Giao trinh thi nghiem cơ học đất

hướng dẫn thực hành thí nghiệm cơ học đất. Giáo trình hướng dẫn các bài thí nghiệm cơ học đất bao gồm: Xác định độ ẩm, khối lượng thể tích. Độ ẩm giới hạn dẻo, độ ẩm giới hạn chảy, thành phần hạt của đất, độ chặt tiêu chuẩn của đất, tính nén lún của đất, sức chống cắt của đất

Trang 1

Gn : Khối lượng nước chứa trong đất

Gk : Khối lượng đất khô

Trình tự thí nghiệm thực hiện theo như sau:

 Rút gọn mẫu đến khối lượng khoảng 75g

 Cân khối lượng hộp (G1)

 Cho mẫu đất vào hộp nhôm

 Cân khối lượng đất và hộp nhôm (G2)

 Đổ cồn vào mẫu đất với lượng vừa phải vừa đủ làm ướt bề mặt mẫu đất

 Châm lửa đốt cho cồn cháy hết

 Lặp lại bước 5, 6 cho đến khi khối lượng mẫu không đổi (thường 3÷4 lần)

 Để nguội, cân xác định khối lượng đất khô và hộp (G3);

Tính toán kết quả:

Độ ẩm của mẫu đất được xác định theo công thức sau:

.100(%) G

G

G G W

1 3

3 2

Trang 2

Mẫu ghi kết quả thí nghiệm xác định độ ẩm bằng phương pháp đốt cồn

G 1 (g)

Khối lượng hộp

và đất ẩm

G 2 (g)

và đất khô

G 3 (g)

Khối lượng đất khô (G 3 -G 1 ) (g)

Khối lượng nước (G 2 -G 3 ) (g)

Độ

ẩm

W (%)

Nên tiến hành song song từ 2~3 thí nghiệm, lấy giá trị trung bình;

Không áp dụng cho đất có chứa nhiều hữu cơ;

 Chú ý: Phải chờ cho cồn tắt hẳn mới tiếp tục đổ cồn cho lần tiếp theo, tránh để xảy ra tai nạn đáng tiếc

 Cốc sứ và chày sứ có đầu bọc cao su;

 Khay men để phơi đất;

Trang 3

Dụng cụ thí nghiệm:

 Đánh số các hộp nhôm, cân khối lượng hộp nhôm đựng mẫu (G1)

 Cho mẫu đất ẩm (khoảng 75g) vào hộp nhôm, nhanh chóng đậy nắp và đem cân khối lượng (G2)

 Mở nắp hộp ra và đem làm khô trong tủ sấy ở nhiệt độ quy định (105 2oC - đối với đất loại sét và đất loại cát; 80 2o

C - đối với đất có chứa thạch cao và đất có chứa lượng hữu cơ lớn hơn 5%), cho đến khi khối lượng không đổi ( 5÷7 h tùy mẫu đất)

 Lấy các hộp nhôm ra khỏi tủ sấy, đậy ngay nắp lại và đặt vào bình hút ẩm có canxi clorua từ 45 phút đến 1 giờ để làm nguội mẫu, rồi đem cân ( G3)

Tính toán kết quả:

Độ ẩm của mẫu đất được xác định theo công thức sau:

.100(%) G

G

G G W

1 3

3 2

G 1 (g)

và đất ẩm

G 2 (g)

và đất khô

G 3 (g)

Khối lượng đất khô

(G 3 -G 1 ) (g)

Độ

ẩm

W (%)

Trang 4

BÀI 2: XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG THỂ TÍCH CỦA ĐẤT

; T/m3; KN/m3) G: Khối lượng của mẫu đất

V: Thể tích của mẫu

2.2 Các phương pháp xác định khối lượng thể tích

 Phương pháp dao vòng : Dùng cho các loại đất không lẫn sỏi sạn, là phương pháp đơn giản nhưng tốn nhiều thời gian và sức lực khi thí nghiệm Khối lượng m là khối lượng của đất trong dao đai Thể tích V là thể tích của dao đai

 Phương pháp rót cát: Dùng cho mọi loại vật liệu đất và cấp phối có thể đào có thành thẳng đứng

 Phao Cô-va-li-ép: Xác định nhanh, sai số lớn nếu đất chứa nhiều hạt sét

 Phương pháp phóng xạ: Xác định nhanh, đều không cần phải đào lỗ trong nền đất để xác định khối lượng đất và thể tích của lỗ đào Độ ẩm và khối lượng thể tích của đất nền được xác định dựa vào mối quan hệ đã được xác lập trước giữa độ ẩm và khối lượng thể tích với khả năng lan truyền phóng xạ hoặc độ dẫn điện

 Phương pháp bọc sáp: Dùng cho đất dính có cỡ hạt không lớn hơn 5mm, đất khó cắt bằng dao vòng, khi cắt dễ bị vỡ vụn

Phương pháp

dao đai

Phương pháp rót cát

Phương pháp bóng cao su

Phương pháp phóng xạ

Phương pháp

đo độ dẫn điện

Trang 5

 Dùng bay đào đất xung quanh dao vòng, lấy dao vòng khỏi lớp đất

 Lấy vòng đệm ra, dùng dao thẳng cắt gọt phần đất thừa nhô lên trên miệng dao vòng

 Vệ sinh sạch, cân khối lượng dao và đất (G2)

 Lấy 2 phần mẫu đất ở giữa dao vòng đem xác định độ ẩm

dao vòng (cm 3 )

Khối lượng thể tích (g/cm 3 )

Ghi chú Không có

đất

Có đất

Từng mẫu

Trung bình

 Chú ý:

Sai lệch kết quả giữa các lần xác định song song không được lớn hơn 0,02 g/cm 3

Sau khi xác định khối lượng thể tích, tiến hành xác định độ ẩm của đất trong dao vòng

để tính khối lượng thể tích khô của đất

V

G G w

1

2 





Trang 6

G 1 (g)

và đất ẩm

G 2 (g)

và đất khô

G 3 (g)

Độ

ẩm

W (%)

 Cân xác định trọng lượng mẫu đất thí nghiệm đã bọc sáp trong không khí, độ chính xác 0.1% , khối lượng m1 ;

 Cân mẫu đất đã bọc sáp trong nước , độ chính xác 0.1% , khối lượng m2

 Cân xác định lại trọng lượng mẫu đất thí nghiệm đã bọc sáp trong không khí Độ chính xác 0.1%, sau đó lau khô nước bám trên mẫu sáp để kiểm tra nước có thấm qua vỏ sáp vào đất hay không

Trang 7

Trong đó: m: Khối lượng mẫu đất trước khi bọc sáp (g)

m1 : Khối lượng mẫu đất khi bọc sáp (g)

m2 : Khối lượng mẫu đất bọc sáp cân trong nước (g)

ρn : Khối lượng riêng của nước, lấy bằng 1g/cm3

ρp : Khối lượng riêng của sáp, lấy bằng 0.9g/cm3

m (g)

Khối lượng Mẫu đất khi bọc sáp

m 1 (g)

Khối lượng Mẫu đất bọc sáp cân trong nước

m 2

Khối lượng thể tích đất tự nhiên

Khối lượng thể tích khô của đất (ɣc) tính bằng g/cm3 , được tính toán theo công thức sau:

Trong đó: w: độ ẩm của đất

ɣw : Khối lượng thể tích đất tự nhiên của đất

Trang 8

BÀI 3: XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM GIỚI HẠN DẺO CỦA ĐẤT

3.1 Khái niệm :

Giới hạn dẻo của đất (Wd) tương ứng với độ ẩm mà đất loại sét có kết cấu bị phá hoại chuyển từ trạng thái cứng sang trạng thái dẻo Giới hạn dẻo (Wd) được đặc trưng bằng độ ẩm ( tính bằng phần trăm) của đất sau khi đã nhào trộn đều với nước và lăn thành que có đường kính 3mm, thì que đất bắt đầu rạn nứt và đứt thành những đoạn ngắn có chiều dài khoảng từ 3 đến 10cm

3.2 Phương pháp xác định giới hạn dẻo

Dụng cụ thí nghiệm

Hình 3.1: Tấm kính nhám có kích thước

40x60mm

 Rây với kích thước lỗ 1mm;

 Cối sứ và chày có đầu bọc cao su;

 Bình thuỷ tinh có nắp;

 Cân kĩ thuật có độ chính xác đến 0,01g;

 Dao để nhào trộn;

 Bát sắt tráng men hoặc sứ

 Các tấm kính nhám có kích thước (40x60) cm

 Dụng cụ để xác định độ ẩm

Chuẩn bị mẫu

 Phơi mẫu đất khô gió, nghiền nhỏ bằng chày cao su

 Cho khoảng 300 gam đất qua sàng 1mm và loại bỏ phần ở trên rây

 Lấy khoảng 150 gam đất lọt qua rây đựng vào bát, rót nước cất vào bát, dùng dao con trộn đều cho đến trạng thái như hồ đặc

 Đặt mẫu thí nghiệm vào bình thuỷ tinh đậy kín, ủ mẫu trong ít nhất 2 giờ

3.3 Trình tự thí nghiệm

 Lấy một ít đất và dùng mặt phẳng trong lòng bàn tay hoặc các đầu ngón tay lăn đất nhẹ nhàng trên kính nhám (hoặc vật thể hút nước) cho đến khi thành que tròn có đường kính bằng 3mm, rạn nứt ngang và đứt thành những đoạn nhỏ dài khoảng 3 đến 10mm

 Lấy các que đất để xác định độ ẩm ( lấy 2 mẫu làm song song)

Trang 9

Hình 3.2 Tiến hành lăn mẫu đất

Nếu từ hồ đất đã được chuẩn bị không thể lăn thành que có đường kính 3mm (đất chỉ rời ra), thì có thể xem đất này không có giới hạn dẻo

3.4 Tính toán kết quả

 Độ ẩm que đất chính là độ ẩm giới hạn dẻo

 Sai lệch của 2 mẫu thử độ ẩm song song không được lớn hơn 2%

G 1 (g)

và đất ẩm

G 2 (g)

và đất khô

G 3 (g)

Độ

ẩm

W d (%)

Trang 10

BÀI 4: XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM GIỚI HẠN CHẢY CỦA ĐẤT

4.1 Khái niệm :

Giới hạn chảy của đất (Wch) tương ứng với độ ẩm mà đất loại sét có kết cấu bị phá hoại chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng thái chảy Giới hạn chảy (Wch) được đặc trưng bằng độ ẩm (tính bằng phần trăm) của bột đất nhào trộn với nước mà ở đó quả dọi thăng bằng hình nón dưới tác dụng của trọng lượng bản thân sau 10 giây sẽ lún sâu hơn 10mm

4.2 Phương pháp xác định giới hạn chảy

 Phương pháp quả dọi Vaxiliep

 Phương pháp dùng dụng cụ Casagrande

4.2.1 Phương pháp quả dọi vaxiliep

Dụng cụ thí nghiệm

Hình 4.1: Quả dọi Vaxiliep

 Bình thuỷ tinh có nắp;

 Cân kĩ thuật có độ chính xác đến 0,01g;

 Dao để nhào trộn;

 Bát sắt tráng men hoặc sứ

 Quả dọi Vaxiliep ( khuôn hình trụ, quả dọi thăng bằng hình nón) Quả dọi thăng bằng mà bộ phận chủ yếu của nó là một khối hình nón nhẵn bằng thép không

rỉ, có góc đỉnh 300 và cao 25mm Trên quả dọi, theo chiều cao của hình nón, cách đỉnh l0mm có khắc một ngấn tròn

 Dụng cụ để xác định độ ẩm

 Phơi mẫu đất khô gió, nghiền nhỏ bằng chày cao su;

 Cho khoảng 300 gam đất qua sàng 1mm và loại bỏ phần ở trên rây;

 Lấy khoảng 150 gam đất lọt qua rây đựng vào bát, rót nước cất vào bát, dùng dao con trộn đều cho đến trạng thái như hồ đặc;

Trang 11

Trình tự thí nghiệm

 Dùng dao nhào kỹ lại và lấy một ít cho vào khuôn hình trụ Trong quá trình cho vào khuôn nên chia đất thành từng lớp và gõ nhẹ khuôn lên một mặt đàn hồi để tránh lẫn bọt khí

 Dùng dao gạt bằng mặt mẫu đất với mép khuôn (không gạt nhiều lần qua lại)

 Đặt khuôn lên giá và đưa quả dọi Vaxiliep sao cho mũi nhọn hình nón vừa chạm bề mặt mẫu đất;

 Thả dụng cụ hình nón để nó tự lún vào trong đất dưới tác dụng của trọng lượng bản thân Sau 10 giây dụng cụ lún vào 10 mm thì đất đạt giới hạn

 Lấy phần đất ở giữa khuôn, đem xác định độ ẩm ( lấy 2 mẫu thử song song)

Tính toán kết quả

 Độ ẩm của mẫu đất chính là độ ẩm giới hạn chảy

 Sai lệch của 2 mẫu thử độ ẩm song song không được lớn hơn 2%

Mẫu ghi kết quả thí nghiệm xác định độ ẩm bằng phương pháp đốt cồn hoặc sấy

G 1 (g)

và đất ẩm

G 2 (g)

và đất khô

G 3 (g)

Độ

ẩm

W ch (%)

Trang 12

 Phơi mẫu đất khô gió, nghiền nhỏ bằng chày cao su;

 Cho khoảng 300 gam đất qua sàng 1mm và loại bỏ phần ở trên rây;

 Lấy khoảng 150gam đất lọt qua rây đựng vào bát, rót nước cất vào bát, dùng

dao con trộn đều cho đến trạng thái như hồ đặc;

-Lấy đất vừa trộn trét vào khoảng 2/3 chỏm cầu (tránh bọt khí)

-Dùng dao cắt rãnh, chia đất trong chỏm cầu thành 2 phần bằng nhau (khoảng cách khe

hở 2mm, dày 8mm)

Trang 13

-Cho chỏm cầu nâng lên và rơi xuốn hr = 1cm, vận tốc v = 2 lần/sec, đếm số lần rơi N cho đến khi đất ở 2 phần chỏm cầu khép lại

-Lấy đất nới khép lại trong chỏm cầu bỏ vào lon, cân, đem mẫu sấy khô (24h), câm mẫu đất khô; xác định độ ẩm

-Lấy đất trong chỏm cầu ra, trộn đều cho bốc hết hơi nước, làm lại TN như trên

-Làm thí nghiệm tương tự khoảng 3-4 lần, xác định số lần rơi < 25 <

Trang 14

Tính toán kết quả

 Vẽ đồ thị quan hệ giữa số lần đập và độ ẩm tương ứng của đất trên toạ độ nửa logarit Để vẽ, trên trục hoành logarit biểu diễn số lần đập, còn trục tung biểu diễn độ ẩm (%)

 Xác định độ ẩm tương ứng với số đập là 25 lần, độ ẩm này chính là độ ẩm giới hạn chảy

Tính toán và kết luận về giới hạn chảy và dẻo

Sau khi xác định được giới hạn dẻo Wd và chảy Wch ta xác định được chỉ số dẻo (Id) và độ sệt (B) theo công thức:

Id = Wch - Wd B= (W-Wd) / ( Wch – Wd)

Phân loại đất dính theo chỉ số dẻo I d

Id > 17

Phân loại đất dính theo độ sệt B

Tên và trạng thái của đấ

Độ sệ B

Cát pha:

Rắn Dẻo Sệt Sét pha:

Rắn Nửa rắn Dẻo Dẻo mềm Dẻo sệt Sệt (nhão)

B<0 0≤ B ≤ 1

B >1

B<0 0≤ B ≤ 0.25 0≤ B ≤ 0.25 0≤ B ≤ 0.75 0.75≤ B ≤ 1 B>1

BẢNG TÍNH TOÁN

STT

Độ ẩm ban đầu W(%)

Độ ẩm giới hạn dẻo

Wd (%)

Độ ẩm giới hạn chảy

Wch (%)

Chỉ số dẻo Id Độ sệt B Kết luận

1

2

3

Trang 15

Bài 5: THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN HẠT CỦA ĐẤT

5.1 Khái niệm:

Thành phần hạt của đất được biểu thị bằng tỷ lệ phần trăm tính theo khối lượng đất khô tuyệt đối của nhóm hạt có kích thước khác nhau trong đất.Kích thước của các nhóm hạt tạo nên loại đất nào đó thường được tính bằng mm

- Cân (độ chính xác 1g đối với cân lớn, 0,1g đối với cân tiểu)

- Dụng cụ chia đất, muỗng xúc đất, chày cao su, lò sấy (105oC), máy rây…

Quy trình thí nghiệm:

Chuẩn bị mẫu thí nghiệm:

Đưa mẫu đất tới trạng thái khô gió hoặc sấy ở 600C đến khi khối lượng không đổi Chọn mẫu trung bình từ đất khô gió khối lượng như sau:

100-200g với đất không chứa các hạt có kích thước lớn hơn 2mm

Trang 16

300-900 đối với đất chứa 0-10% các hạt có kích thước lớn hơn 2mm

1000-2000g đối với đất 10-30% các hạt có kích thước lớn hơn 2mm

Tiến hành thí nghiệm

Cân khối lượng mẫu ban đầu

Đổ mẫu đất vào rây trên cùng và lắc bằng tay hoặc bằng

máy qua bộ sàn tiêu chuẩn

Cân khối lượng đất còn sót trên các sàng và lọt xuống ngăn

đáy

Lấy tổng các khối lượng trên sàng so với tổng khối lượng

của mẫu đất trung bình đem phân tích nến sai lệch quá 1% khối

lượng thì phải phân tích lại

Kết quả phân tích hạt theo phương pháp rây

Hàm lượng của mỗi nhóm hạt biễu diễn bằng phần trăm được tính theo công thức:

P=mh/m*100%

Trong đó: mh : Khối lượng nhóm hạt, g

m : Khối lượng của mẫu trung bình đem phân tích, g

Tổng khối lượng mẫu đem phân tích Kết quả phân tích

Kích thước nhóm

hạt, mm

K.lượng của nhóm hạt, g

Phần trăm của nhóm hạt, % Kích thước hạt, mm

Phần trăm tích lũy, %

Trang 17

5.3.2 Phương pháp phân tích hạt bằng tỷ trọng kế:

- Chuẩn bị mẫu thí nghiệm và tạo huyền phù

- Lấy 200 g đất trạng thái khô gió và sàng qua bộ rây10,5,2,1, 0.5mm Cân các nhóm hạt trên rây và nhóm hạt lọt xuống rây

- Lấy lượng đất lọt qua rây 0.5mm cân với khối lượng như sau:

20 g đối với đất sét

30 g đối với đất sét pha

40 g đối với đất cát pha

- Cho mẫu đất trung bình dùng để phân tích vào bình tam giác có dung tích từ 750 đến 1000ml

- Cho nước vào bình tam giác bằng 1 lượng gấp 10 lần khối lượng của mẫu đất và ngâm mẫu trong 24h

- Thêm vào bình tam giác dung dich NH4OH 25% ( khoảng 0.5ml) để tạo huyền phù có

độ pH = 9÷10 và đun sôi trong 1 giờ

- Để nguội huyền phù cho đến nhiệt độ phòng, sau đó rửa qua rây 0.1mm bằng tia nước

và cho vào ống đo hình trụ có dung tích 1000ml.(Chú ý nên rửa ít nước)

Thí nghiệm phân tích bằng tỷ trọng kế

- Dùng que để khuấy huyền phù trong thời gian 1 phút ( cứ 2 giây kéo lên đẩy xuống 1 lần), ghi điểm thôi khuấy và sau 20 giây thả tỷ trọng kế vào trong huyền phù Phải để tỷ trọng kế nổi tự do, không chạm vào thành ống đo

- Tiến hành đọc đợt đầu mật độ huyền phù theo mép trên mặt khum qua 30s, 1 phút, 2 phút và 5 phút kể từ khi thôi khuấy

- Lấy tỷ trọng kế ra khỏi huyền phù và cho vào ống nước cất Khuấy lại huyền phù lần thứ hai và đọc tỷ trọng kế sau 15 phút, 30phuts, 1.5h, 2h, 3h, 4h kể từ khi ngừng khuấy

- Đo nhiệt độ huyền phù

- Hiệu chình số đọc mật độ huyền phù về o

Trang 18

Bảng số liệu thí nghiệm thành phần hạt bằng phương pháp tỷ trọng kế:

Số hiệu chỉnh c

Số đọc

đã hiệu chỉnh

Rc

Cự ly chìm lắng

Hr

Đường kính d (mm)

% Khối lượng mịn hơn (P)

% Khối lượng mịn hơn đối với toàn mẫu 30’’

Trang 19

6.2 Nguyên lý thí nghiệm

 -Tính nén lún của đất là khả năng giảm thể tích của nó ( giảm độ rỗng, biểu hiện ở

sự giảm chiều cao) dưới tác dụng của tải trọng ngoài

- Công việc bao gồm:

 - Tìm hệ số lún a (cm2/kG),

 - Mô đun biến dạng E (kG/cm2),

 - Hệ số cố kết (Cv)-cm2/s của đất có kết cấu nguyên hoặc chẽ bị, ở độ ẩm tự nhiên hoặc hoàn toàn bão hòa nước

 - Mẫu đất thí nghiệm có hình trụ tròn, với tỷ lệ đường kính và chiều cao khoảng ¾

 -Tải trọng tác dụng theo từng cấp và phải bảo đảm thẳng đứng Sai số cho phép của mỗi cấp áp dụng trọng thời gian thí nghiệm ≤3%;

-Trị số các cấp áp lực nén thí nghiệm như sau:

-Đối với đất loại sét ở trạng thái dẻo chảy

và chảy sử dụng các cấp: 0.1; 0.25; 0.5;

1.0; 2.0kG/cm2; -Đối với đất sét, sét pha ở trạng thái dẻo mềm và dẻo cứng dùng các cấp: 0.25; 0.5; 1.0; 2.0; 4.0 kG/cm2;

-Đối với đất cứng và nữa cứng, dùng các cấp: 0.5; 1.0; 2.0; 4.0; 6.0 kG/cm2

Định dạng
Số trang	30
Dung lượng	1,22 MB