Bài giảng cơ học đất chương 1

09/08/2016

CƠ HỌC ĐẤT
Tài liệu dựa trên bài giảng của TS Trần Xuân Thọ

NỘI DUNG MÔN HỌC
CHƯƠNG

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA ĐẤT
CHƯƠNG 2: PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT
CHƯƠNG 3: BIẾN DẠNG & ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT
CHƯƠNG 4: SỨC CHỊU TẢI CỦA ĐẤT NỀN
CHƯƠNG 5: ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT

CHƯƠNG

MỞ ĐẦU

1. Mục đích và ý nghĩa môn học
2. Nội dung môn học: Gồm 5 chương
3. Hình thức đánh giá môn học
4. Tài liệu tham khảo:

1


09/08/2016

CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA ĐẤT

1.1 Nguồn gốc và sự hình thành đất
1.2 Các loại trầm tích của đất

Hình 1.1 Mô tả các dạng trầm tích của đất

1.3 Các pha tạo thành đất:
- Pha rắn: Hạt đất
- Pha lỏng: Nước trong đất
- Pha khí: Khí trong đất

Hình 1.2 Mẫu đất tự nhiên và mô hình 3 pha

1.3.1 Pha rắn
- Thành phần khoáng
- Thành phần hạt
- Kích thước
- Tỉ diện của đất
- Kết cấu của hạt đất

2


09/08/2016

Bảng 1.1 Phân loại kích thước hạt đất
Mô tả
Sỏi, sạn

Hạt thô

Cát

Bụi (Silt)

Hạt mịn

Đường kính (mm)
Thô

60 – 20

Trung

20 – 6,0

Mịn

6,0 – 2,0

Thô

2,0 – 0,6

Trung

0,6 – 0,2

Mịn

0,2 – 0,05

Thô

0,05 – 0,02

Trung

0,02 – 0,005

Mịn

0,005 – 0,002

Sét

< 0,002

Cách xác định % nhóm hạt trong đất
 Phương pháp cơ học hay pp rây sàng: Dùng cho
hạt có D > 0,074 mm
 Phương pháp lắng đọng: D < 0,074 mm; ĐL
Stockes cho vật thể hình cầu rơi trong một chất
lỏng phụ thuộc vào đường kính D, tỉ trọng hạt, tỉ
trọng dung dịch và độ nhớt dung dịch

Bảng 1.2 Kích thước mắt rây

Rây khô

Rây rửa

Cở rây / Số hiệu
4’’ (cở rây)
2’’
1’’
3/4 ’’
1/2 ’’
3/8’’
# 4 (số hiệu)
#6
# 10
# 20
# 40
# 60
# 100
# 200

Đường kính D (mm)
101,6
50,8
25,4
19,1
12,7
9,51
4,76
3,36
2,00
0,84
0,42
0,25

0,149
0,074

3


09/08/2016

Thí nghiệm
rây sàng

Thí nghiệm
lắng đọng

- Xác định đường kính hạt

- Tính HR từ số đọc trên tỉ trọng kế Rc:

Hình 1.4 Sơ đồ tính HR
Rc = R + ct + cm

4


09/08/2016

- Phần trăm trọng lượng đất có đường kính < D

Hình 1.5a Đường cong cấp phối hạt

Hình 1.5b Các dạng đường cong cấp phối hạt
- Dạng thoai thoải (1): cấp phối tốt
- Dạng dốc đứng (2): cấp phối xấu
- Dạng bậc thang (3): cấp phối trung bình

- Hệ số đồng nhất:
Cu = D60 / D10
Cu > 4 : sỏi sạn
Cu > 6 : cát
- Hệ số hình dạng (đường cấp phối) Cg hay Cc :

1 < Cg < 3:

Cấp phối tốt (thoai thoải)

- Xác định: D60 ; D30 ; D10

5


09/08/2016

1.3.2 Pha lỏng

Hình 1.6 Các dạng nước trong hạt khoáng vật

1.3.3 Pha khí
- Khí hòa tan trong nước: không ảnh hưởng đến
tính chất của đất
- Khí không hòa tan trong nước

Khí kín

Khí hở

Hình 1.7 Các dạng khí trong đất

1.4 Các chỉ tiêu vật lí của đất

Q = Qa + Qw + Qs
V = Va + Vw + Vs
Vv = Va + Vw

Hình 1.8 Sơ đồ 3 pha

6


09/08/2016

 Trọng lượng riêng (dung trọng): kí hiệu , đơn
vị kN/m3, T/m3, g/cm3.
 Trọng lượng riêng (dung trọng) tự nhiên

 Trọng lượng riêng khô

 Trọng lượng riêng hạt

 Trọng lượng riêng đẩy nổi

 Trọng lượng riêng no nước

 Tỉ trọng hạt

Thí nghiệm:

 Độ ẩm (độ chứa nước)

7


09/08/2016

 Độ bảo hòa (độ no nước)

 Độ rỗng

 Hệ số rỗng

 Các công thức qui đổi

(đất bảo hòa hoàn toàn)

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

8


09/08/2016

 Trạng thái của đất dựa vào độ chặt tương đối D

D
0 ≤ D < 0,33

Trạng thái của đất
Xốp

0,33 ≤ D < 0,67

Chặt vừa

0,67 ≤ D ≤ 1,0

Chặt

Bảng 1.4 Phân loại trạng thái của đất rời theo

 Theo ASTM xác định trạng thái của đất dựa vào Dr

Dr

Trạng thái

0 ÷ 15

Rất xốp

15 ÷ 50

Xốp

50 ÷ 70

Chặt vừa

70 ÷ 85

Chặt

85 ÷ 100

Rất chặt

Bảng 1.5 Phân loại trạng thái của đất rời theo Dr

1.5.2 Đất dính (cát pha sét, sét pha cát, sét, …)

Thí nghiệm xác định WL , WP (Casagrande):

9

09/08/2016

Các giới hạn dẻo và nhão:
V
Rắn

Nửa cứng

wco

Dẻo

wP

Nhão

wL

w

Hình 1.12 Trạng thái của đất theo quan hệ V – w

Thí nghiệm xác định WP (lăn tay)
Lăn thành từng que đất d = 3 mm => nứt. Lấy
đi xác định độ ẩm được WP

WL

25

Hình 1.11b Giới hạn nhão từ TN Cassagrande

 Phân loại trạng thái theo TCVN

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

Hình 1.12 TrạngNhão
thái(chảy)
của đất theo quanILhệ
> 1V – w

10


09/08/2016

 Phân loại trạng thái theo ASTM
IL < 0
: Cứng
0 ≤ IL ≤ 1 : Dẻo

IL > 1
: Chảy
 Phân loại đất dính và đất rời dựa vào số N của SPT
Đất dính

Đất rời

N

Trạng thái

N

Trạng thái

<2

Nhão (rất mềm)

<4

Bời rời

2÷4

Dẻo nhão (mềm)

4 ÷ 10

Rời

5÷8

Dẻo mềm (rắn
vừa)

11 ÷ 30

Chặt vừa

9 ÷ 15

Dẻo cứng (rắn)

31 ÷ 50

Chặt

16 ÷ 30

Nửa cứng (rất
rắn)

> 50

Rất chặt

Hình
thái của đất theo quan hệ V – w
> 30 1.12 Trạng

Cứng
> 50

Rất cứng

1.6 Phân loại đất
Kích thước hạt đất
Tên hạt đất

Kích thước (mm)

Đá lăn, đá hộc

> 100

Hạt cuội

100 – 10

Hạt sỏi

10 – 2

Hạt cát

Hạt bụi

To

2 – 0,5

Vừa

0, 5 – 0,25

Nhỏ

0,25 – 0,05

To

0,05 – 0,01

Nhỏ

0,01 – 0,005

Hạt sét

0,005 – 0,002

Hạt keo

< 0,002

1.6.1 Phân loại đất theo TCVN
 Phân loại đất rời theo TCVN
Phân phối hạt theo độ lớn tính bằng
% kl đất khô

Loại đất

Tên đất

Đất hòn
lớn

Đá dăm, đá cuội

KL hạt có d > 10 mm

> 50 %

Sỏi sạn

2 mm

> 50 %

Cát sỏi

2 mm

> 25 %

Cát thô

0,5 mm

> 50 %

Cát vừa

0,25 mm

> 50 %

Cát nhỏ

0,1 mm

> 75 %

Cát bột

0,1 mm

< 75 %

Đất cát

11


09/08/2016

 Phân loại đất dính theo IP (TCVN )

wLvaxi , wLCasa : giới hạn chảy theo Vaxiliev và
Casagrande; với a = 0,73 và b = 6,47% ứng với đất có

giới hạn chảy từ 20%  100%
Tên đất

IP

Đất cát pha

1 ≤ IP < 7

Đất sét pha

7 ≤ IP ≤ 17

Đất sét

17 < IP

1.6.2 Phân loại theo ASTM
 Phân loại (tên và trạng thái) đất theo ASTM
Loại đất

Kí hiệu

Phân nhóm

Kí hiệu

Sỏi

G

Cấp phối tốt

W

Cát

S

Cấp phối xấu

P

Pha bụi

M

Pha sét

C

Bụi (silt)

M

L

Sét

C

H

Hữu cơ

O

Bùn, than bùn

Pt

• Đất hạt thô: khi có  50% hạt trên rây #200
• Đất hạt mịn: khi có  50% hạt dưới rây #200
• Sỏi, sạn (G) :  50% là hạt thô (trên rây #200; 0,074
mm) và > 50% trên rây #4 (4,76 mm)
W (well) khi Cu  4 và 1  Cg  3 => GW
P (poor) ngược lại
=> GP
• Cát (S) :  50% là hạt thô (trên rây #200) và > 50%
trên rây #4
W (well) khi Cu  6 và 1  Cg  3 => SW
P (poor) ngược lại
=> SP
 Khi C hay M chứa trên 12% là đất hạt mịn và căn
cứ vào đường A -> GC hay GM
 Khi C hay M chứa khoảng 5 % - 12% dùng kí hiệu
kép: GW-GC, GP-GC

12

09/08/2016

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 .

1

Hình 1.9a Đường cong đầm chặt của đất

13


09/08/2016

Hình 1.9b Đường cong đầm chặt của đất
Hệ số đầm chặt k

1.8. Tính mao dẫn nước trong đất

Hình 1.10 Nước mao dẫn trong đất

14