CƠ HỌC ĐẤTTài liệu dựa trên bài giảng của TS Trần Xuân Thọ CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA ĐẤT CHƯƠNG 2: PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT CHƯƠNG 3: BIẾN DẠNG & ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT CHƯƠNG 4: SỨC
Trang 1CƠ HỌC ĐẤT
Tài liệu dựa trên bài giảng của TS Trần Xuân Thọ
CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA ĐẤT
CHƯƠNG 2: PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT
CHƯƠNG 3: BIẾN DẠNG & ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT
CHƯƠNG 4: SỨC CHỊU TẢI CỦA ĐẤT NỀN
CHƯƠNG 5: ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT
NỘI DUNG MÔN HỌC
1 Mục đích và ý nghĩa môn học
2 Nội dung môn học: Gồm 5 chương
3 Hình thức đánh giá môn học
4 Tài liệu tham khảo:
CHƯƠNG MỞ ĐẦU
Trang 21.1 Nguồn gốc và sự hình thành đất
1.2 Các loại trầm tích của đất
CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA ĐẤT
Hình 1.1 Mô tả các dạng trầm tích của đất
1.3 Các pha tạo thành đất:
- Pha rắn: Hạt đất
- Pha lỏng: Nước trong đất
- Pha khí: Khí trong đất
Hình 1.2 Mẫu đất tự nhiên và mô hình 3 pha
1.3.1 Pha rắn
- Thành phần khoáng
- Thành phần hạt
- Kích thước
- Tỉ diện của đất
- Kết cấu của hạt đất
Trang 3Bảng 1.1 Phân loại kích thước hạt đất
Hạt thô
Sỏi, sạn
Trung 20 – 6,0 Mịn 6,0 – 2,0
Cát
Thô 2,0 – 0,6 Trung 0,6 – 0,2 Mịn 0,2 – 0,05
Bụi (Silt)
Thô 0,05 – 0,02 Trung 0,02 – 0,005 Mịn 0,005 – 0,002
Cách xác định % nhóm hạt trong đất
Phương pháp cơ học hay pp rây sàng: Dùng cho
hạt có D > 0,074 mm
Phương pháp lắng đọng: D < 0,074 mm; ĐL
Stockes cho vật thể hình cầu rơi trong một chất
lỏng phụ thuộc vào đường kính D, tỉ trọng hạt, tỉ
trọng dung dịch và độ nhớt dung dịch
Bảng 1.2 Kích thước mắt rây
Rây khô
Cở rây / Số hiệu Đường kính D (mm)
4’’ (cở rây) 101,6
# 4 (số hiệu) 4,76
Rây rửa
Trang 4Thí nghiệm
rây sàng
Thí nghiệm lắng đọng
- Xác định đường kính hạt
- Tính H R từ số đọc trên tỉ trọng kế Rc:
Hình 1.4 Sơ đồ tính H R
Rc = R + c t + c m
Trang 5- Phần trăm trọng lượng đất có đường kính < D
Hình 1.5a Đường cong cấp phối hạt
Hình 1.5b Các dạng đường cong cấp phối hạt
- Dạng thoai thoải (1): cấp phối tốt
- Dạng dốc đứng (2): cấp phối xấu
- Dạng bậc thang (3): cấp phối trung bình
- Hệ số đồng nhất:
C u = D 60 / D 10
C u > 4 : sỏi sạn
C u > 6 : cát
- Hệ số hình dạng (đường cấp phối) Cg hay Cc :
1 < C g < 3: Cấp phối tốt (thoai thoải)
- Xác định: D 60 ; D 30 ; D 10
Trang 61.3.2 Pha lỏng
Hình 1.6 Các dạng nước trong hạt khoáng vật
1.3.3 Pha khí
Hình 1.7 Các dạng khí trong đất
- Khí hòa tan trong nước: không ảnh hưởng đến
tính chất của đất
- Khí không hòa tan trong nước
1.4 Các chỉ tiêu vật lí của đất
Hình 1.8 Sơ đồ 3 pha
Q = Qa + Qw + Qs
V = Va + Vw + Vs
Vv = Va + Vw
Trang 7 Trọng lượng riêng (dung trọng): kí hiệu , đơn
vị kN/m 3 , T/m 3 , g/cm 3
Trọng lượng riêng (dung trọng) tự nhiên
Trọng lượng riêng khô
Trọng lượng riêng hạt
Trọng lượng riêng đẩy nổi
Trọng lượng riêng no nước
Tỉ trọng hạt
Độ ẩm (độ chứa nước)
Thí nghiệm:
Trang 8 Độ rỗng
Hệ số rỗng
Độ bảo hòa (độ no nước)
Các công thức qui đổi
(đất bảo hòa hoàn toàn)
1.5 Các trạng thái của đất
Trạng thái của đất dựa vào hệ số rỗng e
1.51 Đất rời (đất cát)
Tên đất TT chặt TT chặt vừa TT rời,
xốp Cát sỏi, cát thô,
cát vừa e < 0,55 0,55 ≤ e ≤ 0,7 e > 0,7
Cát 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 9 Trạng thái của đất dựa vào độ chặt tương đối D
Bảng 1.4 Phân loại trạng thái của đất rời theo
0,33 ≤ D < 0,67 Chặt vừa
Theo ASTM xác định trạng thái của đất dựa vào Dr
Bảng 1.5 Phân loại trạng thái của đất rời theo Dr
1.5.2 Đất dính (cát pha sét, sét pha cát, sét, …)
Thí nghiệm xác định W L , W P (Casagrande):
Trang 10Các giới hạn dẻo và nhão:
Hình 1.12 Trạng thái của đất theo quan hệ V – w
V
w
w L
w P
w co
Thí nghiệm xác định W P (lăn tay)
Lăn thành từng que đất d = 3 mm => nứt Lấy
đi xác định độ ẩm được W P
Hình 1.11b Giới hạn nhão từ TN Cassagrande
25
W L
Phân loại trạng thái theo TCVN
Hình 1.12 Trạng thái của đất theo quan hệ V – w
Loại đất Tên và trạng thái I L
Cát pha
Sét pha, sét
Cứng (rắn) I L < 0 Nửa cứng (bán rắn) 0 < I L ≤ 0,25
Dẻo cứng 0,25 < I L ≤ 0,5 Dẻo mềm 0,5 < I L ≤ 0,75 Dẻo nhão 0,75 < I L ≤ 1 Nhão (chảy) I L > 1
Trang 11 Phân loại trạng thái theo ASTM
Hình 1.12 Trạng thái của đất theo quan hệ V – w
I L < 0 : Cứng
0 ≤ I L ≤ 1 : Dẻo
I L > 1 : Chảy
Phân loại đất dính và đất rời dựa vào số N của SPT
< 2 Nhão (rất mềm) < 4 Bời rời
2 ÷ 4 Dẻo nhão (mềm) 4 ÷ 10 Rời
5 ÷ 8 Dẻo mềm (rắn vừa) 11 ÷ 30 Chặt vừa
9 ÷ 15 Dẻo cứng (rắn) 31 ÷ 50 Chặt
16 ÷ 30 Nửa cứng (rất
> 30 Cứng
> 50 Rất cứng
1.6 Phân loại đất
Kích thước hạt đất
Tên hạt đất Kích thước (mm)
Hạt cát
Vừa 0, 5 – 0,25 Nhỏ 0,25 – 0,05
Nhỏ 0,01 – 0,005
1.6.1 Phân loại đất theo TCVN
Loại đất Tên đất Phân phối hạt theo độ lớn tính bằng
% kl đất khô
Đất hòn
lớn
Đá dăm, đá cuội KL hạt có d > 10 mm > 50 %
Đất cát
Cát vừa 0,25 mm > 50 %
Phân loại đất rời theo TCVN
Trang 12 Phân loại đất dính theo I P (TCVN )
wLvaxi , wLCasa : giới hạn chảy theo Vaxiliev và
Casagrande; với a = 0,73 và b = 6,47% ứng với đất có
giới hạn chảy từ 20% 100%
1.6.2 Phân loại theo ASTM
Phân loại (tên và trạng thái) đất theo ASTM
• Đất hạt thô: khi có 50% hạt trên rây #200
• Đất hạt mịn: khi có 50% hạt dưới rây #200
• Sỏi, sạn (G) : 50% là hạt thô (trên rây #200; 0,074
mm) và > 50% trên rây #4 (4,76 mm)
W (well) khi Cu 4 và 1 Cg 3 => GW
• Cát (S) : 50% là hạt thô (trên rây #200) và > 50%
trên rây #4
W (well) khi Cu 6 và 1 Cg 3 => SW
Khi C hay M chứa trên 12% là đất hạt mịn và căn
cứ vào đường A -> GC hay GM
Khi C hay M chứa khoảng 5 % - 12% dùng kí hiệu
kép: GW-GC, GP-GC
Trang 131.7 Tính đầm chặt của đất
Thí nghiệm đầm Proctor
Thí nghiệm Proctor
• Xác định d.max & W opt
- Chia thành 3 lớp để đầm,
mỗi lớp 25 chày
- Xác định độ ẩm và w cho
các lần đầm
- Xác định d
- Vẽ đường cong đầm chặt dựa
vào quan hệ giữa w và d V = 944 cm3 , Q = 2,5kg,
h = 30,48 cm
Hình 1.9a Đường cong đầm chặt của đất
1
Trang 14Hình 1.9b Đường cong đầm chặt của đất
Hệ số đầm chặt k
1.8 Tính mao dẫn nước trong đất
Hình 1.10 Nước mao dẫn trong đất