đại chất công trình chương 4

tài liệu uy tín được biên soạn bởi giảng viên đại học Bách Khoa TPHCM, thuận lợi cho qua trình tự học, nghiên cứu bổ sung kiến thức bộ môn địa chất công trình, bộ môn dầu khí, bộ môn cầu đường xây dựng dân dụng, Tài liệu được kiểm duyệt bởi giảng viên, phòng đào tạo trường đại học bách khoa, lưu hành nội bộ

Đối với đất - thành phần hạt, hình dạng, mức độ

chặt sít,…

Thành phần hạt và phân loại đất (theo tiêu chuẩn)

Thành phần hạt của đất là hàm lượng các nhóm hạt có độ lớn khác nhau ở trong đất, được biểu diễn bằng tỷ lệ phần trăm so với khối lượng của mẫu đất khô tuyệt đối (sấy ở

105 o C) đã lấy để phân tích

Ví dụ: nhóm hạt 0,25 – 0,5mm gồm tất cả các hạt khác nhau có đường kính từ 0,25 đến 0,5mm Hàm lượng hạt có kích thước 0,3mm không thể tìm được!!

Than phần hạt và phân loại đất (theo tiêu chuẩn)

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

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

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

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

Rây đất để phân chia các nhóm hạt

Tính toán thí nghiệm rây (ví dụ)

% 100

Nếu gọi x i (%) là phần trăm khối lượng đất giữ lại cộng dồn

trên rây có kích thước i;

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

i (g).

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

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

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

N N

H d

w s

R

).

(

.

1800

ρ ρ

Với:

Thể hiện kết quả

Hệ số không đồng nhất của mẫu:

2 30

d d

Tỷ diện tích là tỷ lệ diện tích mặt ngoài của vật liệu với khối lượng hoặc thể tích của vật liệu đó.

Tỷ diện tích:

m

Ss

= Ω

Xem tài liệu về hình thành điện tích mặt ngoài

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

+ _ + _ + _ +

_ + _ + _

-+ –

- - - -

-+ – + –

+ –

+ –

+ – + – + –

+ – + –

+ – + –

+ – + – + –

+ –

+ – + –

+ –

+ – + – + –

Hạt rắn

Nước liên kết

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

độ nhớt lớn hơn nước thông thường.

Nước mao dẫn

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

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

Ống mao dẫn

10

ed C

hk =

Sơ đồ xuất hiện lực dính giữa các rắn hình cầu

Nước mao dẫn làm cho các hạt hút dính với nhau

Trong một số trường hợp cũng đẩy nhau!!

4.1.3 Khí trong lỗ rỗng của đất đá (pha khí)

Nước liên kết không truyền áp lực thủy tĩnh.

Nước tự do truyền áp lực thủy tĩnh nên gây đẩy nổi trong đất có chứa nước tự do.

Khí làm cho đất có tính đàn hồi.

Khí có mặt trong đất làm cho dất có tính nén ép thể tích.

Thể tích khí phụ thuộc áp lực nén (định luật Henry

và Boit Mariot) nên có thể nở ra khi áp lực giảm gây phá hoại đất.

4.1.4 Tương tác giữa các thành phần trong đất

Tương tác giữa các hạt rắn trong đất

(a)

(b)

4.1.4 Tương tác giữa các thành phần trong đất

Tương tác giữa hạt rắn và dung dịch lỗ rỗng

4.2 TÍNH CHẤT HÓA LÝ

4.2.1 Tính hấp phụ

Là khả năng giữ lại những hợp chất ở trạng thái hòa tan hoặc một phần khoáng chất phân tán ở dạng chất keo hay những hạt rất nhỏ chất hữu cơ, những

vi sinh vật và những thể huyền phù thô khác.

4.2.2 Tính trương nở của đất

4.2.3 Tính co ngót của đất

4.2.4 Độ bền với nước của đất

4.3 TÍNH CHẤT VẬT LÝ

Để định lượng tính chất xây dựng của đất đá, trước tiên cần thiết đánh giá các tính chất vật lý của chúng ĐÂY LÀ CÁC ĐẶC TRƯNG CẦN THIẾT ĐỂ TÍNH TOÁN.

Khối lượng thể tích của đất đá tự nhiên: là khối lượng của

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

Dao vòng

Thể tích nước dâng lên do mẫu đất bọc sáp chiếm chỗ.

Nước

Vỏ sáp Mẫu đất

Ví dụ

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

chỉ riêng phần hạt rắn ký hiệu ρs, đơn vị: (T/m3, g/cm3).

s

s s

G

ρ ρ

=

Khối lượng thể tích đẩy nổi: là khối lượng của một

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

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

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

B

A W

−

−

=

A – khối lượng đất ướt và lon.

B – khối lượng đất khô và lon.

C – khối lượng lon.

Độ ẩm được xác định bằng cách sấy đất:

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

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

%

100

r

w r

Độ rỗng: n = 1 e+e 100%

Độ bão hòa:

w

s r

e

W S

Bằng thí nghiệm biết ρ, ρs , W

4.3 TÍNH CHẤT VẬT LÝ

Bài tập

Các giới hạn Atterberg

đất tương ứng với sự thay đổi ứng xử giữa trạng thái nhão và dẻo Hay nói cách khác, giới hạn nhão

là độ ẩm mà khi tăng một lượng không đáng kể thì đất chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng thái nhão (chảy)

tương ứng với sự thay đổi ứng xử giữa trạng thái dẻo và nửa cứng Hay nói cách khác, độ ẩm mà khi giảm một lượng không đáng kể thì đất chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng thái nửa cứng (không còn

Giới hạn dẻo của đất loại sét được xác định (theo TCVN) bằng phương pháp lăn đất thành sợi.

Giới hạn nhão

Thí nghiệm xác định giới hạn nhão bằng chùy xuyên cho phép phân loại và đánh giá trạng thái đất.

10mm Mẫu đất

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

Biểu đồ đường A

Chỉ số dẻo I p = (W L -W P )

P

P L

Chứng minh công thức về các thành phần biến dạng như: εv =εx +εy +εz

Ứng suất hữu hiệu và áp lực nước lỗ rỗng

Có tải trọng P tác dụng phân bố đều lên một tiết diện A của mẫu đất gây ứng suất σ Tải trọng thực

sự tác dụng lên phần hạt rắn của mẫu đất là P’ gây ứng suất hữu hiệu σ’.

 σ = σ ’ + u

P

(σ)

4.4.2 Trạng thái ứng suất của khối đất đá

ứng suất theo phương đứng do trọng lượng bản thân

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

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

σ =P/A

% 100

1 = ∆ ×

o

i i

A A

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

Đường cong quan hệ ứng suất – biến dạng từ kết quả thí nghiệm

ε

σ ε

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

Các thành phần ứng suất tác dụng khi nén đơn

( 2

1 cos

cos

cos

.

1

2 1

1

α σ

α σ

α α

A

P A

p

α σ

α α

σ α

α

2

1 cos

sin cos

sin

.

1 1

P t

4.4.4 Tính nén lún của đất và thí nghiệm nén cố kết

Kết quả thí nghiệm phục vụ tính lún.

Số liệu ghi nhận khi thí nghiệm: độ lún ổn định cuối cùng và độ lún theo thời gian dưới các cấp tải trọng.

h e

e = − ∆ 1 +

Với:

n c

e

e C

σσ

Chỉ số nén

4.4.5 Sức chống cắt của đất và thí nghiệm cắt trực tiếp Cần ghi nhận ứng suất nén và ứng suất tiếp gây cắt mẫu đất

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

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

Đường bao phá hoại

Ở trạng thái cân bằng giới hạn

ϕ σ

σ

σ σ

ϕ

σ σ

σ

σ ϕ

g

c tg

c C

O

CT

cot

2 2

2 '

sin

3 1

3 1

3 1

3 1

+ +

−

= +

45 ( 2

) 2

45 (

2 3 1

ϕ

ϕ σ

Các sơ đồ thí nghiệm

Có 3 sơ đồ thí nghiệm cơ bản:

Không cố kết – không thoát nước (UU)

Cố kết – không thoát nước (CU)

Cố kết – thoát nước (CD)

4.5 TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ CƠ LÝ CỦA ĐÁ

Xem tài liệu

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

Phân loại chỉ tiêu trong đơn nguyên địa chất công trình

Phân chia các đơn nguyên địa chất công

trình

8 bước tính toán

Và bài tập