CHUONG 3 CAC TINH CHAT CO LY

Phương pháp xác định thành phần hạt trong phòng thí nghiệm:Bảng số hiệu rây Thành phần hạt của đất loại sét được xác định bằngphương pháp tỷ trọng kế đối với các hạt có kích thước < 0,07

Trang 1

CHƯƠNG 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ

Đất đá được cấu tạo bởi 3 thành phần (3 pha):

Trang 2

Pha rắn:

Chiếm phần lớn thể tích đất và ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của đất gồm các hạt khoáng vật có kích thước khác nhau từ rất nhỏ (vài phần nghìn mm) đến rất lớn (vài cm)

 Tính chất của pha rắn phụ thuộc vào:

Nguyên loại thứ sinh: thạch cao, kaolinit, sét…

Khi nhóm hạt có kích thước lớn thì thành phầnkhoáng không ảnh hưởng nhiều đến tính chất cơ lýcủa đất Nhưng khi chúng có kích thước nhỏ thìthành phần khoáng có tính quyết định đến tính cơ lýcủa đất

Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ

Pha rắn:

Trang 3

Thành phần hạt: quyết định tính chất đất thông quađường kính kích cỡ hạt gọi là đường cong cấp phối hạt

Pha rắn:

1- Cấp phối tốt 2- Cấp phối xấu 3- Cấp phối trung bình

Định nghĩa:

Thành phần hạt là hàm lượng % của nhóm hạt có độ lớnkhác nhau ở trong đất được biểu diễn bằng tỷ lệ % sovới khối lượng mẫu đất khô tuyệt đối dùng làm thínghiệm

Trang 4

Phương pháp xác định thành phần hạt trong phòng thí nghiệm:

Bảng số hiệu rây

Thành phần hạt của đất loại sét được xác định bằngphương pháp tỷ trọng kế đối với các hạt có kích thước <

0,074mm

Trang 5

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

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

Kết quả tính toán được biểu thị trên biểu đồ:

Đánh giá được đất có cấp phối tốt hay xấu

Trang 6

thí nghiệm: Phương pháp rây sàn

Tính % khối lượng đất để kết luận tên đất theo bảng phânloại đất ( Theo TCVN 5747-1993)

Xác định được tên đất, cấp phối tốt hay xấu, biết được tính chất cơ bản của đất

Mục đích phương pháp

Trang 7

Áp dụng cho các loại đất hạt mịn, không áp dụng đượcphương pháp rây sàn ( lọt qua rây No10 – 2mm), nếukhối lượng cộng dồn bằng rây khô là B thì sau khi tínhgiá trị cộng dồn rây rửa ta nhân với B

 Phương pháp rây có rửa nước

 Phương pháp tỷ trọng kế: (phương pháp lắng động)

Trang 8

• Bước 4 Tính % nhỏ hơn: Với:

Phương pháp xác định thành phần hạt trong phòng

thí nghiệm: Phương pháp tỷ trọng kế:

(Rc: Số đọc trên tỷ trọng kế đã hiệu chỉnh)

Trang 9

Phương pháp xác định thành phần hạt trong phòng

thí nghiệm: Phương pháp tỷ trọng kế:

Lập bảng và biểu đồ cấp phối hạt

Pha lỏng ( nước trong đất)

 Là nước trong lỗ rỗng của đất bao gồm:

 Nước tự do

 Nước liên kết mặt ngoài

 Nước trong hạt khoáng vật

Sơ đồ ba pha Sơ đồ pha lỏng

Trang 10

Nước tự do là nước nằm ngoài hạt đất, bị ảnh hưởng

bởi lực hút về phía hạt đất gồm có hai loại: nước mao

dẫn và nước trọng lực

 Nước mao dẫn: tồn tại trong các lỗ rỗng, khe nứt

nhỏ của đất đá (<2mm) dưới tác dụng của lực căngmặt ngoài

 Nước trọng lực: Tồn tại do quá trình chênh lệch

Trang 11

+ _

-Nước liên kết

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

độ nhớt lớn hơn nước thông thường có 2 loại: nước hút

-+ – + –

+ –

+ – + – + –

+ – + –

+ – + – + – + – + –

Nước hút bám: là loại nước bám rất chặt vào mặt ngoài của đất

đá, không hòa tan trong muối, không dịch chuyển từ hạt này sang hạt khác và không truyền áp lực thủy tĩnh

Nước màng mỏng: 2 loại là liên kết mạnh và liên kết yếu

Nước liên kết mạnh: có tính chất gần giống nước hút bám nhưng

có thể dịch chuyển từ hạt này sang hạt khác

Nước liên kết yếu: là lớp ngoài cùng của đất đá, tính chất gần

giống nước tự do

Nước liên kết

Trang 12

Là loại nước trong mạng tinh thể của đất đá dưới dạng phân tử nước hoặc dạng ion Nước này chỉ có thể tách rời khỏi hạt khoáng vật dưới nhiệt độ cao và áp suất lớn

Nước trong hạt khoáng vật

Thạch cao -CaSO4.2H2OTale - (Mg3[Si4O10][OH]2

Pha khí ( nước trong đất) Chương 3: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ

Trang 13

Trọng lượng riêng (dung trọng) tự nhiên: là trọng lượng của

một đơn vị thể tích đất đá trong trạng thái tự nhiên, ký hiệu ɣ, đơn vị: (kN/m 3 , T/m 3 , g/cm 3 ).

Mẫu đất

Phần đất được gọt bỏ

Dao vòng

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

Nước

Vỏ sáp Mẫu đất

III.2 Tính chất vật lý

Trang 14

•Khối lượng dao vòng: M1

•Khối lượng dao vòng + đất: M2

•Ta có khối lượng đất: M = M1 – M2

Phương pháp bọc parafin: đất dính có sỏi sạn

Ta có: biết dung trọng parafin.

•Khối lượng đất: M1

•Khối lượng parafin + đất: M2

•Ta có khối lượng parafin: M3 = M2 – M1

•Thể tích parafin:

•Nhúng mẫu (đất + parafin) vào bình chứa có V đất+parafin

• Ta có:V= V đất = V đất+parafin - V parafin

Trang 15

 Các phương pháp xác định dung trọng riêng tự nhiên:

 Hiện trường:

Phương pháp nón cát: đất rời

Ta có: biết dung trọng parafin.

1 Khối lượng đất đào lên: M1

2 Cho cát chảy xuống lỗ đã đào:

V cát sau khi rót = V cát trước khi rót – (V cát trong hố +V cát trong nón )

Trọng lượng riêng khô: là khối lượng của một đơn vị thể tích

đất khô hoàn toàn ký hiệu ɣd, đơn vị: (kN/m 3 ,T/m 3 , g/cm 3 ).

Qs: Khối lượng hạt đất đã sấy khô hoàn toàn (105 0 C, 24h)

Trọng lượng riêng hạt: là trọng lượng của một đơn vị thể tích

chỉ riêng phần hạt rắn ký hiệu ɣs, đơn vị: (kN/m 3 ,T/m 3 , g/cm 3 )

Trang 16

Tỷ trọng hạt: là tỷ số giữa trọng lượng riêng hạt và trọng lượng

Trọng lượng thể tích đẩy nổi: là trọng lượngcủa một đơn vị thể

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

Độ ẩm (độ chứa nước): là tỷ số giữa trọng lượng nước và trọng

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

%.

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:

Đất bão hòa hoàn toàn:

Trang 17

Độ bão hòa (độ no nước): là tỷ số giữa thể tích nước trong lỗ

rỗng so với thể tích toàn bộ lỗ rỗng Vv, ký hiệu là Sr, đơn vị tính

là %.

Sr ≤ 50% : đất ít ẩm 50% ≤ Sr ≤ 80% : đất hơi ẩm

Sr ≥ 80% : đất bão hòa

Độ rỗng: là tỷ số giữa thể tích lỗ rỗng Vv so với thể tích toàn mẫu đất V, tính theo % hoặc số thập phân

Hệ số rỗng: là tỷ số giữa thể tích lỗ rỗng so với thể tích toàn

mẫu đất, tính theo % hoặc số thập phân

Trọng lượng thể tích đẩy nổi:

Khối lượng thể tích đất khô:

Bằng thí nghiệm biết ɣ, ɣs, W

Trang 18

 Giới hạn nhão (W L ) là độ ẩm của đất ứng với sự

thay đổi giữa trạng thái nhão và dẻo Hay nói cáchkhác, giới hạn nhão là độ ẩm mà khi tăng một lượngkhông đáng kể thì đất chuyển từ trạng thái dẻo sangtrạng thái nhão (chảy)

 Giới hạn dẻo (W P ) là độ ẩm của đất ứng với sự thay

đổi giữa trạng thái dẻo và nửa cứng Hay nói cáchkhác, độ ẩm mà khi tăng một lượng không đáng kểthì đất chuyển từ trạng thái nửa cứng sang trạng thái

dẻo được gọi là giới hạn dẻo (WP) Giới hạn dẻo củađất loại sét được xác định (theo TCVN) bằng phươngpháp lăn đất thành sợi

Trang 19

Thí nghiệm xác định giới hạn nhão bằng chỏm cầu cho phép phân loại đất theo đường A.

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

WLứng với N=25

Trang 20

Biểu đồ đường A xác định được tên và trạng thái đất

Trang 21

Bảng phân loại tên đất dính theo chỉ số dẻo (TCVN)

Đất cát pha 1 ≤ IP< 7 Đất sét pha 7 ≤ IP ≤ 17

Bảng phân loại trạng thái đất theo chỉ số dẻo (TCVN)

Trang 22

* Tính đầm chặt của đất III.2 Tính chất vật lý

- Những công trình như: đắp nền đường, nền nhà, đê, đập, sân bay, công trình san lắp, hay những công trình tương tự cần phải lu lèn hay đầm chặt thì trước khi thiết kế cần phải xác định dung trọng khô  max và W opt để tối ưu hóa cho công tác lu lèn.

- Mục đích chính của việc đầm chặt:

+ Làm giảm độ lún của nền công trình trong tương lai + Làm tăng khả năng chịu tải của đất nền

+ Làm tăng sức chống cắt của đất + Làm giảm độ thấm nước qua công trình

- Vẽ đường cong đầm chặt dựa vào quan hệ giữa w và  d

- Xác định được  d.max và w opt trong phòng thí nghiệm.

Trang 23

- Xác định độ ẩm  và w cho các lần đầm

Trang 25

cát vừa e < 0,55 0,55 ≤ e ≤ 0,7 e > 0,7Cát nhỏ e < 0,6 0,6 ≤ e < 0,75 e > 0,75 Cát bột e < 0,6 0,6 ≤ e ≤ 0,8 e > 0,8

Bảng 1.4 Phân loại TT của đất rời theo hệ số rỗng e

Trang 26

Bảng 1.4 Phân loại trạng thái của đất rời theo

 Theo ASTM xác định trạng thái của đất dựa vào Dr

Bảng 1.5 Phân loại trạng thái của đất rời theo Dr

Trang 27

* Tính đầm chặt của đất III.2 Tính chất vật lý

Đường cong đầm chặt của đất

 Xác định hệ số đầm chặt k:

lực tác dụng

mà một hạt đất phải gánh chịu trong không gian của nó

tải trọng ngoài

III.3 Tính chất cơ lý

Trang 28

Ứng suất hữu hiệu và áp lực nước lỗ rỗng

Có tải trọng P ngoài tác dụng phân bố đềulên một tiết diện A của mẫu đất gây ứng suất

 Tải trọng thực sự tác dụng lên phần hạtrắn của mẫu đất là P’ gây ứng suất hữu hiệu

Khi chịu tải trọng tác dụng lên mẫu đất, thì trên các phân tử đất sẽ hình thành các ứng suất bằng lực trên đơn vị diện tích, kí hiệu σ (kPa, kN/m 2 ), sau đó ứng suất σ được phân ra là ứng suất pháp

σp và ứng suất tiếp τ, nếu không có τ thì ứng suát pháp chính được biểu thị bằng σ1 ; σ2 ; σ3

Trang 29

III.3 Tính chất cơ lý III.3.1 Các trạng thái ứng suất

Tiến hành thí nghiệm nén một trục, cho một lưc P nén xuống mẫu

Tiết diện bất lợi nhất trong mẫu đất

đá là vị trí nghiêng góc 45 0 so với

phương ngang

Trang 30

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

=P/F

• Ứng suất

Với:

III.3 Tính chất cơ lý III.3.1 Các trạng thái ứng suất

Cách tính ứng suất theo sự thay đổi diện tích mẫu khi nén

Quan hệ ứng suất – biến dạng từ kết quả thí nghiệm

Theo định luậ Hook, module biến dạng:

Giá trị ứng suất lớn nhất

mà mẫu đất có thể chịu được được gọi là cường độ sức kháng nén đơn qu.

III.3 Tính chất cơ lýIII.3.1 Các trạng thái ứng suất

Trang 31

Ứng suất theo phương đứng do trọng lượng bản thân

Hay tổng quát hơn trong nền nhiều lớp

Trường hợp có xét đẩy nổi do nước trong đất

III.3 Tính chất cơ lýIII.3.1 Các trạng thái ứng suất

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.

III.3 Tính chất cơ lýIII.3.2 Tính nén lún của đất và thí nghiệm nén lún

Trang 32

Độ lún:

Trang 33

Hệ số nén a (cm 2 /kG) là độ dốc của đường cong:

Hệ số nén a liên hệ với module biến dạng tổng quát Eobằng quan hệ:

Với:

: Hệ số phụ thuộc tính nở hông của đất

: Hệ số nén lún tương đối

Chỉ số nén

Chỉ số nở

Trang 34

III.3 Tính chất cơ lýIII.3.3 Sức chống cắt của đất đá:

Sức chống cắt là phản lực của mẫu đất, đá ứng với ngoại lực tác dụng tại thời điểm mẫu bị trượt trên mặt

phẳng nhất định Sức chống cắt phản ánh sự độ chặt và cường độ khung hạt mẫu đất đá

Trang 35

Các thông số cơ bản trong thí nghiệm bao gồm:

Ứng suất chính lớn nhất (  1

kN/m 2 ): ứng suất chính lớn

nhất, trong thí nghiệm nén

ba trục là ứng suất theo phương dọc trục.

Ứng suất chính nhỏ nhất (  3

kN/m 2 ): trong thí nghiệm

nén ba trục là áp lực buồng.

Ứng suất lệch ((  1 -  3 ) kN/m 2 ): trong thí nghiệm

nén ba trục là ứng suất bổ sung do sự tăng lực nén dọc trục.

Trang 36

Cần ghi nhận các thông số ứng với cấp áp lực buồng:

Biến dạng:

Ứng suất lệch:

Đường bao phá hoại

Ở trạng thái cân bằng giới hạn

Trang 37

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)

và trị tính toán) của đất:

Trang 38

Bước 1: Trị trung bình số học

Để thuận tiện nên lập bảng:

1 2 3

III.3.4 Xác định chỉ tiêu cơ lý tổng hợp ( trị tiêu chuẩn và trị tính toán) của đất:

 Bước 2: Độ lệch quân phương trung bình tổng hợp

 Bước 3: Loại trừ sai số

Mẫu nào không thỏaLoạiLàm lại từ Bước 1

Nếu thỏa hết  Bước 4

Trị tiêu chuẩn

Trang 39

 Bước 4: Độ lệch quân phương

 Bước 5: Hệ số biến thiên

 Bước 6: Chỉ số độ tin cậy của chỉ tiêu

 Bước 7: Trị tính toán của chỉ tiêu

 Bước 8: Chọn giá trị tính toán

Trang 40

Phụ lục 1 - Bảng tra trị số tiêu chuẩn thống kê

Phụ lục 2 - Bảng tra hệ số biến động cho phép

Trang 41

Phụ lục 3

- Hệ số tα

Định dạng
Số trang	41
Dung lượng	8,14 MB