Cơ học đất soil mechanics

c Chất hóa hợp hữu cơ là sản phẩm đc tạo ra từ di tích thực vật & động vật ở giai đoạn phá hủy hoàn toàn mùn hữu cơ 9 Kích thước hạt đất có quan hệ mật thiết với TPKV Hạt đất > hạt cát

Trang 1

CƠ HỌC ĐẤT Soil Mechanics

Trường Đại học Thủy Lợi

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

2

GiỚI THIỆU MÔN HỌC

 Số tín chí: 3

 Tổng số tiết: 45t (Lý thuyết: 30t, Bài Tập: 9t, Thí nghiệm: 6t)

• Điểm kiểm tra

 Điểm thi kết thúc: 70% (thi viết 90 phút, có dọc phách)

2. Bảng tra Cơ Học Đất – BM Địa Cơ- Nền Móng

 Tài liệu tham khảo

1 Giới thiệu về địa kỹ thuật- HOLTZ và KOVACS - Bản dịch

2009 của Bộ môn

2 Cơ học Đất – GS.TSKH Cao Văn Chí, PGS.TS Trịnh Văn

Cương –Nhà xuất bản xây dựng, Hà nội, 2004

3 TCVN 5747:1993 Đất xây dựng – Phân loại

Trang 3

1.1 Thành phần khoáng vật hạt đất (TPKV)

a) Kv nguyên sinh: TPKV nguyên sinh thường có kích

thước > 0.005 mm, VD fenpat; thạch anh & mica

b) Kv thứ sinh: thường có kích thước < 0.05mm, có 2 loại:

 Kv không hòa tan trong nước: kaolinit; ilit…

 Kv hòa tan trong nước VD: canxit; dolomit; mica trắng,

c) Chất hóa hợp hữu cơ là sản phẩm đc tạo ra từ di tích

thực vật & động vật ở giai đoạn phá hủy hoàn toàn (mùn

hữu cơ)

9

Kích thước hạt đất có quan hệ mật thiết với TPKV

Hạt đất > hạt cát (2mm) có TPKV tương tự đá gốc

Hạt cát (2- 0.05mm) do kv nguyên sinh tạo thành

Hạt bụi (0.05 – 0.005mm) chủ yếu do kv nguyên sinh đã

ổn định về hóa học như thạch anh, fenfat…tạo thành

Hạt sét (< 0.005mm) chủ yếu do kv thứ sinh tạo thành

101.1 Thành phần khoáng vật hạt đất (TPKV)

1.2 Thành phần cấp phối hạt

Do không thể xét được kích thước riêng biệt của từng hạt

⇒ chia ra các nhóm hạt ⇒ “ cấp phối hạt ” của đất

 Nhóm hạt: Tập hợp các hạt trong đất có kích

thước nằm trong một phạm vi nhất định.

 Cấp phối hạt: Lượng chứa tương đối của các

nhóm hạt trong đất (tính = % tổng lượng đất khô).

 Quan hệ đường kính hạt ~ lượng chứa tương đối

⇒ đường cong cấp phối hạt

1.1.1 Xác định đường cong cấp phối hạt

TN phân tích hạt:

+PP sàng (rây): dùng cho đất hạt thô (d>0.1mm)

+PP tỷ trọng kế(pp lắng): dùng cho đất hạt mịn

Trang 4

có vận tốc lắng chìm khác nhau,

Từ giá trị đo k.cách & thời gianchìm lắng  đ.kính tương ứng dcủa nhóm hạt và lượng chứa củacác hạt < d tính bằng % trọnglượng mẫu đất

2

) (

14

b Phương pháp tỷ trọng kế

Lấy 25 - 35g đất, cho vào bình, đổ đầy nước cất (1l), khuấy

đều Thả bầu tỷ trọng vào đọc trong các thời điểm: t = 5s, 15s,

Trang 5

Đường cong cấp phối hạt của đất

17

1.1.1 Xác định đường cong cấp phối hạt

Đánh giá mức độ không đều hạt của đất, trong XD dùng:

+ hệ số không đều hạt Cu+ hệ số cấp phối Cc

Cu= D60/D10 và

D60: Đk cỡ hạt mà trọng lượng của tất cả các hạt ≤ đk đóchiếm 60% trọng lượng mẫu đất khô

 D10gọi làđường kính hiệu quả,

 D60gọi làđường kính chi phối

10 60

2 30

.D D

2 30.D D

D

Cc  Đánh giá chất lượng đường cong cấp phối hạt ?

Fig 7: Đất với cấp phối tốt, trung bình và xấu

Đánh giá chất lượng đường cong cấp phối hạt ?

Trang 6

 Phân bố đồng đều : cỡ hạt như nhau.

 Đất cấp phối không liên tục hay gián đoạn.

(trong hình vẽ, hàm lượng cỡ hạt giữa 0.5 và 0.1mm là rất ít).

Đường cong phân

bố cỡ hạt điển hình

Đặc tính của đường cong cấp phối:

Cho biết: đường cong cấp phối

23

H.dạng các hạt đất có ah nhất định đến tính chất đấtNhóm hạt có k.thước nhỏ từ hạt sét trở xuốngthường có dạngphiến mỏng hoặc hình kim mảnh, TH này,h.dạng hạt đất ít ảnhhưởng rõ rệt đến tính chất của đất

Nhóm hạt có k.thước hạt lớn (cát, cuội, sỏi),các hạt thường códạng hình khối cầu trơn nhẵn, hình góc cạnh.Hình dạng này cóảnh hưởng lớn tới tính chất của đất, đặc biệt là tính chống cắt

24

Trang 7

1.3 Hình dạng hạt

Càng góc cạnh  ma sát càng lớn  tăng cường độ

Càng ít góc cạnh  càng dễ di chuyển  dễ chặt hơn

25

II Pha lỏng (nước trong đất) - TĐ

Đất trong tự nhiên luôn tồn tại 1 lượng nước nhất định ở những dạng khác nhau Nước tác dụng mạnh với các hạt khoáng vật, đặc biệt là những hạt nhỏ

có k.thước hạt keo  hoạt tính bề mặt Theo quan điểm XD:,

2.1 Nước trong hạt khoáng vật

Nước trong mạng tinh thể của khoáng vật (kv) , nó tồn tại dưới

dạng phân tử - H2O hoặc dạng ion H+, OH- Trong XD, coi nó là

1 bộ phận của hạt kv & ko ảnh hưởng gì tới tc XD của đất.

2.2 Nước kết hợp mặt ngoài hạt đất

Các hạt kv của đất mang điện tích âm, nước là phân tử lưỡng cực ⇒ Lượng nước KH mặt ngoài do 3 yếu tố quyết định:

1 Tính ưa nước của khoáng vật

2 Độ lớn của tỷ diện tích mặt ngoài hữu hiệu (là tổng diện tích bề mặt của các hạt đất/ 1g đất)

3 Thành phần của nước trong đất, ion trong nước

Trang 8

2.2 Nước kết hợp mặt ngoài hạt đất

Căn cứ cường độ lực hút điện phân tử của bề mặt hạt kv,

chia nước kết hợp mặt ngoài thành 3 lớp:

1) Nước hút bám:lớp nước bám chặt vào mặt ngoài hạt

do sức hút điện phân tử rất mạnh gây ra Đất sét

chứa nc hút bám sẽ ở trạng tháirắn

2) Nước kết hợp mạnh: lớp nước liền kề nc hút bám do

lực hút điện phân tử tương đối mạnh tạo nên Đất sét

chứa nc KH mạnh sẽ ở trạng tháinửa rắn

3) Nước kết hợp yếu: lớp nước ngoài cùng do lực hút

điện phân tử tương đối yếu tạo thành, đất sét chứa

nc k.hợp yếu thường thể hiện tínhdẻo

29

2.3 Nước tự do

Loại nước nằm ngoài lực hút điện trường, chia làm 2 loại:

a.) Nước mao dẫn:

loại nước bị kéo lên trong các ống dẫn nhỏ trong đất bên trênMNN do sức căng mặt ngoài của nc Trong XD, nước mao dẫnlàm cho đất ẩm ướt làm giảmsức chịu tải của nền& tínhổnđịnh của mái dốc

b.) Nước trọng lực:

Tồn tại trong các lỗ rỗng của đất, chịu sự chi phối của trọng lực

& tuân theo định luật Darcy

30

Ảnh hưởng của nước kết hợp mặt ngoài đến tính chất

XD của đất

• Trong các loại nước kể trên thì nước màng mỏng có ảnh

hưởng tới tính chất XD của đất nhiều hơn cả Mức độ ảnh

hưởng tùy thuộc vào thành phần KV, tỷ diện tích, hàm

lượng sét

• Do chịu lực hút điện phân tử, nước mảng mỏng có tính

nhớt hơn nước tự do, bề dày của nước mảng mỏng tăng

thì tính nhớt giảm, và ngược lại Vì thế ảnh hưởng đến tính

chất cơ lý của đất: tính b.dạng (nén, nở, trượt), tính thấm,

 Ảnh hưởng của áp lực thủy tĩnh đối với đất.

 Ảh của lực thấm do sự chuyển động của nước trong đất đối với tính ổn định của đất.

32

Trang 9

III Pha khí trong đất (TĐ)

Thể khí trong đất phân thành 2 loai:

+ Thông với khí quyển: không ảnh

hưởng gì đáng kể đến tính chất của

đất, khi đầm chặt, khí này thoát ra

ngoài

+ Ko thông với khí quyển (bọc

khí-túi khí) thường gặp trong đất sét Sự

tồn tại của các bọc khí trong đất làm

và hình dạng khác nhautrong quá trình trầm tích, hình thành dotác dụng củalực điện phân tử giữa các hạtvới nhau

Dựa vào nguyên nhân hình thành các kết cấu (KC), chia ra3 loại:

a) Kết cấu hạt đơnb) Kết cấu tổ ongc) Kết cấu bông

34

1.1 Kết cấu hạt đơn

Hình thành do sựchìm lắngcủa các

hạt tương đốilớn trong môi trường

nước,hạt nọ xếp chồng lên hạt kia

Đặc điểm:xốp, lỗ rỗng lớn

Trang 10

• Nếu trong môi trường có chất điện giải,

các hạt sẽ chuyển động, va chạm & liên

kết lại với nhau  các đám hạt & đủ

trọng lượng để chìm xuống  KC bông

Đặc điểm:xốp và yếu

37

T.1.2 Kết cấu- Liên kết kết cấu – Cấu tạo của đất(GT)

II Liên kết kết cấu (LK KC) Các liên kết nội tại gắn liền các hạt hoặc các đám hạt với nhau gọi là LK – KC Sự tồn tại các LK-KC trong đất cũng như độ cứng, tính đàn hồi, cường độ vv đó

là những yếu tố rất quan trọng quyết định t.chất của đất Theo thời gian hình thành , có 2 loại LKKC

a) Liên kết ban đầu

b) Liên kết sinh sau

38

II Liên kết kết cấu của đất

a.) Liên kết ban đầu

Tạo ra do lực hút điện phân tử giữa các hạt kv với nhau

cũng như giữa chúng với nước

b.) Liên kết sinh sau

Do trong nc có các tạp chất, hạt đất vừa hút nc, vừa hút các tạp chất trong nc → 1 lớp keo bao quanh hạt đất; chính lớp keo này có td liên kết các hạt lại với nhau, gọi là sự già hóa keo

Đặc điểm: Liên kết cứng chắc, khi bị mất đi thì nó không phục hồi lại ngay được.

40

Trang 11

Nhận xét:

 LK ban đầu hay sinh sau đều có cường độ kém xa cường độ

của bản thân hạt đất

 Khi dùng đất là VLXD, LK-KC tự nhiên của đất bị phá hoại

Nhưng với thời gian, giữa các hạt đất đắp sẽ hình thành

2 Cấu tạo poocphia

3 Cấu tạo tổ ong

Mỗi loại cấu tạo có đ2 khác nhau  có ảnh hưởng khácnhau tới tính chất của đất

Thực tế, “cấu tạo lớp” thường gặp nhiều hơn cả Với cấutạo nàyđất có tính dị hướng→ Các tính chất cơ lý (thấm,chống cắt, đàn hồi, ) khác nhau theo các phương

Vì cấu tạo của đất có ảnh hưởng tới tính chất đất nên khikhảo sát & thiết kế nền cần phải chú ý đến yếu tố này

42

T.1.3 Các chỉ tiêu, tc vật lý & trạng thái vật lý của đất

Đất gồm 3 pha: rắn, lỏng, khí Tính chất VL của đất phụ

thuộc vào t.chất và tỷ lệ định lượng giữa 3 pha này Để biểu

thị lượng tỷ phần của 3 pha vật chất này, dùng sơ đồ 3 thể:

Sơ đồ 3 pha vật chất tạo thành đất

Volume mass

I Chỉ tiêu tính chất vật lý của đất Các chỉ tiêu tc vật lý của đất đc chia làm 2 nhóm:

1.1 Chỉ tiêu trực tiếp:

 Khối lượng riêng tự nhiên của đất 𝞺

 Độ ẩm W;

 Tỷ trọng hạt của đất Gs1.2 Chỉ tiêu gián tiếp (𝜌d; 𝜌s; 𝜌sat; 𝜌’; e, n, S)

 Khối lượng riêng khô, hạt, bão hòa: 𝜌d; 𝜌s; 𝜌sat

 Hệ số rỗng của đất e;

 Độ rỗng của đất n

 Độ bão hòa S

Trang 12

1.1 Nhóm các chỉ tiêu tính chất vật lý trực tiếp

Chỉ tiêu được xác định trực tiếp từ các TN trong phòng

1.1.1 KL riêng tự nhiên của đất 𝜌

2 2

s s

V

M G





Cách XĐ: cân hạt khô để XĐ Ms, cho hạt đất khô vào nước

để XĐ thể tích hạt nhờ thể tích nc dâng lên trong bình

𝜌w: khối lượng riêng của nước

47

1.2 Nhóm các chỉ tiêu tính chất vật lý gián tiếp

1.2.1 Khối lượng riêng khô của đất 𝜌d

t

s d

s

s s

Trang 13

1.2.4 Độ rỗng của đất (n)

(%)100



11.2.5 Khối lượng riêng bão hòa 𝜌sat

KL riêng của đất khi các lỗ rỗng trong đất chứa đầy nước

t w s satVM

w s

V.VV

MV

1.2.6 Khối lượng riêng đẩy nổi

1.2.7 Độ bão hòa của đất S

t s w sV

V

M 





e 1

).

1 G

Trang 14

(cho biết thể tích của đất không đổi khi độ ẩm thay đổi)

54

55

e

wV

Se

w s s

w s



1



ee

w w s

TÓM TẮT CÁC CÔNG THỨC QUY ĐỔI THƯỜNG DÙNG

Có thể chứng minh các c.thức trên xuất phát từ các c.thức định

nghĩa:

II Các chỉ tiêu trạng thái vật lý của đất

Tính chất của đất ko chỉ do lượng chứa tương đối giữa cácthể quyết định mà còn do td lẫn nhau giữa chúng, VD đấtsét, á sét

Các chỉ tiêu tính chất VL chỉ cho k.niệm về q.hệ giữa lượngchứa của các thể trong đất màchưa nói lên trạng thái củađất(dẻo, cứng, mềm, chặt, xốp…)

Cần nghiên cứu t.thái VL của đất

56

Trang 15

2.1 T.Thái & các chỉ tiêu t.thái VL của đất rời

TT của đất rời phân ra: Trạng thái về độ chặt và TT độ ẩm

2.1.1 Các chỉ tiêu đánh giá độ chặt

a) Dùng hệ số rỗng e: Theo thực nghiệm:

57

b) Dùng độ chặt tương đối Dr:

emax: Hsr của đất ở t.thái xốp nhất

emin: Hsr của đất ở t.thái chặt nhất

eo : Hsr của đất ở t.thái tự nhiên

Dr= 0 → 1, t.thái độ chặt của đất rời từ xốp nhất → chặt nhất

Đất cát chặt: 1> Dr> 0,67Đất cát chặt vừa: 0,67  Dr 0,33Đất cát xốp: 0 < Dr< 0,331

2.2 T.Thái & các chỉ tiêu t.thái VL của đất dính

2.2.1 Trạng thái vật lý của đất dínhT.Thái VL của đất dính ko chỉ có q.hệ tới lượng chứa tương đốigiữa các thể trong đất mà còn có q.hệ tới t.dụng giữa các hạtđất với nước

Đất dính thường ở các T.Thái: rắn; nửa rắn; dẻo; chảyVới đất dính thì chỉ tiêu độ chặt & độ ẩm không tách rời nhau:

- Khi độ ẩm tăng thì thể tích cũng tăng lên,

- Sự thay đổi độ ẩm q.định đến sự thay đổi t.thái đất dính

Trang 16

Fig 8: Kết quả thí nghiệm khi thay đổi độ ẩm của đất dính

61

2.1.2 Giới hạn Atterberg và chỉ số dẻo

Giới hạn Atterberg là những độ ẩm quá độ khi đất chuyển từ t.tháinày sang t.thái khác Phân biệt 3 loại độ ẩm quá độ:GH chảy (LL),

Lấy đất ở t.thái dẻo đem lăn trên mặt kính nhám chuẩn

bằng mu bàn tay Nếu lăn đất thành con giun dài với

đường kính đúng 3mm thấy giun bắt đầu xuất hiện các

vết nứt và đứt ra thành từng đoạn dài 8 – 10mm thì khi

đó đất có độ ẩm đúng bằng giới hạn dẻo

Trang 17

(Holtz and Kovacs, 1981)

a.) Dùng phương pháp xuyên tc: đặt chùy nhọn xuyên lên

mặt mẫu ở trạng thái sệt & thả rơi tự do, nếu sau 5’ chùy

xuyên ngập sâu vào đất đúng 10mm thì độ ẩm của đất khi đó

chính là GH chảy

Hình 10 Phương pháp dùng chùy xuyên tc

Trang 18

2.) TN xác định giới hạn dẻo LL

b.) PP Casagrande: cho đất ở trạng thái sệt vào 1 đĩa, gạt

bằng mặt đất ở đĩa và vạch một rãnh có bề rộng và độ sâu

theo đúng tiêu chuẩn Sau khi gõ đúng 25 lần nếu 2 mép

rãnh vừa vặn khít lại thì độ ẩm của đất đó chính bằng GH

chảy

69

Hình 12: Phương pháp Casagrande

70

Hình 13: Kết quả thí nghiệm phương pháp Casagrande

71

2.1 T.Thái & các chỉ tiêu t.thái VL của đất dính 2.1 T.Thái & các chỉ tiêu t.thái VL của đất dính

*) Chỉ số dẻo PI (plastic index)

Khi độ ẩm của đất biến thiên trong phạm vi PL và LL thì đất thểhiện tính dẻo - 1 đặc trưng quan trọng của đất dính, để biểu thị

nó, dùng chỉ số dẻo,

PI = LL – PL

*) Chỉ số sệt LI (liquid index)

PL LL

PL w LI

Trang 19

Bảng 1.3: Tiêu chuẩn phân loại đất dính

 Thống nhất tên gọi cho đất

II Một số tiêu chuẩn phân loại đất hiện hành

Hệ thống phân loại đất thông nhất (Unified SoilClassification System)

Hệ thống phân loại đất theo AASHTO

Hệ thống phân loại đất theo TCVN

74

 USCS - Hệ thống phân loại đất thống nhất (Unified Soil

Classification System)

Dùng chủ yếu bởi các cơ quan trực thuộc Chính phủ (các đơn

vị quân đội, Vụ khai hoá), các công ty tư vấn ĐKT và các

phòng TN Với một số thay đổi nhỏ, hệ thống này cũng được

sử dụng tương đối rộng rãi ở Anh và một số nước khác

 AASHTO - Hệ thống phân loại của hiệp hội Đường bộ liên

bang và giao thông vận tải Mỹ (American Association of State

Highway and Transportation Officials)

Dựa vào việc quan trắc các đặc trưng của đất trong XD đường

giao thông, đc sử dụng bởi Cục giao thông và đường bộ Mỹ

 Hệ thống phân loại đất Việt nam

T.1.4 Phân loại đất 1 Hệ thống phân loại đất thống nhất (1952)

 Thường dùng trong XD dân dụng (xây dựng đập, nềnmóng và các CT XD khác)

 Phát triển bởi Casagrande (1948, 1952)

Dẻo thấp – L Dẻo cao – H

Trang 20

1 Hệ thống phân loại đất thống nhất (1952)

 Phân nhóm bằng 2 chữ cái

1 Loại đất

G = Gravel O = Organic

S = Sand L = Low plasticity

M = Silt H = High plasticity

C = Clay

 Fine fraction : % passing No.200 sieve (0.075 mm)

 Coarse fraction: % retained on No.200 sieve

 Gravel fraction : % retained on No.4 sieve (4.75 mm)

 Sand fraction : (% retained on No 200) –

W = Well graded C = Clay

P = Poor graded L = Low plasticity

M = Silt H = High plasticity

 W or P is decided by the values of Cc& Cu

 C, M, H or L is decided by the value of LL & PL (plasticity chart)

 Xác sinh vật,

 Có màu xám nâu hoặc xám đen,

 Có mùi đặc trưng của sinh vật và odour, ở trạng thái mềm.

 Nhiều chất sơ (cành, lá, rễ cây vv.) trong thành phần.

1 Hệ thống phân loại đất thống nhất (1952)

80

Trang 21

4 Với Cuội sỏi và cát

> 5% lọt qua sàng số 200 (0.074mm) thì có thể là GW; GP,

SW, SP

 G là cuội (gravel); S là cát (sand)

 W là cấp phối tốt (well); P là cấp phối xấu (Poor)

Cần kết hợp với hệ số Cu; Cc để phân biệt

Fig 14: Plasticity chart

Biểu đồ dẻo: Đánh giá tính dẻo thấp/cao, Đất là bụi/sét

- Dưới đường A: là M – bụi - Trên đường A: là C – Sét

Trang 22

T.1.4 Phân loại đất

2 Hệ thống phân loại đất theo AASHTO

Có 7 nhóm p.loại chính từ A-1 đến A-7 Đất nằm trong 1

nhóm sẽ có t.chất tương tự nhau

 Nhóm từ A-1 đến A-3 là nhóm hạt thô

 Từ A-4 đến A-7 là nhóm hạt mịn

P.loại theo AASHTO dựa trên k.quả phân tích hạt qua các

sàng số 200, 40, 10 & của các thí nghiệm chảy - dẻo Sự

khác biệt giữa các nhóm hạt từ A-1 đến A-7 thể hiện = chỉ

Fig 15: LL & PI for soils in groups A-2, A-4, A-5, A-6, & A-7

88

Trang 23

3 Không có giới hạn trên khi tính GI

4 GI của đất thuộc nhóm 1-a; 1-b; 2-4; 2-5 &

3 Hệ thống phân loại đất theo TCVN

Ở Việt Nam đang có 2 tiêu chuẩn phân loại đất:

Đất chia ra thành đất dính & đất rời

1) Với đất dính, xác định tên đất theo chỉ số dẻo PI

PI = LL - PL

92

Trang 24

1 TCXD 45-78

Trạng thái đất dính được phân loại theo độ sệt LI (B)

Độ sệt của đất dính Độ sệt tương đối LI

2) Với đất rời: Tên đất xác định theo thí nghiệm rây

Tên đất** Chỉ tiêu phân loại*

Đất hạt thô

đá lăn, đá tảng Lượng chứa hạt > 200mm trên 50%

cuội, dăm Lượng chứa hạt > 10mm trên 50%

đất sỏi, sạn Lượng chứa hạt > 2mm trên 50%

Đất cátđất cát lẫn sỏi Lượng chứa hạt > 20mm trên 25%

đất cát thô Lượng chứa hạt > 0,5mm trên 50%

đất cát vừa Lượng chứa hạt > 0,25mm trên 50%

đất cát nhỏ Lượng chứa hạt > 0,10mm bằng & trên 75%

đất cát mịn ( cát bụi) Lượng chứa hạt > 0,10mm dưới 75%

* Dùng bộ rây tiêu chuẩn Liên Xô: 0,10; 0,25; 0,50; 2,0; 5,0; 10mm

** Tên đất được chọn theo thứ tự loại dần từ trên xuống dưới

Trang 25

Độ bão hòa S* Mức độ ẩm

O < S ≤ 0,50 Ẩm ít

0,50 < S ≤ 0,80 Rất ẩm

0,80 < S ≤ 1,0 No nước (bão hòa nước)

Mức độ ẩm của đất rời đc xác định theo

a Nguyên tắc phân loại

1) Dựa trên TP kích thước hạt chiếm ưu thế trong đất chia

ra 2 nhóm:

 Nhóm hạt thô

 Nhóm hạt mịn 2) Dựa trên hàm lượng các hạt để phân chia nhóm đất hạt thô thành các phụ nhóm

3) Dựa trên LL, PL, PI để phân chia nhóm đất hạt mịn thành các phụ nhóm

100

Trang 29

T1 TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT

I Khái niệm về dòng thấm trong đất

Đất là MT phân tán có tính rỗng, dưới tác dụng củachênh

lệch cột nước, nước có thể xuyên qua lỗ rỗng trong đất &

chuyển động từ nơi có MN cao tới nơi có MN thấp

Hạt đất, nước, khí

5

Hiện tượng dưới tác dụng của chênh lệch cột nước,nước có khả năng chuyển động xuyên qua lỗ rỗng liênthông nhau trong đất gọi là hiện tượng thấm của đất

Tính chất bị nước thấm qua gọi làtính thấm của đất

6

1 Vấn đề mất nước

 Giảmhiệu quả tích nướccủa hồ chứa

 Ảnh hưởng đến thi công do nước chảy vào hố móng

2 Tác động của dòng thấm do lực thấm J = w.i

 Gây xói ngầm cơ học dưới đáy CT

 Chảy đất, mạch đùn, mạch sủi tại chỗ dòng thấm

thoát ra khi gradien thấm đạt giá trị giới hạn igh

 Làm mất ổn định mái dốc do thấm ngược

1.1 Ý nghĩa của việc nghiên cứu về dòng thấm

PT Bernoulli – Năng lượng của dòng thấm:

Động năng: Do vận tốc

Áp lực nước lỗ rỗng

Thế năng:Do chênh cao với mặt chuẩn

I Khái niệm về dòng thấm trong đấtTổng năng lượng của dòng thấm tại 1 điểm gồm

Zg

vu

hA   

22

Trang 30

Do dòng chảy trong đất, vân tốc rất bé

Tổng cột nước = Cột nước áp lực + cột nước cao độ

II ĐỊNH LUẬT DARCY

Theo ĐL bảo toàn khối lượng trong cơ học CL, vớidòng chảy ổn định, ko nén đc:

Vậy, có thể viết lại ĐL Darcy dưới dạng

q – lưu lượng thấm trong 1 đv thời gian qua mặt cắt A

A – diện tích mặt cắt T”, vuông góc với dòng thấm (m2)

k – hệ số thấm Darcy (m/s)

12

Trang 31

Chú ý

 Khi i = 1 thì v = k, ⇒ k là vận tốc thấm khi

gradien thủy lực bằng đơn vị

 Q.hệ tuyến tính giữa v & i đã đc thực tế chứng

minh Đó là ĐL thấm cơ bản của nước trong

đất- ĐL Darcy.

13

Nhiều kết quả TN cho thấy ĐL Darcy chỉ đúng với 1 sốloại đất nhất định:

- Với đất hạt thô (nền cuội sỏi, đập đá đổ…) vthấmrấtlớn Nếu vthấm>vghthì v & i có quan hệ phi tuyến,biểu thị quy luật chảy rối

- Với đất cát và đất sét kém chặt, quy luật thấm rấtphù hợp với ĐL Darcy

2.2 Phạm vi ứng dụng của định luật Darcy

14

Với đất sét chặt, do sự cản trở của nước màng bao

quanh, quy luật thấm đổi khác so với ĐL thấm Darcy

2.2 Phạm vi ứng dụng của định luật Darcy

) TN trong phòng: dùng thiết bị máy đo thấm, 2TH

 Cột nước không đổi(đất có tính thấm lớn)

Trang 32

3.1 thí nghiệm cột nước không đổi

Thể tích nước thu đc trong thời gian t

Theo Darcy

Q: tổng thể tích nước thoát ra

(m3) trong thời gian t(s)

A: Diện tích MC ngang của mẫu

VD1

- Một mẫu đất hình trụ tròn, đường kính 8cm, dài

20cm, được thí nghiệm với thiết bị đo thấm có cột

nước ko đổi Cột nước 75cm được duy trì trong suốt

thời gian diễn ra TN Sau 1’ TN, thu đc tổng cộng

910 cm3nước

- Yc: Tính hệ số thấm của mẫu đất?

19

VD1

20

Trang 33

-Trong quá trình TN cột nước

sẽ thay đổi theo thời gian:

-Tại thời điểm t cột nước là h

-Sau dt, thể tích nc ngấm

qua mẫu đất là dQ ứng với

cột nước trong ống (tiết diện

Ở thời điểm t, cột nc khi đó là h,Gradien thủy lực khi đó:

22

Lấy tích phân 2 vế PT trên

3.2 thí nghiệm với cột nước giảm dần

log 3 ,

2

h

h t A

aL k

Trang 34

Y/c: Tính hệ số thấm của mẫu đất

3.1 thí nghiệm cột nước giảm dần

25

Trang 35

CHƯƠNG II TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT

(mechanical properties of soil)

CƠ HỌC ĐẤT

Soil Mechanics T1 Tính thấm nước của đất T2 Tính ép co và biến dạng của đất

T3 Cường độ chống cắt của đất T4 Tính đầm chặt của đất

Trang 36

- Đất gồm các hạt sắp xếp 1 cách tự nhiên ⇒ cốt đất cótính rỗng;

- Trong lỗ rỗng chứa nước và khí

- Chỗ tiếp xúc giữa các hạt cóliên kếtvới nhau

S

S S

S

S S

I Khái niệm về tính ép co & biến dạng của đất

Khi chịu tải:

1 cốt đất bị biến dạng tức thời,

2 liên kết giữa các hạt đất bị phávỡ,các hạt dịch chuyển

do bị dồn nén

3 Lỗ rỗng bị thu hẹp,V mẫu ↓, đất chặt lại

Tính chất như vậy gọi làtính ép cocủa đất

I Khái niệm về tính ép co và biến dạng của đất

8

Trang 37

II QH giữa biến thiên thể tích (𝛥V)

& hệ số rỗng (e)

9

II QH giữa biến thiên thể tích (𝛥V) & hệ số rỗng (e)

Theo mối liên hệ giữa ba thể:

+ Thể tích hạt đất Vs1có trong V1: + Thể tích hạt đất Vs2có trong V2

II QH giữa biến thiên thể tích (𝛥V) & hệ số rỗng (e)

Cũng có thể viết (2.1) dưới dạng biến thiên thể tích tương đối

z y x

 (lý thuyết đàn hồi)Với

εx: biến dạng theo phương x;

εy: biến dạng theo phương y;

εz: biến dạng theo phương z;

(2.2)

Trang 38

III TN ép co không nở hông & định luật ép co

13

III TN ép co không nở hông và định luật ép co

a KN: dùng để nc tính ép co của đất Trong TN, mẫu đất chỉ lún theo chiều thẳng đứng

3.1 Thí nghiệm ép co không nở hông

14

Chi tiết sơ đồ thí nghiệm ép co không nở hông

15

a Mục tiêu của thí nghiệm cố kết

mô phỏng sự ép co của đất dưới td của tải trọngngoài

XĐ thông số môđun của đất khi nén không nởhông

Dự đoán lún của nền ở hiện trường bằng cách

dạng tiêu biểu

16

Trang 39

 Thực hiện bằng cách td tải trọng thẳng đứng tăng dần P1;

P2; P3,…lên mẫu (cấp sau gấp 2 cấp kế trước)

 Sau mỗi cấp, chờ mẫu lún ổn định (0.01mm/ 24h)

 Lặp lại quá trình cho đến khi đủ số điểm để vẽ đường

cong QH Ứng suất ~ Biến dạng (s~ σ’)

Từ (2.3) & (2.4); có thể XD các đường QH (s~𝝈’vc) &(𝜺 ~ 𝝈’vc)

18

c.Kết quả thí nghiệm

Hai cách thể hiện KQ TN cố kết 1.% biến dạng Ԑ v ~ ứng suất hiệu quả 𝝈’vc(Thí nghiệm với đất bùn tại vịnh San Francisco ở độ sâu -7,3m).

Cả 2 đồ thị này đều cho thấy đất là VL biến dạng tăng bền, nghĩa

là giá trị mô dun( tức thời)  khi ứng suất 

Trang 40

Thể hiện KQTN cố kết trên hệ trục bán Logarit

21

NX: 2 đồ thị đều có 2 đoạn gần như thẳng nối tiếp với đường cong chuyển tiếp trơn Ưs tại điểm chuyển tiếp chỉ ra giá trị ứs lớp phủ thẳng đứng max mà mẫu đất này từng chịu trong quá khứ- Ưs cố kết trước 𝝈’ p

OCR=1, nghĩa là σ’p= σ’voĐất cố kết bình thường (NC)

OCR>1, nghĩa là σ’p> σ’vo Đất quá cố kết (OC)

OCR<1, nghĩa là σ’p< σ’vo Đất chưa cố kết

23

e Xác định áp lựcquá cố kết 𝝈’p

PP phổ biến nhất làcủa Casagrande,

24

Định dạng
Số trang	169
Dung lượng	35,2 MB