ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Chuong 4 tinh chat vat ly va co ly

 Đối với đất - thành phần hạt, hình dạng, mức độ chặt sít,…liên quan đến tính chất cơ lý, tính thấm nước, ch ọn loại vật liệu xây dựng..... Than ph ần hạt và phân loại đất theo tiêu ch

 Đối với đá cứng và nửa cứng - thành phần khoáng

v ật và tính chất các liên kết đóng vai trò quan trọng trong vi ệc xác định các tính chất cơ lý.

 Đối với đất - thành phần hạt, hình dạng, mức độ chặt sít,…liên quan đến tính chất cơ lý, tính thấm nước,

ch ọn loại vật liệu xây dựng

Than ph ần hạt và phân loại đất (theo tiêu chuẩn)

 Than ph ần hạt của đất là hàm lượng các nhóm hạt có độ

l ớn khác nhau ở trong đất, được biểu diễn bằng tỷ lệ phần trăm so với khối lượng của mẫu đất khô tuyệt đối (sấy ở

105 o C) đã lấy để phân tích.

 Ví dụ: nhóm hạt 0,25 – 0,5mm gồm tất cả các hạt khácnhau có đường kính từ 0,25 đến 0,5mm Hàm lượng hạt

có kích thước 0,3mm không thể tìm được!!

Than ph ần hạt và phân loại đất (theo tiêu chuẩn)

Thành phần hạt của đất hạt thô được xác định bằngphương pháp rây sàng theo hai cách:

 Rây khô để phân chia các hạt có kích thước đến 2mm(#10);

 Rây có rửa nước để phân chia các hạt có kích thướcđến 0,074mm (#200)

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

Rây đất để phân chia các nhóm hạt

Tính toán thí nghi ệm rây (ví dụ)

% 100

N ếu gọi x i (%) là ph ần trăm khối lượng đất giữ lại cộng dồn

trên rây có kích thước i;

a i – kh ối lượng giữ lại cộng dồn của đất trên rây có kích thước

i (g).

A – t ổng khối lượng đất làm thí nghiệm (g).

T ừ đó, phần trăm khối lượng lọt qua rây i sẽ là:

Đối với phương pháp rây có rửa nước, khối lượng đất lấy làm thí nghiệm

l ọt qua rây #10 đã tính được phần trăm lọt qua cộng dồn là B (phương pháp rây khô) Do đó phần trăm trọng lượng lọt qua đối với toàn bộ mẫu đất sẽ bằng phần trăm trọng lượng lọt qua trong thí nghiệm rây có rửa nước nhân với giá trị B.

N N

H d

w s

R

).

(

.

1800

ρ ρ

V ới:

0.001 0.01

0.1 1

10 100

2 30

d d

T ỷ diện tích là tỷ lệ diện tích mặt ngoài của vật liệu

v ới khối lượng hoặc thể tích của vật liệu đó.

T ỷ diện tích:

m

Ss

= Ω

Xem tài li ệu về hình thành điện tích mặt ngoài

4.1.2 Nước trong lỗ rỗng của đất đá (pha lỏng)

+

_ +

_ +

_ +

_ +

_ + _

-+ –

- - - -

-+ – + –

+ –

+ –

+ – + – + –

+ – + –

+ – + –

+ – + – + –

+ –

+ – + –

+ –

+ – + – + –

Hạt rắn

Nước liên kết

Nước liên kết được giữ chặt trong các lỗ rỗng nhỏ có

độ nhớt lớn hơn nước thông thường.

Nước mao dẫn

 Nước mao dẫn tồn tại trong lỗ rỗng, khe nứt nhỏ của đất

đá (bề rộng <2mm) dưới ảnh hưởng của lực mao dẫn

hk =

Sơ đồ xuất hiện lực dính giữa các rắn hình

4.1.3 Khí trong l ỗ rỗng của đất đá (pha khí)

 Nước liên kết không truyền áp lực thủy tĩnh

 Nước tự do truyền áp lực thủy tĩnh nên gây đẩy nổi

trong đất có chứa nước tự do

4.2 TÍNH CH ẤT HÓA LÝ

 4.2.1 Tính h ấp phụ

Là kh ả năng giữ lại những hợp chất ở trạng thái hòa tan ho ặc một phần khoáng chất phân tán ở dạng

ch ất keo hay những hạt rất nhỏ chất hữu cơ, những

vi sinh v ật và những thể huyền phù thô khác.

 4.2.2 Tính trương nở của đất

 4.2.3 Tính co ngót c ủa đất

 4.2.4 Độ bền với nước của đất

4.3 TÍNH CH ẤT 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

h ạt

nước khí

Kh ối lượng thể tích của đất đá tự nhiên: là khối lượng của

một đơn vị thể tích đất ký hiệu ρ, đơn vị: (T/m3, g/cm3)

m ẫu đất bọc sáp chi ếm chỗ.

Nước

Vỏ sáp Mẫu đất

4.3 TÍNH CH ẤT VẬT LÝ

Kh ối lượng thể tích đất khô: là khối lượng của một đơn vị thể tích

đất khô hoàn toàn ký hiệu ρ d , đơn vị: (T/m 3 , g/cm 3 ).

V

Qs

d =

ρ

Kh ối lượng riêng của hạt: là khối lượng của một đơn vị thể tích

ch ỉ riêng phần hạt rắn ký hiệu ρ s , đơn vị: (T/m 3 , g/cm3).

s

s s

Q G

s

s w

s s

− +

=

=

ρ ρ

Kh ối lượng thể tích đẩy nổi: là khối lượng của một

đơn vị thể tích đất khi cân trong nước ký hiệu ρ sub , đơn vị: (T/m 3 , g/cm 3 ).

Độ ẩm: là tỷ số giữa khối lượng nước và khối lượng

đất khô (khối lượng phần cốt đất), ký hiệu W, đơn vị tính %.

B

A W

−

−

=

Độ ẩm được xác định bằng cách sấy đất:

Độ bão hòa: là tỷ số giữa thể tích nước trong lỗ rỗng

so v ới thể tích toàn bộ lỗ rỗng, ký hiệu là S r , đơn vị tính là %.

%100

r

w r

H ệ số rỗng: = −1

d

s e

ρ ρ

1 e

e n

e

W S

1

ρρ

B ằng thí nghiệm biết ρ, ρ s , W

4.3 TÍNH CH ẤT VẬT LÝ

Bài t ập

trạng thái dẻo sang trạng thái nhão (chảy).

 Gi ới hạn dẻo (W P ) được định nghĩa là độ ẩm của đấttương ứng với sự thay đổi ứng xử giữa trạng thái dẻo

và nửa cứng Hay nói cách khác, độ ẩm mà khi giảm

một lượng không đáng kể thì đất chuyển từ trạng thái

dẻo sang trạng thái nửa cứng (không còn thể hiện tính

dẻo nữa) được gọi là giới hạn dẻo (WP) Giới hạn dẻo

của đất loại sét được xác định (theo TCVN) bằngphương pháp lăn đất thành sợi

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

Bi ểu đồ đường A

0 10 20 30 40 50 60

Ch ỉ số dẻo I p = (W L -W P )

P

P L

Ứng suất hữu hiệu và áp lực nước lỗ rỗng

 Có tải trọng P tác dụng phân bố đều lên một tiết diện A

của mẫu đất gây ứng suất σ Tải trọng thực sự tác dụnglên phần hạt rắn của mẫu đất là P’ gây ứng suất hữu

hiệu σ’

 σ = σ’ + u

P

( σ)

4.4.2 Tr ạng thái ứng suất của khối đất đá

 ứng suất theo phương đứng do trọng lượng bản thân

4.4.3 Ứng suất và biến dạng đơn giản khi nén một trục

 Thí nghiệm được tiến hành trên mẫu đất hình lăng trụ tròn có chiều cao gấp 2 lần đường kính, tức là h=2d

σ=P/A

% 100

o

i i

A

P

=1

σ

• Ứng suất

i

o i

A A

ε

−

= 1

V ới:

4.4.3 Ứng suất và biến dạng đơn giản khi nén một trục

4.4.3 Ứng suất và biến dạng đơn giản khi nén một trục

 Các thành phần ứng suất tác dụng khi nén đơn

( 2

1 cos

cos

cos

1

2 1

1

α σ

α σ

α α

A

P A

P p p

α σ

α α

σ α

α

2

1 cos

sin cos

sin

1 1

P t

4.4.4 Tính nén lún c ủa đất và thí nghiệm nén cố kết

h e

e = − ∆ 1 +

0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80

V ới:

Đường cong nén lún

1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.20

n n

c

e

e C

σσ

4.4.5 S ức chống cắt của đất và thí nghiệm cắt trực tiếp

Tr ạng thái ứng suất của mẫu trong thí nghiệm nén ba trục:

a – tr ạng thái ban đầu khi đặt áp lực buồng; b – khoảng biến dạng khi tăng tải; c – trạng thái giới hạn (phá hoại)

Nén ba tr ục

 Cần ghi nhận các thông số ứng với cấp áp lực buồng:

% 100

o

i i

Đường bao phá hoại

 Ở trạng thái cân bằng giới hạn

ϕ σ

σ

σ σ

ϕ

σ σ

σ

σ ϕ

g c

tg

c C

O

CT

cot 2 2

2 '

sin

3 1

3 1

3 1

3 1

+ +

−

= +

45 ( 2

) 2

45 (

2 3 1

ϕ

ϕ σ

tg c tg

Các sơ đồ thí nghiệm

Có 3 sơ đồ thí nghiệm cơ bản:

 Không cố kết – không thoát nước (UU)

 Cố kết – không thoát nước (CU)

 Cố kết – thoát nước (CD)

4.5 TÍNH CH ẤT VẬT LÝ VÀ CƠ LÝ CỦA ĐÁ

 Xem tài liệu

4.6 XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU TÍNH CHẤT CƠ LÝ TỔNG HỢP (TR Ị TIÊU CHUẨN) VÀ TRỊ TÍNH TOÁN CỦA ĐẤT

 Phân lo ại chỉ tiêu trong đơn nguyên địa chất công trình

trình

4.6 XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU TÍNH CHẤT CƠ LÝ TỔNG HỢP (TR Ị TIÊU CHUẨN) VÀ TRỊ TÍNH TOÁN CỦA ĐẤT

 Bước 1: Trị trung bình số học

Để thuận tiện nên lập bảng:

n

A A

4.6 XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU TÍNH CHẤT CƠ LÝ TỔNG HỢP (TR Ị TIÊU CHUẨN) VÀ TRỊ TÍNH TOÁN CỦA ĐẤT

 Bước 2: Độ lệch quân phương trung bình tổng hợp

 Bước 3: Loại trừ sai số

M ẫu nào không thỏa→Loại→Làm lại từ Bước 1.

N ếu thỏa hết → Bước 4

2 1

 Bước 4: Độ lệch quân phương

 Bước 5: Hệ số biến thiên

 Bước 6: Chỉ số độ tin cậy của chỉ tiêu

2 1

1

n

i i

S A

( ), : , :

 Bước 7: Trị tính toán của chỉ tiêu

 Bước 8: Chọn giá trị tính toán.

(1 )

tt

 Bài t ập: Thí nghiệm nén đơn một mẫu đất có chiều cao ban đầu là h=7,6cm ; đường kính d=3,8cm Giá

tr ị tải trọng và biến dạng cho theo bảng sau Vẽ

đường cong quan hệ ứng suất biến dạng, xác định module bi ến dạng, cường độ sức kháng nén đơn.

∆h(0,01 mm)

Tải trọng (N)

∆h(0,01 mm)

Tải trọng (N)

 Bài t ập: Xác định giá trị tính toán của cường độ kháng nén đơn của lớp bùn sét từ số liệu TN.