Bài giảng Cơ học đất - Đại học Thuỷ lợi

Ảnh hưởng của thành phần khoáng vật đến các tính chất của đất có thể thấy: Với đất có kích thước hạt lớn: Thành phần khoáng vật không ảnh hưởng nhiều đến tính chất của đất.. Với đất có k

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

Bộ MÔN ĐỊA KỸ THUẬT

BÀI GIÀNG

Cơ HỌC ĐẤT

Hà nội 7/2011

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐÁT

§ 1.1 Các pha họp thành đất và tác dựng tương hỗ giữa chúng 1

I Pha rắn (Hạt đất) 1

II Pha lỏng (Nước trong đất) 6

III Pha khí trong đất 9

§ 1.2 Các chỉ tiêu tính chất vật lý và trạng thái vật lý của đất 9

I Các chỉ tiêu tính chất vật lý của đất 9

II Các chỉ tiêu trạng thái vật lý của đất 14

§1.3 Phân loại đất 17

17 18 27 27 27 30 32 35 35 36 36 44 I Mục đích

II Giới thiệu một số tiêu chuấn phân loại đất điến hình

CHƯƠNG 2 TÍNH CHẤT cơ HỌC CỦA ĐẤT

§2.1 Tính thấm nước của đất

I Khái niệm dòng thấm trong đất

II Định luật Darcy

III Hệ số thấm và phương pháp xác định

§2.2 Tính ép co và biến dạng của đất

I Khái niệm tính ép co và biến dạng của đất

II Quan hệ giữa biến thiên thể tích (AV) và hệ số rỗng (ứ) III Thí nghiệm ép co không nở hông và Định luật ép co

IV Xác định các đặc trưng biến dạng của đất

V Cố kết của đất dính bão hòa nước và sự chuyến hóa ứng suất trong quá trình cố kết thấm 47

.50 50 50 52 56 63 66 73 81 81 81 87 VI Nhân tố ảnh hưởng đến tính ép co và biến dạng của đất §2.3 Cường độ chống cắt của đất

I Khái niệm về cường độ chống cắt của đất

II Thí nghiệm cắt trực tiếp và định luật Coulomb

III Tiêu chuẩn phá hoại Mohr - Coulomb

IV Thí nghiệm ba trục

V Cường độ chống cắt của đất cát

VI Cường độ chống cắt của đất sét

§2.4 Tính đầm chặt của đất

I Ý nghĩa thực tế và Mục đích của đầm chặt đất

II Nguyên lý đầm chặt

III Các nhân tố ảnh hưởng đến tính đầm chặt của đất

CHƯƠNG 3 XÁC ĐỊNH ÚNG SUẤT TRONG ĐẤT 89

§3.1 Các loại ứng suất trong đất và các giả thiết cơ bản để tính toán 89

I Các loại ứng suất trong đất: 89

II Các giả thiết đế tính toán: 89

§3.2 Xác định ứng suất bản thân 90

I ứng suất bản thân trong nền đất: 90

II ứng suất bản thân trong cồng trình đất: 91

§3.3 Xác định áp suất đáy móng 94

I Khái niệm: 94

II Xác định áp suất đáy móng (cho móng cứng) 95

§3.4 ứng suất tăng thêm trong nền công trình 98

I Hai bài toán cơ bản: 98

II ứng suất tăng thêm trong nền đồng chất khi mặt nền chịu tải trọng phân bố trên diện tích hình chữ nhật: 102

III ứng suất tăng thêm trong nền đồng chất - bài toán phảng: 116

IV Một số phương pháp xác định ứng suất tăng thêm: 124

CHƯƠNG 4 SỨC CHỊU TẢI CỦA NỀN ĐẤT 139

§4.1 Mở đầu 139

§4.2 Các hình thức mất ổn định của nền khi chịu tải 139

I Thí nghiệm bàn nén chịu tải trọng thắng đứng 139

II Các hình thức phá hoại nền 139

§4.3 Lý thuyết sức chịu tải của Terzaghi 141

I Các giả thiết 141

II Công thức tính toán 141

§4.4 Hệ số an toàn 143

§4.5 Phương trình sức chịu tải tông quát 144

I Khái quát 144

II Phương trình tống quát của Mayerhof 144

III Tính sức chịu tải của nền trong trường họp tải trọng lệch tâm 148

§4.6 Các phương pháp tính sức chịu tải của nền đất theo tiêu chuân Việt Nam 150

I Các giai đoạn làm việc của đất nền 150

II Các phương pháp xác định sức chịu tải của nền 151

III Xác định sức chịu tải của nền dựa vào sự phát triển của vùng biến dạng dẻo 151

IV Xác định sức chịu tải theo tải trọng phá hoại (phương pháp Evdokimov) 155

CHƯƠNG 5 Lực ĐẤT LÊN TƯỜNG CHAN 163

§5.1 Mở đầu 163

§5.2 Các loại áp lực đất tác dụng lên tường chắn đất và điều kiện sản sinh ra chúng 165

§5.3 Xác định áp lực đất tĩnh 167

I Trường họp lưng tường thắng đứng, mặt đất nằm ngang 167

II Trường hợp lưng tường chắn và mật đất đắp nghiêng 168

§5.4 Tính toán áp lực đất tĩnh theo lý thuyết của Rankine 169

I Nguyên lý tính toán 169

II Các giả thiết cơ bản 170

III Xác định áp lực đất chủ động 170

IV Xác định áp lực đất bị động 173

V Tính toán áp lực đất trong một số trường hợp 174

§5.5 Tính toán áp lực đất theo lý luận của Coulomb 179

I Các giả thiết cơ bản 179

II Nguyên lý tính toán 179

III Xác định áp lực đất chủ động 179

IV Xác định áp lực đất bị động 183

CHƯƠNG 6 XAC ĐỊNH ĐỘ LÚN CỦA NỀN CÔNG TRÌNH 188

§6.1. Mở đầu 188

§6.2 XÁC ĐỊNH ĐỘ LÚN CỐ KẾT ỔN ĐỊNH 188

I Tính toán độ lún cố kết một hướng 188

II Tính toán độ lún cố kết có xét đến biến dạng hông 195

§6.3 Xác định độ lún cố kết theo thời gian 200

I Lý thuyết cố kết thấm của Terzaghi 200

II Tính độ lún theo thời gian 204

LỜI NÓI ĐẦU

Cơ học Đất là môn học cơ sở kỹ thuật nhằm trang bị cho sinh viên kiến thức cơ bản về Đất phục vụ cho mục đích xây dựng Giúp cho sinh viên có kiến thức đế tiếp cận chuyên môn lĩnh vực Nen Móng nói riêng và Công trình xây dựng nói chung Mặc dù là môn môn cơ sở được dạy từ lâu trong các trường khối kỳ thuật xây dựng, đã có một hệ thống giáo trình và sách tham khảo khá hoàn chỉnh nhưng vẫn phải thường xuyên cập nhật, chỉnh sửa để đáp ứng tốt nhất nhu cầu học tập, nghiên cứu, ứng dụng của sinh viên cũng như cán bộ kỹ thuật xây dựng

Bộ môn Địa kỹ thuật -Trường Đại học Thuỷ lợi đã biên soạn cuốn Bài giảng Cơ học Đất với mục tiêu sao cho sát với chương trình giảng dạy, cung cấp được hầu hết kiến thức cơ bản của môn học và cập nhật được thông tin từ các sách chuyên ngành mới dịch của nước ngoài Nội dung của cuốn Bài giảng này cơ bản dựa trên nội dung của cuốn Cơ học Đất do GS.TSKH Cao Văn Chí và bản dịch cuốn: “ Giới thiệu Địa kỹ thuật” của Hotz và KovacsTham gia biên soạn gồm các thầy cô trong bộ môn:

ThS Hoàng Việt Hùng viết chương 1

PGS TS Nguyên Hữu Thải viềt chương 2

ThS Mạc Thị Ngọc viết chương 3

PGS TS Nguyên Hồng Nam viết chương 4

ThS Phạm Huy Dũng viết chương 5

GVC ThS Nguyên Việt Quang viềt chương 6

Cuốn bài giảng đã được tinh giản nội dung theo phương châm cơ bản, hiện đại có kế thừa kiến thức và kinh nghiệm của các lớp thầy cồ đã giảng dạy tại bộ môn Mặc dù tập thể biên soạn đã rất cố gắng nhưng không thể tránh được các sai sót Rất mong nhận được sự góp

ý của các bạn sinh viên và đọc giả để cuốn bài giảng ngày càng hoàn chỉnh hơn

Các tác giả

CHƯƠNG 1 TÍNH CHÁT VẬT LÝ CỦA ĐÁT

§1.1 Các pha hợp thành đất và tác dụng tương hỗ giữa chúng

Đất là sản phẩm của sự phong hóa đá gốc thành các hạt đất, các hạt đất tự sắp xếp tạo thành khung cốt đất có nhiều lỗ rỗng, trong các lồ rỗng có chứa nước và không khí Như vậy đất gồm 3 thành phần vật chất:

• Tỷ lệ về số lượng giữa các pha

• Các tác dụng địa phân tử, tác dụng hóa lý, tác dụng cơ học giữa các pha với nhau và giữa các nhóm hạt

I- Pha rắn (Hạt đất).

Pha rắn của đất bao gồm các hạt đất ( hạt khoáng vật) có kích thước khác nhau chiếm phần lớn thể tích khối đất, tạo thành khung cốt đất Có ba yếu tố của pha rắn ảnh hưởng đến những tính chất của đất là: Thành phần khoáng vật của hạt đất, kích thước hạt đất, hình dạng hạt đất Sau đây sẽ đi phân tích đặc điếm chi tiết của ba yếu tố này

1 Thành phần khoáng vật hạt đất

Khoáng vật được định nghĩa là những đơn chất hay hợp chất hóa học trong tự nhiên, hình thành

và tồn tại trong vỏ trái đất hay trên mặt đất trong những điều kiện địa chất nhất định

Hiện nay khoa học đã tìm được khoảng 2800 khoáng vật trong đó có khoảng 50 loại khoáng vật tạo thành đât đá

Các đặc tính của khoáng vật được trình bày ở các sách chuyên ngành kỹ thuật địa chất cồng trình

Vì đất là sản phẩm của sự phong hóa đá gốc do vậy thành phần khoáng vật của đất phụ thuộc chủ yếu vào thành phần đá gốc và tác dụng phong hóa đá Tác dụng phong hóa khác nhau sẽ sản sinh các khoáng vật khác nhau ngay cả khi tác dụng phong hóa trên cùng một loại đá gốc

Thành phần khoáng vật của hạt đất có thế chia thành ba loại: Khoáng vật nguyên sinh, khoáng vật thứ sinh ( hai loại này là khoáng vật vô cơ), và chất hóa họp hữu cơ

Khoáng vật nguyên sinh thường gặp là fenpát, thạch anh và mica Các hạt đất có thành phần khoáng vật nguyên sinh thường có kích thước lớn, lớn hơn 0,005 mm

Các khoáng vật thứ sinh chia làm hai loại:

• Khoáng vật không hoà tan trong nước, thường gặp là kaolinít, ilit và monmorilonít, chúng là thành phần chủ yếu của các hạt sét trong đất nên còn gọi là khoáng vật sét

• Khoáng vật hoà tan trong nước thường gặp là canxit, dolomít, mica trắng, thạch cao, muối mỏ v.v

Các khoáng vật thứ sinh thường có kích thước rất nhỏ, nhỏ hơn 0,005 mm

Chất hoá họp hữu cơ là sản phẩm được tạo ra từ di tích thực vật và động vật, ở giai đoạn phá huỷ hoàn toàn, sản phẩm này được gọi là mùn hữu cơ

Ảnh hưởng của thành phần khoáng vật đến các tính chất của đất có thể thấy:

Với đất có kích thước hạt lớn: Thành phần khoáng vật không ảnh hưởng nhiều đến tính chất của đất

Với đất có kích thước hạt nhỏ: Thành phần khoáng vật ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất của đất

vì chúng ảnh hưởng đến hoạt tính bề mặt hạt đất dẫn đến ảnh hưởng tới lớp nước kết hợp mặt ngoài hạt đất Các tính chất ảnh hưởng này sẽ được phân tích kỹ hơn trong phần phân tích sự hình thành lớp nước kết họp mặt ngoài

2 Thành phần cấp phối hạt

2.1 Các khái niệm

• Nhóm hạt: Là tập họp các hạt trong đất có kích thước nằm trong một phạm vi nhất định

• Cấp phối hạt: Lượng chứa tương đối của các nhóm hạt trong đất tính bằng phần trăm tổng lượng đất khô

2.2 Biểu thị cấp phối hạt của đắt

Lấy đất về, sấy khô, giã nhỏ, làm thí nghiệm phân tích hạt Mục đích của thí nghiệm phân tích hạt là xác định phạm vi kích cỡ hạt trong đất và phần trăm các hạt của mỗi nhóm kích cỡ Có hai phương pháp thường dùng để thí nghiệm phân tích hạt là phương pháp sàng (rây) được thực hiện với đất hạt thô và phương pháp tỷ trọng kế (phương pháp lắng) được thực hiện với đất hạt mịn

a) Phương pháp sàng

Với các hạt có đường kính d > 0,1 mm sẽ sử dụng phương pháp sàng Phương pháp này sẽ dùng một hệ thống các sàng có kích thước mắt sàng khác nhau và thường được gọi là bộ rây tiêu chuân Các tiêu chuẩn ban hành khác nhau thì có sự chênh lệch đôi chút về kích cỡ mắt sàng Chẳng hạn theo tiêu chuẩn Mỹ ( us Standard) thì quy định sàng số 4 có đường kính mắt sàng là 4,76mm, sàng số 10 có đường kính 2mm .w Nhưng nguyên lỷ chung khi phân tích hạt thì không thay đồi

Hĩnh 1.1: Hệ thống rây tiêu chuẩn

Để phân tích hạt theo phương pháp sàng, mẫu đất được sấy khô sau đó giã nhỏ để làm tơi mẫu đất bằng cối sứ - chày cao su Đất sau khi giã tơi được đổ vào hệ thống sàng và lắc đều Các hạt lớn đọng ở các sàng bên trên, các hạt nhỏ hon đọng lần lượt ở các sàng phía dưới Các nhóm hạt đọng trên các sàng sẽ được cân đế xác định cấp phối hạt

b) Phương pháp tỷ trọng kế

Với các hạt có đường kính nhỏ d < 0,1 mm dùng phương pháp tỷ trọng kế để phân tích hạt (Lưu

ý tiêu chuẩn Mỹ thì qui định d < 0,074mm) Phương pháp này dựa trên định luật Stokes, các hạt có đường kính khác nhau khi lắng chìm trong nước sẽ lắng đọng với các tốc độ khác nhau Định luật Stokes đưa ra vận tốc lắng chìm của hạt hình cầu:

Từ đó suy ra đường kính hạt ( kết họp với công thức 1.1)

Sau khi làm thí nghiệm phân tích hạt, biểu diễn cấp phối hạt bằng đường cong cấp phối

Bình dung dịch đất - nước

Đo tỷ trọng dung dich

Hình 1.2: Phương pháp tỷ trọng kế

Ví dụ 1.1:

Có 300gam đất khô, sau khỉ cho vào rây xác định được khối lượng riêng trên mỗi rây như sau:

Đường kính rây Khối lượng

= > 30g

=> Ì5g

= > 9g

= > 6g

Vẽ đường cong cấp phối:

Để vẽ đường cong cắp phối, dùng hệ trục bản logarỉt, việc dùng hệ trục này giúp đế thu gọn hệ trục và nôi bật các hạt có đường kính nhỏ.

Neu không sử dụng giấy ỉogarỉt, có thế vẽ trực tiếp theo trình tự như sau:

Kẻ trục tung với tỷ lệ chọn theo phần trăm câp phôi tích lũy.

Kẻ hai trục hoành, một trục hoành Igd và một trục d.

Nhận xét: ỉgio =1 ; Igl = 0; ỉgO,l = -1; ỉg0,01 = -2, Ig 0,001 = -3 Sau khi Ig thì kết quả đều nhau Vì vậy trục ỉgd sẽ giúp hỗ trợ định vị vị trí đường kính hạt.

ỉg= 0,3 ; lg0,5 = -0,3 ; lg0,25 = -0,6; lg0,05 = -1,3.

Hình 1.3: Ví dụ về vẽ đường cong cấp phối (Theo TCXD 45-78)

ứng dụng của đường cong cấp phối:

• Xác định được cấp phối của đất

Đất có kích thước hạt nhỏ ( Các loại set) thường các hạt có dạng hình phiến, hình kim Các hình dạng này ít ảnh hưởng đến tính chất của đất.

Hình 1.4: Hình dạng hạt đất

II- Pha lỏng (Nước trong đất)

Đất trong tự nhiên luôn tồn tại một lượng nước nhất định và ở những dạng khác nhau Nước tác dụng mạnh với những hạt khoáng vật, đặc biệt là những hạt nhỏ có kích thước hạt keo tạo nên hoạt tính

bề mặt hạt đất

Theo quan điếm xây dựng, nước trong đất được phân thành các loại:

Nước trong hạt khoáng vật

Nước hút bámNước kết hợp mặt ngoài hạt đất < Nước màng mỏng kết họp mạnh

Nước màng mỏng kết họp yếu

Nước trọng lực

4 Đặc điểm tửng loại nước trong đất

4.1 Nước trong hạt khoáng vật

Là loại nước ở trong mạng tinh thế của hạt khoáng vật, nó tồn tại dưới dạng phân tử nước H2O hoặc dạng ion H+, OH_ Loại nước này chỉ có thể tách khỏi khoáng vật khi ở nhiệt độ cao (>105 °C) Theo quan điểm xây dựng loại nước này được coi là một bộ phận của hạt khoáng vật

4.2 Nước kết hợp mặt ngoài hạt đất

Nước kết hợp mặt ngoài tồn tại dưới tác dụng của lực hút điện trường nên các phân tử nước và những ion dưoiìg bị hút vào bề mặt hạt đất và được sắp xếp một cách chặt chẽ, có định hướng Càng cách xa bề mặt hạt đất, lực hút càng yếu nên sự sắp xếp đó kém chặt chẽ và thiếu qui tắc hon Do vậy tính chất của nước kết họp mặt ngoài rất khác so với tính chất của nước thông thường

• Nước hút bám: Có tính chất gắn với thể rắn, không có khả năng di chuyển, không truyền áp lực thủy tĩnh, tỷ trọng khoảng 1,5 ơ nhiệt độ -78°c nước hút bám mới đóng băng Khi đất sét chỉ chứa nước hút bám sẽ ở trạng thái rắn

• Nước màng mỏng kết hợp mạnh: Có khả năng di chuyển theo hướng bất kỳ từ chỗ màng nước dày sang chỗ màng nước mỏng, nhưng sự di chuyển không liên quan đến tác dụng của trọng lực Khi đất sét chứa nước kết họp mạnh, đất sẽ ở trạng thái nửa rắn

• Nước màng mỏng kết họp yếu: Có tính chất gần giống với nước thông thường Khi đất sét chứa lớp nước màng mỏng kết họp yếu và kết cấu đất bị phá hoại thì đất thê hiện tính dẻo

4.3 Nước tự do

Là loại nước nằm ngoài lực hút điện trường và chia làm 2 loại: Nước mao dẫn và nước trọng lực

a) Nước mao dẫn:

Là loại nước bị kéo lên trong các ống dẫn nhỏ trong đất, bên trên mực nước ngầm, do sức căng

bề mặt của nước Hiện tượng này có thế mô tả và giải thích tưong tự hiện tượng mao dẫn trong ống thủy tinh nhỏ

a) Mao quản

Hình 1.5: Hiện tượng mao dẫn và lực mao dẫn tại mặt phân cách

Độ cao mao dẫn có thể xác định từ điều kiện cân bằng giữa tống sức căng bề mặt ( Còn gọi là lực nân mao dẫn) và tổng trọng lượng của cột nước dâng lên trong ống:

T.K.d.cosoc = yw.7ĩd2

_ 4T _

hk =——cosoc d.Ỵw

(1.6)

Trong đó

hk: Độ cao mao dẫn

Ỵw: Trọng lượng riêng của nước

d: Đường kính ống thùy tinh

T: Sức căng bề mặt, lấy gần đúng T = 0,075.10’3KN/m

oc: Góc nghiêng của sức căng bề mặt với thành ống

Từ điều kiện cân bằng (a) có thể rút ra trị số áp lực mao dẫn pk

Trong xây dựng cần chú ý hiện tượng mao dẫn, độ cao mao dẫn và tốc độ dâng lên của nước mao dẫn Nước mao dẫn sẽ làm cho đất ẩm ướt khiến sức chịu tải của nền và tính ổn định của mái dốc giảm Đối với những công trình nền ở vị trí thấp gần mực nước ngầm cần chú ý hiện tượng mao dẫn.

b) Nước trọng lực

Nước trọng lực tồn tại trong các lỗ rỗng của đất, chịu sự chi phối của trọng lực và tuân theo định luật Darcy, cần quan tâm đến các vấn đề sau đây của nước trọng lực

• Khả năng hòa tan và phân giải của nước

• Ảnh hưởng của áp lực thủy tĩnh đối với đất và công trình

• Anh hưởng của lực thâm

Pha khí trong đất

Neu các lỗ rỗng của đất không chứa đầy nước thì khí (thường là không khí) sẽ chiếm những chồ còn lại Căn cứ ảnh hưởng của khí đối với tính chất cơ học của đất, có thể phân thể khí trong đất thành hai loại:

• Loại thông với khí quyển

• Loại không thông với khí quyên

Khí thông với khí quyển không có ảnh hưởng gì đáng kể đối với tính chất của đất, khi đầm chặt khí này sẽ thoát ra ngoài

Khí không thông với khí quyển ( Bọc khí - Túi khí) thường thấy trong các loại đất sét Loại khí này có nhiều ảnh hưởng đến tính chất của đất, đặc biệt là tính thấm và tính đầm chặt của đất

§1.2 Các chỉ tiêu tính chất vật lý và trạng thái vật lý của đất

Các chỉ tiêu tính chất vật lý của đất.

Đất là sản phẩm của sự phong hóa đá gốc và gồm 3 pha vật chất: pha rắn, pha lỏng, pha khí Tính chất vật lý của đất phụ thuộc vào tính chất của 3 pha vật chất và tỷ lệ về số lượng giữa 3 pha vật chất này

Đẻ biểu thị định lượng tỷ phần của 3 pha vật chất họp thành đất, người ta thường dùng sơ đồ 3 thể để minh họa:

Hình 1.6: Sơ đồ 3 pha vật chất tạo thành đất

Các chỉ tiêu tính chất vật lý của đất có thê được chia làm hai nhóm

1 Nhóm các chỉ tiêu tính chất vật lý trực tiếp

Là các chỉ tiêu được xác định trực tiếp từ thí nghiệm trong phòng Các chỉ tiêu này bao gồm:

1.1 Khối lượng riêng tự nhiên của đất: ký hiệu p

2 Nhóm các chỉ tiêu gián tiếp

Các chỉ tiêu gián tiếp là các chỉ tiêu tính được thông qua các chỉ tiêu trực tiếp bằng các công thức tính đồi hoặc các liên hệ thồng qua mồ hình ba pha vật chất

Các chỉ tiêu gián tiếp bao gồm

2.1 Khối lượng riêng khô của đất: ký hiệu pd

pd là chỉ tiêu đánh giá độ chặt của đất đắp

2.2 Khối lượng riêng hạt Ps

2.5 Khối lượng riêng bão hòa (Psat)

Là khối lượng riêng của đất khi các lỗ rỗng trong đất chứa đầy nước

2.6 Khối lượng riêng đẩy nổi (p)

Là khói lượng riêng của đất khi bị ngập trong nước, các hạt đất bị đẩy nổi bởi lực đẩy acsimet

(đpcm)

Ví dụ 1.2:

Một lọaỉ đất có các chỉ tiêu tỉnh chắt vật lý trực tiếp được xác định là:

p - 1760 kg/m3; vv = 10%; ps = 2700 kg/m3

Yêu cầu: Dùng sơ đô 3 pha, xác định các chỉ tiêu pd , e, n, s và psat.

Bài giải

Với các bài tập dùng sơ đô 3pha đê xác định các chỉ tiêu tính chât vật lỷ của đât thì phải thực hiện điên tất cả các đại lượng trên sơ đô 3pha Các chỉ tiêu sẽ được tính sau đó theo công thức định nghĩa.

Thể tích (m3) olumeím3) Khối lượng (Mg) Mass (Mg)

Hình 1.7: Ví dụ sử dụng sơ đồ 3 pha để xác định các chỉ tiêu của đất

p = M^KJ247 + 160) + 1600 = 2070 (kg/m3)

1

Ví du 13:

Một ỉọaỉ đất có khối lượng riêng p = ỉ 700 kg/m3.

Yêu câu: tỉnh trọng lượng riêng của đât đó.

so bộ đã đánh giá đuợc loại đất nào dùng cho xây dựng sẽ tốt hon

4 Trạng thái và các chỉ tiêu trạng thái vật lý của đất rời

Đất rời là những loại đất có kích thuớc hạt lớn, chăng hạn theo TCXD Việt Nam thì các hạt có kích thước lớn là những hạt có đường kính từ (0,05mm + 200mm) Các loại đất này rời rạc không có tính dính Ví dụ các lọai đất cát

Trạng thái của đất rời có thể phân tách ra trạng thái độ chặt và trạng thái độ ẩm

emax • Hệ số rỗng của loại đất rời đang xét ở trạng thái xốp nhất

emin: Hệ số rỗng của loại đất rời đang xét ở trạng thái chặt nhất

e0: Hệ số rỗng của đất ở trạng thái tự nhiên

Đe xác định emax ta có:

e = max min -1

p T

p™n được xác định khi loại đất rời tơi xốp nhất Có thê tóm tắt thí nghiệm như sau: Cân một khối lượng cát khô Mi(gam), đố lượng cát này vào trong ống nghiệm có để sẵn một cánh khoáy Kéo cách khuấy lên để làm tơi cát, đọc thể tích cát V(cm3) trong ống nghiệm ta có

Đế xác định emin, tức là xác định hệ số rỗng của đất ở trạng thái chặt nhất, ta có

e min max

p Tp™ax được xác định ứng với đất rời ở trạng thái chặt nhất Đe xác định được thông số này, dùng một cối hình trụ bằng đồng có thể tích V(cm3) và đổ cát khồ vào đầm chặt, cân lượng cát khô này sẽ được khối lượng M1 (gam)

Thay p™ax vào công thức ở trên sẽ tính được emin

Nhận xét:

Khi eo = emin thì Dr = 1, đất ở trạng thái chặt nhất

Khi eo = emax thì Dr = 0, đất ở trạng thái xốp nhất

Trong khoảng Dr biến đồi giá trị từ 0 đến 1 thể hiện được sự thay đổi trạng thái độ chặt của đất rời từ xốp nhất đến chặt nhất Vì vậy trong khoảng 0-1 có thể phân ra 3 mức đánh giá độ chật

• Đất cát chặt vừa 0,67 > Dr > 0,33

4.2 Chỉ tiêu đánh giá độ ẩm của đất rời

Dùng độ bão hòa s để đánh gía độ ẩm của đất rời

Đất dính thường có các trạng thái sau: Rắn, nửa rắn, dẻo, chảy

Đối với đất dính, chỉ tiêu độ chặt và độ ẩm không thể tách rời vì khi độ ẩm tăng thì thể tích của đất cũng tăng lên, đồng thời sự thay đổi độ ẩm cũng quyết định đến sự thay đổi trạng thái của đất dính

Ket quả các thí nghiệm khi thay đối độ âm của đất dính

w (%)

Hình 1.8: Kết quả thí nghiệm khi thay đổi độ ẩm của đất dínhBiểu đồ biểu diễn kết quả thí nghiệm này cho thấy khi độ ẩm tăng thì đất dính chuyển dần trạng thái từ rắn, sang nửa ran, sang dẻo, sang chảy và nguợc lại

5.2 Giới hạn Atterberg và chỉ số dẻo

Giới hạn Atterberg là những độ ấm quá độ khi đất chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác

Độ ẩm quá độ này đuợc nhà khoa học Thụy Điển là Atterberg phát hiện ra vào năm 1911

Atterberg phân biệt ba loại độ ấm quá độ là giới hạn chảy, ký hiệu LL, giới hạn dẻo ký hiệu PL

và giới hạn co ký hiệu là SL Còn một số độ âm quá độ nữa là độ âm giới hạn dính ( Sticky limit) không trình bày trong phần này mà chủ yếu sử dụng trong các mục đích dùng đất khác

Các độ ẩm quá độ của đất đuợc xác định trong phòng thí nghiệm Có thể tóm tắt qui trình xác định các độ ấm giới hạn LL và PL nhu sau:

Đe xác định LL nguời ta dùng thí nghiệm thả chùy Vaxiliep hoạc thí nghiệm của Casagrande.Hình 1-9 là thiết bị thí nghiệm của Casagrande:

(from Holtz and Kovac, 1981)

Hình 1.9: Thiết bị thí nghiệm của Casagrande

Đe làm thí nghiệm này, mẫu đất được chế bị với độ ẩm sao cho gần với độ ẩm giới hạn chảy Cho đất vào trong bát của thiết bị, dùng dao cắt rãnh cắt một rãnh ngăn đôi đất trong bát Quay tay quay

đế bát đất gõ xuống bệ 25 lần Sau lần gõ thứ 25 rãnh cắt khép lại chỉ còn một đoạn khoảng 13mm Mang đất đi xác định độ ẩm và độ ẩm này là độ ẩm giới hạn chảy

Đe xác định PL người ta dùng thí nghiệm lăn đất thành dây đất Đất được chế bị tới độ ẩm gằn với độ ẩm giới hạn dẻo Lăn đất thành dây đất có đường kính khoảng 3mm và đứt thành từng đoạn dài

từ 3mm đến lOmm thì mang đi xác định độ ấm, ta được PL Trong trường họp dây đất có đường kính nhỏ hơn 3mm hoặc dính nhiều vào bàn lăn là đất quá ướt, vượt quá độ ẩm giới hạn dẻo Trong trường đường kính dây đất lớn hơn thì đất quá khồ Với những trường họp này đều phải làm thí nghiệm lại

Khi độ ấm của đất biến thiên trong phạm vi PL và LL thì đất thê hiện tính dẻo Tính dẻo là một đặc trưng quan trọng của đất dính và người ta thường dùng chỉ số dẻo, ký hiệu PI để biểu thị phạm vi dẻo

5.3 Chỉ tiêu đánh giá trạng thái của đắt dính

Dùng chỉ số sệt LI để đánh giá trạng thái của đất dính

LL-PLTrong đó: W: Độ ấm của đất ở trạng thái tự nhiên

• Làm cơ sở lựa chọn phương pháp nghiên cứu

• Đe có phương pháp sử dụng đúng đắn các loại đất với mục đích xây dựng

• Thống nhất tên gọi cho đất

Giới thiệu một số tiêu chuẩn phân loại đất điển hình

1 Hệ thống phân loại đất thống nhất uses

( Unified Soil Classipication System)

Hệ thống phân loại đất này do U.S.Burean of Reclamation đưa vao năm 1952 Hiện nay được dùng rất phố biến trên thế giới Theo cách phân loại này đất được chia làm 3 nhóm chính là đất hạt thô, đất hạt mịn và đất hữu cơ

• Đất hạt thô lại chia thành đất cuội sỏi (G) và cát (S)

• Đất hạt mịn chia thành bụi (M) và sét ( C), bụi hữu cơ hoặc sét hữu cơ

• Tiêu chuẩn phân loại sơ bộ

+ Cuội sỏi nếu hơn 50% hạt đọng lại trên sàng số 4 (4,76mm)

+ Cát nếu hơn 50% hạt lọt qua sàng 4 và hơn 50% hạt đọng lại trên sàng 200 (0,074mm)

+ Bụi sét nếu hơn 50% hạt lọt qua sàng 200 (0,074mm)

Biểu đồ phân loại đất theo uses (ASTM - D 2487)

majqa divisions SYMBOLS TYPICAL NAMES CLASSIFICATION CRITERIA

Cliyty fHtli, frMlUfid city fffl ilirftt

WHI^UnfuMimd fMlly Mftdi, Lili

* fir M liMt

Poorly frtdtd Modi «nd fittilyundi link ỘII» linti Silty iMdi und lih ffliKlufH

&s1

CM Ufldt, Mfto-iky HMiturt

ln#flrt< lllli, < *y undx rod Hour, iilty Of diyty lint Mndi Incfpnk cliyi of low to iiwdiuiH plalkily, pmlly tUyi, tlráy cỉlyỉ, lilty ckyt, km thyi

Orfmk 1ỈIU ind «fffMK

llhvd^iof lowplati’

É5■

Inorfklc illb, mkawwl

Of dittofflKttVI IỈM undl

Of lita, «Uftk HÌH

I nwpnk ckyi of Nfh ptoHldty Jtt dip Qrpnk dip of m»d"iRi

to hifh pbiUdty

Mt muek mdrtMNfNy Orftfik Kill

C * Dfl)Aho G,ww íhm * '°»'1

c •“ Bdiwwn 1 Afld 3

-Nat fflMtinf balh CíIlwrt hr Gw

Attwb

*rj limiti plot bitow HA“ Im

Of pfuticity mdcK Ini ihin 4

Altabrri lirnrti plutlir^ iftfatdwd «rụm boftalHW eituifbttiftr!i Itquif ftf UM of dual rymtoll

AttwUf 1 I mmIi ptol ihow "A" 1«

irid pinncity fcMfei frtiw thm Ĩ Ci/Df^Dtg GfNWthmS

c ■ —— htuMn 1 md ]

d10.d k

Hol HMlnf both criMru lor sw

Auwbnilimm ptot btlto "A' * lift *

Of platicily Pftd * K 1 *11 Ihln 4

AfWbtri limiti platting

m Mldwj VM * 1 bordidin» dtMifkitififi rtquirlni UH al dud

mMm 1

Amfb«|limiti plot Ibcw "A" lin«

•nd pỈHtklty iftdiJi fHtif th *n 7

60

SO

30

20i«

ftufikM »t A-M P i ■ OTM l L‘2O

A-Lim

10 20 30 4Ô So 60 70 80 ốo 100

Liquid Limit

ViwilAiinml IdffltHiatNn, Sa A5TM Dwffwtiw 0 2481.

Hình 1.10 Biểu đồ phân loại đất theo uses (ASTM-D2487)

1.1 Đối với Cuội sỏi và Cát

• Nếu có hơn 5% lọt qua sàng số 200 (0,074mm) thì có thể là GW, GP, sw, SP

Trong đó

G là cuội ( Gravel)

w là cấp phối tốt (Well)

p là cấp phối xấu ( Poor)

Ví dụ: GW đọc là cuội sỏi có cấp phối tốt, cần kết họp với hệ số cu, Cc để phân biệt

• Nếu có hơn 12% lọt qua sàng số 200 (0,074mm) thì có thể là GC, GM, SM, sc

2) Dụa vào biểu đồ dẻo ta có LL và PI nằm ở vùng CL

Vậy kết luận đất thí nghiệm là CL, đất sét có tính dẻo thấp

2 Hệ thống phân loại đất theo AASHTO

Hệ thống phân loại đất AASHTO co U.S.Breau of Public Roads đề nghị Có 7 nhóm phân loại chính từ A-l đến A-7 Những loại đất nằm trong nhóm là những loại đất có tính chất tương tự như nhau Nhóm từ A-l đến A-3 là nhóm hạt thô Từ A-4 đến A-7 là nhóm hạt mịn

Sự phân loại theo AASHTO dựa trên kết quả phân tích hạt qua các sàng số 200, 40, 10 và của các thí nghiệm chảy - dẻo Sự khác biệt giữa các nhóm hạt từ A-l đến A-7 thế hiện bằng chỉ số GI

Silt-Clay Materials (more than 35 per cent passing No 2001

per dent passing:

significant constituent

materials

Stone fragments -gravel and sand

Fine sand

Silty or clayey gravel and sand Silty soils Clayey soils

General rating as subgrade Excellent to good Fair to poor

'Classification procedure: With required lest data in mind, proceed from left to right in chart: correct group will be found by process

by elimination The first group from the left consistent with the test data is the correct classification The A-7 group is subdivided

into A—7-5 or A—7-6 depending on the plastic limit For PL < 30 the classilicatk n is A—7-6; for PL > 30, A—7-5.

Vậy đât thuộc nhóm A-2-6 và có cấp phối tốt.

3 Hệ thống phân loại đất theo TCVN.

Ở Việt Nam hiện nay đang tồn tại hai tiêu chuẩn phân loại đất là TCXD 45-78 và TCVN 5447-

1993 Tiêu chuẩn xây dựng 45-78 có phần phân loại đất và chia ra thành đất dính và đất rời Các giáo trình hiện hành phần lớn trình bày theo TCXD 45-78 để phân loại đất

TCVN 5447-1993 về cơ bản tuơng tự nhu tiêu chuẩn phân loại đất thống nhất uses Tuy nhiên, tiêu chuấn này chua đuợc dùng phổ biến Sau đây sẽ trình bày một số điểm chính của tiêu chuẩn TCXD 45-78

3.1 Phàn loại đất theo TCXD 45-78.

3.1.1 Phân loại đất dính theo TCVN 45-78

Đất dính được phân theo chỉ số dẻo Ip (hoặc A):

Ip=WL-Wp

Với quy định:

- Phân nhóm hạt theo bảng 1.1 (Bảng tra sinh viên)

- Dùng bộ rây tiêu chuẩn của Liên Xô

- Giới hạn chảy Wl được xác định theo phương pháp Vaxiliev với đất chế bị, hạt qua rây 0,1 mm

Tùy thuộc chỉ số dẻo, đất dính được phân theo bảng 3.1

a) Khi đất dính có chứa những hạt > 2mm thì tên đất trong bảng được làm rõ như sau:

Neu lượng chứa từ 12-25% khối lượng thì thêm từ “có”

Á cát có cuội (dăm), có sỏi (sạn)

Á sét có cuội (dăm), có sỏi (sạn)

Sét có cuội (dăm), có sỏi (sạn)

Neu lượng chứa từ 25-50% khối lượng thì thêm từ “pha”

Á cát pha cuội (dăm), pha sỏi (sạn)

Ả sét pha cuội (dãm), pha sỏi (sạn)

Sét pha cuội (dăm), pha sỏi (sạn)

b) Khi đất chứa trên 50% khối lượng những hạt > 2mm thì đất được xếp vào loại đất hạt thồ (bảng phân loại đất rời)

c) Đất dính còn bao gồm: đất bùn, đất lún ướt và đất trương nở Đất lún ướt và đất trương nở được xếp vào loại đất đặc biệt

Mỗi loại đất dính còn được làm sáng tỏ về khả năng chịu lực thông qua độ sệt của đất ghi trong bảng3.2

3.1,2 Phân loại đất rời theo TCXD 45-78 (nền nhà và công trình)

Đất rời được phân thành: đất hạt thồ và đất cát Mỗi loại được phân thành từng loại theo chỉ dẫn của bảng 3.3

Bảng 1.3

Đất hạt thô

đá lăn, đá tảng Lượng chứa hạt lớn hon 200mm trên 50%

Đất cát

đất cát lẫn sỏi Lượng chứa hạt lớn hơn 20mm trên 25%

đất cát nhở Lượng chứa hạt lớn hơn 0,1 Omm bằng và trên 75% (75%)

đất cát mịn ( cát bụi) Lượng chứa hạt lớn hơn 0,1 Omm dưới 75% (<75%)

* Dùng bộ rây tiêu chuẩn Liên Xô: 0,10; 0,25; 0,50; 2,0; 5,0; 10mm

** Tên đất được chọn theo thứ tự loại dần từ trên xuống dưới

Tính chất xây dựng của đất rời phụ thuộc vào độ chặt, cấp phối và độ ầm của đất Do vậy, đối với đất rời, ngoài tên đất, cần xác định độ ẩm, độ chặt và cấp phối của đất theo chỉ dẫn

Mức độ ẩm của đất rời được xác định theo bảng 3.4

Bảng 1.4

Độ chặt của đất được xác định theo hệ số rỗng e của mẫu đất nguyên dạng (bảng 3.5) hoặc độ chặt tương đối D (bảng 3.6)

Bảng 1.5 Phân loại độ chặt của đất rời theo hệ số rỗng

Bảng 1.6 Phân loại độ chặt của đất rời theo độ chặt tương đối D

Bài tập chương I

1) Một mẫu đất lấy từ một tầng đất nằm dưới tầng nước dưới đất có độ ẩm co = 44%, có tỷ trọng A

= 2,7 Hãy tìm: hệ số rỗng 8, độ rỗng n, trọng lượng riêng tự nhiên (cũng là trọng lượng riêng bão hòa vì đất dưới mực nước ngầm), trọng lượng riêng khô và trọng lượng riêng đẩy nổi của đất đó

2) Một mẫu đất có trọng lượng riêng tự nhiên ỴC0=18kN/m3, độ ẩm Cù=25%, tỷ trọng A=2,7 Hãy xác định trọng lượng riêng khô, hệ số rỗng và độ bão hòa của đất đó

3) Cho biết lm3 cát khô nặng 16,5 kN (Ỵk=16,5kN/m3) Cho cát đó bão hòa nước Biết tỷ trọng của cát A=2,65 Hãy xác định hệ số rỗng và độ ẩm của cát đó

4) Một loại đất có trọng lượng riêng tự nhiên ỴC0=17kN/m3 với độ ẩm co=15% Tính độ ẩm của đất sau khi đổ thêm vào lm3 đất đó 120 lít nước

5) Một loại đất có trọng lượng riêng tự nhiên Yro=17kN/m3 với độ ẩm co=15% Xác định trọng lượng riêng của đất đó khi có độ ẩm là 25% (Cho biết thể tích của đất không đổi khi độ ẩm của nó thay đổi, nghĩa là cho biết đất có Yk=const)

6) Thí nghiệm một loại đất cho kết quả: Giới hạn dẻo co=30, chỉ số dẻo A=20, tỷ trọng A=2,7 Hãy xác định hệ số rỗng và độ rỗng của đất đó ở giới hạn chẩy Cho biết khi đất đó ở giới hạn chấy thì xem như nó bão hòa nước

7) Làm thí nghiệm hai loại đất thấy chúng có cùng giới hạn chay (coCh=40% và C0d=25%) Nhưng loại đất thứ nhất và loại đất thứ hai có độ ẩm tự nhiên lần lượt là CO=45% và co=20% Hãy xác định tên đất và trạng thái của hai loại đất đó Loại nào dùng làm nền tốt hon?

8) Phân tích hạt một lượng cát khô khối lượng 300g Cân lượng hạt ở rây đường kính 0,5mm là 120g, lượng hạt ở rây đường kính 0,25mm là 90g Xác định tên loại cát đó? Cũng loại cát đó đem làm thí nghiệm nhận được 8max=1,2 và 8min=0,7 Hãy xác định trạng thái tự nhiên của loại cát đó Cho hệ số rỗng ở trạng thái tự nhiên của nó là 8=0,9

9) Xuất phát từ định nghĩa chứng minh các cồng thức sau:

1 + 6*

CHƯƠNG 2 TÍNH CHẮT cơ HỌC CỦA ĐÁT

Như đã trình bày trong Chương I, đất có các đặc điểm cơ bản được tóm tắt như sau:

• Tính rời, rỗng

• Cường độ liên kết giữa các hạt nhỏ hơn nhiều lần cường độ bản thân hạt đất

• Đất thường gồm 2, 3 pha (Rắn, Lỏng, Khí), tác dụng và ảnh hưởng lẫn nhau

• Dưới tác dụng của tải trọng , tính rỗng của đất thay đôi và do đó các tính chất cơ học của đất thay đổi theo

Tất cả những đặc điểm nêu trên tạo cho đất những tính chất cơ học điển hình, có thể phân biệt rõ rệt với các vật rắn liên tục như bê tông, thép :

• Tính thấm nước,

• Tính ép co và biến dạng kết cấu pha,

• Tính chống trượt ma sát

§2.1 Tính thấm nước của đất

I Khái niệm dòng thấm trong đất

Đất gồm các hạt phân tán khoảng rỗng giữa chúng liên thông với nhau nên nước có thể chảy tự

do bên trong khối đất

Trong môi trường rỗng như vậy, nước sẽ chảy từ vùng có áp lực cao tới vùng có áp lực thấp Vì vậy, có thê định nghĩa tỉnh thâm của đất là khả năng của đất cho nước đi qua.

Dòng thấm có thể là ổn định hoặc không ổn định, tương ứng với các điều kiện là hằng số hoặc biên đôi theo thời gian Trong Địa Kỹ Thuật, dòng thâm sinh ra trong trường ứng suât là dòng không ôn

định trong môi trường có lô rông thay đối theo thời gian.

Dòng chảy cũng có thê được phân loại thành một-, hai- hay ba-chiều Dòng thắm trong Địa kỹ

thuật thường được giả sử là một- hoặc haỉ-chỉều và điều này là phù họp với hầu hết các vấn đề thực tế.

Trong Địa kỹ thuật, tại các mức áp lực thông thường có thể bỏ qua các thay đồi khối lượng

riêng, nên dòng chảy của nước trong đất được coi như không nén được.

Dòng chảy có thể là chảy tầng, hoặc chảy rối Trạng thái quá độ tồn tại giữa dòng chảy tầng và dòng chảy rối

Trong hầu hết các loại đất, dòng chảy có vận tốc rất nhỏ nên có thể coi là dòng chảy tầng Do vậy từ hình 2.1, V tỷ lệ với i:

Phương trình này chính là định luật Darcy (sẽ xét kỹ hơn ở phần sau)

Hình 2,1: Các vùng dòng chảy tầng và dòng chảy rối (theo Taylor 1948)Phương trình Bernoulli dưới dạng năng lượng của một đơn vị trọng lượng (cho dòng chảy ổn định không nén được) (Thủy lực học):

Z1, Z2 - cao độ mặt cắt 1 và 2 so với mặt chuấn

Trong phương trình Bernoulli áp dụng giải các bài toán thấm cho đất:

Pỉ và P2 = áp lực gây ra cột nước áp lực = áp lực nước lỗ rỗng u, vì vậy cột nước áp lực tổng có thề viết lại:

Hình 2.3: Tốc độ thấm và tốc độ bề mặt trong dòng chảy đều (theo Taylor 1948)

Vận tốc vào Va và vận tốc ra Vd trong hình 2.3 đều bang V = q/A Do vậy V trong quan hệ này là

vận tốc mặt, đại lượng không thực nhưng thuận tiện trong kỹ thuật.

Vận tốc thấm thực là vận tốc thực của dòng nước chảy qua các lỗ rỗng Chúng ta có:

—- — — — n

Do 0% < n < 100%, vận tốc thấm thực luôn lớn hơn vận tốc bề mặt (vận tốc ra) Như vậy, Hệ

sô rông hay độ rông của đât ảnh hưởng đên dòng chảy của nước qua nó và do đó ảnh hưởng đền giá trị

hệ sô thâm của một loại đầt (k).

Hình 2.4: Mô hình của tốc độ thấm và tốc độ bề mặt của dòng chảy

(dòng chảy vuông góc với trang giấy)

Định luật Darcy

Hơn một trăm năm trước, kỹ sư thủy lực người Pháp tên là Darcy (D’Arcy, 1856) thông qua các thí nghiệm đã chỉ ra rằng vận tốc chất lỏng trong cát sạch tỷ lệ với gradien thủy lực, PT (2.1):

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng (trong cơ học chất lỏng) cho dòng chảy ổn định không

nén được, chuyển thành phương trình liên tục:

q - lưu lượng thấm trong đơn vị thời gian qua mặt cat A

(đơn vị: thể tích/thời gian, m3/s)V1,V2 - vận tốc tại mặt cắt 1 và 2

A1, A2 - diện tích mặt cắt 1 và 2

k - hệ số thấm Darcy, hoặc là hệ số thấm, k có đơn vị của vận tốc [m/s, cm/s] (bởi ỉ không có

thứ nguyên)

Một số yếu tố ảnh hưởng đến hệ số thắm (k):

• Đường kính hiệu quả, mức độ không đều hạt

• Tính phức tạp của hình dạng lỗ rỗng và các đường chảy qua các lỗ rỗng

• Độ bão hòa s

• Các đặc tính của chất lỏng; độ nhớt, đại lượng phụ thuộc vào nhiệt độ, và tỷ trọng

• Phạm vi thích dụng của định luật Darcy:

• Các thí nghiệm thận trọng cho thấy là PT 2.7 (hoặc 2.1) đúng cho một phạm vi rộng các loại đất khác nhau, đặc biệt là đất cát sạch

• Với sỏi rất sạch và khối đắp bằng đá cấp phối hở, dòng thấm có thể là rối và định luật Darcy không có giá trị

• Với các đất mịn (đất sét) khi gradi en thùy lực rất thấp, mối quan hệ giữa V và i là phi tuyến (Hình 2.5)

• Với đất sét Thụy Điển điển hình số mũ n có giá trị trung bình vào khoảng 1.5.

Tuy nhiên không có sự nhất trí hoàn toàn với khái niệm được chỉ ra trong Hình 2.5 Đoạn cong cùa đường v~ỉ thực tế không ổn định, khó xác định Hiện nay thừa nhận đường v~/ kéo dài cắt tại i0 (độ dốc thủy lực ban đầu) cho đất dính:

Hình 2.5: Độ lệch so với định luật Darcy được quan sát trong đất sét Thụy Điển (theo Hansbo 1960)

Hệ số thấm và phương pháp xác định

Hệ số thấm rất cằn thiết cho việc thiết kế các công trình kỹ thuật có sự xuất hiện của dòng thấm

Có thể xác định k bằng các thí nghiệm trong phòng và hiện trường.

• Thí nghiệm trong phòng: Sử dụng thiết bị máy đo thắm trong các thí nghiệm

- cột nước không đối (hình 2.6a)

- cột nước giảm dân (hình 2.6b)

• Thí nghiệm hiện trường: Thường sử dụng thiết bị bơm trong các thí nghiệm

- cột nước không đôi

- cột nước giảm dần

Trong khuôn khổ môn học chỉ trình bày các thí nghiệm trong phòng

1 Thí nghiệm cột nước không đồi:

Thê tích nước Q thu nhận được trong thời gian t là

Q - tổng thể tích nước thoát ra (m3) trong thời gian t (s)

A - diện tích mặt cắt ngang của mẫu đất (m2)

Hình 2.6,a

Ví dụ 2.1:

Mâu đất hình trụ tròn, đường kỉnh 7.3 cm và dài ỉ 6.8 cm, được thỉ nghiêm với thiết bị đo thấm cột nước không đôi Cột nước 75 cm được duy trì trong suôt thời gian thỉ nghiêm Sau 1 phút thí nghiêm, thu được tông cộng 945.7 g nước Nhiệt độ là 2(f c Hệ sô rông của đât là 0.43.

Yêu cầu: Tỉnh hệ số thấm theo cm/s.

hAt 75cmx41,9cm X1 minx 605 / min

2 Thí nghiệm cột nước giảm dần:

Từ định luật Darcy (phương trình 2.7), lưu lượng chảy ra là:

Qou, = kiA = k^A

Theo phương trình liên tục 2.6, qin = qout nên:

Trong đó: a - diện tích ông đo áp

A, L - diện tích và chiều dài mẫu đất

At - thời gian để cột nước trong ống đo áp giảm từ h 1 đến h.2

At = 90s