Bài giảng chương 3 trình bày tính chất vật lý và thủy tính của đất đá. Thông qua chương này người học sẽ Hiểu được các khái niệm, đặc điểm vật lý, thủy tính của đất đá và biểu thức tính toán; sử dụng các biểu thức trong bài học để giải quyết bài toán về dung trọng, các độ ẩm giới hạn, chỉ số dẻo, độ sệt, độ chặt;... Mời các bạn tham khảo.
Trang 1Chương 3: Tính chất vật lý và thủy tính của đất đá
Nội dung
Tính chất vật lý
1
Thủy tính của đất đá
2
1 Tính rỗng, xốp của đất đá.
2 Tính nứt nẻ của đất đá.
3 Khối lượng riêng
4 Trọng lượng riêng
5 Tỷ trọng
1 Độ ẩm của đất đá.
2 Độ bão hòa.
3 Độ nhã nước.
4 Tính mao dẫn.
5 Tính thấm nước.
6 Tính hóa mềm và tan rã.
7 Tính trương nở và co ngót.
Trang 2 Hiểu được các khái niệm, đặc điểm vật lý, thủy tính của đất đá và biểu thức tính toán.
Sử dụng các biểu thức trong bài học để giải
quyết bài toán về dung trọng, các độ ẩm giới hạn, chỉ số dẻo, độ sệt, độ chặt …
Dựa vào các chỉ tiêu vật lý và thủy tính đánh giá trạng thái của đất, gọi tên đất.
Hiểu được các nhân tố ảnh hưởng đến các
đặc điểm vật lý - thủy tính của đất đá.
This image cannot currently be displayed.
YÊU CẦU CHƯƠNG 3
Trang 3Va
V w
V s
Q a
Q w
Q s
Q
khí lỏng
rắn
3.1 Tính chất vật lý
Thông thường đất đá có ba thành phần tạo nên là rắn – lỏng – khí
Tỷ lệ của ba thành phần này thay đổi thì trạng thái vật lý cũng thay đổi theo.
Trang 43.1 Tính chất vật lý
3.1 1 Tính rỗng xốp của đất đá.
lỗ rỗng bịt kín Đối với các trầm tích mềm rời thường
là các lỗ rỗng tạo ra ở giữa các hạt đất với nhau
tục mà còn ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính cường
độ, biến dạng… của đất
rỗng hở liên thông với khí quyển Đá Granite, đá
phiến Xerixit đặc xít…là các lỗ rỗng kín.
Trang 53.1 Tính chất vật lý :
Chỉ tiêu định lượng mức độ rỗng của đất đá là độ rỗng n và hệ số rỗng e.
* Độ rỗng : là phần trăm thể tích lỗ rỗng và thể tích đất đá tương ứng Được biểu diễn dưới dạng công thức:
Thông thường, n được tính bằng đơn vị %, và thay đổi từ 0-100.
* Hệ số rỗng: là tỷ số giữa thể tích lỗ rỗng với thể tích phần hạt rắn của đất đá
This image cannot currently be displayed.
% 100
x
n
v
vr
% 100
x
e
v
v
h
r
Vh là thể tích phần hạt của đất đá.
Trong xây dựng người ta thường dùng hệ số rỗng e để đánh giá trạng thái của đất rời.Tiêu chuẩn và độ chặt của đất rời (QPXD 45-78)
Vr là thể tích lỗ rỗng của đất đá.
V là thể tích của đất đá.
Trang 63.1 Tính chất vật lý
Trong thực tế, đối với đất rời (cát), còn sử dụng chỉ tiêu tương đối để đánh giá độ chặt của đất
D =
D ≤ 0.33 : Đất ở trạng thái rời xốp 0.33 < D ≤ 0.66 : Đất ở trạng thái chặt vừa
D > 0.66 : Đất ở trạng thái chặt chẽ
This image cannot currently be displayed.
min max
max
Loại đất Trạng thái của đất
Chặt Chặt vừa Xốp Cát sỏi, cát to, cát vừa e < 0.55 0.55 ≤ e ≤ 0.70 e > 0.70
Cát nhỏ e < 0.60 0.60 ≤ e ≤ 0.75 e > 0.75 Cát bụi e < 0.60 0.60 ≤ e ≤ 0.80 e > 0.80
Trang 73.1 Tính chất vật lý
3.1 2 Tính nứt nẻ của đất đá
Để biểu thị phương phát triển của khe nứt, trong thực tế hay sử
dụng đồ thị hình tròn khe nứt
This image cannot currently be displayed.
10 20 30 40 50 60 70 80 90
0; 360 10
20 30 40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150 160 170 190
200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350
Góc dốc được biểu thị bằng
các vòng tròn đồng tâm (0÷900)
Góc phương vị hướng dốc xác
định trên vòng tròn theo chiều kim
đồng hồ (0÷3600)
Mỗi khe nứt biểu thị bằng 1
điểm
Khe nứt kiến tạo màu đỏ,
phong hóa màu xanh, khe nứt hở
khuyên trắng, khe nứt kín chấm
đen
Trang 83.1 Tính chất vật lý
Trong thực tế, để đánh giá mức độ nứt nẻ của đá cứng, thường hay sử dụng hệ số khe hở Kk :
Kk = với : Fn : Diện tích bề mặt của ke nứt
F : Diện tích bề mặt đá xác định Fn
thông thường F = (4-8) m2
Kk ≤ 0.02 : Nứt nẻ yếu 0.02 < Kk ≤ 0.05 : Nứt nẻ trung bình 0.05 < Kk ≤ 0.1 : Nứt nẻ mạnh
0.1 < Kk ≤ 0.2 : Nứt nẻ rất mạnh
Kk > 0.2 : Nứt nẻ hoàn toàn (đặc biệt mạnh)
This image cannot currently be displayed.
n
F F
Trang 93.1 Tính chất vật lý
3.1 3 Dung trọng
* Dung trọng hạt :
* Tỷ trọng :
* Dung trọng tự nhiên :
* Dụng trọng đẩy nổi : đn = (s - n)(1-n)
* Dung trọng khô :
s
s s
V
Q
n s
s
V
Q
.
V
Q
w
V
Qs
k
Trang 103.2 Thủy tính của đất đá
3.2.1 Độ ẩm W =
Trong đất dính, thường sử dụng các độ ẩm giới hạn tương ứng với trạng thái của đất
This image cannot currently be displayed.
w
s
Q Q
W Cứng Nửa cứng Dẻo Chảy Lỏng
(Giới hạn co) (Giới hạn dẻo) (Giới hạn chảy) (Giới hạn lỏng)
* Chỉ số dẻo : Id = Wch - Wd
* Độ sệt :
d
d I
W
B
Loại đất IP Cát pha IP < 7 Sét pha 7 ≤ IP ≤ 17 Sét IP > 17
Trang 113.2 Thủy tính của đất đá
Đối với đất cát, thường sử dụng độ bão hòa (độ ẩm tương
đối) để đánh giá trạng thái của đất
G = với Wbh : Độ ẩm bão hòa của đất
0 < G ≤ 0.5 : Đất hơi ẩm 0.5 < G ≤ 0.8 : Đất ẩm 0.8 < G ≤ 1 : Đất bão hòa
This image cannot currently be displayed.
bh
W
Loại đất Chỉ số độ sệt
B< 0 0 ≤B≤0.25 0.25<B≤0.5 0.5<B≤0.75 0.75<B≤1.0 B>1 Đất sét pha và sét Cứng Nửa cứng Dẻo cứng Dẻo mềm Dẻo chảy Nhão
Trang 123.2 Thủy tính của đất đá
3.2 2 Độ nhã nước
Là khả năng nước trong đất đá được phóng thích bằng cách chảy tự do dưới tác dụng của thế năng trọng lực
Khả năng này được biểu thị bằng hệ số nhả nước () là tỷ số giữa thể tích nước tự do chảy ra khỏi đất đá bão hòa với thể tich toàn bộ đất đá
This image cannot currently be displayed.
Đất đá Hệ số nhả nước,
Cát thô 0.35 – 0.25 Cát nhỏ 0.2 – 0.15 Cát mịn 0.15 – 0.1 Sét pha, cát pha < 0.1
Than bùn 0.05 – 0.15
Wnn= Wbh - Wptmax
k
k pt
pt
G
G G
Trang 133.2 Thủy tính của đất đá
3.2 3 Tính mao dẫn
Trong đất đá, lổ rỗng do các hạt đất đá tạo ra thường nhỏ do
đó, với ảnh hưởng sức căng bề mặt của nước dưới đất, có thể tạo dòng thấm ngược với phương trọng lực (nước mao dẫn)
This image cannot currently be displayed.
n
md
g r
H
.
cos
2
Khi đất đá xem như bị thấm ướt hòan toàn
(=00) thì Hmd có thể tính gần đúng :
d r
Hmd 0 . 15 0 . 3
nước
Trang 143.2 Thủy tính của đất đá
3.2 4 Tính thấm nước
Nước thấm qua các lổ hổng, khe nứt của đất đá, tính thấm nước được đặc trưng bằng hệ số thấm (K) là vận tốc thấm của nước dưới đất trong đất đá khi gradien thủy lực bằng 1 đơn vị
This image cannot currently be displayed.
Đất đá K (m/ngđ) Khả năng thấm
Đá cứng, sét chặt < 0.001 Không thấm
Sét 0.001 – 0.01
Thấm yếu
Sét pha 0.01 – 0.1
Cát pha 0.1 – 0.5
Cát mịn 0.5 – 1
Cát trung đến sỏi 5 - 200
Trang 153.2 Thủy tính của đất đá
3.2 5 Tính hóa mềm và tan rã
3.2.5.1 Tính hóa mềm của đất đá
Đối với đá cứng, khi tiếp xúc với nước có thể không bị trương
nở mà cường độ của chúng bị giảm đi,
Để đánh giá khả năng đó, thực tế thường sử dụng hệ số hóa mềm (Khm):
This image cannot currently be displayed.
k n
bh n hm
R
R
k n
bh
n R
R , : Cường độ kháng nén của mẫu đá khi bão hòa
nước và khi khô ráo
Khm = (1-0.9] : Khả năng hóa mềm yếu.
Khm = (0.9 – 0.75) : Khả năng hóa mềm trung bình.
Khm ≤ 0.75 : Khả năng hóa mềm mạnh
Trang 163.2 Thủy tính của đất đá
3.2 5 2 Tính tan rã của đất đá.
Nguyên nhân gây ra hiện tượng tan rã là do mối liên kết giữa các hạt hoặc các kết tụ của đất bị yếu đi vì chất gắn kết giữa chúng bị hòa tan trong quá trình thủy hóa.
* Thời gian tan rã : là khoảng thời gian mà ở trong nước mẫu đất đá mất tính dính kết và phân rã thành các phân tố có kích thước khác nhau.
* Đặc điểm tan rã phản ánh hình thức tan rã của đất đá.
Ở Việt Nam, đất đỏ Bazan ở Tây Nguyên có tính tan rã lớn và nhanh.
Trang 173.2 Thủy tính của đất đá
3.2 6 Tính trương nở- co ngót :
Khi tiếp xúc với nước, đất dính thường trương nở do bề dày màng nước liên kết vật lý của các hạt tăng lên, khoảng cách giữa hạt càng rời xa nhau, ngược lại, khi nhả nước thì đất dính sẽ co ngót
Để đánh giá khả năng trương nở, thường sử dụng hệ số trương nở (Rn) và áp lực trương nở (Pn)
This image cannot currently be displayed.
H
H H
V
V
V
V,H,Vn,Hn : Thể tích, chiều cao của mẫu đất trước và sau khi
trương nở
Trang 182.2 Thủy tính của đất đá :
2.2.4 Tính trương nở- co ngót :
This image cannot currently be displayed.
Không trương nở < 4 < 0.25 Trương nở yếu [4 – 10) [0.25 – 1) Trương nở trung bình [10 – 15) [1 – 2.5) Trương nở mạnh ≥ 15 ≥ 2.5