Tài liệu cơ học đấtphan1

CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤTMô 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.. Thành phần hạt của đất So sánh đất hạ

Trang 1

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT

CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT

CHƯƠNG 3: PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT

CHƯƠNG 4: BIẾN DẠNG VÀ ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT

CHƯƠNG 5: SỨC CHỊU TẢI CỦA NỀN ĐẤT VÀ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC ĐẤT CHƯƠNG 6: ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN, LÊN ỐNG CHÔN

Trang 2

CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT

1.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ SỰ HÌNH THÀNH CỦA ĐẤT1.2 CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT

1.3 CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT

1.4 CÁC CHỈ TIÊU TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT

1.5 PHÂN LOẠI ĐẤT

1.6 MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ LÝ THƯỜNG XẢY RA

Trang 3

1.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ SỰ HÌNH THÀNH CỦA ĐẤT

Đá gốc Phong hoá

Thời gian Đất tàn tích Đất trầm tích

Chuyển dờiVà lắng đọng

1.1.1 Phong hoá

Là thuật ngữ chung để mô tả một số quá trình tự nhiên trên

mặt đất, do hoạt động riêng lẻ hay phối hợp của các yếu tố như

gió, mưa bão, sự thay đổi nhiệt độ, thay đổi trọng lực, các hoạt

động hoá học xảy ra trên mặt và trong lòng đất đá

Có hai loại phong hoá: Phong hoá vật lý và phong hoá hoá

học

Trang 4

a Phong hoá vật lý

Là phong hoá do các tác nhân Vật lý gây ra mà yếu tố chính là sự thay đổi nhiệt độ, làm đá gốc bị nứt, và vụn

Hạt có góc cạnh và có kích thước lớnThành phần khoáng vẫn giống đá gốc

Ỉ Hạt đất rời

Trang 5

b Phong hoá hoá học

Là phong hoá do các tác nhân Hoá học gây ra mà yếu tố

chính là nước và các muối, axít hoà tan trong nước Các chất

này tương tác mãnh liệt với thành phần khoáng của đá gốc

Kích thước rất nhỏTích điện âm trên bề mặtThành phần khoáng khác với đá gốc

Ỉ Hạt sét

Trang 7

1.1.3 Đất trầm tích

a Trầm tích tàn tích (eluvian)

b Trầm tích sườn tích (deluvian)

c Trầm tích bồi tích (aluvian)

d Trầm tích tam giác trâu và hồ sừng trâu

e Trầm tích biển

Trang 8

Tóm lại, sự hình thành đất bao gồm các quá trình phong

hoá, chuyển dời và trầm tích Quá trình tạo thành đất phụ

thuộc vào các yếu tố: bản chất đá gốc, điều kiện phong hoá,

địa hình, địa mạo và cách thức vận chuyển

Đá gốc Phong hoá

Thời gian Đất tàn tích Đất trầm tích

Chuyển dờiVà lắng đọng

Trang 9

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

Ỉ Mô hình đất gồm 3 pha: rắn (hạt), lỏng (nước) và khí

Trang 10

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 Thành phần hạt của đất

Dựa trên kích thước, chia thành hai nhóm chính:

- hạt thô : đá tảng, cuội, sỏi, cát…

- hạt mịn : sét, keo…

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

Bảng 1.1

Trang 11

1.2.1 Pha rắn

a Thành phần hạt của đất

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 12

1.2.1 Pha rắn

b Cấp phối hạt

Lượng một cỡõ hạt tính bằng phần trăm trọng lượng đất khô gọi là hàm lượng cỡ hạt Hàm lượng cỡ hạt d (mm) là hàm lượng phần trăm các hạt có kích thước lớn hơn d (mm)

Hàm lượng tích luỹ của một cỡ hạt d (mm) là hàm lượng phần trăm các hạt nhỏ hơn d (mm)

Tập hợp hàm lượng tất cả các cỡ hạt chứa trong một loại đất gọi là cấp phối hạt của đất ấy.

Cấp phối hạt thường được biểu diễn dưới dạng một bảng hoặc dưới dạng đường cong cấp phối Người dùng hàm lượng tích luỹ để biểu diễn cấp phối của hạt của đất

Cấp phối hạt là hình ảnh cho phép ta hình dung khá rõ ràng về đất

Trang 13

1.2.1 Pha rắn

b Cấp phối hạt

Thí nghiệm phân tích hạt

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

1 Thí nghiệm rây sàng

Áp dụng với những hạt có kích thước ≥ 0.1mm

Rây hạt thô: Rây 3” ; Rây 2” ; Rây 1” ; Rây ; Rây

Rây hạt mịn:

No 4; No 10; No 20; No 40; No 60; No 80; No 100; No 200

Chú thích:

Rây 1” có nghĩa là mắt lưới ô vuông kích thước 1”

Rây No200 có nghĩa là trên một inch vuông có 200 lỗ rây

4

3"

83"

Trang 14

1 Thí nghiệm rây sàng

Máy rây Rây lưới tròn

Trang 15

2 Thí nghiệm lắng đọng

Áp dụng với những hạt có kích thước từ

0.1 đến 0.002 mm

Tính toán:

Dựa vào Định luật Stokes: V =

Khoảng cách từ tâm bầu đến mặt thoáng

Ỉ vận tốc chìm lắng Ỉ đường kính hạt di

Dung trọng của dung dịch ở trọng tâm bầu Ỉ được hàm lượng của những hạt ≤ di

2 w

s d18μ

γ

−γ

Trang 16

Trong thí nghiệm lắng đọng hàm lượng của những hạt ≤ di tính

ra từ thí nghiệm là so với lượng đất làm thí nghiệm lắng đọng Chúng ta còn phải tính hàm lượng của những hạt ≤ di này theo khối lượng cả mẫu đất tổng

Trang 17

Các đặc trưng của đường cong cấp phối

Từ kết quả thí nghiệm phân tích hạt ta vẽ đường cong cấp phối cho loại đất làm thí nghiệm

Đường cong tích lũy hạt

Trang 18

D10 – đường kính hạt có hàm lượng tích luỹ 10%

Trang 19

Hệ số không đồng nhất: C u =

Cu < 3: cỡ hạt đồng đều

3 ≤ Cu≤5: cỡ hạt tương đối không đồng đều

5 ≤ Cu : cỡ hạt không đồng đều

Hệ số cấp phối: C g =

10

60 D D

10 60

2 30 D D

D

×

Trang 20

Các điều kiện của một mẫu đất cấp phối tốt:

Mẫu đất có nhiều cỡ hạt khác nhau

Cu > 4 – Với sỏi sạn

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

1< Cg < 3Ứng dụng đường cong cấp phối để định danh đất hạt thô

Trong quy phạm XD 45-78 của Việt nam, đất hạt thô được gọi tên theo hàm lượng hạt (có ít hơn 3% hạt sét) như sau:

Bảng 1.2

Bài tập 1.1

Trang 21

1.2.1 Pha rắn

c Hình dạng hạt đất

Hình dạng hạt đất rất khác nhau từ dạng hình cầu đến dạng tấm mỏng và hình kim, do đó mà tính chất của đất sẽ khác nhau khi hình

dạng của các hạt khác nhau

Thông thường các nhóm hạt có kích thước lớn như hạt cát trở lên thì

có hình dạng tròn nhẵn hoặc sắc cạnh Trong trường hợp này hình dạng của hạt đất sẽ có ảnh hưởng nhiều đến tính chất của đất.

Đối với những nhóm hạt có kích thước nhỏ (như hạt sét hay hạt keo):

hình dạng bản tấm rõ rệt hoặc hình kim phẳng dài Trong trường hợp

này hình dạng của hạt đất ít làm ảnh hưởng đến tính chất của đất mà

tính chất của đất chỉ phụ thuộc chủ yếu vào thành phần khoáng của

chúng

Trang 22

1.2.1 Pha rắn

d Thành phần khoáng

Thành phần khoáng chất của đất phụ thuộc chủ yếu vào thành phần khoáng của đá gốc và vào mức độ tác dụng của phong hoá

đối với các đá gốc ấy Tùy theo mức độ tác dụng của phong hóa

khác nhau, thành phần khoáng sẽ khác nhau, ngay cả khi do cùng một loại đá gốc sinh ra, do đó nó có ảnh hưởng khác nhau

đến tính chất vật lý và cơ học của đất Các khoáng vật tạo thành

đất trong thiên nhiên có thể phân thành hai nhóm như sau: Khoáng vật nguyên sinh và Khoáng vật thứ sinh

Trang 23

1.2.2 Pha lỏng

Nước

trong đất

Nước trong khoáng vật Nước liên kết

Nước tự do

Nước màng mỏng Nước màng

Nước liên kết mạnh

Nước liên kết yếu

Nước mao dẫn Nước trọng lực

Trang 24

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 Ỉ 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 rát chặt vào mặt ngoài của hạt đất Nước ở thể rắn và chui cả vào mạng tinh thể khoáng vật

Ỉ xem như một phần của hạt rắn, do đó không ảnh hưởng tới tính chất đất

Trang 25

1.2.2 Pha lỏng

b Nước liên kết:

Nước màng mỏng: là loại nước bao ngoài nước hút bám

Nước liên kết mạnh: ở xa hạt sét hơân một chút so với nước màng Là lớp nước bám tương đối chặt ở bề mặt hạt Không có

ảnh hưởng nhiều đến tính 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

Trang 26

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

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 nghiên cứu các vấn đề sau đây:

Khả năng hoà tan và phân giải của nước

Aûnh hưởng của áp lực thuỷ tĩnh đối với đất

Aûnh hưởng của lựïc thấm do sử chuyển động của nước trong đất đối với tính ổn định của đất

Trang 27

1.2.2 Pha lỏng

Nước mao dẫn :

Độ cao mao dẫn: hc =

d

cosT4

Vùng từ mặt nước ngầm đến

chiều cao hc được gọi là đới bão

hoà nước mao dẫn

Độ dâng lên của nước mao dẫn

thay đổi theo sự lên xuống của mực

nước ngầm

Trang 28

1.2.2 Pha lỏng

Nước mao dẫn :

Aùp 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 trong lượng của đất Tại bề mặt của đới bão hoà, áp lực này có giá trị:

Trang 29

Trang 30

1.2.4 Sự tương tác qua lại giữa các thành phần trong đất

a Sơ đồ bố trí các phân tử

nước trong điện trường của

hạt đất

b Sơ đồ bố trí các phân tử

nước xung quanh hạt đất

c Quan hệ giữa lực hút

điện phân tử và khoảng

cách kể từ mặt khoáng vật

Trang 31

Không khíNướcHạt rắn

Vk

Vn

Vh

VrV

Pha Khối lượng Trọng lượng Thể tích

Qtế VN Qtế VN Qtế VN Rắn(Soil) Ms Mh Ws Qh Vs VhRỗng(Void) Mv Mr Wv Qr Vv VrNước(Water) Mw Mn Ww Qn Vw VnKhí (Air) Ma Mk Wa Qk Va Vk

Trang 32

Dung trọng bão hoà γsat γbh Hệ số rỗng e e

Trọng lượng riêng hạt γs γh Độ chứa không khí Av

Trang 33

Tên Định nghĩa Công thức Đơn vị Khối lượng

ρ =

1.3.1 Các chỉ tiêu cơ bản

3 ; 3

h k

M V

h h

h

M V

Trang 34

Tên Định nghĩa Công thức Đơn vị Dung trọng

tự nhiên = Trọng lượng của 1 đơn vị thểtích đất ở trạng thái tự nhiên

Độ ẩm = Tỷ số giữa trọng lượng nước

chứa trong đất với trọng lượng hạt đất trong một khối đất tự nhiên

1.3.1 Các chỉ tiêu cơ bản

Q W

Trang 35

khô = Trọng lượng của hạt đất trong 1 đơn vị thể tích đất tự

1.3.2 Các chỉ tiêu tính toán

k

V Q

W

γ γ

−

Trang 36

Tên Định nghĩa Công thức Đơn vị Độ rỗng

của đất = Tỷtrong đất vàsố giữa thểthể tích lỗ rỗng tích đất ở

trạng thái tự nhiên

Hệ số rỗng

của đất = Tỷtrong đất vàsố giữa thểthể tích hạt đấttích lỗ rỗng

r

V n

V

=

r r

Trang 37

Tên Định nghĩa Công thức Đơn vị Độ ẩm toàn

phần của

đất

= Độ ẩm về lý thuyết ứng với lúc nước chứa đầy các lỗ rỗng trong đất

Độ bão hòa

của đất = Tỷtrong 1 khối đất vàsố giữa thể thểtích nước tích lỗ

rỗng của đất

( )

n tf

h

Q sat W

⋅

−

Trang 38

bão hòa

của đất

= Dung trọng của đất khi các lỗ rỗng trong đất chứa đầy nước

( )

n bh

Trang 39

Bảng 1.3 - Biểu thức tính đổi các chỉ tiêu thường dùng

Trang 40

Bảng 1.3 - Biểu thức tính đổi các chỉ tiêu thường dùng

Trang 41

1.4.1 Các chỉ tiêu trạng thái đối với đất rời

Đất rời có hai trạng thái độc lập nhau là: độ chặt và độ ẩm

a Chỉ tiêu đánh giá độ chặt của đất rời:

Độ chặt tương đối

emax - hệ số rỗng của đất ở trạng thái rời nhất

emin - hệ số rỗng của đất ở trạng thái chặt nhất

e - hệ số rỗng tự nhiên của đất

e, emax, emin đều được xác định từ các thí nghiệm

min max

max

e e

e

−

Trang 42

1.4.1 Các chỉ tiêu trạng thái đối với đất rời

a Chỉ tiêu đánh giá độ chặt của đất rời:

Hệ số rỗng tự nhiên e (Quy phạm Liên Xô cũ)

Bảng 1.5Ngoài ra người ta còn phân loại trạng thái của đất rời qua thí

nghiệm xuyên ( xuyên tĩnh CPT và xuyên tiêu chuẩn SPT)

Bảng 1.6&1.7

b Chỉ tiêu đánh giá độ ẩm của đất rời:

Đôï ẩm của đất được đánh giá theo độ bão hoà G

- G ≤ 0,5 : Thuộc đất hơi ẩm

- 0,5 < G ≤ 0,8: Thuộc đất ẩm

- G > 0,8 : Thuộc đất bão hòa nước1.4 CÁC CHỈ TIÊU TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT

Trang 43

1.4.2 Các chỉ tiêu trạng thái đối với đất dính

Đối với đất dính không thể tách rời trạng thái độ chặt riêng rẽ với trạng thái độ ẩm Đất sét có trạng thái độ cứng, là sự kết hợp của hai yếu tố chặt và ẩm

Các giới hạn Atterberg

Giới hạn co, Ws :

Giới hạn dẻo,WP (Wd, PL )

Giới hạn nhão,WL (Wnh, LL)

Trang 44

Trang 45

Thí nghiệm xác định W nh

- Phương pháp chỏm cầu rơi Casagrande

Các bước thí nghiệm: chọn mẫu đất đã sấy khô, tách rời hạt bằng chày cao

su, (tránh làm vở hạt), rây qua sàng số 40 có đường kính hạt nhỏ họn 0,425mm, trộn đều nước đến trạng thái lỏng, đặït vào trong bình kín khí 24 giờ để nước bao quanh các hạt đầy đủ

Trang 46

- Phương pháp chỏm cầu rơi Casagrande

Trang 47

- Phương pháp dùng chùy tiêu chuẩn

+ Thả quả chuỳ tiêu chuẩn nặng 76gam,

đầu nhọn 30 0

+ Thời gian: 5 giây

+ Mũi chùy lún sâu vào đất 10mm

Trang 48

Thí nghiệm xác định W d

Trang 49

Trang 50

1.5.1 Ý nghĩa

Là phương tiện để giao tiếp, giúp chúng ta có những hình dung và phán đoán ban đầu về đất Cho phép chúng ta áp dụng

những kinh nghiệm, định tính về khả năng xây dựng của đất và

có những dự kiến về giải pháp công trình

Các tên gọi thường gắn liền với các quy định, quy ước mà vẫn

được thoả thuận sữ dụng trong một phạm vi nào đó Nó là “ngôn

ngữ” của thông tin về nền đất trong xây dựng công trình

1.5.2 Tiêu chuẩn phân loại

Cấp phối hạt của đất

Các giới hạn Atterberg của đất

Trang 51

1.5.3 Phân loại đất theo QPXD 45 -78

a Đất rời

Căn cứ vào hàm lượng cỡ hạt Độ lớn và thành phần cấp phối hạt có khả năng phản ánh được đầy đủ các tính chất cơ học của đất

b Đất dính

Căn cứ vào chỉ số dẻo Id vì nó phản ánh tương đối toàn diện các nhân tố ảnh hưởng tới tính chất của đất dính

Bảng 1.101.5 PHÂN LOẠI ĐẤT

Trang 52

1.5.4 Phân loại đất theo USCS – ASTM D.2487

Bảng 1.11 – 1.13

1.5.5 Phân loại đất theo AASHTO M-145

Bảng 1.14

Đối với các nước khác nhau có thể có sự phân loại khác nhau, ngay trong một nước, các nghành khác nhau - do có mục đích sử dụng khác nhau- có thể có cách phân loại khác nhau.

Định dạng
Số trang	58
Dung lượng	683,67 KB