử dụng biện pháp rây sàn:
Rây khô đối với hạt có kích thước đến tối thiểu là 2mm
(rây No10)
Rây rửa đối với các hạt có kích thước đến 0.074mm (rây
No200)

Trang 3


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
Phương pháp xác định thành phần hạt trong phòng
thí nghiệm:

Bảng số

hiệu rây

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
Phương pháp xác định thành phần hạt trong phòng
thí nghiệm:

Thành phần hạt của đất loại sét được xác định bằng
phương pháp tỷ trọng kế đối với các hạt có kích thước <
0,074mm.

Trang 4


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
Phương pháp xác định thành phần hạt trong phòng
thí nghiệm:
Nếu gọi xi (%) là phần trăm khối lượng đất giữ lại cộng
dồn trên rây có kích thước i;
ai – khối lượng giữ lại cộng dồn của đất trên rây có kích
thước i (g).
A – tổng khối lượng đất làm thí nghiệm (g).

Từ đó, phần trăm khối lượng lọt qua rây i sẽ là:
yi = 100% - xi

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
Phương pháp xác định thành phần hạt trong phòng
thí nghiệm:

Kết quả tính toán được biểu thị trên biểu đồ:

Đánh giá được đất có cấp phối tốt hay xấu

Trang 5


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
Phương pháp xác định thành phần hạt trong phòng
thí nghiệm: Phương pháp rây sàn
Hệ số đồng nhất của mẫu:

Hệ số cấp phối:

Cu < 3: đất đồng đều,
Cu > 5: đất không
đồng đều
(cấp phối tốt).
Cg = 0,5 – 2,0:
Đất cấp phối tốt có

•D60: Đường kính lớn nhất của nhóm hạt có kích thước bằng hoặc
nhỏ hơn nó chiếm 60%, tính bằng mm
•D30: Đường kính lớn nhất của nhóm hạt có kích thước bằng hoặc
nhỏ hơn nó chiếm 30%, tính bằng mm
•D10: Đường kính lớn nhất của nhóm hạt có kích thước bằng hoặc
nhỏ hơn nó chiếm 10%, tính bằng mm

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
Phương pháp xác định thành phần hạt trong phòng
thí nghiệm: Phương pháp rây sàn
Tính % khối lượng đất để kết luận tên đất theo bảng phân
loại đất ( Theo TCVN 5747-1993)

Mục đích
phương pháp

Xác định được tên đất, cấp phối tốt hay
xấu, biết được tính chất cơ bản của đất

Trang 6


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
Phương pháp xác định thành phần hạt trong phòng
thí nghiệm:
 Phương pháp rây có rửa nước
Áp dụng cho các loại đất hạt mịn, không áp dụng được
phương pháp rây sàn ( lọt qua rây No10 – 2mm), nếu
khối lượng cộng dồn bằng rây khô là B thì sau khi tính
giá trị cộng dồn rây rửa ta nhân với B
 Phương pháp tỷ trọng kế: (phương pháp lắng động)
Áp dụng cho các loại đất hạt mịn có đường kính <
0,074mm (lọt qua rây No200),
Phương pháp này dựa trên đặc tính phân tán dạng
huyền phù của đất trong chất lỏng và cơ sở tính toán dựa

theo định luật Stockes.

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
Phương pháp xác định thành phần hạt trong phòng
thí nghiệm:
 Phương pháp tỷ trọng kế: (phương pháp lắng động)

Trang 7


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
Phương pháp xác định thành phần hạt trong phòng
thí nghiệm:
 Phương pháp tỷ trọng kế: (phương pháp lắng động)

Sơ đồ tính HR

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
Phương pháp xác định thành phần hạt trong phòng
thí nghiệm: Phương pháp tỷ trọng kế:
Bước 1. Tính Rc= R +số hiệu chỉnh theo toC và mặt cong
 Bước 2. Tính Hr (xem M=Rc)


(Rc: Số đọc trên tỷ trọng kế đã hiệu chỉnh)
• Bước 3. Tính đường kính:

• Bước 4. Tính % nhỏ hơn:

Với:

Trang 8


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
Phương pháp xác định thành phần hạt trong phòng
thí nghiệm: Phương pháp tỷ trọng kế:

Lập bảng và biểu đồ cấp phối hạt

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
Pha lỏng ( nước trong đất)
 Là nước trong lỗ rỗng của đất bao gồm:
 Nước tự do
 Nước liên kết mặt ngoài
 Nước trong hạt khoáng vật

Sơ đồ ba pha

Sơ đồ pha lỏng

Trang 9


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
Pha lỏng ( nước trong đất)
Nước tự do là nước nằm ngoài hạt đất, bị ảnh hưởng
bởi lực hút về phía hạt đất gồm có hai loại: nước mao
dẫn và nước trọng lực
 Nước mao dẫn: tồn tại trong các lỗ rỗng, khe nứt
nhỏ của đất đá (<2mm) dưới tác dụng của lực căng
mặt ngoài
 Nước trọng lực: Tồn tại do quá trình chênh lệch
cột áp

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
Pha lỏng ( nước trong đất)
 Nước mao dẫn
p=w.hk

Mặt đất

Mặt khum lõm

pk

Đới bão hòa mao dẫn
hk
Ống mao dẫn

Mực nước ngầm

Nước mao dẫn làm các hạt dính
lại với nhau

Trang 10


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
Pha lỏng ( nước trong đất)

_

_

_

+

+

+

_

_

+

+

-

_

+

-

Nước liên kết
Nước liên kết được giữ chặt trong các lỗ rỗng nhỏ có
độ nhớt lớn hơn nước thông thường có 2 loại: nước hút
bám và nước màng mỏng

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
Pha lỏng ( nước trong đất) Nước liên kết
+

-

+

–

-

+

-

Hạt
rắn

-

–

+

+ –
–

–
+ –

+ –
+ –

+ –
+ –

+ –

+ –

-

-

+

+ –

-

+ –

–

+ –

+ –
+ –
+ –

+ –
+ –

+ –

Nước hút bám: là loại nước bám rất chặt vào mặt ngoài của đất
đá, không hòa tan trong muối, không dịch chuyển từ hạt này sang
hạt khác và không truyền áp lực thủy tĩnh
Nước màng mỏng: 2 loại là liên kết mạnh và liên kết yếu
Nước liên kết mạnh: có tính chất gần giống nước hút bám nhưng
có thể dịch chuyển từ hạt này sang hạt khác
Nước liên kết yếu: là lớp ngoài cùng của đất đá, tính chất gần
giống nước tự do

Trang 11

Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
Pha lỏng ( nước trong đất)
Nước trong hạt khoáng vật
Là loại nước trong mạng tinh thể của đất đá dưới dạng
phân tử nước hoặc dạng ion. Nước này chỉ có thể tách rời
khỏi hạt khoáng vật dưới nhiệt độ cao và áp suất lớn
Ví dụ:
 Dạng ion:
Tale -------- (Mg3[Si4O10][OH]2
 Dạng phân tử nước:
Thạch cao--------CaSO4.2H2O

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
Pha khí ( nước trong đất)
 Khí

làm cho đất có tính đàn hồi.

 Khí

có mặt trong đất làm cho dất có tính nén ép thể tích.

 Thể tích khí

phụ thuộc áp lực nén (định luật Henry và
Boit Mariot) nên có thể nở ra khi áp lực giảm gây phá
hoại đất.

Trang 12


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
III.2 Tính chất vật lý
 Để

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

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
III.2 Tính chất vật lý
Trọng lượng riêng (dung trọng) tự nhiên: là trọng lượng của
một đơn vị thể tích đất đá trong trạng thái tự nhiên, ký hiệu ɣ,
đơn vị: (kN/m3, T/m3, g/cm3).

Dao vòng

Mẫu đất
Thể tích nước
dâng lên do
mẫu đất bọc
sáp chiếm chỗ.

Phần đất được
gọt bỏ

Nước
Vỏ sáp
Mẫu đất

Trang 13


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
III.2 Tính chất vật lý
 Các phương pháp xác định dung trọng riêng tự nhiên:
 Trong phòng:
Phương pháp dao vòng: đất dính
Ta có:
•Khối lượng dao vòng: M1
•Khối lượng dao vòng + đất: M2
•Ta có khối lượng đất: M = M1 – M2
•Thể tích đất = Thể tích trong dao vòng = V

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
III.2 Tính chất vật lý
 Các phương pháp xác định dung trọng riêng tự nhiên:
 Trong phòng:
Phương pháp bọc parafin: đất dính có sỏi sạn
Ta có: biết dung trọng parafin.
•Khối lượng đất: M1
•Khối lượng parafin + đất: M2
•Ta có khối lượng parafin: M3 = M2 – M1

•Thể tích parafin:

•Nhúng mẫu (đất + parafin) vào bình chứa có Vđất+parafin
• Ta có:V= Vđất = Vđất+parafin - Vparafin

Trang 14


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
III.2 Tính chất vật lý

ok

ok

Vcát trong hố= Vđất =V

Tính
được

 Các phương pháp xác định dung trọng riêng tự nhiên:
 Hiện trường:
Phương pháp nón cát: đất rời
Ta có: biết dung trọng parafin.
1. Khối lượng đất đào lên: M1
2. Cho cát chảy xuống lỗ đã đào:
Vcát sau khi rót = Vcát trước khi rót – (Vcát trong hố +Vcát trong nón)
ok

Nón cát

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
III.2 Tính chất vật lý
Trọng lượng riêng khô: là khối lượng của một đơn vị thể tích
đất khô hoàn toàn ký hiệu ɣd, đơn vị: (kN/m3 ,T/m3, g/cm3).
Qs: Khối lượng hạt đất đã sấy khô hoàn toàn (1050C, 24h)

Trọng lượng riêng hạt: là trọng lượng của một đơn vị thể tích
chỉ riêng phần hạt rắn ký hiệu ɣs, đơn vị: (kN/m3 ,T/m3, g/cm3).

Trang 15


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
III.2 Tính chất vật lý
Tỷ trọng hạt: là tỷ số giữa trọng lượng riêng hạt và trọng lượng
riêng nước:

Ta có:

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
III.2 Tính chất vật lý
Trọng lượng thể tích đẩy nổi: là trọng lượngcủa một đơn vị thể
tích đất khi cân trong nước ký hiệu
, đơn vị: (T/m3, g/cm3).

Đất bão hòa hoàn toàn:
Độ ẩm (độ chứa nước): là tỷ số giữa trọng lượng nước và trọng
lượng đất khô (khối lượng phần cốt đất), ký hiệu W, đơn vị tính
%.

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

Trang 16


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
III.2 Tính chất vật lý
Độ bão hòa (độ no nước): là tỷ số giữa thể tích nước trong lỗ
rỗng so với thể tích toàn bộ lỗ rỗng Vv, ký hiệu là Sr, đơn vị tính
là %.
Sr ≤ 50% : đất ít ẩm
50% ≤ Sr ≤ 80% : đất hơi ẩm
Sr ≥ 80% : đất bão hòa
Độ rỗng: là tỷ số giữa thể tích lỗ rỗng Vv so với thể tích toàn
mẫu đất V, tính theo % hoặc số thập phân

Hệ số rỗng: là tỷ số giữa thể tích lỗ rỗng so với thể tích toàn
mẫu đất, tính theo % hoặc số thập phân
e≤ 1: đất khá chặt
e ≥ 1: đất rời, xốp

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
III.2 Tính chất vật lý Bằng thí nghiệm biết ɣ, ɣ , W
s

Khối lượng thể tích đất khô:
Hệ số rỗng:
Độ rỗng:
Độ bão hòa:
Trọng lượng thể tích đẩy nổi:

Trang 17


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
III.2 Tính chất vật lý
 Giới hạn nhão (WL) là độ ẩm của đất ứng với sự
thay đổi giữa trạng thái nhão và dẻo. Hay nói cách
khác, giới hạn nhão là độ ẩm mà khi tăng một lượng
không đáng kể thì đất chuyển từ trạng thái dẻo sang
trạng thái nhão (chảy).
 Giới hạn dẻo (WP) là độ ẩm của đất ứng với sự thay
đổi giữa trạng thái dẻo và nửa cứng. Hay nói cách
khác, độ ẩm mà khi tăng một lượng không đáng kể
thì đất chuyển từ trạng thái nửa cứng sang trạng thái
dẻo được gọi là giới hạn dẻo (WP). Giới hạn dẻo của
đất loại sét được xác định (theo TCVN) bằng phương
pháp lăn đất thành sợi.

Trang 18


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Giới hạn nhảo (LL, WL)

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
III.2 Tính chất vật lý
Thí nghiệm xác định giới hạn nhão bằng chỏm cầu cho phép
phân loại đất theo đường A.

WL
ứng
với
N=25

WL
Độ
ẩm
W
10
20

15
25

30

40

Trong khi đó, giới hạn dẻo chỉ được xác định bằng cách lăn đất
trên kính mờ.

Trang 19


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
III.2 Tính chất vật lý

Chỉ số dẻo: Ip = (WL-WP)
Độ sệt:

Biểu đồ đường A xác định được tên và trạng thái đất

Trang 20


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
III.2 Tính chất vật lý

Tên đất

IP

Đất cát pha

1 ≤ IP < 7

Đất sét pha

7 ≤ IP ≤ 17

Đất sét

17 < IP

Bảng phân loại tên đất dính theo chỉ số dẻo (TCVN)

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
III.2 Tính chất vật lý
Loại đất
Cát pha

Sét pha, sét

Tên và trạng thái

IL

Cứng

IL < 0

Dẻo

0 ≤ IL ≤ 1

Nhão

IL > 1

Cứng (rắn)

IL < 0

Nửa cứng (bán rắn)

0 < IL ≤ 0,25

Dẻo cứng

0,25 < IL ≤ 0,5

Dẻo mềm

0,5 < IL ≤ 0,75

Dẻo nhão

0,75 < IL ≤ 1

Nhão (chảy)

IL > 1

Bảng phân loại trạng thái đất theo chỉ số dẻo (TCVN)

Trang 21


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
III.2 Tính chất vật lý
* Tính đầm chặt của đất
- Những công trình như: đắp nền đường, nền nhà, đê, đập,
sân bay, công trình san lắp, hay những công trình tương tự
cần phải lu lèn hay đầm chặt thì trước khi thiết kế cần phải
xác định dung trọng khô  max và Wopt để tối ưu hóa cho công
tác lu lèn.
- Mục đích chính của việc đầm chặt:
+ Làm giảm độ lún của nền công trình trong tương lai
+ Làm tăng khả năng chịu tải của đất nền
+ Làm tăng sức chống cắt của đất
+ Làm giảm độ thấm nước qua công trình

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
III.2 Tính chất vật lý
* Tính đầm chặt của đất
•Cách xác định
- Dùng khuôn đầm Proctor tiêu chuẩn V = 944 cm3 , trọng
lượng chày Q = 2,5 kg, chiều cao rơi h = 30,48 cm .
- Chia thành 3 lớp để đầm, mỗi lớp 25 chày
- Xác định độ ẩm  và w cho các lần đầm

- Xác định d

- Vẽ đường cong đầm chặt dựa vào quan hệ giữa w và d
- Xác định được d.max và wopt trong phòng thí nghiệm.

Trang 22


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

1.7. Tính đầm chặt của đất
Thí nghiệm Proctor
• Xác định  d.max & Wopt
- Chia thành 3 lớp để đầm,
mỗi lớp 25 chày
- Xác định độ ẩm  và w cho
các lần đầm
- Xác định d
Thí nghiệm đầm Proctor
- Vẽ đường cong đầm chặt dựa
V = 944 cm3 , Q = 2,5kg,
vào quan hệ giữa w và d
h = 30,48 cm .

Bản Chất Vật Lý của Đất
Thí nghiệm đầm chặt

46

Trang 23

Bài Giảng Địa Chất Công Trình

1Bản Chất Vật Lý của Đất
Đầm chặt ngoài hiện trường

47

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ
III.2 Tính chất vật lý
* Tính đầm chặt của đất

Đường cong đầm chặt của đất

Trang 24


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

1

2

3

Trạng thái đất

4

1.5 Các trạng thái của đất
1.51 Đất rời (đất cát)
 Trạng thái của đất dựa vào hệ số rỗng e
Tên đất

TT chặt

TT chặt vừa

TT rời,
xốp

Cát sỏi, cát thô,
cát vừa

e < 0,55

0,55 ≤ e ≤ 0,7

e > 0,7

Cát nhỏ

e < 0,6

0,6 ≤ e < 0,75

e > 0,75

Cát bột

e < 0,6

0,6 ≤ e ≤ 0,8

e > 0,8

Bảng 1.4 Phân loại TT của đất rời theo hệ số rỗng e

Trang 25