Giáo trình môn cơ học đất phần 1

̈ Các tác nhân tự nhiên này có thể là tác nhân vật lý, hóa học hoặc hóa sinh BAI GIANG: CO HOC DAT QUÁ TRÌNH CHUYỂN DỜI ̈ Đó là quá trình các hạt đất được chuyển dời từ nơi này sang nơ

Trang 1

BAI GIANG: CO HOC DAT

CƠ HỌC ĐẤT

(SOIL MECHANICS)

GIẢNG VIÊN: ThS TRẦN MINH TÙNG

98 NGÔ TẤT TỐ QUẬN BÌNH THẠNH Tp HCM

email: tranminhtung@tut.edu.vn

GIỚI THIỆU MÔN HỌC

1 ĐỊNH NGHĨA MÔN HỌC

CƠ HỌC ĐẤT LÀ MÔN HỌC NGHIÊN CỨU ỨNG

XỬ CỦA ĐẤT ĐỐI VỚI CÁC TÁC DỤNG CƠ HỌC,

VẬT LÝ

Ü Dự tính độ lún của nền móng công trình.

Ü Khả năng chịu tải của nền đất dưới công trình.

Ü Áp lực của đất lên tường chắn.

Ü Ổn định mái đất.

DỰ TÍNH ĐỘ LÚN CỦA NỀN MÓNG

CÔNG TRÌNH.

Trang 2

KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA NỀN ĐẤT

ÁP LỰC CỦA ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN

ỔN ĐỊNH MÁI ĐẤT.

Trang 3

2 VẤN ĐỀ CẦN PHẢI NGHIÊN CỨU

1. Bản chất vật lý của đất.

2. Ứng suất trong môi trường đất

ỨNG SUẤT TRONG MÔI TRƯỜNG ĐẤT

3 CÁC YÊU CẦU CỦA MÔN HỌC

1. THAM GIA BÀI GIẢNG ĐẦY ĐỦ.

2. THÍ NGHIỆM, BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐẠT YÊU CẦU.

3. LÀM BÀI TẬP

4. THI GIỮA HỌC KỲ

5. THI CUỐI HỌC KỲ.

6. ĐÁNH GIÁ: tham gia bài giảng + thi giữa kỳ 30%

(có thể kiểm tra 15 phút bất kỳ lúc nào), thi cuối kỳ

70%

Trang 4

4 TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. R.Whitlow, Cơ học đất NXB Giáo dục 1997 (bản

dịch tiếng Việt)

2. N.A.Xưtovich, Cơ học đất, bản dịch tiếng Việt của

Ngô Văn Định, Lê Aát Hợi, Vũ Công Ngữ, Hà Nội

1969

3. N.A.Xưtovich, Cơ học đất, (giáo trình rút gọn), bản

dịch tiếng Việt của Đỗ Bằng, Nguyễn Công Mẫn,

Moscơva 1987

4. Vũ Công Ngữ – Nguyễn Văn Thông, Bài tập cơ học

đất NXB Giáo Dục 1999.

5.JONH ATKINSON (1993) An introduction to the

mechanic of soil and foundations – Mc Graw – Hill

Book Company.

6.DAVID MUIR WOOD (1990) Soil Behavior And Critical

State Soil Mechanics - Cambridge University Press.

7 A M BRITO, M J GUNN (1987) Critical state soil

mechanics via finite elements – Ellis Horwood

Limited.

4 TÀI LIỆU THAM KHẢO

Chương 1BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA MÔI TRƯỜNG ĐẤT

1. SỰ HÌNH THÀNH CÁC LOẠI ĐẤT

Tất cả các loại đất đều được hình thành

do quá trình phong hóa, chuyển dời và

lắng đọng

Tùy vào điều kiện hình thành mà tạo ra

các loại đất khác nhau

Trang 5

QUÁ TRÌNH PHONG HÓA

̈ Là quá trình các lớp đá gốc bị

biến đổi thành đất dưới tác

dụng của các tác nhân tự

nhiên

̈ Các tác nhân tự nhiên này có

thể là tác nhân vật lý, hóa học

hoặc hóa sinh

QUÁ TRÌNH CHUYỂN DỜI

̈ Đó là quá trình các hạt đất được chuyển dời từ nơi này sang nơi khác dưới tác dụng của dòng nước, của gió hoặc trọng lượng bản thân …

SOIL AND ROCK CIRCLE

Trang 6

CÁC THÀNH PHẦN CẤU TẠO

CÁC HẠT KHOÁNG

1 Đất rời

̈ Đất hòn lớn

(cuội, dăm sỏi)

là đất có lượng

hạt có đường

kính d ≥ 2 mm

chiếm trên 50%

khối lượng

̈ Đất cát

a) Cát sỏi: là đất có lượng các hạt có

đường kính d ≥ 2 mm chiếm trên 25% khối

lượng khô.

b) Cát thô: là đất có lượng các hạt có

đường kính d ≥ 0,5mm chiếm trên 50%

khối lượng khô.

Trang 7

c) Cát trung: là đất có lượng các hạt có đường

kính d ≥ 0,25mm chiếm trên 50% khối

lượng khô.

d) Cát mịn: là đất có lượng các hạt có đường

kính d ≥ 0,1mm chiếm trên 75% khối lượng

khô.

e) Cát bụi: là đất có lượng các hạt có đường

kính d ≥ 0,1mm chiếm dưới 75% khối lượng

khô.

TÊN GỌI CÁC HẠT ĐẤT

̈ Những hạt có đường kính d từ 2 mm đến

0,05 mm gọi là hạt cát.

̈ Những hạt có đường kính d từ 0,05 mm

đến 0,005 mm gọi là bụi.

̈ Những hạt có đường kính d nhỏ hơn 0,005

mm gọi là hạt sét

2.Đất dính

Khi hàm lượng các hạt sét chiếm trên 3%

khối lượng hạt thô thì đất có tính dẻo

dính Đó là các loại đất cát pha sét, sét

pha cát hoặc đất sét

Môi trường đất là môi trường rời,

không có tính dính kết giữa các hạt

hoặc có tính dính kết yếu.

Trang 8

ĐƯỜNG CONG TÍCH LŨY THÀNH

PHẦN HẠT

Đường cong tích lũy thành phần hạt

(đường cong cấp phối) của đất là

đường biểu diễn quan hệ giữa đường

kính các hạt đất và phần trăm khối

lượng của chúng trong mẫu đất

Trang 9

êd 60 là đường kính cỡ hạt mà các hạt nhỏ hơn chúng chiếm

60% trọng lượng hạt.

30% trọng lượng hạt.

10% trọng lượng hạt

HỆ SỐ KHÔNG ĐỒNG ĐỀU

()(

60 10

2 30

D D

D C

curvature of

t Coefficien

c =

Ý NGHĨA CỦA HỆ SỐ KHÔNG

ĐỒNG ĐỀU K

ê Khi hệ số không đồng

đều K lớn thì đất không

đồng đều và ngược lại.

ê Khi K < (3 ÷ 4): đất có

các hạt đồng đều.

ê Khi K > (3 ÷ 4): đất có

các hạt không đồng đều ( )

6 3

1

) (

4 3

1

sands for

K and C

gravels for

K and C

soil graded Well

MỘT SỐ NHẬN XÉT VỀ ĐƯỜNG

CONG CẤP PHỐI

1 CCP càng dốc thì đất càng đồng đều và ngược

lại CCP càng thoải thì đất càng không đồng đều.

2 K càng lớn thì đất càng không đồng đều do đó

đất càng dễ đầm chặt hơn.

3 Dựa vào CCP ta xác định được các thông số

d 60 , d 30 , d 10 Từ các thông số này ta suy ra một số

chỉ tiêu về tính chất vật lý của đất như khả năng

đầm chặt, khả năng xảy ra hiện tượng cát chảy, hệ

số thấm, tính bi n d ng v.v

Trang 10

NƯỚC TRONG ĐẤT

Trong đất tồn tại hai loại nước có đặc điểm,

tính chất khác nhau:

NƯỚC MÀNG

MỎNG (NƯỚC LỖ RỖNG) NƯỚC TỰ DO

NƯỚC TRONG ĐẤT

1 Nước màng mỏng: Là nước bao bọc quanh các hạt

khoáng, nước này có đặc điểm là không hoàn toàn chuyển

động được dưới tác dụng của gradien thủy lực.

2 Nước tự do: Là nước nằm trong các khe rỗng của đất Có

ảnh hưởng rất lớn đến tính chất cơ học, vật lý của đất đặc

biệt là các loại đất dính

êNước tự do có thể chuyển động dưới tác dụng của gradien

thủy lực và sự chuyển động này tạo ra các dòng thấm

êNước tự do trong đất có hai dạng là nước mao dẫn và

nước bão hòa ngập trong đất.

HAI LOẠI NƯỚC TRONG ĐẤT

Trang 11

Nước tự do

h md

Mặt đất tự nhiên

HAI DẠNG NƯỚC TỰ DO

êĐối với đất cát h md khoảng từ vài đến vài chục cm.

êĐối với đất sét h md rất lớn có thể lên đến hàng

trăm cm

KHÍ TRONG ĐẤT

êKhông thông với khí quyển

êCó ảnh hưởng tới tính chất

của đất đặc biệt là tính biến

dạng của đất

êThông với khí quyển

êÍt ảnh hưởng tới tính chất cơ lý của đất

TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ PHÂN

Trọng lượng của một đơn vị thể tích hạt rắn

ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT

Tỷ số giữa trọng lượng nước chứa trong lỗ rỗng và trọng lượng của hạt rắn của đất

Trang 12

DUNG TRỌNG CỦA ĐẤT

n h

V V

G G

+

=

γ

DUNG TRỌNG HẠT KHOÁNG

V

G

=

γ

ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT

Công thức tính:

h

n

G G

W = 100%

Trang 13

2 ĐỘ RỖNG, ĐỘ ĐẶC, HỆ SỐ RỖNG:

TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ PHÂN

V e h

r =

=

Lỗ rỗng Hạt rắn

TÍNH m, n, e THEO γh, W, γ

100100

h h

01 ,

γ

e W V

e

1

1+e

e m

+

=

1

Trang 14

3 DUNG TRỌNG KHÔ, DUNG TRỌNG

BÃO HÒA VÀ DUNG TRONG ĐẨY NỔI

•Dung trọng khô của

đất “ γkh” là dung trọng

của đất khi độ ẩm của

đất W = 0 %.

) 0 ( =

+

=

n

r h

h kh

G

V V

e

+

= 1

γ γ

•Khi tất cả lỗ rỗng trong đất

được chiếm chỗ bỡi nước thì

đất ở trạng thái bão hòa,

dung trọng của đất lúc này

đạt đến giá trị dung trọng

bão hòa

h r

bh n h bh

V V

G G

+

= 1

γ γ

γ

•Khi mẫu đất được đặt trong

nước thì mẫu đất sẽ chịu tác

dụng của lực đẩy Acsimet,

làm cho dung trọng của đất

giảm đi Dung trọng này gọi

là dung trọng đẩy nổi của

h r

dn n h dn

V V

F G G

+

−+

=γ

Trang 15

4.ĐỘ BÃO HÒA

Độ bão hòa ‘Gbh‘ là tỷ số giữa trọng lượng của

nước chứa trong lỗ rỗng của đất và trọng

lượng của nước trong lỗ rỗng của đất khi đất

ở trạng thái bão hòa

bh bh

• G bh thay đổi từ 0 đến 1

+ G bh = 0 →đất không bão hòa nước.

+ G bh = 1 →đất bão hòa nước hoàn toàn.

• Độ bão hòa nước có liên quan đến một số tính

chất cơ học của đất đặc biệt là đối với đất cát.

Trang 16

Độ chặt của đất rời có ảnh hưởng rất lớn đến

tính chất cơ học của đất

Dựa vào hệ số rỗng e của đất rời người ta phân loại

đất rời thành những loại sau:

5 ĐỘ CHẶT CỦA ĐẤT RỜI:

ĐẤT

CÁT

CHẶT CHẶT VỪA XỐP BỜI RỜI

> 0,70

> 0,75

> 0,80

0,55 ÷ 0,70 0,60 ÷ 0,75 0,60 ÷ 0,80

Chặt

HỆ SỐ RỖNG e LOẠI CÁT

ĐỘ CHẶT CỦA ĐẤT RỜI

ĐỘ CHẶT TƯƠNG ĐỐI CỦA ĐẤT RỜI :

min

e e

e - hệ số rỗng của đất ở trạng thái xem xét

eMax, emin - hệ số rỗng của đất ở trạng thái

xốp nhất, chặt nhất xác định bằng thí nghiệm

theo các quy trình nhất định.

Trang 17

ĐỘ CHẶT TƯƠNG ĐỐI

CỦA ĐẤT RỜI

e = eMax→ D = 0: đất ở trạng thái xốp nhất.

e = emin→ D = 1: đất ở trạng thái chặt nhất.

* Cát xốp: D = 0,33 ÷ 0.

* Cát ở trạng thái chặt vừa: D = 0,67 ÷ 0,33.

* Cát ở trạng thái chặt: D = 0,67 ÷ 1,0.

* Cát ở trạng thái quá chặt: D > 1,0.

Độ chặt của đất cát e (trạng thái tự nhiên)

Mẫu đất cát nguyên dạng

Ở độ sâu lớn khó lấy mẫu đất cát nguyên dạng.

Xác định độ chặt của đất cát bằng các thí

nghiệm hiện trường

Thí nghiệm xuyên động SPT , Thí nghiệm xuyên

tĩnh CPT…

?

PHƯƠNG PHÁP LÈN CHẶT ĐẤT

̈ Khi đất được đầm chặt, thì khả năng chịu tải của

đất tăng lên, khả năng nén chặt của đất giảm, hệ

số thấm của đất giảm do đó trong xây dựng nền

móng người ta thường dùng phương pháp đầm để

cải thiện nền đất.

̈ Hiệu quả đầm chặt đất được đánh giá thông qua

dung trọng khô đạt được của đất sau khi đầm.

̈ Khi dung trọng khô của đất đạt được càng lớn thì

hiệu quả đầm chặt của công tác đầm chặt càng cao

Trang 18

Để đánh giá hiệu quả đầm chặt người ta dùng một

chỉ tiêu gọi là hệ số đầm chặt:

γk – dung trọng khô của đất sau

khi đã dầm chặt ở hiện trường.

γk Max – dung trọng khô của đất sau khi đã được đầm

chặt trong điều kiện tiêu chuẩn (ở phòng thí nghiệm).

Max k

kk

γ

=

̇Đối với mỗi loại đất có 1 giá trị độ ẩm gọi là độ

ẩm tối ưu Ứng với độ ẩm này khi đầm đất sẽ cho

dung trọng khô lớn nhất.

̇Giá trị độ ẩm tối ưu đối với mỗi lọai đất được xác

định bằng các thí nghiệm đầm chặt đất ở phòng thí

nghiệm.

̇Việc lựa chọn máy đầm hợp lý cũng là yếu tố quan

trọng làm tăng hiệu quả đầm chặt đất

ĐẦM LĂN BÁNH LÁNG

(SMOOTH WHEELED ROLLER)

̇Bộ phần đầm bao gồm 2 bánh tròn bằng thép rỗng

ruột Để thay đổi trong lượng của đầm người ta dùng

cát hoặc nước bơm đầy vào hai bánh Trọng lượng

của đầm từ 2000-54000kg

̇Sử dụng để đầm tất cả các loại đất trừ đất các loại

đất cát, cát bụi có độ đồng nhất cao.

̇Cường độ của tải trọng được xác định trên 1m bề

rông bánh lăng của loại đầm này là 1.7-17T/m

Trang 19

ĐẦM LĂN BÁNH LÁNG

(SMOOTH WHEELED ROLLER)

ĐẦM LĂN KẾT HỢP RUNG

SMOOTH WHEELED VIBRATORY ROLLER

̇Là loại đầm máy, trong lượng từ 270 đến 5000kg

Hiệu quả đầm chặt được cải thiện đáng kể nhờ tác

động rung.

̇Có tác dụng đầm chặt tốt đối với các loại đất sét

nặng và các loại đất hòn lớn đặc biệt là khi tần số

rung của bánh lăng là 2200-2400vòng/phút

̇Đối với các loại đất sét pha hoặc cát pha thì hiệu

quả đầm chặt đất sẽ tăng lên 2 lần Chiều dày tối

tối ưu của các lớp đất khi đầm là 200 mm

ĐẦM LĂN KẾT HỢP RUNG

SMOOTH WHEELED VIBRATORY ROLLER

Trang 20

ĐẦM BÁNH HƠI

PNEUMATIC – TYRED ROLLER

̇Loại đầm này có hai trục bánh xe, mỗi trục có từ

2 đến 5 bánh, trọng lượng của loại đầm này có

trọng lượng thay đổi từ 1000 đến 12000kg

̇Có thể thay đổi trong lượng của đầm bằng cách

chèn các vật nặng vào thùng xe.

̇Hiệu quả đầm chặt của loại đầm này có thể điều

chỉnh bằng cách bơm hơi vào các bánh lăn Loại

đầm này có tác dụng đầm hiệu quả đối với mọi loại

đất và đặc biệt hiệu quả đối với các loại đất dính

ẩm ướt.

ĐẦM BÁNH HƠI

PNEUMATIC – TYRED ROLLER

̇Giống như đầm lăng bánh láng nhưng ở trống lăn

người ta chế tạo thêm các các chân thép

̇Có hai loại đầm dạng này là loại tự vận hành và

loại vận hành dùng xe kéo.

̇Các chân thép có dạng hình tháp kích thước

100*75mm, với số lượng 64-88 chân thép/500kg

Loại đầm này chỉ dùng phù hợp để đầm các loại đất

dính trong điều kiện độ ẩm thấp.

ĐẦM CHÂN CỪU

(SHEEPSFOOT ROLLER)

Trang 21

̇Có kích thước nhỏ, nhẹ (khoảng 100kg) nên dùng ở

những điều kiện chật hẹp.

̇Bao gồm bộ phân tạo rung bằng máy Để đầm thì

phải có công nhân kéo di chuyển

̇Loại đầm này thích hợp đối với các loại đất rời ít

ẩm.

CÁC LOẠI ĐẦM RUNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY

(RAMMER AND VIBRATORS)

Trang 22

CÁC LOẠI ĐẦM RUNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY

(RAMMER AND VIBRATORS)

THÍ NGHIỆM SPT

1. Khoan đến độ sâu lớp đất cần thí nghiệm SPT.

2. Lắp đặt ống mẫu chuẩn vào cần khoan.

3. Đặt ống mẫu chạm vào đáy hố khoan.

4. Đóng ống mẫu chuẩn xuyên vào trong đất 15 cm

bằng búa tiêu chuẩn

5. Dùng búa tiêu chuẩn (trọng lượng 63,5 Kg, chiều

cao rơi 76 cm) đóng vào đất và đếm số lần đập

búa N để ống mẫu xuyên thêm vào đất 30 cm

6. Trị số N càng lớn thì đất càng chặt và ngược lại.

XÁC ĐỊNH TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT

CÁT DỰA VÀO CHỈ SỐ SPT

Rất xốp Xốp Chặt vừa Chặt Quá chặt

Trang 23

THÍ NHIỆM XUYÊN TĨNH

2r

P (KG)

Dùng lực tĩnh ấn chùy xuyên bằng kim

loại ngập sâu từ từ vào trong đất Đo

lực ép P và tính sức kháng mũi xuyên

Chặt vừa Chặt

Cát hạt mịn Cát hạt trung

Cát hạt thô

Độ

xuyên

sâu (m)

PHÂN LOẠI ĐẤT THEO GIÁ TRỊ CỦA

SỨC KHÁNG XUYÊN MŨI q (kG/CM2):

TÊN VÀ TRẠNG THÁI CỦA

ĐẤT DÍNH

Xác định trạng thái của đất dính dựa vào chỉ số dẻo I P

(Plastic Index), và độ sệt B.

Trang 24

+ Khi Wd ≤ W ≤ Wnh → đất ở trạng thái dẻo.

+ Khi W ≥ Wnh → đất ở trạng thái chảy.

+ Khi W ≤ Wd → đất ở trạng thái cứng.

+ Khi I P càng lớn → đất càng dẻo và ngược lại.

Người ta dùng chỉ số I P để định tên của đất.

+ Đất á sét (sét pha) I P = 17 ÷ 7

+ Đối với đất cát pha sét I p ≤ 7

TÊN VÀ TRẠNG THÁI CỦA

ĐẤT DÍNH

- Đối với đất cát pha sét:

+ Khi B < 0 → đất ở trạng thái cứng.

+ Khi B = 0 ÷1 → đất ở trạng thái dẻo.

+ Khi B > 1 → đất ở trạng thái nhão.

- Đối với đất sét và đất sét pha cát:

+ Khi 0 ≤ B ≤ 0,25 → đất ở trạng thái nửa cứng.

+ Khi 0,25 < B ≤ 0,50 → đất ở trạng thái dẻo cứng.

+ Khi 0,50 < B ≤ 0,75 → đất ở trạng thái dẻo mềm.

+ Khi 0,75 < B ≤ 1,0 → đất ở trạng thái dẻo nhão.

+ Khi 1,0 < B → đất ở trạng thái nhão.

TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT DÍNH

ĐỘ SỆT B (IL)

Bài 1: Cho 4 mẫu đất có các chỉ tiêu theo bảng

sau:

19,0 2,67

19,8

4

42,0 2,72

18,0

3

23,0 2,77

20,0

2

12,0 2,66

BÀI TẬP CHƯƠNG 1

Yêu cầu: Tính hệ số rỗng “e”, độ rỗng “n” độ bão

hòa “G bh ” dung trọng khô “γ k ”.

Trang 25

Bài 2: Cho 3 mẫu đất có các chỉ tiêu

theo bảng sau:

0,90 2,72

0,95

3

0,85 2,77

0,85

2

0,75 2,66

0,93

1

Độ bão hòa G bh

γh (g/cm 3 ) Hệ số rỗng e

Mẫu số

Yêu cầu: Xác định độ ẩm tự nhiên “W”, và dung

trọng tự nhiên γ

Bài 3: Cho 4 mẫu đất có các chỉ tiêu theo bảng sau:

Yêu cầu: Xác định tên và trạng thái của đất.

55,6 54,2

19,8

4

42,0 38,5

34,5

3

23,0 25,4

19,6

2

12,5 31,2

15,1

1

Độ ẩm tự nhiên W (%)

Độ ẩm giới hạn nhão W nh (%)

Độ ẩm giới hạn

dẻo W d (%)

Mẫu

số

Định dạng
Số trang	26
Dung lượng	1,31 MB