Ebook bài tập địa kỹ thuật phần 1

Phân loại đất theo mục đích xây dựng của tiêu chuẩn AnhCát: Hạt có d < 2mm chiếm hơn 50% Cuội lẳn sét hay lẩn ít bui Cuội chứa bụi Cuôi chứa sét Cuội chứa nhiều bụi Cuội chứa nhiều sét C

TRẦN THANH GIÁM

BÀI TẬP ĐỊA KỸ THUẬT

Ợ ái b ả n ì

NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG

LỜI NÓI ĐẦU

Citốn B à i tập Địa k ỹ th u ậ t này írìỉỉh bày ĩỏm ĩắt ỉìlìữn% nộ: đung c ơ bản nlỉấĩ, những

cíìéư CÓI lòi vê liỉìlì chất Cỉía (lất và íỉôỉìí! ilìấm nước dưới dù ĩ, những chi íiếĩ vẻ thí nghiệm vù xử lý so liệu khi ỉiến liàỉìlì ĩhí nghiệm ở troníỊ phònạ và đặc biệt là thí nghiệm bầỉií* máy nén 3 trục Citổỉĩ sách yổttĩ cúc nội dung vé íính chất cơ - lý của đấĩ, các bài toán vé độnq lực nước dưới đất, dồnq thăm ổn định và dònẹ thấm không Ổn định (bài toán tlỉủo khỏ h ố mónq, hiện tượníỊ cáĩ chảy vả xói ngấm, tính toán thấm vào công trình thu nước nằm niỊcmg và các íỊỉếnỉiỊ khai íìiác nước nsịám); các lì \'ử lý s ố liệu của m ộ t s ố phươỉỉíị pháp thí nghiệm hiện irườìiạ Kèm ĩheo các nội dung có ĩính chất nâng cao và

m ở rộng kiến thức lủ các ví dụ có lời ỉỊÌải chì úếĩ (106 bải qidì), ĩhuận tiện cho việc áp dụnỉỊ kiến thức sinh YÌẺỈI dã được học N goài ra, còn có các bải ĩặp (66 bài tập) đ ể bạn đọc tự luyện tập và à cuối sách có đáp sô đ ể tiện việc dối chiếu, Đ áy lả d ạng các bài toán thường íỊập tronsi íhực tể và ca k/ii cẩn xử lý Sỡ liệu thí nghiệm.

Tài liệu Cilỉìiị nhấm bổ sung chi) plhìn lý tlìiivết của cuốn Địa kỹ thuật, đ ã được nhà xuất bản Xây dựng ấn lỉùỉilì năm 1999, góp phán hệ thôhg hoá a k kiến thức cơ bán nhất

vé Địa kỹ thuật, l u m chinh ỉhờVi (líưnụ.ị írỉuh môn hực ‘V ịíỉ chút {'ông trình và Địa chất ĩhuỷ văn Vì vậyt dổi tưựỉiịị mù sách phục vụ lả sinh vién các niỊÙnh công ĩrình xây dựng: Dân clỉiỉìg vá cởtìịỉ nghiệp, Cầu ííườiìq, Công trình Tlutỷ,., cúc siỉỉh viên ngành Đ ịa kỹ íììiiậĩ vù lã íài liệỉi tham khau cho các kỹ sư xây diữtg.

Chútìg tôi hy vọng ciiổn sách dem dến nhiều diêu h ổ ích cho bạn đ ọ c Đ â y là m ột lĩnh vực rộng lớn vù phức tạp mà khá tỉănq lại có hạn nên Cỉtốt: sách không tránh khỏi những hạn chế, rất mong nhận dược nhữnq V kiến nhận xéí quý báu của các đ ổ n g nghiệp

và bạn đ ọ c N hân đây, chúng ĩỏi xin bảy Ịỏ sự cảm ơn chân ỉlìành về sự kh u yến k h íc h ,

giúp dỡ của Nhà xucít hơn Xây dựng, Trườnq đại học Xây dựng và các bạn đồng nghiệp

đ ể cuổn sách sớm ra mắĩ bạn dọc.

Tác giả

số loại đất còn chứa các hợp chất liữu cơ và khoáng hữu cơ, chúng có ảnh hưởng đến tính chất cơ - lý tính chât đối với nước và tính chát xây dựng của đất.

Các hạt đất có thế khác nhau vé thành phần khoáng vặt, độ lớn và độ đ ồng đểu của hạt, hình dạng và mức độ tròn nhẩn Đây là các yếu tố quan trọno để đánh giá tính chất cua đất.Vì vậy, việc phàn loại đất iheo độ lớn và hình dạng hạt là cần thiết và m ang ý nghĩa thực tế quan trọng

/ / / Phân ííí/i llú n h pỉi.ĩii lìíiỉ , iií!í(iíì

Một loại đất thường chứa nhiều cỡ hại Phân tích thành piàần hạt c ủ a đ ấ t đế tìm cỡ hạt ch iếm ưu thố trong dái kích thước hạt của đất, xác định hảm lư ợ n g % khối lượng (đất sấy khô) cứa lừng nhỏm hạt có đường kính bằng và gán bằng n h a u tro n g mỗi

loại đất T ập hợp hàm lượng các cữ hạt của rnột loại đất gọi là c ấ p p h ố i h ạ t của loại

đất đó

Phươiìi> p háp phùn lích thành phán hạt: Đối với đất phân tán thô (đất loại cát) dùng

sàng tiêu chuẩn (TCVN4198 - 95 hoặc TC Anh BS1377); Đối với đất chứa hạt có đường kính đ < 0,1 mm chiếm hơn 10% thì phải dùng thêm phương pháp phân tích bằng tỷ trọng kế Kết quá phân lích thành phần hạt của đất thườno được trình bày dưới dạng

Đường COIÌÍỊ cấp phổi hạt Đườrm cona cáp phối hạt dược thành lập dựa vào hệ trục toạ

độ nửa Logarit Truc tunu biếu ihị hàm lưọ'112% khối lượng lích luỹ của các nhóm hạt,

trục hoành biếu thị đườiìíi kính (1 (mm) hạt ờ dan° led xem hình 1 -1.

Khi lập hệ trục toạ độ nõn dối đườna kính hạt từ dạng thập phân ra số nguyên, rồi mới lấv lgd Mối khoáim dườim kính: 0.01 - ^ 0 , 1 ; 0 , 1 ->1.0 và 1,0 —> lOinm lấy độ dài

b ằ n g 4 c m t r ẽ n t rúc l s d x e m ( b á n u 1 1).

90

10 j%

Đất loại sét có cấp phối tốt: K t > 5,0

+ Hộ số cấp phối (theo ASTM):

d 10^60Đối với sói sạch có cấp phối tốt khi KL, > 4 và Cg = 1 - 3

Đối với cát sạch có cấp phối tốt khi K(J > 6 và Cg = 1 - 3

+ Tính sơ bộ hộ sỏ thấm của đất theo công thức kinh nghiệm cùa Hazen:

Trong đó: CH = 400 - 1200 và t° - nhiệt độ của nước

1.1.2 Phân loại đất theo tiêu chuẩn Việt N am và các nước khác.

Bảng 1-2 Phàn loại các nhóm hạt đất

Theo tiêu chuẩn Việt Nam Tiêu chuun của My, Anh, Đức Tiêu chuẩn của Pháp

Tênnhóm

nhóm hạt

cạnh

Góccạnh

nhóm hạt (mni)

0,05 ~ 0,01 Bui hạt to 0,06 - 0,02 Bụi hạt 10 0,02 - 0,002 Hạt bụi

0,01- 0,005 Bụi hạt nhỏ 0.02 - 0,006 Bụi hạt vừa

0.005 - 0,001 Sét hạt to 0,006 ~ 0,002 Bụi hạt nhỏ

0,00 Ị -0,0001 Sét hat vừa

<0.0001 Sét hạt nhỏ < 0,002 Hat sét < 0,002 Hạt sét

Bang 1-3 Phân loại đâí cát theo hàm lượng thành phần hạt (TCXD45-78

Bảng 1-4 P h àn loại đất dính theo hàm lượng hạt sét và chỉ sỏ dẻo

Tên đất i Hàm lượng% hạt sét Chí số dẻo Ij (Pỉ)Đất cát pha Hàm lượng hạt sét: y yc ~ 10% 1 < Id < 7

Đất sét pha \ Hàm lượng hạt sét : 10% - 30% 7 < I d < 17

Đất sét ! ] làm lượng hạt sét: > 30% 17 < Iu

ì 1 3 Plìủti loại đ ấ t theo ỉiêu c/ìiiẩn cua H o a K ỳ vù Vtù/tiiỊ q uố c Anh

B ảng 1-5 Hệ tống phàn loại đất thòng nhát (USCS - ASTM : D.2487)

có hat nhỏ

C1P

Sỏi cuội cấp phối kém sỏi cuội tản cát,

Ít hoặc không

có hạt nhỏ

G\r

Cuội sòichứa hạt I

ỉ

nhỏ I(hạt nhỏ ' -dáng

Tuytheo hàm Urợns hạt nhỏ hơn mắt sàniĩ N"200 dat được chia ra;

Các giới hạn Wkh w ,, thấp hơn đường A hoặc Id < 4

Các giới hanWlh w , h thấphơn đườns B

và lj > 7

Các mới hạnAtterbcĩiỊ trên dườiììi

B ỈJ trons khoáng

4 - 7 cán

có tên kop

Phân loại chính Ký hiệu Tên điến hình Tiêu chuẩn phàn loại theo phòng TNĐất

có hạt nhó

sw

Cát cấp phối tốt, cát lẫn sói, íl hoặc không có hạt nhỏ

***) 5r/f đến

12%: Phải dùng tẽn gọi kép

K u > 6 Cg = 1 ~ 3

SP

Cát cấp phối kém cát lán sỏi,

ít hoặc không có hạt nhỏ

Không dạt các chí số yêu cầu cho loại sw.

Cát có chứa hat nhò

SM\-Cát chứa bụi (đ 11 như trong loại GM)

Các giới hạn

Wj, Wci ở trên đường B hoặc Id<4

Vùng có gạch chéo

Id trong khoảng

4 - 7 và

có tên kép

sc

Cát pha sét, hỗn hợp cát sét

Cảc giới hạn

w ch Ở trên đường B, Ij >7

Bụi hưu cơ, sét lán bụi hữu

cơ, độ deo ihấp

Bụi vô cơ, cát nhỏ

nhiều mi ca, diatômit

đất bui đàn hổi

Sét vố cơ độ dco cao, béo

Sét hữu cơ dộ dẻo vừa đến cao, bui hĩru cơ

Pt Than bùn hoặc các chất

có hữu cơ cao

Hiếu dồ tính dẻo

50 40 30

/ OH&MN

ÌCM

/

ự ML&OL2Q 40 60 80 w ch

Bảng 1-6 Phân loại đất theo mục đích xây dựng của tiêu chuẩn Anh

Cát:

Hạt có

d < 2mm chiếm hơn 50%

Cuội lẳn sét hay lẩn ít bui

Cuội chứa bụi

Cuôi chứa sét

Cuội chứa nhiều bụi

Cuội chứa nhiều sét

Cát lẫn sét hay lẫn ít bụi

Cát chứa bụi Cit l ẫn sét

G-MG-FG-C

OMGFGC

Các nhóm phụ và nhận biết trong phòng thí nghiệm

C Ỉ P C

CỈML, GCỈ GCI, C.CH, GCV GCE

Tên đất

Cuội cấp phối tốtCuội cáp phối xấu: đồng nhất hoăccách quãng

Cuội lẫn bụi, cấp phối tót/ xấu Cuội chứa sét cấp phối tốt/ xấu

Cuội nhiểu bụi chia như cho GCCuội nhiều sét, SCI tính deo tháplình deo vưa

T í n h í i ẻ o r a o

Tính dẻo rai caoTính d e o CƯC c a o

Cát cấp phối tốtCát cấp phối xấu/đổng nhất hay cách quãng

C át lẫn bụi cấp phối tốt/xấu Cát chứa sét cấp phối tốt/xấu

Báng 1-6 {Ịlép ĩheo)

Các nhóm đất ịạhi chu ỉ) Các nhóm phụ và nhận biết trong phòng thí nghiệm

Kí hiéu Kí hiẽu Hat min Giới hanCuội và cát, cỏ thể còn phân ra

cuôi chứa cát và cát chứa cuôi

Cát nhiều sét, sét tính dẻo thấpTính dẻo trung bình

Hui và Sct Bui chứa cuôi

Đát hạt

mịn:

hạt nhỏ hơn

hoặc cát, hạt mịn:

5% - 65%

CHGCVG

< 3 5

35 - 50

Sét có tính dẻo thấp Tính dẻo trung bình

Ghi chú:

Chừ “O ” chí đất hữu cư VI du: MHO là Bụi hữu cơ co tinh deo cao;

1- Khi mô tả thường cho ten của nhom dất, nêu Yêu cáu thì thêm vào kí hiệu của nhóm;

2- Ký hiệu nhóm, phụ nhóm phai đế trong ngoặc dơn khi không xác định dất trong phồng thỉ nghiệm, như (GC);

3- F - kí hiệu đất hạt mịn; M - haí bui; c - đất sei khi không yêu cẩu hay không thc phán biệt giữa chúng;

4- Chứa cuội nếu hạt cuội chiếm trẽn 50r r; chứa cát nếu hạt cáỉ chiếm trên 50%;

5- Bụi (đất M): M được vẽ ờ dưới đường A có phạm vi deo hạn chế liên quan đến giới hạn chảy của chúng và độ dính tương dối thấp Đất hạt mạn loai này gồm các cờ hạt sạch và bui ilá Đất chứa nhiều mica và tảo, đá bọt và đất núi lửa đất chứa haloizit;

Tên thay thế "đất M" để tránh nhầm lản với vặt liệu chính có cờ hạt bụi, loại này chí là một

bộ phận của nhóm Trên biếu đổ tính dẻo, đất hữu cơ cũng thường được vẽ ờ dưới đường A khi chúng được đặt tên là Bụi hữu cơ: MO

6- Sét (đất C): c dược vẽ ở trên đươns A và hcàn toàn déo trong mối quan hệ với giỏ! hạn chảy của chúng

*) Trích từ tiêu chuẩn Anh: BS5930 Khảo sát khư đất xáy dựng

1.2 C á c ví dụ

V í d ụ I - L Phân tích thành phán hại cứa đất bằng phương pháp sàng, theo TCVN419S-(J5,

được kết quả như sau (bảng \ - l ).

H ãy vẽ dường conịi cáp phoi hại, xác dịnh: il|0 ; d ì() ; ả()0 ; íẻn loại cát và cỉánli giá

thành phần hạt của cát theo giá irị K u và Cr

Bảng 1-7 Kết quả phân tích thành phẩn hạtHạt đất có d, mm <0,1 0.1 -0 ,2 5 0,25 ~ 0.5 0 5 -1 ,0 1 ,0 - 2,0 2 - 5 5 - 1 0

B ài giải:

1- T rước tiên tính hàm Iượno% khối lượns từng nhóm hạt của từng mẫu riêng }iệt

M ẫu N°1 có tổng khối lượno dâì là M = 395.0 R vàr/f khối lượng của từng m óm

là: n, = — x ioo = 0 , 2 10>; n, = 4 = - x 100 = 0 8 1 ^ : tương tự ta có: n, = 1,(1%:

n4 = 10,73% ; n 5 = 2 6 ,4 3 f c; n(, = 5 1 3 - và 117 = 9,47% Các kết quả tính được ịhi ở

b án g 1-8

Hình 1.2, Biếu đồ dưừtiạ conạ cấp phối hạt (ví dụ 1-1)

3- Các giá trị d | (), d 30, d6(), K(J và Cg và phân loại đất như ớ bảng 1-9

Bảng 1-9 Kết qua xác định tên đát và các đãc điểm của ch ú n g

0,92 3,41 0,85 Cát hạt thồ (d > 0.5mm chiếm > 50%), cấp phối tốtN“3 0,13 0.18 0,28 ị 2,15 i 0,89 Cát bụi (d > o.ỉmm chiếm > 75%), Cấp phối rất tốt

V í d ụ 1-2 Phân tích thành phần hạt của một loai cáí bằng phưong pháp sàng theo tièu

c h uẩn A nh - BS5930 đượic kết quả ghi trong bảng 1-10

Bàng 1-10

Kích thước hạt, d

mm <0,1 0.1 -0,25 0.25-0,.: 0,5 - 1,0 1 - 2 2 - 4 4 - 10 > 10

H ãy vẽ đường cong c ấp phối hạt, xác địah tên đất và các giá trị của d 10< d 30, d60, hệ sô'

k h ô n g đều của mẫu cát này

Bảng 1-11 H à m lượng% từng nhóm h ạ t và hàm lượng% lần lượt cộng dồn

Nhóm hạt có đường kính d

(mm) <0,1 <0,25 < 0,5 < 1,0 <2 < 4 < 10 > 10

Hàm lượng lần lượt cộng dôn 2.5 7,5 37,5 62,5 77,5 87,5 95 100

T ừ đường cong cấp phối hạt (hình 1.3) ta xác định được:

+ Đường kính hạt lớn nhất ứng với hàm lượng cộng dồn chiếm 10% lạ: d 10 = 0,28mrn; + Đường kính hạt lớn nhất ứna với hàm lượno cộns dồn chiếm 30% là: d60 = 0,37m n; + Đường kính hạt lớn nnât ứng với hàm lượng cộng dồn chiếm 60% là: d60 = 0,9mm

kém vì c < 1, loại p Các hạt có đường kính lớn hơn mắt sàng N°4 (4,76m m ) là

12,5% < 50% Hạt nhỏ hơn mắt sàng N°200 (0,(P4mm = 0,1 m m ) ít hon 5% V ậy đây là

cát, kí hiệu: SP

Hình 1-3 Biểu do íÍKừng cong cấp phổi hạt ( vi (lự 1-2)

V í d ụ 1-3 Phân tích một mẫu đất cho kết quả sau dây (báng 1-12) Hãy vẽ đường

cong cấp phối hạt và phân loại đất

Bảng 1-12Đường kính mắt sàng (I (mm) 37,5 28 20 14 10 6,3 5,0 3,35Lượng lưu trên sàng (g) 45,9 26,2 32,7 40,2 48,8 112,0 22,5 69,4Đường kính mắt sàng d

Lượng lưu trên sàng (g) 58,4 43,4 20,9 10,3 9,1 5,6 4,7 7,2

Bài giải:

Trước tiên hiệu chỉnh khối lượn Sỉ còn lại để tính ti lệ% khối lượng còn lại và q u a sàng với tổng khối lượng mẫu đất (m = 3274g) Các nhóm đất và kết quả tính được ghi ở bản« 1-13

Bảng 1-13

Cơ rây,mm

hoặc (.im

Khối lượng còr lại (a)

Khối ] ƯỌH2 còn lại

Ị đã được hiệu chỉnh (e)

9( còn lại trên rây

% qua rây

Vẽ đường cong cấp phối hat trên hình 1-4 Từ đường cong xác định các giá trị:

+ Cuội sỏi chiếm 61% (cuội nhò 48%); cát chiếm 32% và hạt mịn chiếm 1% Vậy

đây là đất “ Cuội nhiều cát chứa bụi” cáp phối tốt, ký hiệu dất (ÌW M (vì hạt mịn nằm

B à i 1-1 Hãy vẽ đường cong cấp P'hối hạt dựa vào kết quả phân tích thành phần hạt

được nêu ớ báng 1-14 Xác định các giá trị: d 10; d 30; d6ũ; KL); Cg; tên loại đất và đ án h giá

B à i 1-2 Phân tích thành phần hạt của một mẫu đất được kết quả nêu ở bảng 1-15

Hãy vẽ đường cong cấp phối hạt, xác định tên đất và các giá trị: Ky , Cg của đất

B à i 1-5 Các sô liệu ghi được dưới đây khi phân tích thành phần hạt đất Hãy vẽ

đường COI1ÍÌ cấp phối hạt, các đặc trưng của đất và phân loại đất theo tiêu chuẩn Anh

Cỡ sàng (mm) -.4 10 6,3

+ Giơi đ oạn 1 Sàng lồ vừa, sàng khô và ướt, mẫu có khối lượng: 574,5g

+ G iai đ oạn 2 Sàng lỗ nhò, sàng khô và ướt mảu phụ khối lượng 168,2g.

Khối lượng trên sàng (g) 4,5 14,5 24 27,2 14.1 2,5 3.3 3,1 2,1 7,6

K hối lượng qua sàng 6,3^171 ỉà 63,7g

+ G iai đ oạn 3 Phân tích tiếp bẳng lắng đọng khối lượng 63,7g dất này.

§2 T ÍN H CHẤT VẬT LÍ CỦA ĐẤT'

2.1 T ó m tát lí thuyết

2 / / C ác đặc trưng về khối lượng của dất, dú.

T rong điều kiện tư nhiên, đất đá thường gồm 'S thể: thể rắn (các hịit rắnV thọ Ịộntĩ và

thể khí K hi đất đ á no nước nó gồm 2 thể: thể rán và thô’ lỏng Có thể dùng sơ đo rnô phỏng 3 thể của đất để làm rồ các khái niệm về các đặc trưng tính chất vật lí của đất đá (hình 1-5)

m„ - khối lượng hạt đất (hạt ran);

m„ - khối lượng nước trong 16 rỗng

Hình i-5 Sơ đổ 3 pha của đất

m = m s + m n - khối lượng đất đá (khối lượng khí bỏ qua)

Các chỉ tiêu tính chất vật lí đặc trưng của đất thay đổi theo thành pliđn và hàm lượng các thể trong đất đá Sau dây sẽ đề cáp đến các chí tiêu tính chất đặc trưng đó

/ K h ố i lượng r iên q của dut clá ( ỵs hoặc p s ì, là k h ố i lượ ng t r o n s m ộ t đ ơ n vị thè tí ch

Ys = -

\

Khối lượng riêng của đất đá thay đổi trong phạm vi hẹp: 2.6 ~ 2,8 g /c m 3

2 K hói lượníỊ th ể tích (dung trọnq) íự nhién của đất đá t Ỵw, p w), là khối lượng đất đá

trong một đơn vị thể tích đất đá ở trạng thái tự nhiên

4 K hối lượng th ể tích (dung trong) đay nổi ( Ỵd J , là khối lượn? thể tích của đất có kể

đến lực đấy nổi của nước, do đất nằm dưứi mirc nước ngầm

^ = = _ n ) g/CI113, k N /m 3 (1-8)

y i tl.ll

5 Khối lươn {ị th ể tích (dung trọuiị) đất nơ nước (ỵl M), là khối lượng trong m ột đơn vị

thể tích đất no nước (bão hoà nước hoàn r.oàn)

V

2.1.2 Cúc dạc trưng \’ề trợníỊ thái ấm của đất, đá

ì Đ ộ ẩm lự nhiên của dđi, đá (W), là tỉ số% khối lượng nước có trong đất ở trạng thái

tự nhiên và khối lượnc hat đất

m s

w thường được xác định bằno thí nghiệm, đôi khi được biểu thị bằng phần đơn vị

2 Độ bão hoủ của đất, clá (G), là tí số giữa the tích nước trong lỗ rỗ n g và thể tích

lỗ rỗng

3 C ác độ ẩm giới hạn của đất loại sél (đất phân tán mịn)

a) Đ ộ ẩm giới hạn dẻo (W d; PL - plastic limit), là độ ẩm tại đó đất xáo động chuyển

từ trạng thái nửa cứng sang trạng thái dẻo hay độ ẩm giới hạn dưới của trạng thái dẻo

Đ ộ ẩm w d được xác định băng phương pháp vê đất bằng tay

b) Đ ộ ẩm giới hạn chảy (Wch; LL - liquit limit), là độ ẩm tại đó đất chuyên từ trạng

thái d ẻo sang trạng thái chảy, hay đó ẩm giới hạn trên của trạng thái dẻo

Đ ộ ẩm w d và W ch thường được gọi là giới hạn Atterberg Để xác định độ ẩm w h cỏ thể d ù n g phương pháp Casagrande hoặc phương pháp chuỳ thăng bằng Vaxiliep nặng

76g, góc ở m ũi chuỳ a = 30° tự lún ngập vào bát đất lơmin sau thời gian 5 giây Cũng

có thể d ù n g chuỳ nặng 80g, góc ở mũi a = 30° sẽ ngập vào trong bát đất 20mm sau 5

giây Phương pháp xác định Wch theo tiêu chuẩn Việt Nam thường có giá trị thấp hơn tiêu ch u ẩn H oa Kì khoảng 3% (theo phương pháp Casagrande)

c) Ỹ nghĩa thực lế của chỉ sò deo vầ dộ sệt

C h ỉ sô dẻo (Id, hay IP - Inidex Plastic), là hiệu của độ ẩm giới hạn chảy và độ ám giới

B < 0 Trạnẹ thái cứng

0 < B < 0,25 Trạng thá i nửa cứníĩ 0,25 < B < 0,50 Trạng thá í déo cứng 0,50 < B < 0,75 Trạng thấ í deo mém 0,75 < B < 1,00 i Trang thá 1 deo chay 1,00 < B ị Trans thá “ & 1 cháv

Bảng 1-19 Phàn loại trạng thái và độ bén chống cát

khòng thoát nước cúa đất loại sét

Giá trị N,„ của SFĨ Trang thái của đất kN/m2 (gần đúng)

4 - 8 Trạng thái aẻo cứng, cứng vừa 4 0 - 7 5

Thường đán h giá tính :iứt nẻ trên bề mặt của đất đá cò diện tích từ 4 ~ 8 m 2 Phàn loại mức độ nứt nẻ của đất đá như bảng 1-20.

Bảng 1-20 Phân loại độ nứt nẻ của đất đáNứt nẻ yếu - Kn < 2 %; Nứt nẻ rất mạnh - Kn = 10 ~ 20%;

Nứt nẻ trung bình - Kn = 2 - 5c/c\ Nứt nẻ đặc biệt mạnh - Kn > 20%

Nứt nẻ mạnh - Kn = 5 - 10% ;

5 Đ ộ c h ặ t tương đối ( D), được tính theo công thức sau:

D _ ( n M- n ) ( l - n m) _ e M - e ( n M- n m) ( l - n ) e M - enBảng 1-21 P hân loại t r ạ n g thái chạt của cát

Cát hat vừa Cát hạt nhtò Cát chứa bụi

Cát chặt Cát chặt vữa Cát xốp rời

1,00 > D > 0,67 0,67 > D > 0,33 0,33 > D > 0.0

e > 0,80

Bảng 1-22 Phâ n loại độ chật của cát theo xuyén tĩnh CPT

(Cone Penetration Test)

Loại cát

Trị s ố q c (kCì/cnr), trạng thái và mòđun E(,(kCi/cnr)Chặt Chặt viĩa Ịxốịi rời Theo loại dấtCát thô, cát trung

(klỉôtìg phụ thuộc vào ilộ ấitn) 150 1 5 0 - 5 0 50 Đất cát E(, = 2,5 qr

Cát nhỏ (khôtìg phụ ÍÌÌỈIỘC vào đê ấ m) 120 o l o 40 Cát pha B„ = 2,6 Cát bụi: - ít ẩm và áim 100 1 0 0 - 3 0 30 Sót pha E„ = 5,5 qc

Bảng l-2’,3 Pfhân loại độ chạt của càt theo giá trị SPT

( Standard Penetration Tesĩ)Trị số N-,11 Độ chặt tươmg dối D Trạng thái của cát Góc (p (độ) qc (kG/cm';'

ỏ Độ đầm chật Kị

y K m a>

Trong đó: yK hl - dung trọng khỏ của đất tại hiện trường, g/cir? :

Yk max - dung trọng khô lớn nhất xác định b ã n í đầm chặt tiêu chuẩn.

(1-21)

Có thể kiếm tra độ chãt bằng các phương pháp sau:

- Phao Kavaliep thử độ chặt đối với đất không lẫn dăm sạn, cuội sỏi;

- Phương pháp dao vòng, đối với đát không lẫn dăm, cuội sỏi;

- Phương pháp rót cát, mọi loại đất có lẫn dăm, sạn, sỏi cuội;

- Phương pháp thiết bị phóng xạ cho mọi loai đất

2.1.4 T ín h nuio dẫn của ciất đá

T ính m ao dẫn của đất thế hiện ớ tôc độ dâng mao dẩn và chiẽu cao m ao dản Tốc độdâng m ao dẫn tỉ lệ thuận với đường kính mao quản (đường kính và độ đồng đều của hạtđất với nhiệt độ cùa nước); tỉ lệ nghịch vứi nồng độ chất hoà tan trong nước Trong đấtloại cát tốc độ dâng inao dẫn giảm dán theo thời gian Có thể biếu thị tốc độ dâng m aodẫn thông qua mối quan hệ giữa chiều cao mao dán (Hm () và thời gian dâng m ao dần:

Trong đó: K - hệ số thâm của dât;

t - thời gian;

II - lấy bãng 0,5

Chiều cao CỘI mao dần tí lé nghịch v ớ i đường kính mao quản, nồng độ chất hoà tan

trong nước và bán kính hạt đất Chiều cao mao dăn (xem ờ bảng 1-24) được tính theo

công thức:

Trong đó: T - lực dâng mao dẫn, T/m;

(1-2 2)

a - góc tạo bứi thành mao quản và lực T, độ;

An - trọng lượng riêng của nước T /m 3;

d - đường kính mao quản, m, có thể lấy d = e d| 0

Vậy công thức tính sần đúniỉ (theo Terzashi và Peck):

c 1 0 - 4 0

ed;o e d 10Trị số c phụ thuộc thành phần và hình dạng hạt, (m m 2)

Bảng 1 -24 Chiều cao mao dẫn của đất (theo d, min)

v.s

e vs _ v „ v s _ v r

v sChứng m inh xong

b) T h eo định nghĩa: yw = — : w = - ^ - 1 0 0 Thay vào vế phải của bieu thức ta có:

V í d ụ 1-5 T hí nghiệm một mảu đất: khôi lượng đất trước khi sây 148.8°, thế tích mau

đất ẩ m 8 0 ,4 cm 3, khối lư<Ịms sau khi sấv 116,2g; độ ẩm giới hạn dco 32,79é, uiới han chảy 39,9% và khối lưcmg riêng là 2,71g/cm3 Hãy xác định:

ị Đ ộ ấm tự nhiên, 2 Hè số rỗng 3 Độ bão hoà, 4 Khối lượng thể tích đất tự nhiên,

5 Khối lượng thế tích đất khò, 6 Tên đất và trạng thái của đất ?

V í d ụ 1-6 Một mẫu đất có độ rỏn^ II = 42%, khối lượiig rièng là 2 ,6 9 g /cm 3 và độ bão

hoà là 0,84 Hãy xác định: a) Hệ sỏ rỗng, b) Dung trọng tự nhiên và d ung trọng khô,c) Độ ấm cúa đất, đ) Khối lượng thể tích đất no nước với giả thiết m ẫu đất lchông bịtrương nớ khi tăng độ ẩm ?

Bài giải:

n 0 42Xác dinh hê số rôn2 e ta dùníí còne thúc: e = ——- = 1= 0,724

Dung trọng tự nhiên Yvv = yK (1 + 0,01 W) = 1,56 X 1,2261 = 1,913 g /cm 3

Từ công thức G = —— = 1,0 = 100% ta suy ra:

e.1,0

w n n = (100 X c X 1,0): ys = 72,4 : 2,69 = 26,914%

Vậv: Yw = Yk (1 + 0,01 W) = 1.56 (1 + 0,26914) = 1,980 g /cm 3.

Ví dụ 1-7 Một hộp nhôm chứa đất ám cân được 37,82g Sau khi sấy khô đất ở nhiệt

độ 105° - 110°c, cân cà hộp và đất được 34.68g Hãy xác định hệ số rỗng của đất khi:a) lượng lỗ rỗng không khí bàng không;

b) lượng lỗ rỗng không khí là 5%

Biết khối lượns hộp nhõm là 16.15« và khối lượng riêno của đất y s = 2 ,7 0 g /cm 3

Bài giải:

Trước tiên tính độ ẩm của đất, w = — \ — — ã'-1 0 0 = 16,9% = 0,169

3 4 ,6 8 - 1 6 ,1 5a) K hi lượng lỗ rỗng không khí = 0 thì G = 1 Ta cổ:

Đất ở trạng thái bão hoà G = 1 Vâỵ e = w.y^ = 0,2266.2,68 = 0,607

2 K hi nén k hông nở ngang ta có: — = —— = — ; v0, H0 và e0 là thể tích, chiều

v0 H 0 l+-e0cao và hệ số rỗng ban đầu cùa mẫu đất sét Vậy hệ sô rỗng ban đầu là

e0 = e, 4- ( 1 + e , ) — - = 0,607 + (1 + 0,607) 1 8 ,~~ 17,4 = 0 ,7 3 7

Độ ẩm ban đầu w 0 = 0,737 : 2,68 = 0,275 = 27,5%.

V í d ụ l- 9 T hí nghiệm xác 'định độ chặt tương đối của đất dùng đầm chặt tiêu chuẩn,

khối lượng của khuôn 5,225g và thể tích 944cm 3 Sau khi dầm chặt xong và gạt phẳng đất ở bề m ật khuôn, cân cả đất và khuôn được 7,28kg; khi 101 đất vào khuôn và không đầm được khối lượng là 6,88?>kg Biết khối lượng thè tích đất tự nhiên Ỵw =1,54 g/cm 3: khối lượng riêng Ys = 2,7 0 g /cm 3 Hãy tính độ chặt tương đối của đấl ?

Bài giải.

a) Khối lượng thể tích đát ở trạnu thái đầm chăt nhất là

7 2 8 9 - 5 2 2 5Yw.rn.ax = nA = 2,186 g/cm

và hệ số rỗng: £ minr= 7s '\\ ^ 2 , 7 0 - 2 , 1 8 6

yw - l ~ 2 , 1 8 6 - 1b) Khối lượns thể tích đất ở trạng thá: xốp nhất là

0 ,753 Vậy độ chặt tương đối D(Dr) là:

1 ,2 4 9 -0 ,7 5 3

Ư = - = 0,61

1 ,2 4 9 -0 4 3 3

V í d ụ 1-10 Thí nghiệm đầm chặt theo tiêu chuấn Anh được kết quả ghi ở bảng 1-25

Bánịỉ 1-25 Biểu ghi kết quả đầm chạt đ ấ t

Biết khối lượng riêng ys = 2,70 Hãy xác định:

1 Vẽ đổ thị quan hệ yK = f(W) và xác; định ' / K m a x và Wt h ;

2 Trên cùng hệ trục võ dưtmg corig yK = f(W) cho lỗ rỗng không khí 0% và 5%; từ

đó xác định hệ số rỏng không khí ứng với dung trọng khô tối đa

Bài giái:

ĩw

1 Tính các giá trị đuriíỉ trọng khô yK =

1 + 0 , 01WBảng 1-26 Kết q u ả thí nghiệm dầm chăt

Dựa vào đường cong có A K = 09õ và A K = 5% vẽ trên hình 1-6, tại điểm có giá trị

Yk max ta suy ra eK = 4,0% hoặc tính bằng công thức sau:

V í d ụ l - l 1 Kiểm tra độ chặt bằng phương pháp’rót cát thu được số liệu như sau:

K hối lượng đất đào từ hố 2764 garn; Khối lượng tổng của ống trụ rót cát 5724 gam;

K hối lượng tổng của ống sau khi rót cát còn 3 [72 gam; Thể tích của nón rót cát 248 c m 3

và d u n g trọng của cát tiêu chuẩn ytc u = 1,56 g/cin3 Hãy xác định yw của đất trong hố

N ếu độ ẩm của đất w = 14,7% thì đất có đạt tiêu chuẩn thiết kế không? Biểt Kt| = 0,96

v à YK.max= 1,78 g/cm 3.

Bài giải:

1 Xác định các chỉ tiêu:

+ K hối lượng cát chảy khỏi ỏng hình trụ rót cát: 5,724 - 3,172 = 2,552kg

+ K hối lượng cát ở trone nón rót cát: 248.10‘6 X 1 560 = 0,387kg

+ Khối lượng cát chứa đầy hố đào: 2,552 - 0,387 = 2,165 kg

Vậy thế tích của hố đào kiêm tra là: v đ = 2,165 : 1560 = 1,388.10 3 m 3

Dung trọng tự nhiên của đất đang kiểm tra: 2764.10 6 : 1.388 l ơ ’3 = l,9 9 g /c m 3

2 Tính dung trọng khô của dát đang kiểm tra:

7k = Yw: (1+0,C'1W;.= 1,99: 1,147= l,7 3 5 g /c m 3+ K iểm tra độ chặt K d cua nền đất: K j =1,735: 1,78 = 0,975 > 0 ,9 6 - » n ề n đất đạt yêu cầu

B à i tập ỉ -7 Một loai đất có Ỵs = 2,65 g /c rn ', yvv = l,75g/c;m và W '= 23% Hãy áp

dụng các công thức trên đổ tính c và n của đất

B à i tập 1-8 Hãy lính các o;iá trị e, n, yy, Id, B, G và Eị , theo số liệu ghi ở bảng 1-28.

Bảng 1-28 Kết quả thí nghiệm các m ẫu đất nguyén d ạn g

B à i tập 1-9 Khi xác định uiới hạn sét của đất loại sét bằng chuỳ Vaxiliep (góc ở đỉnh

Gt = 30°, năno 76g) tha vào trong bát đất ta được kết quá ahi ở bảng 1-29 T hí nghiệm xác định được íỉiới hạn déo Wd = 27% Hãy xác định giới hạn chảy Wch, chỉ số dẻo và tẽn dất

Bảng 1-29

B à i tậ p 1-10 Một mẫu đất xác định được: Khối lượng riêng ià 2 ,7 3 g /cm \ độ bão hoà

0,89, độ rỗng 38,6%, độ ẩm giới hạn déo 27,6% và độ ấm giới hạn chảy 48.4% Hãy xác định: 1 Khối lượng thê tích đất tự nhiên và dung trọng khô 2 Độ ẩm tự nhiên, 3 Hệ số rỗng, 4 Tên đất và trạng thái của đất

B à i tậ p 1-11 Thí nghiệm một mẫu đất tự nhiên có: độ ấm là 21,38%, khối lượng thể

tích đất 2,0 2 g /cm 3, khối lượng riêng 2,72g/cm3, độ ẩm giới hạn dẻo 17,13%, độ ẩm giới hạn chảy 34,13% Hãy tìm: 1 Hộ số rỗng và độ rỗng; 2 Độ bão hoà; 3 Khối lượng thể tích đất khô; 4 Tên đất và trạng thái của nó

B à i tậ p 1-12 Lấy một mẫu đất sét ở dưới mực nước ngầm, có thể tích là 6 0 c m 3,

k hối lượng 107g, sau khi sấy khô đất (105 ~ 110°C) đến khối lượng không đổi là 91,8g K hối lượng riêng của đất 2,76g/cm 3 Hãy tìm dung trọng đẩy nổi, độ rỗng và hệ

số rỗng của đất

B à i tậ p 1-13 Thí nghiệm đất bằng đầm chặt tiêu chuẩn (Proctor), khuôn có thể tích

964 c m 3 Khối lượng đất trong khuôn 1975g, có độ ẩm 13% và khối lượng riêng của đất

là 2 ,7 1 g /c m 3 Hãy xác định: ] Khối lượng thể tích dất ẩm, dung trọng khô; 2 Độ rỗng

và hệ sô' rồng; 3 Độ bão hoà; 4 Hệ số rỗng không khí của đất eK

B à i tậ p 1-14 Một ống trụ có đường kính trong lOOmm, dài 125mm được dùng để lấy

m ẫu cát ở hố đào thăm dò Sau khi gạt 2 đầu, càn cả cát và ống được 35()8g, khối lượng ống trụ 1525g, đất sấy khô can được 1633g Khối lượng riêng của đất 2,71g/cm3 Hãy xác đ ịnh khối lượng thể tích đất tự Iihiên, dung trọng khô, độ ẩm, hệ số rỗng và hệ số rỗng k h ô n g khí của mẫu đất

B à i tậ p 1-15 Sau khi thí nghiệm nén không nở ngang được một mẫu đất sét no nước,

hình trụ đường kính 75m m cao 18,75mm và cân được 155,lg, độ ẩm của đất 34,4% Hãy tìm khối lượng thể tích đất và hộ số rỗng của mẫu đất Nếu chiều cao ban đầu của

m ẫu là 19,84m m thì hệ số rỗng ban đầu là bao nhiêu ? Biết khối lượng riêng của đất

ys = 2,71 g /cm 3

B à i tậ p 1-16 Thí nghiệm đầm chặt một mẫu đất có ys = 2,68g/cm3 ớ trong khuôn

hình trụ có đường kính 104mm Lúc kết thúc thí níỉhiệm mẫu có độ ẩm 16% và lượng lõ rỗng k h ô n g khí là 5% Hãy xác định:

a) Hệ số rỗng, dung trọng khỏ cùa mẫu;

b) Lượng đất khô và nước cần đổ hỗn hợp với nhau tạo được mẫu cao 125mm

B ả i tập 1-17 Thí nghiệm dầm chật tiêu chuẩn theo riêu chẩn TC V N 4201-95 thu

được kết quả ghi ở bảne 1-30 Dung trọng khô của đát xác định tại hiện trường ych tr = 1,617 g/cm 3 Độ chặt của cát cỏ đạt yêu cầu thiế'- kế không, nếu thiết k ế đề ra

^,6039.2

4,69311,9

4.784

1 4,7

4,80416,3

4,80218,8

CỐI tiêu cnuẩn có V = 1000 cm và khối lượng của cối ià mc - 2,85 kg

B à i tập 1-18 Thí nghiệm bồ ni’ phirơng pháp rót cát vào hố đào thu được số liệu sau:

Lượng đất đào khỏi hố 1,914 kg: Khối lượng đất sau khi sấy khô l,664kg; K hối lượng tổng ban đầu (ông trụ rót cát + cát) : 3,426kg; Khối lượng tổng (cát + ống trụ) sau khi đã rót cát vào hố còn lai l,594k« Biết dunạ trọng của cát rót là 1,62 g /cm 3 Khối lượng cát trong nón cú a 0112 trụ rót cát 0,248kg Hãy xác định khối lượng thể tích tự nhiên Yw và

yK của đất trong hố

B à i tập 1-19 Thí nghiệm đầm chặt theo liêu chuẩn Anh được sổ liệu sau, bảng 1-31.

Bảng 1-31 Kết (|U ;Í thí nghiệm đầm chặtĐất ẩm trong khuôn,

kg

1,791 1,937 2.038 2,050 2,022 1,985 Khuôn có V Ys g/cnr

Độ ẩm tương ứrìlĩ.9Í 8,4 10.6 12,9 14,4 16,6 18,6 945 crrr 2,71a) Vẽ đườnsỉ coim quan hệ yK = f(/W) và từ đó xác định yK m.ix và W 0 cho đất được đầm chặt;

b) Trên cùnsi hệ trực vẽ đường cong quan hệ yK = f(W) khi lõ rỗng không khí 0% và 5% và từ đó tìm hệ số rỗne không khí cua đất ở độ ấm tốt nhất (W 0)

B à i tập 1-20 Thí rmhiệm đám chặt theo tiêu chuẩn Anh đươc số liệu ở bảng 1-32.

a) V ẽ đườ ng cong quan hẽ yK = f(W), xác định dung trọng khỏ lớn nhất và độ ẩm tốt nhất;

b) T ìm hệ số rỗng không khí hệ số rỗng, đô bão hoà của đất ở w 0 Biết

w s = 2 ,7 0 g / c m 3;

c) T rong điều kiện đầm chật ngoài trời, hệ số rỗng không khí và độ ấm tốt nhất có thế cùng thay đổi tới ± 2% Do Vày hãy tính giới hạn dưới ờ ngoài trời của dung trọng khỏ tốt đa

B à i tậ p 1-21 M ột mẫu đất cát có độ rỗng 38% và khối lượng riêng là 2,90g/cm 3 Hãy

xác định: a) Hộ số rỗng, b) Khối lượng thể tích đất khô c) Dung trọng bão hoà, và d)

K hối lượng thể tích đất tại độ ẩm 21%.

B à i tậ p 1-22 M ột mẫu đất thí nghiệm xác định được: khối lượng của mẫu đất chưa

sấy 115,2g và có thể tích là 60cm 3, khối lượng riêng là 2,71g/cm3; khói lượng của mÃu đất sau khi sấy khô tuyệt đối ở nhiệt độ 105° - 110°c là 94,4g Độ ẩm giới hạn dẻo: 18,63%, độ ẩm giới hạn chảy: 25,67% Hãy xác định: 1 Độ rỗng và hộ số rỗng của đất;

2 Đ ộ ẩm tự nhiên; 3 D ung trọng tự nhiên và dung trọng khô của mẫu; 4 Độ bão hoà và

5 Tên đất và trạng thái của đấĩ thí nghiệm

Chương 2

TÍNH CHẮT C ơ HỌC CỦA ĐÂT

§ 1 T Ó M TÁT LÝ THUYẾT

1.1 Tính thấm của đất

Hiện tượng vận động thấm của nước trong đất và đá nứt nẻ do nhiẻu ngu y ên nhân:

1 Do trọng lực, 2 Áp lực nén cliặt khốỉ lĩấi, 3 Lực thẩm thấu m ao dẫn 4) Đ iện thẩm thấu, 5 Sự bốc hơi nước, 6 Građiên nhiệt trong đất, 7 Áp lực hơi và kh í trong đất đá,

Theo thí nghiệm cúa Đacxi ở điều kiện tự nhiên, nước aưưi đất vận động thấm chủ

yếu ở dạng chảy tầng, dòng chảy phẳng ổn định và tuân theo định luật tuyến tính, được biểu thị dưới dạng:

AL - độ dài dóng thấm giửa 2 điểm đang xét, m

Hệ sô thấm k là khả năng cho nước thấm qua của đ ấ t , đá nứt nẻ hay là vận tốc thấm ứng với građiên thuỷ lực ] = 1 Hệ sô thấm của đất được xác định bằng công thức kinh nghiệm , bằng thí nghiệm ớ trong phòng hoặc ở hiện trường Hệ số thấm của đất đá phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, độ lớn (bảng 2-1), độ đồng đến của hạt đất, độ chặt của đất; phụ thuộc vào nhiệt độ (độ nhớt của nước), nồng độ các chất hoà tan trong nước, Vận tốc thấm thực (u) và vận tốc thấm lý thuyết (v) của nước dưới đất có mối qu an hộ sau đây:

_ v v ( l + e )

Tron" đó: n, e - độ rồng, hệ số rỗnạ của đất, đá nứt né

Đối với đất loại sél, do chúns có nhiều hạt phân tán mịn (đ < 0,0 0 2 m m ) cho nên, để

c ó h i ệ n t ượ ng t h ấ m XUY’ ra thì trị sô o r a đ i ê n t h u ỷ lực phải đạt tới m ộ t g i á trị n à o đ ó -

G rađỉên tiutý lực ban dầu (I„) hav để có thế thâm tuân theo định luật tuyến tính thì I phải

đạt tới iịradiện lluiỷ lực í>ỉới hạn (I,,|,).

Biểu thức của định luật Đaxi lúc này là:

V = k I - Í V

Bảng 2-1 H ệ sô thấm cua một sò loại đất

Tên loại đất K, m/ng.đ Dưới áp lực 1-2 kG/cm2

<0,001

Ktb = 3,6 cm/h - 3,6.10 "cm/h

Kr a =3,6.10-2-3,6.10-5cm/h KTFt = 3,6.104 — 3,6.10'6 cm/h

Có thể lấy giá trị của K u = (kmax + kinm) : 2

2 Trường hợp dòng thấm đứng và vuông góc với mặt phân lớp:

ì ì 2 Dòng thấm trong đất dị hướng.

Trường hợp này có k, ^ k2 , để tính toán ta dùng giá trị kTB giữa kị và k2: một hệ số tỷ

lệ c h u y ến vùng thâm dị hướng thực về vùng thấm đắng hướng quy ước Hệ số thấm lúc này lấy bằng giá trị đẳng hướng tương đương theo công thức:

Trong đó: kx, kỵ - hệ số thấm theo phương X, theo phương z

Lưu lượng thấm lấy theo lưới thấm đã biến đổi là:

Trong đó: F - diện tích thâm;

Njj - số đườiig đòng dản;

N j , - sô khoảng đắng thế

Dòng thấm gồm các tia đường dòng, nối các điểm có cùng độ chênh cột nước áp gọi

là đường thế Khi xét tác dụng của dòng thấm đốn tính ổn định của khối đất và dòng thấm qua đáy hoặc thân đập, cẩn vẽ hệ thống các đường dòng và các đường thế Khi dựng lưới thấm, đầu tiên dùng tỷ lộ bình thường (tròn trục z), tỷ lệ trên trục X biến đổi để

vẽ mặt cắt ngang của vùng thấm (hình 2 - la) Trên mặt cál nàv vẽ lưới thấm với giả thiết

là các ô lưới hình vuông Vẽ lại mặt cắl này bằng cách dùnị’ cùng tỷ lệ theo hướng X và

z, ta có lưới thấm thực Khoảng cách ngang giữa các đường lưới thay đổi theo cách chia

cho y j k x k y Lưới thấm thực thê hiện đúng các diều kién dị hướng, m ặc dù ô lưới không

vuông và các đường không trực giao 90"

Hình 2’la Dựng lưới thấm clìo đất dị hướnẹ (ỉ) Cải biến phún tử thấm; b) Lưới thấm vẽ theo tỷ lệ cải biến; c) Lưới thấm vẽ cùng tỷ lệ.

ỉ 1.3 Xác đ ịnh K bắng công thức kinh nghiệm thi nghiệm thấm t)'tì>ig phòníỊ

a) M ột số công thức k.inh nghiệm

1 - C ô n g thức của Hazen

K.,1 = CHC|^ (0,70 + 0.03t) m/ng.đ (2-8;>

T rong đó: C,1 - hệ số kinh nghiệm;

d 1() - đường kính hữu hiệu, min;

t - nhiệt độ của nước, (lc.

G iá trị của C|, lấy theo hàm lượng các nhóm hạt có đường kính, theo bảng 2-2

C ông thức Hazen được dùng đối với cát có đường kính d = 0,1 - 3mm và hệ sô' không đều Ku < 5

Bảng 2-2 Chọn hệ số c theo lượng hạt và d,mmĐưèng kính hạt cát, d (mm)

vào cỡ hạt và độ đồng đều của cát;

n - độ rỗng của cát;

d 17 - đường kính của các hạt bằng và nhỏ hơn nó chiếm 17% mẫu t h í nghiệm,b) Thí nghiệm xác định hệ số thấm trong phòng

Sự khác nhau giữa thí nghiệm thấm trong phòne; và thí nghiệm tại hiện trường là:

+ Dung trọng và độ rỗng *.hav đôi;

+ So với nền hướng dòng thấm thaiv đổi;

+ Mảu nhỏ, hạn chế khả nâng mô ph ỏ n g điều kiện dị hướng;

+ Điều kiên áp lưc nước lỗ rống và ứng suất hiệu quả thay đổi Vì vậy, số m ẫu

đ ấ t cần tiến hành thí nghiêm thâm m iếu hơn Giá trị K có phạm vi rộng nên, tuỳ theo loại đất mà chọn phươns pháp thí nghiệm phù hợp Phương pháp thí nghiệm phổ biến

a h ấ t hiên nav:

* T h í nghiệm cột nước không doi: dùng cho c u ộ i , cát có k > 0,35m/h;

* T h í nghiệm cột nước g,ỉảtn dần: dùng cho cát mịn, bụi và đất có k = 0,36 ~

0 ,00036m /h;

* T h í nghiệm hộp thám Rov\e: dùng cho đất có tính thấm kém, xác định tính thấm

theo phương ngang và phương thắng đứng

- T h í nghiệm thấm với cột nước không đổi

C ông thức tính hệ sô' thấm theo phương

L - kho ản g cách giữa 2 điếm đặt áp kế, cm;

F - diện tích tiết diện ng.ang của mẫu đất, cm2;

h - Đ ộ tổn hao cột áp, cm;

t - thời gian thấm, giây

- T hí nghiệm thấm cột nước; giảm dần

T h í nghiệm thâÌYì với dụỉÌ£> lii thiừìi có cột

A - tiết diện ngang của ống đo áp, cm 2

L - chiều dài mẫu đất, cm;

F - diện tích tiết diện ngang mẫu, cm2;

hị - cột nước ứng với thời điểm t, , cm;

h2 - cột nước ứng với thời điểm t2, cin

R - bán kính ngoài cua mẫu đất, mm;

h - độ chênh cột nước áp [ực, mm;

R - bán kính ngoài của ống trụ đồng, min;

L - chiều dài mẫu đấ! = bề d àv mẫu đất sau khi được cố kết ban đầu, m m

Trucquay đă cải tiến

Thoát nước

chL vi Thoát nước ốno trụ :ầm

m rn

Ap lực CỐ é \ | ỷ

Nêm cao su Đất -

\ X v v

/ ĩ Ả i I ĩs Ằ

Lối áp ỉưc vằo

F - tiêl diện ngang cua mẩu đât, mm';

X - hề dày inấu sau khi cố kết ban đầu, mm;

L - chiều dài máu đất, mrn;

h - độ chênh cột áp lực, lĩim

1.2 Đ ộ bền chông cát của đất

1 2.1 Biểu thức Coulomb vê'sức chổnq cắt của đất

Khi chịu tác dụng của ứng suất cắt đất bị vặn, nếu biến dạng vặn đủ lán, các hạt đất trượt lên nhau - Đất bị phá hoại cắt (mất ổn định) Vậy độ bền (sức) chống cắt của đất là khả nâng chống lại lực tác dụng từ ben ngoài làm phá hoại khối đất (phân tố đất) Theo Coulom b, sức chônR cắt của đất là một hàm số có dạng dưới đãy:

Tính giá trị:

tgcp =

Cần phải phân biệt ứng suất tổng ơ,

ứng suất hữu hiệu ơ' và áp lực nước lỗ

1.2.2 Đ iều kiện bền, điền kiện cân bằng giới hạn

M ột khối đất ổn định (bền) nếu tại mặt bất kì vẫn đảm bảo được điều kiện sau:

T rong đó: T - ứng suất cất do tải trọng ngoài tác dụng vào khối đất, kG/cm 2;

T - độ bền chống cắt của đất (phụ thuộc vào loại đất, trạng thái, ), kG/cnr

M ột khi trong khối đất, một phân tố bị mất ổn định (bị trượt, cắt) theo một mặt nào

đó nêu m ặt ấy đạt tới điều kiện: X > T Khi ứng suât cất tàng lén đên mức bằng sưc

ch ố n g cắt của đất thì chỉ cẩn một số gia rất bé của T , phân tố đất bị phá hỏng và 1 rượt theo m ặt trượt m à T không tăng thêm nữa Điều kiện này gọi là điều kiện cân bằng giới hạn của đất:

ơ| + ơ 3 + 2C.ctg(pTrong đó: ơị , ơ 3 - thành phần ứng suất chính của phân tố đang xét, kG /cm 2;

(2-24)

* Đ ặc điếm độ bền chốne cắt của đát loại cát (đất phán tán thô).

Đ ộ bển chống cắt cùa đất loại cát hầu như chỉ phụ thuộic vào góc ma sát trong của cát

và thành phần ứng suất pháp, lực dính kết quá nhỏ có thể bỏ qua và tính theo công thức:

N hư vậy, độ bền chống cắt của đất loại cát phụ thuộc vào loại tải trọng (tải tĩnh hay

tải động) tác dụng; Góc ma sát trong (hay hệ s ố ma sát f = tgcp) phụ thuộc vào: thành

phần khoáng vật độ lớn và độ đồng đều của hạt, hình dạng và mức độ tròn nhẵn hay góc cạnh, trạng thái độ chặt kết cấu và trạng thái ẩm của chúng

** Đặc điểm độ bền chông cắt của đất loại sét (đất phân tán mịn)

Đ ộ bén chống cât cúa đất loại sét xác định theo công thức:

t = ơfo(01 c

Đ ộ bền chống cắt của đất loại sét ban đầu do lực dính kết c quyết định, khi ứng suất tiếp lớn hưn c thì nó phụ thuộc vào ơtgcp Như vậy, t' phự thuộc vào độ lớn của ứng suất pháp, góc ma sát trong và lực dính kết của đất Góc ma sát trong và lực dính của đất lại biến đổi do: thành phần khoáng vật, độ ẩm, kiểu liên kểt kiến trúc trong đất và hàm lượng các nhóm hạt mịn,

1.3 Tính biến dạng (tính nén lún) của đất

Tính biến dạng là tính chất đặc trưng nhất, cơ bàn khác với đá khối và các vật thể rắn,

nó bao gồm khả năng thav đổi cấu trúc của đất (các hạt đất xếp chặt hơn, giảm chiều dày m àng nước liên kêt vật íý, ỉam thoắt nước lỗ rống, ) ciưưi ảnh hưửng của tác d ụng từ bên ngoài (tải trọng nén, do nước bốc hơi, sự đông tụ keo, ) làm giảm thể tích khối đất, đất đặc chặt hơn do giảm thể tích lỗ rỗng

Sự giảm thể tích lỗ rỗng của đất khi cấc hạt đất được xếp chặt gọn hơn vì có những sự trượt cục bộ của các hạt đất hoặc các hạt nhỏ trượt tụt vào lỗ rỗng do các hạt lớn hơn tạo thành; do sự giảm chiều dày màng keo nước xung quanh hạt đất (đối với đất loại sét no nước) Ngoài ra, dưới cấp tải trọng đủ lớn, tính từ biến của cốt đất và của m àng nước liên kết chắc (nó cũng có thể xem là bộ phận của cốt đất), gây ra sự biến hình của m ạn g lưới tinh thể hạt đất và sự chảy nhớt chậm chạp của các lớp phân tứ nước liên kết chắc

Đ ối với đất no nước, sự giảm thể tích lỗ rỗng chỉ có thể xảy ra do sự ép thoát nước ra hoặc hút nước vào và một phần do sự nén thể tích bao khí Đối với đất không no nước,

sự giảm thể tích lỗ rỗng có thể xảy ra khi độ ẩm vản giữ nguvên

Khi nén đất bằng tải trọng tĩnh liên tục không đổi, nếu tải trọng ngoài nhỏ hơn độ bền

c ủ a liên kết kiến trúc (liên kết phán lử, liên kết kiến trúc keo tụ, keo tụ dẻo, liên kết kếí

linh - ngưng tụ, liên kết từ và liên kêì kiến trúc tĩnh điện) thì sự nén chặt đất k h ô n g xảy

ra vì trong trường hợp này đất biến dạng tựa như vật thể rắn liên tục; khi tải trọng ngoài lớn hơn độ bền của liên kết kiến trúc cứng, đất bị nén chặt đáng kể Đối với đất có liên

kết keo - nước, sự nén chặt sẽ sẩy ra do sự nén ép các màng keo nước của các hạt khoáng, do sự thấm thoát nước (trons đất loại sét) và do cả ĩính từ biến của cốt đất ở một mức độ nhất định.

1.3.1 T h í nghiệm nén đất bằng dụng cụ nén khóng nở ngang

N g h iên cứu tính nén lún của đất bằng máy nén một trục, mẫu đất trong dao vòng chỉ biến d ạn g theo phương thẳng đứng và mẫu đất chịu ứng suất nén theo cả 3 chiều (ơ, = p

- áp lực nén, ơ x = ơy = ; ị - hệ số áp lực hông của đất) Lúc này, tỉ lệ biến dạng thẳng

đứng bằng tỉ lệ biến dạng thể tích cho nên, khi đo được độ lún của mẫu đất ta suy ra được độ rỗng và hẹ số rỗng của nó Đường biễu diễn quan hộ giữa áp lực nén ơ và hệ số rỗng e gọi là đường cong nén lún của đất Có 2 cách biểu diễn đường cong nén lún:

a) Đ ường cong quan hộ e = f(lgơ)

T rong k h o ản g đầu của đồ thị, khi áp lực nén còn nhỏ hơn giá trị ơ c , nhánh thắng này

có độ dốc n hỏ (độ dốc Cn) Trong khoảng áp lực lớn hơn ơ c đường nén có độ dốc lớn hơn nhiều (độ dốc c,) Công thức tính các chỉ số nén Cn và C| như sau:

e2 -1—

H ỉn h 2-6 Đường cong nen e - / ( Igơ) Hình 2-7 Đươnẹ cong nén e = f(cr)

N ếu vẽ đường cong nén theo lnơ thì chỉ số nén tính theo công thức:

( 2 - 2 7 )

Lấv ơị = lk G /c m 2 và ơ 2 = e = 2,72 kG/cm2 dễ dànơ tính được c = e, - e 2

b) Đ ường cong quan hệ e = f(ơ), (hình 2-7)

T heo N.N Ivanop phưcnẹ trình của đườnsí cong nén lúc này có dạng:

l n a

( 2 - 2 8 )

e = e , - —

B