Bài giảng cơ học đất

Chương trình đào tạo nghề khoan thăm dò địa chất Trình độ trung cấp nghề Tài liệu, ebook, giáo trình, Thư viện tài liệu, Thư viện Số, Thư viện trực tuyến, Thư viện online, Thư viện luận văn, Thư viện giáo án, Thư Viện bài giảng, Thư viện chia sẽ, Thư viện miễn phí, Thư viện download

Trang 1

“1.2.1.1 Đặc tính cơ bản các nhóm hạt đất

“ Nhóm hạt sỏi

“ - Tỉ diện tích rất nhỏ, không đáng kể

“ - Không dính ngay cả khi ẩm ướt

“ - Độ dâng cao của nước mao dẫn rất nhỏ, không đáng kể

“ - Không giữ được nước

“ Nhóm hạt cát

“ - Tỉ diện tích nhỏ, khoảng 0.001 ÷ 0.04m2/g

“ - Tính thấm lớn

“ - Có thể có tính dính khi ẩm nhưng không dẻo và tính dính

mất đi khi bảo hòa nước (tính dính giả).

“ - Độ dâng cao của nước mao dẫn nhỏ

“ - Giữ được ít nước

1.2.CÁC THÀNH PHẦN CHỦ YẾU CỦA ĐẤT

1

Trang 2

“1.2.1.1 Đặc tính cơ bản các nhóm hạt đất

“ Nhóm hạt sét

“- Tỉ diện tích lớn, khoảng 20 ÷ 800m2/g

“- Hầu như không thấm nước

“- Tính hút ẩm lớn và có khả năng giữ nước nhiều

“- Khi hút ẩm thể tích tăng lên nhiều, khi khô co ngót rõ rệt

“- Khi sũng nước không chảy loãng như nhóm hạt bụi

“- Tính dính và tính dẻo lớn

Trang 3

1.2.1.1 Đặc tính cơ bản các nhóm hạt đất

“ Nhóm hạt bụi

“- Tỉ diện tích vào khoảng 0.04 ÷ 1m2/g

“- Tính thấm khá nhỏ

“- Khi ẩm có tính dính và có tính dẻo

“- Khi sũng nước dễ chảy loãng

“- Hút và giữ được nước nên thể tích đất tăng lên khi hút ẩm và

co lại khi mất nước

“- Nước mao dẫn dâng tương đối cao và nhanh

Để phân loại, người ta thường dùng khái niệm đường kính trungbình của hạt đất (d, mm), đó là đường kính của vòng tròn baoquanh tiết diện lớn của hạt đất đó

3

Trang 4

Bảng 1.2 Phân loại nhóm hạt theo TCVN 5747:1993

Tên nhóm hạt (theo tiếng Anh) Ký hiệu Đường kính (mm)

Trang 5

Bảng 1.3 Phân loại nhóm hạt của Nhật Bản

Sỏi trung bình Sỏi to Cuội tảngĐá

Chú thích: 1 = 10-3mm

Trang 6

Bảng 1.4 Phân loại nhóm hạt của Trung Quốc

Tên nhóm hạt Đường kính (mm)

Đá tảng >300 Đá lăn và đá hộc 300 ÷ 60

Nhóm hạt thô

Cuội và dăm

to vừa nhỏ Cát

to vừa nhỏ

60 ÷ 20

20 ÷ 5

5 ÷ 2

2 ÷ 0.5 0.5 ÷ 0.25 0.25 ÷ 0.1

Nhóm hạt mịn MịnBụi

Sét

0.1 ÷ 0.05 0.05 ÷ 0.005

< 0.005

Trang 7

Bảng 1.5 Phân loại nhóm hạt của Anh

7

Nhóm hạt thô 1 Đá hòn (Stone)Đá lăn (B)

Cuội và dăm (Co) 200 ÷ 60>200

2 Sỏi và sạn (G)

to vừa nhỏ

3 Cát (S)

to vừa nhỏ

60 ÷ 20

20 ÷ 6

6 ÷ 2

2 ÷ 0.6 0.6 ÷ 0.2 0.2 ÷ 0.06

Nhóm hạt mịn

4 Bụi (M)

to vừa nhỏ

5 Sét (C) Trong đó có hạt keo

0.06 ÷ 0.02 0.02 ÷ 0.006 0.006 ÷ 0.002

< 0.002

< 0.001

Trang 8

Bảng 1.6 Phân loại nhóm hạt của AASHTO (Hoa Kỳ)

American Association of State Highway and

Transportation Officials

Sỏi (G) Cát (S)

to nhỏ

75 ÷ 2

2 ÷ 0.425 0.425 ÷ 0.075

Nhóm hạt mịn Bụi (M)Sét (C) 0.075 ÷ 0.002< 0.002

Trang 9

Bảng 1.7 Phân loại nhóm hạt của USCS (Hoa Kỳ)

Unified Soil Classification System

9

Sỏi (G)

to nhỏ 19 ÷ 4.7575 ÷ 19

Cát (S)

to vừa nhỏ

4.75 ÷ 2

2 ÷ 0.425 0.425 ÷ 0.075

Hạt mịn (Fine grain) ” F Bụi hoặc sét

Bụi và sét < 0.075

Trang 10

Bảng 1.8 Phân loại nhóm hạt của Pháp

Sỏi (Gravier) - G 20 ÷ 2

Cát (Sable) - S

Cát to Cát nhỏ 0.2 ÷ 0.022 ÷ 0.2Bụi (Limon) - M 0.02 ÷ 0.002 Sét (Argile) - C <0.002

Trang 11

1.2 CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT

Mô hình 3 pha của đất

Phần lớn thể tích đất là các hạt rắn, phần thể tích còn lại là lỗ rỗng, trong lỗ rỗng chứa nước và khí.

11

Trang 12

1.2.1 Pha rắn

Hạt rắn chiếm phần lớn thể tích của đất, là cốt chịu lực, tạo thành bộ khung chịu lực của đất.

Người ta đánh giá đất chủ yếu dựa vào pha hạt rắn

a Phân loại hạt đất

Dựa trên kích thước, chia thành hai nhóm chính: hạt thô và hạt mịn

Tên hạt đất được phân theo từng nhóm tuỳ thuộc vào kích thước Tuy nhiên ranh giới để phân biệt các loại hạt được quy ước khác nhau theo các quy phạm khác nhau

Trang 13

1.2.1 Pha rắn

a.Phân loại hạt đất

Nhận xét:

Sức chịu tải của hạt giảm dần theo chiều giảm kích thước hạt

Khả năng thấm giảm theo chiều giảm kích thước hạt.

b Hình dạng

c Thành phần khoáng

13

Trang 14

1.2.1 Pha rắn

So sánh đất hạt thô và đất hạt mịn

Khả năng chịu tải cao

Khả năng thoát nước tốt

Cường độ và sự thay đổi thể tích

không bị ảnh hưởng bởi độ ẩm

Kích thước và cấu trúc hạt quyết định

tính chất kỹ thuật

Không nén được khi ở trạng thái chặt

Sự rung động làm thay đổi thể tích khi

ở trạng thái rời

Khả năng chịu tải kém Tính thấm kém

Các đặc tính về cường độ và sự thay đổi thể tích bị ảnh hưởng bởi độ ẩm

Tính chất kỹ thuật được kiểm soát bởi yếu tố khoáng vật hơn là kích thước hạt

Trang 15

1.2.2 Pha lỏng

a.Nước trong khoáng vật của đất

Là nước ở trong mạng tinh thể khoáng vật của đất, coi như một bộ phận của khoáng vật  không ảnh hưởng tới tính chất cơ ” lý của đất.

b.Nước liên kết

Tạo nên bởi tác dụng của lực hút điện phân tử giữa hạt sét (-) và phân tử nước có tính chất lưỡng cực.

“ Nước màng: là loại nước bám rất chặt vào mặt ngoài của hạt đất Nước ở thể rắn và chui cả vào mạng tinh thể khoáng vật  xem như một phần của hạt rắn, do đó không ảnh hưởng tới tính chất của đất.

15

Trang 16

1.2.2 Pha lỏng

b Nước liên kết

 Nước liên kết mạnh: ở xa hạt sét hơn một chút so với nước màng Là lớp nước bám tương đối chặt ở bề mặt hạt Không có ảnh hưởng nhiều đến tích chất của đất.

 Nước liên kết yếu: là lớp nước liên kết ngoài cùng của hạt đất, nước vẫn còn bị giữ ở bề mặt hạt nhưng lực hút yếu dần cho đến không còn ảnh hưởng Vành nước liên kết có ảnh hưởng đến tính chất đất, nó làm cho đất có tính dẻo, tính dính.

Dạng vỏ nước bao quanh hạt đất

Trang 17

1.2.2 Pha lỏng

c Nước tự do

Là loại nước nằm ngoài phạm vi tác dụng của lực điện phân tử của hạt đất, gồm có nước trọng lực và nước mao dẫn.

Nước trọng lực : Có những tính chất thông thường của nước ở trạng thái

lỏng nói chung Nó thấm trong đất dưới tác dụng của trọng lực Nước trọng lực ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất cơ ” lý của đất và chúng ta phải giải quyết các vấn đề sau đây:

 Khả năng hoà tan và phân giải của nước;

 Ảnh hưởng của áp lực thuỷ tĩnh đối với đất ;

 Ảnh hưởng của lựïc thấm do sự chuyển động của nước trong đất đối với tính ổn định của đất.

17

Trang 18

1.2.2 Pha lỏng

Nước mao dẫn

Độ cao mao dẫn:

(Capillary)

nước mao dẫn  áp lực nước lỗ rỗng u < 0.



Trang 19

1.2.2 Pha lỏng

Áp lực mao dẫn

 Là áp lực phụ thêm do nước mao dẫn gây ra cho hạt đất trong đới bão hoà nước mao dẫn, làm tăng thêm trọng lượng của đất.

 Áp lực mao dẫn là một trong những yếu tố tạo nên tính dính của đất.

19

Đới mao dẫn trong đất

Trang 20

Chiều cao mao dẫn của đất (theo Braja M Das)

Trang 21

1.2.3 Pha khí

Khí tồn tại trong lỗ rỗng của đất (khí tự do) hoặc hoà tan trong nước,

khí tự do bao gồm hai dạng khí kín và khí hở.

21

Trang 22

1.3 THÀNH PHẦN HẠT, CẤP PHỐI CỦA ĐẤT

1.3.1 Thí nghiệm phân tích hạt

Mục đích: Xác định hàm lượng (%) theo trọng lượng của mỗi nhóm hạt

trong mẫu đất.

Gồm 2 thí nghiệm: thí nghiệm rây sàng và thí nghiệm lắng đọng

a Thí nghiệm rây sàng (cho nhóm hạt thô)

 Áp dụng với những hạt có kích thước ≥ 0.1mm;

Trang 23

a Thí nghiệm rây sàng

23

Máy rây Rây lưới tròn

Trang 24

b Thí nghiệm lắng đọng (cho nhóm hạt mịn)

 Áp dụng với những hạt có kích thước từ 0.1

đến 0.002 mm;

 Tính toán:

Dựa vào Định luật Stokes:

Trong đó:

V: vận tốc giới hạn của hạt đất rơi tự do trong

bán không gian chất lỏng;

d: đường kính hạt đất;

 : độ nhớt của nước;

s: dung trọng hạt đất;

w: dung trọng nước;

Trang 25

Trang 26

1.3 THÀNH PHẦN HẠT, CẤP PHỐI CỦA ĐẤT1.3.2 Các đặc trưng của đường cong cấp phối

Trang 27

1.3 THÀNH PHẦN HẠT, CẤP PHỐI CỦA ĐẤT1.3.2 Các đặc trưng của đường cong cấp phối

Hệ số đồng nhất: C u - uniform =

Cu < 3: cỡ hạt đồng đều

Hệ số cấp phối: C g - grade =

10

60

D D

10 60

2 30

* D

D D

27

Trang 28

1.3.2 Các đặc trưng của đường cong cấp phối

Các điều kiện của một mẫu đất cấp phối tốt:

Mẫu đất có nhiều cỡ hạt khác nhau

Cu > 4 ” cho sỏi sạn

Cu > 6 ” cho cát Đường cong cấp phối thoai thoải, không bị nhảy bậc thang

1< Cg < 3

Trang 29

1.4.1 Các chỉ tiêu tính chất

1.4 CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT

Không khí Nước Hạt rắn

Va

Vw

Vs

VvV

Pha Khối lượng Trọng lượng Thể tích

Quốc tế VN Qtế VN Qtế VN

Trang 30

Tên gọi Ký hiệu

Dung trọng tự nhiên  , w Độ ẩm w w

Dung trọng bão hoà sat bh Hệ số rỗng e e

Dung trọng đẩy nổi ’ đn Độ rỗng n n

Trọng lượng riêng hạt s h Độ chứa không khí A v A v

Tỷ trọng hạt G s  Dung trọng nước w n

Ghi chú: Dung trọng = trọng lượng riêng

Trang 31

1.4 CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT1.4.1 Các chỉ tiêu tính chất

 Tỷ số rỗng (void ratio) = hệ số rỗng

 Độ rỗng (porosity)

 Độ bảo hoà (degree of saturation)

G e

Trang 32

 Các quan hệ

 Độ ẩm

n n V

V V

V

V V

e

e n

Trang 33

 Trọng lượng riêng tự nhiên

V W

W W

V

W W

V

w s

Trang 34

 Trọng lượng riêng khô

S wG G

n G

e G w

s

w s d

d

w sat

d

w d

n e e

e w

Trang 35

 Tỷ trọng hạt

 Trọng lượng riêng hạt

 Trọng lượng riêng đẩy nổi

s

w s

Trang 36

 Trọng lượng riêng bảo hoà

w d

s sat

w d

sat

w d

sat

w s

sat

w s

sat

G

e e n

n G

n e

e G

11

1

Trang 37

S e

Trang 38

Va

Vw

Vs

VvV

Se 1

Trang 39

1.4.2 Các chỉ tiêu trạng thái

a Đất rời

Độ chặt tương đối (relative density),

e - hệ số rỗng tự nhiên của đất

e, e max , e min đều được xác định từ thí nghiệm

39

min max

max

e e

Trạng thái Rất rời Rời Chặt trung

Bảng trạng thái đất rời (theo Braja M Das)

Trang 40

Bảng trạng thái đất rời (theo tiêu chuẩn Liên Xô)

D Độ chặt của đất

0  D  0.33 Xốp (tơi)

0.33  D  0.66 Chặt vừa

0.66  D  1 Chặt

Chặt Chặt vừa Xốp

Cát lẫn sạn, cát to, cát vừa e < 0.55 0.55  e  0.7 e > 0.7

Cát nhỏ e < 0.6 0.6  e  0.75 e > 0.75 Cát bụi e < 0.6 0.6  e  0.8 e > 0.8

Trang 41

Bảng trạng thái đất rời được xác định theo thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn

SPT – Standard Penetration Test (theo tiêu chuẩn Liên Xô)

Trị số N D Độ chặt của đất

Trang 42

Đất hạt thô (đất rời)

Trị số N Trạng thái của đất

SPT – Standard Penetration Test (theo Peck và cộng sự – Hoa Kỳ)

Trang 43

Giới hạn Atterberg

(Thụy Điển)

Trang 44

Trang 45

 Chỉ số dẻo có quan hệ với lượng chứa nhóm hạt sét và loạikhoáng vật sét  quan hệ tuyến tính (theo Skempten, 1953).

Trang 46

 Để biểu thị hoạt tính của đất  mức hoạt tính (Activity ofsoil)

A s = I p (%) / Lượng chứa (%) nhóm hạt sét

Loại khoáng vật A s

Trang 47

 Tuỳ theo mức hoạt tính (MHT), đất dính được phân thành baloại

 Đất sét có MHT thấp (chứa kaolinit)  có tính ổn định cao

(tính co, nở ít);

 Đất sét có MHT trung bình (chứa Illite)  có tính ổn địnhbình thường;

 Đất sét có MHT cao (chứa monmorillonit)  có tính ổn định

thấp (tính co, nở nhiều);

Mức hoạt tính A s Phân loại

A s < 0.75 Đất trơ (không hoạt tính)

0.75 < A s < 1.25 Đất bình thường

A s > 1.25 Đất hoạt tính

Trang 48

 Chỉ số lỏng (độ sệt),

p

p L

Trang 49

Loại đất bùn Hệ số rỗng e

Bùn á cát e  0.9

Bùn á sét e  1

Bùn sét e  1.5

Trang 50

 Đối với các công trình đất đắp, lõi chống thấm của đập, nềnđường, đường băng sân bay, …v.v thì việc đầm chặt đất khi thicông là rất cần thiết.

 Dưới tác động cơ học như rung, nén, nện, …v.v các hạt đấttrong đất dịch chuyển sắp xếp lại tạo ra một kết cấu chặt hơn

(do sự gài móc của các hạt)  tính thấm, tính nén lún giảm,sức chống cắt tăng

 Khi đầm chặt, Vs gia tăng (nở) do Vv giảm  áp lực nước lỗrỗng u giảm  ứng suất hữu hiệu tăng  đất ở trạng thái ổnđịnh

1.5 ĐẦM CHẶT ĐẤT

Trang 51

 Tỷ số đầm chặt k:

d: trọng lượng riêng khô của đất đạt được tại công trường

dmax : trọng lượng riêng khô lớn nhất của đất xác định bằng thínghiệm đầm chặt Proctor

Trang 52

1.5.2 Thí nghiệm đầm chặt Proctor

 Chế bị đất với nhiều mức độ ẩm

khác nhau  tiến hành đầm chặt 

quan hệ giữa (w, d)  đường cong

đầm chặt (đường cong Proctor).

1.5 ĐẦM CHẶT ĐẤT

Dụng cụ thí nghiệm

Trang 53

1.5.2 Thí nghiệm đầm chặt Proctor

Trang 54

CHƯƠNG 2 ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT

Trang 55

CHƯƠNG 2 ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT2.1 KHÁI NIỆM CHUNG

2.1.1 Ứng suất, Tenseur ứng suất

Trạng thái ứng suất của một phân tố đất được xác định bởicác thành phần: x, y, z, xy, yz, zy

Ký hiệu ứng suất: chỉ số đầu chỉ mặt phẳng chứa thànhphần ứng suất và cũng chính là phương thẳng góc với mặt đó,chỉ số thứ hai là phương tác động của ứng suất

Trang 56

Các thành phần ứng suất được viết dưới dạng ma trận 3

hàng ” 3 cột được gọi là tenseur ứng suất

Tenseur ứng suất cầu và tenseur ứng suất lệch:

xz yz z 0 0 p xz yz z -p

Trang 57

Ứng suất trung bình,

Tenseur ứng suất cầu diễn tả các TTƯS cùng giá trị néntheo mọi hướng như áp lực thuỷ tĩnh, nén đẳng hướng trong thínghiệm nén ba trục, …v.v

Tenseur ứng suất lệch diễn tả nguồn gốc phát sinh ứng suấttiếp là sự lệch các ứng suất chính

Trang 58

2.1.2 Vòng tròn Mohr ứng suất

Vòng tròn Mohr ứng suất là quỹ tích các điểm (,) trêncác mặt phẳng đi qua điểm đang xét

Trang 59

• Bài toán phẳng: [  ] = ij =  0 x 0 0  0 zx

xz 0 z

Trang 60

Bài toán đối xứng trục: 1  2 = 3  0

Trang 61

2.1.3 Các loại ứng suất

Ứng suất do tải trọng bản thân đất nền;

Ứng suất do tải trọng ngoài;

Ứng suất thuỷ động do dòng thấm trong đất;

Ứng suất tiếp xúc tại đáy móng công trình;

…v.v

Trang 62

CHƯƠNG 2 ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT2.2 ỨNG SUẤT HỮU HIỆU – ÁP LỰC NƯỚC LỖ RỖNG

Ứng suất tại một điểm trong đất gồm hai thành phần:

 Ứng suất tác dụng lên khung hạt  ứng suất hữu hiệu ’;

 Ứng suất tác dụng lên nước trong lỗ rỗng ứng suất trunghoà (áp lực nước lỗ rỗng) u;

Theo định đề Terzaghi, ứng suất tổng  tại một điểm trongnền đất,

 = ’+ u

Trang 63

Ứng suất tổng  và áp lực nước lỗ rỗng u có thể đo đạchoặc tính toán được;

Ứng suất hữu hiệu ’ chỉ có thể tính được;

’ =  - u

CHƯƠNG 2 ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT2.2 ỨNG SUẤT HỮU HIỆU – ÁP LỰC NƯỚC LỖ RỖNG

Trang 64

2.3.1 Ứng suất theo phương thẳng đứng (không có dòng

thấm)

• Ứng suất tổng:

(z) ” dung trọng của đất thay đổi theo độ sâu z;

Áp lực nước lỗ rỗng, uA = u = wz

z: khoảng cách từ điểm khảo sát đến mực nước ngầm;

CHƯƠNG 2 ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT2.3 ỨNG SUẤT DO TẢI TRỌNG BẢN THÂN

 z dz

z

v z

Trang 65

Trang 66

Định dạng
Số trang	467
Dung lượng	5,92 MB