Bài giảng Chương 1: Bản chất vật lý của đất

Chia sẻ: Sơn Tùng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:87

Thêm vào BST

Báo xấu

190
lượt xem 20
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Chương 1: Bản chất vật lý của đất" cung cấp cho người học các kiến thức: Sự hình thành đất – Phân loại đất theo nguồn gốc hình thành, các chỉ tiêu vật lý của đất, trạng thái của đất - Các chỉ tiêu đánh giá trạng thái của đất, độ lún của nền đất,... Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Chương 1: Bản chất vật lý của đất

CHƯƠNG 1: BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT 1. Q Quá trình phong p g hóa §1. Sự hình thành đất – Phân loại đất theo nguồn gốc * Định nghĩa: là quá trình phá hoại và làm thay đổi thành hình thành phần ầ đá gốc ố tạo ra các sản phẩm ẩ PH dưới tác dụng vật lý, hóa học, sinh học. Sự hình thành đất: Phong hoá Di chuyển, tích tụ * Phân loại: - Phong hóa vật lý Đá gốc ố → Sản phẩmẩ phong hóa → Đất ấ - Phong hóa hóa học + Quá trình tạo ra hạt đất: quá trình phong hóa (PH). - Phong Ph hó sinh hóa i h học h + Quá trình di chuyển và tích tụ: quá trình trầm tích. Theo quan điểm XD: chỉ nghiên cứu PH vật lý và PH hóa Hai quá trình trên diễn ra xen kẽ, kẽ lẫn lộn → hình thành đất. đất học. 1 2 a. Phong hóa vật lý b. Phong hóa hóa học - Định nghĩa: PH vật lý là PH do sự thay đổi đột ngột về nhiệt - Định nghĩa: PH hóa học là PH do các tác động hóa học gây độ, ộ, áp p suất,, và sự ự va chạm ạ ggâyy ra,, làm cho đá g gốc bịị p phá hoại ạ ra Yếu tố gây ra PH hóa học: nước, ra. nước ôxy, ôxy axit cacbonic trong và vỡ vụn tạo ra sản phẩm PH vật lý. không khí. - Đặc điểm của sản phẩm PH vật lý: Tá động Tác độ hóa hó học h xảyả ra trên t ê bề mặt ặt tiếp tiế xúc ú giữa iữ hạt h t đất + bề mặt góc cạnh, gồ ghề; và môi trường → biến đổi thành phần khoáng vật gốc của hạt + kích kí h thước th ớ to t nhỏ hỏ không khô đều; đề → đá bị vỡ ỡ vụn thành thà h hạt h t rất ất nhỏ. hỏ + thành phần khoáng vật và hóa học không thay đổi hoặc Hạt càng bé → diện tích bề mặt S / 1 đơn vị khối lượng ít thay đổi ổ so với đá gốc; ố càng lớn → tác động hóa học xảy ra càng mạnh → các hạt + khôngg có khả năngg kết dính. càng dễ bị chia nhỏ. → được gọi là các hạt đất rời – là thành phần chính của đất Monmorilonit: 800m2/g; rời, đại diện là cát. Ilit: 80m2/g; 3 Kaolinit: 10m2/g. 4
- Đặc điểm của sản phẩm PH hóa học: + bề mặt “nhẵn nhẵn nhụi nhụi”;; Phân loại theo nguồn gốc phong hóa + kích thước hạt nhỏ, thường có kích thước hạt keo (nhỏ Đất rời: đá dăm, cuội sỏi, các loại cát. hơn 2 micron); Đặc điểm: ể kích thước hạt to. + thành phần khoáng và hóa học thay đổi nhiều so với đá ạ 2 loại rời rạc, ạ , khôngg dính. gốc; ố tính thấm lớn, hút nước ít. + có khả năng liên kết với phân tử nước tạo nên tính nhớt và có khả năng tự liên kết ế các hạt với nhau. Đất dính: các loại đất sét. sét → nhữngg hạtạ kích thước rất bé có tính dính gọ gọi là các hạt ạ đất Đặc điểm: kích thước hạt nhỏ, mịn. dính (hạt sét) – đại diện là sét. khô: cứng; ẩm: ẩ dẻo. Thực tế: các hạt đất rời và các hạt đất dính thường lẫn tính thấm bé, hút nước lớn. lỗn nhau, hạt nào chiếm ưu thế thì gọi tên theo loại đó. Đất pha trộn: cát có ít sét : cát pha sét có ít cát : sét pha. pha 5 6 2- Quá trình trầm tích b. Di chuyển do nước cuốn trôi (bồi tích, sa tích) Quá trình trầm tích bao gồm sự di chuyển và tích tụ. Sự - Các Cá hạt h t đất do d nướcớ cuốn ố trôi t ôi bị sàng à lọc, l phân hâ chia hi theo th di chuyển do trọng lượng bản thân hạt đất, do nước, do gió, kích thước tùy thuộc vào vận tốc dòng chảy. băng tuyết... - Đặc điểm: ể a. Di chuyển do trọng lượng bản thân hạt đất + có tính p phân lớpp đều đặn ặ về thành pphần và kích thước; - Dưới D ới tác tá dụng d t trọng l ợ bản lượng bả thân, thâ các á hạt h t đất có ó thể + chiều dày lớp thường lớn và rất lớn; + nằm nguyên tại chỗ: đất tàn tích; + các lớp có kích cỡ hạt khác nhau thường xen kẽ nhau và + lăn từ chỗ cao xuống chỗ thấp hơn, dễ ổn định hơn theo chủ yếu là nằm ngang hoặc gần nằm ngang. các sườn dốc: đất sườn tích. + tính tí h chất hất của ủ đất trong t từ lớp từng lớ ít thay th đổi nhưng h ranhh - Đặc điểm của 2 loại trên: giới giữa các lớp đất thường khó phân biệt rõ rệt. + không phân lớp hoặc chiều dày lớp đất không đều; - Khi xây dựng CT trên các loại đất ấ này cầnầ quan tâm đến ế + thành phần và kích thước hạt lộn xộn, không đều; biến dạng, đặc biệt là biến dạng không đều do các dị lớp. + giữa i đất ấ vàà đáá gốc ố cóó mặt ặ phân â cách á nghiêng iê → CT C XD 7 8 trên khu vực này dễ mất ổn định.
c. Các loại trầm tích khác §2. Các thành phần của đất * Trầm tích gió (phong tích): gió vận chuyển các sản phẩm Đấ = các Đất á hạt h đất đấ + lỗ rỗng ỗ (nước, ( ớ khí). khí) PH rất nhỏ đến các nơi xa. - Trường hợp thông thường: đất gồm 3 pha - Đặc Đặ điểm: điể - Trường hợp đặc biệt: đất gồm 2 pha + có tính rời xốp; + đất khô hoàn toàn: hạt đất và khí + có tính đồng nhất về thành phần hạt. + đất bão hoà: hạt đất và nước. * Trầm tích biển: đất được hình thành do tác dụng vận Cá thành Các à phần ầ hạt đất ấ – nước ớ – khíí cóó tác á động ộ qua lạii chuyển của dòng nước biển. Trầm tích biển (chủ yếu là sét và lẫn nhau và ảnh hưởng đến tính chất chung của cả tập hợp bùn) có tính chất rất khác nhau. ( ứ là (tức à của ủ đất). ấ) 9 10 1. Kích thước hạt đất I Hạt đất: I. a. Định nghĩa kích thước hạt đất (mang tính quy ước vì hạt a đất có kích thước và hình dạng đa dạng, bất kỳ) * Hạt đất là thành phần chủ yếu của đất, tạo thành khung kết cấu ấ của đất ấ (cốtố đất). ấ - Dung D môi: ôi tỷ trọng t Δo, độ ạ đất có đặc - Hạt ặ trưngg cơ bản: kích thước hạt ạ ((độộ lớn), ), hình nhớt μo. dạng hạt và thành phần khoáng. - Hạt H t đất: đất hình hì h dạng d bất kỳ, kỳ tỷ Quả cầu Vc Vđ trọng Δ, chìm lắng trong dung - Hạt đất thường có kích thước từ vài centimet đến vài phần Hạt đất môiôi vận ậ tốc tố Vđ. trăm hoặc vài phần nghìn milimet. - Quả cầu: đường kính d, tỷ t trọng bằ tỷ trọng bằng t h t đất Δ, hạt Δ Dung môi chìm lắng trong dung môi vận tố Vc. tốc * Quy ước: Vđ = Vc thì d gọi là đ ờ đường kí h thủy kính thủ lực l của ủ hạt h t 11 đất (gọi tắt là đường kính hạt). 12
* Nhóm hạt: là tập hợp các hạt đất có kích thước thay đổi trong - Căn cứ vào giá trị d có các tên gọi khác nhau của các loại ộ p một phạm ạ vi nào đó. hạt đất: đá sỏi sỏi, cát to, to cát vừa, vừa cát nhỏ, nhỏ bụi bụi, sét. sét VD: Hạt có kích thước d1 < d ≤ d2: nhóm hạt kích thước (d1, d2]. Phân loại và đặt tên nhóm hạt theo d (TCVN): * Hàm lượng nhóm hạt p(d1,p(d1 d2]: là phần trăm theo trọng lượng của nhóm hạt đó trong loại đất nghiên cứu (tính theo Kích thước hạt d(mm) Tên nhóm hạt phần trăm trong tổng trọng lượng khô). 10 < d ≤ 100 Hạt cuội Q(d1 , d 2 ] Q(d1, d2]: trọng lượng nhóm hạt; 2 < d ≤ 10 Hạt sỏi ỏi p(d1 , d 2 ] = 100% QΣ: tổng trọng lượng của mẫu QΣ đất đất. 0 05 < d ≤ 2 0,05 Hạt cát * Thành phần cấp phối (thành phần hạt) của 1 loại đất: là tập 0,005 < d ≤ 0,05 Hạt bụi hợp hàm lượng tất ấ cả các cỡ hạt chứa trong đất ấ ấy. ấ d ≤ 0,005 Hạt sét * Hàm lượng ợ g tích lũyy đến đườngg kính d, kýý hiệu ệ pd(%): là hàm lượng của 1 nhóm hạt có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng đường 13 14 kính d nào đó. b. Thí nghiệm thành phần hạt (TN phân tích hạt) * Mục M đích: đí h Để tách tá h riêng iê nhómhó hạt h t bất kỳ, kỳ xácá định đị h hàm hà * Cách thí nghiệm: lượng của nhóm hạt đó, từ đó xác định cấp phối hạt của đất. - Phơi khô mẫu đất. * Dụng cụ thí nghiệm: Bộ rây tiêu chuẩn ẩ - Cân mẫu xác định tổng ổ trọng lượng ban đầu ầ QΣ. g 10 – 5 – 2 – 1 – 0,5 – 0,25 – 0,1 ((mm)) - Theo Tiêu chuẩn Nga: - Cho mẫu đất q qua bộộ râyy TN,, sau đó lắc hoặc ặ rungg cho hạt ạ - Theo ASTM: N°4, N°8, N°12, N°20, N°40, N°70, N°100, có kích thước nhỏ hơn rơi xuống dưới. N°120, N 120, N N°200. 200. - Cân lượng đất trên từng rây và ở ngăn đáy được Qi → Rây số N°4 có d = 4,76mm; chính là trọng lượng nhóm hạt Q(d1, d2]. Râ sốố N°200 cóó d = 0,074mm. Rây 0 074 - Phần lọt qua rây cuối cùng được phân tích tiếp bằng phương pháp thủy lực (phương pháp tỷ trọng dựa vào định Số rây N°44 N N°8 N 8 N N°12 12 N N°20 20 N N°40 40 N N°70 70 N N°100 100 N N°120 120 N N°200 200 luật Stock kết hợp với nguyên lý tỷ trọng kế) d(mm) 4,76 2,38 1,68 0,84 0,42 0,21 0,149 0,105 0,074 15 16
Nguyên lý TN + Lấy đất TN cho vào bình chứa nước; Kết quả thí nghiệm + Khuấyy đều dungg dịch, ị , theo dõi sự ự chìm lắng của các hạt đất trong bình; Hàm llượng nhóm Hà hó hhạtt pi(%) 2-0,5 0,5- 0,25- 0,1- 0,05- 0,01-
2. Hình dạng hạt đất 3. Thành phần khoáng của hạt đất - Hình Hì h dạng d h t đất rất hạt ất đa đ dạng d vàà ảnh ả h hưởng h ở tới tính tí h chất hất * Thành phần ầ khoáng của đất ấ rất ấ đa dạng phụ thuộc vào của đất. - thành pphần đá ggốc; - Có 3 dạng d chính: hí h + dạng d khối 3 chiều; hiề - tác dụng phong hóa; + dạng tấm (dạng phiến) 2 chiều; + dạng thanh (dạng kim) 1 chiều; ề - lịch sử tồn tại - Hạt kích thước lớn: hình dạng hạt đất ảnh hưởng nhiều đến Với cùng 1 loại đá gốc nhưng tác dụng PH khác nhau thì tính chất ấ của đất. ấ thà h phần thành hầ khoáng kh á sẽẽ khác khá nhau. h VD: cùng 1 loại cát nhưng hạt có hình dạng góc cạnh sắc * Khoáng nguyên sinh: thành phần khoáng không thay đổi nhọn, nhờ có sự xen kẽ vào nhau mà có cường độ ộ lớn hơn hạt hoặc ít thay đổi ổ so với đá gốc ố (do PH vật lý gây ra). có kích thước tương tự nhưng dạng tròn nhẵn. - thường gặp: fenpat, mica, thạch anh - Hạt kích í thướcớ nhỏ:ỏ dạng tấm ấ hoặc thanh. Hìnhì dạng hạt ít í - Đặc điểm: + kích thước lớn ảnh hưởng đến tính chất XD của đất. - Đất ấ rời: ời dạng khối; ối đất ấ dính: í dạng tấmấ hoặc ặ thanh. + góc cạnh, cạnh rời rạc. rạc 21 22 * Khoáng thứ sinh: thành phần khoáng thay đổi so với đá gốc II. Nước trong đất (do PH hóa học gây ra). - thường gặp: khoáng thứ sinh không hòa tan trong nước: * Nước trong đất tồn tại dưới nhiều dạng, tùy theo dạng tồn Kaolinit Ilit,Montmorilonit; Kaolinit, Ilit Montmorilonit; khoáng thứ sinh hòa tan trong t i mà tại à tác tá dụng d khá nhau khác h đến đế tính tí h chất hất của ủ đất. đất nước: Canxit, mica trắng, thạch cao, muối mỏ… * V. A. Priklonxki (1955) kiến nghị: nước trong bản thân hạt - Đặc Đặ điểm:- điể kí h thước kích th ớ rất ất nhỏ hỏ đất ấ và nước ngoài hạt đất. ấ - có cấu trúc dạng lưới lớp (dạng phiến), bề - Nước trongg bản thân hạt ạ đất: có dạng ạ g tinh thể,, có thể coi là mặt mang điện tích âm (còn gọi là khoáng vật sét). 1 bộ phận của hạt khoáng → ít ảnh hưởng đến tính chất của * Hợp chất hữu cơ đất. * Hạt có kích thước lớn, thành - Nước ngoài hạt đất: gồm nước liên kết và nước tự do. phần khoángg ít ảnh hưởngg đến p Vậy nói đến nước trong đất chính là nói nước ngoài hạt đất. Vậy, đất tính chất cơ – lý của đất; hạt có = 02 − kích thước nhỏ thành p phần = Si4 + khoáng đóng vai trò quyết định 23 24 tính chất cơ – lý của đất.
* Xét tương tác giữa hạt sét – nước 1. Nước liên kết - Nước liên kết là nước chịu ảnh hưởng của lực hút điện phân tử → nước liên kết chỉ tồn tại p ạ trên bề mặt ặ hạt ạ mịn. ị - Dựa vào mức độ hút bám chia nước liên kết làm 3 loại: nước màng, màng nước liên kết mạnh, mạnh nước liên kết yếu. yếu Nước tự do a. Nước màng (nước hút bám): bám rất chặt ngay ngoài hạt đất và được coi là 1 phần của hạt đất, đất không tách ra được, được ít 1/4 Hạt sét ảnh hưởng đến tính chất của đất. Đất sét chỉ có nước màng thì nó ở trạng thái rắn. rắn Nước LK mạnh Nước LK yếu Nước liên kết 25 26 b. Nước liên kết mạnh: bám tương đối chặt xung quanh hạt 2. Nước tự do đất,, chịu ị ảnh hưởngg lớn của lực ự hút điện.ệ Nước liên kết mạnhạ ảnh hưởng nhiều đến tính dính của đất. * Nước tự do là nước nằm ằ ngoài phạm vi của lực hút điện. * Đặc điểm: - khác nước thông thường: ự do có tính chất như nước thôngg thường, - Nước tự g, di chuyển y - tỷ trọng = 1,2-1,4; nhiệt độ sôi = 105 °C. trong đất do trọng lượng bản thân hoặc do lực hút dính (lực mao dẫn).) Đất chỉhỉ cóó nước ớ LK mạnh h thì nóó ở trạng t thái nửa ử rắn, ắ chưah thể hiện tính dẻo a. Nước trọng lực: nước di chuyển do trọng lượng bản thân (do có áp lực). - Độ nhớt cao; không di chuyển ể dưới tác dụng của áp lực. b. Nước mao dẫn: nước di chuyển do lực mao dẫn (do trong c. Nước liên kết yyếu: chịuị ảnh hưởngg y yếu của lực ự hút điện. ệ đất có nhiều lỗ rỗng nối với nhau) * Đặc điểm : - Có tính chất gần giống nước thông thường: * Có 3 vấn đề cần quan tâm: - tỷ trọng = 1 + Khả năng hòa tan và phân giải của đấtấ Tính dẻo của đất xuất hiện khi có đủ nước liên kết yếu và kết + Ảnh hưởngg của ápp lực ự thủyy tĩnh đối với đất và CT. cấu ấ bị phá há hoại. h i Độ ẩm ẩ của ủ đất khi có ó đủ nước ớ liên liê kết yếuế gọi là độ ẩm phân tử tối đa hay độ ẩm giới hạn dẻo. 27 + Ảnh hưởng của lực thấm đối với sự ổn định của đất. 28
III. Khí trong đất §4 - Các chỉ tiêu vật lý của đất * Nếu các lỗ rỗng không chứa đầy nước thì khí sẽ chiếm chỗ. * Khái niệm: * Khí trong t đất cóó 2 nguồn: ồ - Chỉ C ỉ tiêu iê vật ậ lýý làà đạii lượng môô tảả quan hệệ vềề trọng lượng, vềề - Khí tự nhiên (khí trời): chiếm chủ yếu trong đất; thể tích giữa các thành phần của đất. - Khí gas: chiếm phần nhỏ - Chia các chỉ tiêu vật lý thành 2 nhóm: * Có 2 loại oạ khí ttrong o g đất + Các chỉ tiêu vậtậ lýý xác định ị bằngg TN bắt buộc ộ ((các chỉ tiêu - Khí hở: khí liên thông với môi trường bên ngoài. cơ bản): biểu diễn bản chất của đất. - Khí kín: khí không liên thông với ới môi trường bên ngoài. ngoài + Các chỉ tiêu vật lý tính đổi (tính toán được từ các chỉ tiêu TN): nhấn mạnh 1 tính chất nào đó. * Khí kín ảnh hưởng nhiều đến tính chất của đất, đặc biệt là tính biến ế dạng (nén lún) và tính thấm. ấ - Để nghiên cứu tính chất vật lý của đất, đất người ta dùng sơ đồ 3 pha để mô tả các khối đất. Khí kín làm tăng tính đàn hồi, làm giảm tính thấm. 29 30 I. Các chỉ tiêu vật lý thí nghiệm Mô hình 3 pha 1 Trọng lượng riêng tự nhiên của đất (trọng 1. (t l ợ lượng Thể tích Trọng lượng riêng ướt hay trọng lượng thể tích đất tự nhiên) γw (kN/m3; N/cm3). Vk * ĐN: là trọng lượng của một đơn vị thể tích đất tự nhiên. khí Qk = 0 Vr * CT: Q Vn nước Qn γw = V V Q Q: trọng lượng mẫu đất; V: thể tích mẫu đất. Vh hạt Qh γw = 13 ÷ 22 (kN/m3) * TN: - Mẫu TN là mẫu nguyên dạng, kết cấu được bảo toàn, V = V k + Vn + V h Q = Q k + Qn + Q h độ ẩm được giữ đúng. đúng V = Vr + Vh Q = Qn + Qh - Cách TN: Lấy mẫu tự nhiên xác định thể tích V (bằng Vr = Vk + Vn d vòng dao ò hoặc h ặ thả trong t nước). ớ ) 31 32 Cân xác định trọng lượng mẫu Q.
Phương pháp dao vòng 2. Độ ẩm tự nhiên của đất W (thường biểu thị bằng %) * Dụng cụ TN: Dao vòng; Cân kỹ thuật độ chính xác 0,01g * Cách TN: - Cân dao vòng xđ trọng lượng Qo; * ĐN: là tỷ số giữa trọng lượng nước chứa trong lỗ rỗng của đất với trọng ọ g lượng ợ g hạt ạ rắn. - Xác định thể tích dao vòng V; - Lấy mẫu đất vào dao vòng, gạt phẳng; * CT: W = Q n 100 % Qn: trọng ọ g lượng ợ g nước trong g lỗ rỗng; g; - Cân mẫu ẫ và dao vòng được Q1; Qh Qh: trọng lượng hạt đất. → Trọng lượng mẫu Q = Q1 – Qo. Phương pháp bọc paraphin * TN: * Dụng cụ TN: paraphin, cân thủy tĩnh - Mẫu TN phải được giữ đúng độ ẩm. * Cách TN: - Cân mẫu xác định trọng lượng Q; - Cách TN: - Nhúng mẫu vào sáp đã nóng chảy; + Cân xác định trọng lượng mẫu Q = Qn + Qh. - Cân mẫu đã bọc sáp trong nước bằng cân thủy tĩnh Q1. + Sấy khô mẫu ở nhiệt độ 105 °C ÷ 110 °C đến khối lượng Dựa vào nguyên lý Acsimet: thểể tích của mẫu ẫ đã bọc sáp = không đổi. đổi + Cân xác định trọng lượng hạt rắn Qh. 33 34 thể tích phần nước mà đất chiếm chỗ → thể tích đất V. 3. Trọng lượng riêng hạt γh - Tỷ trọng hạt Δ. II. Các chỉ tiêu vật lý tính đổi * ĐN: ĐN trọng t l lượng riêng iê hạt h t là trọng t l lượng của ủ 1 đơn đ vịị thể tích hạt đất. 1. Trọng lượng riêng khô (γk): là trọng lượng của một đơn vị Tỷ trọng hạt là tỷ sốố giữa trọng lượng riêng hạt với trọng thể hể tích í h đất đấ ở trạng thái hái hoàn h à toàn à khô (trọng ( l lượng của ủ hạt h lượng riêng của nước ở điều kiện tiêu chuẩn. rắn trong 1 đơn vị thể tích đất. * CT: Q γh γh 2. Độ rỗng của đất ấ (n): là thểể tích lỗ rỗng trong 1 đơn vị thểể γh = h Δ= = tích đất (biểu diễn bằng phần trăm hoặc thập phân). Vh γo γn 3. Độ hạt (độ đặc) của đất (m): là thể tích hạt đất trong 1 đơn vịị thể tích đất. Qh: trọng lượng hạt đất; Vh: thể tích hạt đất; γo (γn): trọng lượng riêng của nước, γo ≈ 10 (kN/m3). 4. Hệ số rỗng của đất (e): là tỷ số giữa thể tích lỗ rỗng với thể tích hạt rắn của đất. * TN: TN - Sấy Sấ khô mẫu ẫ cân â xác á định đị h Qh; - Xác định thể tích Vh. * Đất cát Δ = 2,6 ÷ 2,67; Đất sét Δ = 2,65 ÷ 2,74. 35 36
II. Các chỉ tiêu vật lý tính đổi (tiếp) Các chỉ tiêu tính đổi 5. Độ ẩm ẩ toàn phần ầ (độ ẩm ẩ bão hòa) (Wtp, Wbh): là độ ẩm ẩ của Công thức định nghĩa Công thức tính toán đất bão hòa. 1. Trọng lượng riêng khô: γw 6. Độ bão hòa của đất (độ no nước, mức bão hòa) (S, G): là tỷ Q γ = =γ (1−0,01n) k 1+ 0,01W h số ggiữa thể tích nước và thể tích lỗ rỗng. g γ = h k V 7. Trọng lượng riêng bão hòa (trọng lượng riêng no nước) 2. Trọng lượng riêng bão hòa (γbh, γnn): là trọng lượng của 1 đơn vị thể tích đất ở trạng thái Q Q + Q nbh γ = nγ o + m γ bão hòa (các lỗ rỗng chứa đầy nước). γ = bh = h bh h bh V V 8 Trọng lượng riêng đẩy nổi (γđn) (trọng lượng riêng của đất 8. 3 Trọng 3. T llượng riêng iê đẩđẩy nổi ổi (Δ −1).γ o nằm dưới mực nước ngầm): là trọng lượng của 1 đơn vị thể Q − V .γ o γ =γ −γ o = tích đất khi bị ngập nước. nước γ = h h đn bh 1+ e đn V * Lưu ý: Cùng 1 loại đất: γbh > γw > γk > γđn. 4. Độ ẩm toàn phần (độ ẩm bão hòa) e .γ o Q nbh W = 37 W bh = . 100 % bh γ 38 Q h h II. Các chỉ tiêu tính đổi Công thức định nghĩa Công thức tính toán n = e =1− m Công thức định nghĩa Công thức tính toán 5. Độ rỗng ỗ của đất ấ V 1. Trọng lượng riêng khô: γw n = r .100% 1+ e Q γ = =γ (1−0,01n) V k 1+ 0,01W h γ = h 6. Độ hạt của đất m = 1 =1− n k V V 2. Trọng lượng riêng bão hòa m= h 1+ e Q Q + Q nbh γ = nγ o + nγ V γ = bh = h bh h 7. Hệ số rỗng bh V V Δ .γ .(1 + 0,01W ) e = Vr γ 3 Trọng 3. T llượng riêng iê đẩđẩy nổi ổi (Δ −1).γ o e = h −1 = o −1 Q − V .γ γ =γ −γ o = Vh γ γw γ = h h o đn bh 1+ e k đn V 8. Độ bão hòa 4. Độ ẩm toàn phần Qbh e .γ o S (G ) = Vn S ( G ) = 0 , 01 W .Δ W = n .100% W = e bh Q bh γ 39 Vr 40 h h
§5. Trạng thái của đất – Các chỉ tiêu đánh giá trạng I. Trạng thái của đất rời thái của đất 1. Trạng thái độ chặt của đất ấ cát Khái niệm trạng thái của đất gắn liền với phẩm chất XD của Theo độ chặt, đất rời có 3 trạng thái: Chặt – Chặt vừa – Rời đất. (xốp) tương ứng với phẩm chất XD: Tốt – Vừa – Xấu. ạ g thái của đất được Trạng ợ mô tả theo 3 khả năng g đánh g giá a Đánh giá theo hệ số rỗng e a. phẩm chất XD của đất: Tốt - Vừa - Xấu. e = [emin, emax] Chỉ tiêu trạng thái là chỉ tiêu dùng để đánh giá trạng thái của Nhận xét: e nhỏ: đất ấ tốt ố e lớn: đất ấ xấu ấ đất → chia đoạn [emin, emax] ra làm 3 đoạn đều nhau. Biểu diễn trên trục số Chặt Chặt vừa ừ Rời (xốp) ( ố ) emin emax e 41 Với cát thạch anh, trạng thái được đánh giá theo bảng sau: 42 Bảng phân loại trạng thái của cát thạch anh theo hệ số rỗng b. Đánh giá theo độ chặt tương đối D: e max − e Loại ạ đất Hệ số rỗng e ứng với trạng thái D= e max − e Chặt Chặt vừa Rời (xốp) min Cát thô (cát ( át to), t ) cát át vừa ừ e < 0,55 0 55 ≤ e ≤ 0,7 0 55 0,55 07 e > 0,7 07 e: hệ số rỗng tự nhiên của đất; emin: hệ số rỗng nhỏ nhất tương ứng với trạng thái chặt nhất; Cát nhỏ e < 0,60 0,60 ≤ e ≤ 0,75 e > 0,75 emax: hệ sốố rỗng ỗ lớn nhất ấ tương ứng với trạng thái rời xốp ố Cát bột (bụi, mịn) e < 0,60 0,60 ≤ e ≤ 0,8 e > 0,8 nhất; Nhận xét: khi e = emin → D = 1; khi e = emax → D = 0 ⇒ D ∈ [0, 1]. Trong đoạn [0, 1] chia giá trị D ra làm 3 đoạn: 0 ≤ D ≤ 1/3: trạng thái rời (xốp); 1/3 < D ≤ 2/3: 2/3 t trạng thái chặt hặt vừa; ừ 2/3 < D ≤ 1: 43 44 trạng thái chặt.
Thí nghiệm xác định emax, emin c. Đánh giá theo kết quả xuyên tĩnh (CPT): qc (III.4 – 124) Δγ o Ta có: e= −1 γk Giá trị qc (MPa) ứng với trạng thái → đểể có emax phải có γk min, đểể có emin phải có γk max → thực chất ấ TN phải tạo ra γk max, γk min. Loại đất Rời (xốp) Chặt vừa Chặt TN xácá định đị h emax: - Sấy Sấ khô cát, át cân â mẫu ẫ xác á định đị h trọng t l lượng Qh; - Rót nhẹ vào ống đo thể tích sao cho đất ở trạng thái xốp nhất → Cát thô, cát vừa qc < 5 5 ≤ qc ≤ 15 qc > 15 ta có Vxn. TN xác định emin: - Cho ống nghiệm chứa mẫu trên lên bàn rung để nén Cát nhỏ qc < 4 4 ≤ qc ≤ 12 qc > 12 chặt cát đến thể tích không đổi → ta có Vcn. Cát bụi: -ít ẩm,ẩm ẩ ẩ qc < 3 3 ≤ qc ≤ 10 qc > 10 Δγ o Q emax = −1 γ k min = h - no nước qc < 2 2 ≤ qc ≤ 7 qc > 7 γ k min Vxn Δγ o Q e min = −1 γ k max = h γ k max Vcn 45 46 d. Đánh giá theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT: N (III.2 – 117) 2. Trạng thái độ ẩm của cát N Trạng thái Góc ϕ Trạng thái độ ẩm của cát được đánh giá qua S(G): 0–4 Rất rời < 30 0 < S ≤ 0,5: 05 cát át ít ẩẩm , < S ≤ 0,8: 0,5 , cát rất ẩm 4 - 10 Rời 30 - 35 0,8 < S ≤ 1,0: cát bão hòa 10 - 30 Chặt vừa 35 - 40 (S = 11,0: 0 cát á bã bão hòhòa h hoàn à toàn) à ) 30 - 50 Chặt ặ 40 - 45 >50 Rất chặt > 45 47 48
II. Trạng thái của đất dính Khảo sát tính chất của đất sét khi ta thay đổi độ ẩm 1. Khái niệm - Độ ẩm ẩ nhỏ: hỏ đất sét ét thể hiện hiệ tính tí h cứng ứ (rắn) ( ắ ) – Tốt * Với đất dính tác động ộ g tươngg hỗ ggiữa hạt ạ sét và nước có ảnh - Độ ẩm cao: đất ở trạng thái chảy (nhão) – Xấu hưởng quan trọng đến tính chất của đất → dùng độ ẩm để - Độ ẩm ẩ trung gian: đất ấ ở trạng thái dẻo – Vừa đánh giá trạng thái đất dính. Tùy lượng nước mà đất ở trạng * Độ ẩm giới hạn: độ ẩm ranh giới giữa các trạng thái. thái: hái Cứng Cứ (rắn) ( ắ ) – Dẻo Dẻ – Chảy Chả (nhão). ( hã ) - Độ ẩm giới hạn dẻo Wd (PL – Plastic limit): độ ẩm ranh giới - Dẻo: ta có thể tạo hình từ mẫu đất mà vẫn giữ nguyên hình giữa trạng thái cứng và trạng thái dẻo; d dạng ( (tạo hì h màà không hình khô biến biế hình); hì h) - Độ ẩm giới hạn chảy Wch (Wnh) (LL – Liquid limit): độ ẩm - Chảy (nhão): ta tạo hình mà không giữ nguyên được hình ranh giới giữa trạng thái dẻo và trạng thái chảy; dạng; - Wd,Wch: các giới hạn Atterberg. - Cứng: khi khô cứng, đất có thể bị bóp vỡ mà không tạo hình * Biểu diễn độ ẩm trên trục số được. Cứng (rắn) Cứng (rắn) Dẻo Dẻo Chảy (nhão) 49 0 Wd Wch W% 50 * Kết hợp độ ẩm tự nhiên W với các giới hạn Atterberg để Trạng thái của đất dính theo độ sệt B phân loại trạng thái đất dính như sau: W < Wd: trạng thái cứng (rắn); Loại đất Độ sệt B Trạng thái Wd ≤ W ≤ Wch: trạng thái dẻo; Cát pha B Wch (Wnh): trạng thái chảy (nhão). 0≤B≤1 Dẻo * Khi độ ẩmẩ củaủ đất đấ dính dí h ở giữa iữ giới iới hạn h chảyhả vàà giới iới hạn h dẻo → đất có tính dẻo. B>1 Chảy (nhão) - Phạm vi biến ế thiên độ ẩmẩ trong đó đấtấ có tính dẻo gọi là chỉ Sét pha, h sét ét B1 Chả (nhão) Chảy ( hã ) W −W ch d 51 52
Cách TN 2. Các thí nghiệm xác định giới hạn Atterberg: * Các TN này là TN xác định độ ẩm của đất ở các trạng thái - Giai đoạn 1: giới hạn (TTGH). + tạo mẫu đến TTGH dẻo; - TN xác định các giới hạn Atterberg thường mang tính quy + lăn mẫu đất TN bằng mu bàn tay ước. trên tấm kính nhám đến khi tạo * TN ggồm 2 ggiai đoạn: ạ thành que đất có d = 3mm, 3mm đồng - Giai đoạn 1: tạo mẫu đến TTGH dẻo (hoặc chảy) thời trên thân que có xuất hiện - Giai đoạn 2: xác định độ ẩm của đất ở TTGH. TTGH những vết nứt chân chim, khi đó đất đã đạt tới TTGH dẻo. - Giai đoạn 2: xác định độ ẩm của những que đất đã đạt tới TTGH dẻo dẻo. 53 Que đất ở TTGH dẻo 54 b. TN xác định Wch (Wnh) Phương pháp Casagrande * Dụng cụ TN: PP chùy xuyên Vaxilliev: - Các dụng cụ xác định độ ẩm * Cách TN: Chùy Vaxilliev nặng 76g - Dụng cụ Casagrande - Giai đoạn 1: tạo mẫu đến * Cách TN: - Cho mẫu vào đĩa mẫu đất TTGH chảy: khum với độ dày 8mm + cho đất TN vào khuôn, - Dùng que gạt rạch đôi đất trong đĩa gạt phẳng, phẳng thả chùy thành 2 phần (rạch vuông góc trục tay quay), rãnh đất có khe hở ở đáy rộng + theo dõi: nếu sau khi thả 2mm,, dài 40mm. 10 chùy 10s, hù ngậpậ vào à mẫuẫ đất 11mm - Quay tay quay với vận tốc 2vòng/s 1cm, khi đó đất đã đạt đến 2mm đến khi khe hở khép p lại. ạ Nếu 2 pphần TTGH chảy. hả 8mm đất chập vào nhau 1 đoạn L = 13mm - Giai đoạn 2: xác định độ chùy y xuyên y hình nón sau N = 25 nhát đập → đất đạt TTGH ẩ của đất ẩm ấ ở TTGH chảy. chảy.Đem mẫu đất đó đi xác định độ đất TN 55 56 quả cầu thăng bằng ẩm được độ ẩm giới hạn chảy Wch.
§6. Phân loại đất I. Phân loại theo tiêu chuẩn Nga * Mục đích: dựa vào các dấu hiệu đặc trưng (chỉ tiêu vật lý) * Đất chia làm 2 nhóm lớn: đất rời và đất dính. Không có quy để gán á tên tê vàà trạng t thái cho h mỗi ỗi loại l i đất → có ó những hữ hình hì h định chặt chẽ mà chủ yếu dựa vào: dung ban đầu về phẩm chất XD của đất. - nhận biết trực tiếp bằng mắt hoặc bằng tay (vê đất); * Các hệ thống ố phân loại hiện nay dựa vào: - A ≠ 0 → đất dính. dí h - Cấp phối hạt; 1. Đất dính = {sét, sét pha (á sét), cát pha (á cát)} - Các giới hạn Atterberg. Phân loại đất dính theo chỉ số dẻo A = Wch – Wd. * Có 2 hệ thống lớn được sử dụng trên thế giới để phân loại Tên đất ấ A - Tiêu chuẩn Nga hiện nay (Tiêu chuẩn Liên Xô cũ); Cát pha (á cát) A ≤ 7% - Hệệ thống ố phân â loạii thống ố nhấtấ USCS SCS trong quy phạm Mỹ Sét pha (á sét) 7% < A ≤ 17% (do Casagrande đề nghị) Sét A > 17% 57 58 2. Phân loại đất rời 3. Đất bùn và bùn hữu cơ * Phân Phâ loại l i đất rờiời dựa d theo th hàm hà lượng l h t có hạt ó đường đ ờ kính kí h lớn hơn 1 cỡ hạt đặc trưng. - khi W > Wch, e > 1,1 : bùn á cát (bùn cát pha); Tên đất Căn cứ để phân loại - khi W > Wch, e > 1,5 : bùn á sét (bùn sét pha), bùn sét; Tả lăn Tảng lă Cá h Các hạtt cóó d > 200mm 200 chiếm hiế trên t ê 50% - Bùn Bù nhiễm hiễ các á h hợp chất hất hữ hữu cơ đ được gọii là bùn bù hữu hữ cơ. Dăm cuội Các hạt có d > 10mm chiếm trên 50% Khi hàm lượng hữu cơ chiếm: Sỏi sạn (sỏi) Các hạt có d > 2mm chiếm trên 50% < 30%: đất nhiễm hữu cơ Cát sỏi (cát sạn) Các hạt có d > 2mm chiếm trên 25% = 30 - 60%: đất than bùn Cát thô (cát to) Các hạt có d > 0,5 chiếm trên 50% > 60%: than bùn Cát vừa (cát trung) Các hạt có d > 0,25 chiếm ế trên 50% Cát nhỏ Các hạt ạ có d > 0,1 , chiếm trên 75% Cát bụi (bột, mịn) Các hạt có d > 0,1 chiếm dưới 75% 59 60
II. Phân loại theo hệ thống thống nhất USCS: 1. Đất hạt thô * Đất hạt thô có 2 nhóm: cuội sỏi và cát. cát Dựa vào hàm lượng * 2 nhóm lớn: đấtấ hạt thô trên rây N°4 để phân biệt: đất hạt ạ mịnị 4 76mm ↔ N°4) > 50%:cuội sỏi (chữ thứ nhất G) - Nếu p(d > 4,76mm * Phân loại dựa theo kết quả TN phân tích hạt theo bộ rây - Nếu p(d > 4,76mm ↔ N°4) < 50%: cát (chữ thứ nhất S) của ASTM. * Kết ế hợp với hàm lượng dưới rây N°200 đểể phân biệt đất ấ * Tên đất: gồm 2 chữ cái: (I.7 – 41) sạch hay lẫn hạt mịn: - Chữ đầu: đầ tên tê thành thà h phần hầ hạt h t cơ bản; bả - Nếu p(d ≤ 0,074mm) < 5%: hạt mịn coi là sạch; - Chữ sau: tên thành phần hạt lẫn hay tính chất cơ bản của - Nếu p(d ≤ 0,074mm) > 12%: hạt mịn coi là lẫn hạt mịn; loại đất. ấ + Với đất sạch: chữ thứ 2 tùy thuộc vào tính chất cấp phối: * Dựa ự vào hàm lượng ợ g trên râyy N°200 để p phân biệt ệ đất hạt ạ thô hay đất hạt mịn: cấp ấ phối hối tốt là W; W cấp ấ phốihối xấu ấ là P. P Dùng Dù Cu, Cc đánhđá h giáiá cấp phối; - Nếu p(d > 0,074mm ↔ N N°200) 200) > 50%: đất hạt thô + Với đất ấ lẫn ẫ hạt mịn: chữ thứ 2 tùy thuộc vào tên vật62liệu - Nếu p(d > 0,074mm ↔ N°200) < 50%: đất hạt mịn 61 lẫn: hạt bụi là M; hạt sét là C; hữu cơ là O; 2. Đất hạt mịn Biểu đồ tính dẻo LL - PI (Wch - A) * Chữ thứ nhấthất tùy tù thuộc th ộ vàoà loại l i hạt h t cơ bản: bả hạt h t bụi b i là M; M đường A:PI=0,73(LL-20) hạt sét là C; hữu cơ là O. PI(A) 40 CH * Chữ thứ 2 tùy thuộc vào tính dẻo: 30 CL - là L nếu đất có tính dẻo thấp: p Wch < 50%;; - là H nếu đất có tính dẻo cao: Wch > 50%. 20 OH và MH Ví dụ: CH: đất sét có tính dẻo cao; 10 ML CL: đất sét có tính dẻo thấp; OL 10 20 30 40 50 60 70 80 90 LL(W ( ch) * Tên đất hạt mịn: ab a: chỉ hỉ tên tê loại l i hạt h t cơ ơ bả bản: C - sét ét ; M - bụi b i ;O O - hạt h t hữ hữu cơ ơ b: chỉ tính dẻo của đất: H- tính dẻo cao; L- tính dẻo thấp Ví dụ: CL - sét tính dẻo cao 63 64
CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT * Tính chất cơ học của đất - Tính cường độ - tính bền (tính chống cắt): cho biết khả * Khái niệm: năng tiếp nhận tải trọng; - Các tính chất cơ học của đất chịu ảnh hưởng nhiều của - Tính biến dạng: lún và lún theo thời gian; nước trong lỗ rỗng và khả năng giải phóng nước ra khỏi - Tính thấm (tính chất đặc thù của đất). Tính thấm sẽ lỗ rỗng → khi nghiên cứu cần chú ý đến sự vận hành ả h hưởng ảnh h ở đếnđế tính í h biến biế dạng d vàà tính í h cường ờ độ. độ của nước (sự thay đổi lượng nước → thay đổi tính chất của đất). - Ngoài 3 tính chất kể trên, đất còn có tính đầm chặt (phù hợp với cải tạo đất); ấ tính nhạy; tính từ biến;ế tính biến loãng và cát chảy… * Các tính chất cơ học của đất được đánh giá định lượng bằngg các đặc ặ trưngg cơ học ọ ((xác định ị bằngg TN):) - TN trong phòng (Test in – lab): phân tích mẫu phục vụ cho việc nghiên cứu CHĐ theo mô hình cơ bản; - TN hiện trường (Test in – situ) §1. Tính thấm của đất 2. Cột nước áp, chiều cao cột nước áp, áp lực II. Các Cá định đị h nghĩa hĩ nước tại một điểm * Khảo sát một nền đất như sau IAB = ΔHAB/LAB 1. Tính thấm củ của đđất Ố đo áp Ống * Tính thấm của đất là tính chất của đất cho phép dòng Mặt đất tự nhiên nước chảy qua trong một điều kiện thuận lợi nào đó. đó - Dòng nước chảy qua đất gọi là dòng thấm. ΔHAB MNN - Trong đất ấ tồn ồ tại các lỗỗ rỗng ỗ nền ề tấtấ cả các loại đất ấ hpB trong thiên nhiên ít nhiều đều thấm nước. hpA hB - Tính thấm của đất phụ thuộc vào: hA LAB B + Kích thước lỗ rỗngg ((điều kiện ệ bên trong); g); hzB + Áp lực dòng thấm (điều kiện bên ngoài). hzA A Mặt chuẩn (MSS) Kích thước lỗ rỗng lớn, lớn áp lực dòng thấm lớn → nước càng dễ thấm qua đất, và ngược lại.
3. Cột nước thế, cột nước tổng và chênh cao cột - Đặt vào điểm A, B (dưới MNN) trong đất các ống đo áp nước giữa hai điểm → nước dâng lên trong ống. Có 2 khả năng: nước trong - Kéo dài ống đo đến một mặt chuẩn nào đó → cột nước ống bằng MNN và nước trong ống cao hơn MNN. trong ống đo gọi là cột nước tổng. tổng + Cột nước trong ống đo gọi là cột nước áp lực. - Chiều cao từ mặt chuẩn đến mặt nước trong ống gọi là + Chiều cao từ điểm đo đến mặt nước trong ống gọi là cchiều ều ccaoo cộ cột nước ước tổng, ổ g, ký ý hiệu ệu h.. chiều cao cột nước áp, ký hiệu hp. Chiều cao này phụ - Cột nước và chiều cao cột nước từ vị trí điểm đo đến mặt thuộc vào áp lực nước p tại điểm đo: chuẩn gọ gọi là cột ộ nước và chiều cao cộtộ nước thế năng, g ký ý hiệu ệ hz. p pA Ta có biểu thức quan hệ sau: h = hz + hp hp = hpA = ΔHAB: chênh cao cột nước giữa 2 điểm A và B. γo γo ΔHAB = (hA – hB) γo: trọng lượng riêng của nước, γo ≈ 10 (kN/m3); * Điều kiện cần để có dòng chảy giữa hai điểm A và B là ΔHAB ≠ 0: pA: áp lực nước tại điểm A; ế ΔHAB > 0 dòng chảy theo hướng từ A đến - Nếu ế B; hpA: chiều cao cột nước áp tại điểm A. - Nếu ΔHAB < 0 dòng chảy theo hướng từ B đến A. 4. Gradient thủy lực I II. Định luật Darcy * Gradient thủy lực là cường độ trung bình sự thay đổi ổ * Vận Vậ tốctố thấm thấ của ủ nước ớ trong t đất v: lưu l l lượng nước ớ chiều cao cột nước tổng trên một đơn vị chiều dài. thấm qua 1 đ.vị diện tích tiết diện vuông góc với dòng thấ thấm: v = q/A /A = Q/A.t Q/A t ΔH I= q: lưu lượng nước thấm qua diện tích tiết diện; Q: lượng L nước thấm ấ qua diện tích tiếtế diện trong thời gian t; ΔH: độ chênh cột nước tổng giữa 2 điểm đang xét; t: thời ggian thấm ((s); ); A: diện ệ tích tiết diện ệ dòngg thấm. L khoảng L: kh ả cách á h giữa iữ 2 điểm điể đang đ xét. ét - Đất có v bé → dòng thấm trong đất là dòng chảy tầng * Trường hợp tổng quát viết dưới dạng vi phân: → tuân theo quy luật Darcy về quan hệ giữa vận tốc dΔH thấm và gradient thủy lực: v = k.I I= dL k: hệ số tỷ lệ - hệ số thấm (cm/s; mm/s), mm/s) k xác định bằng Khi L → 0 thì gradient thủy lực trung bình I dần tới giá TN; trị gradient thủy lực tại một điểm i(x) dh ( x ) L ý: Lưu ý Diện Diệ tích tí h thấm thấ A baob gồm ồ cảả cốtốt đất: đất vthực > v i( x) = dx Do nước chỉ thấm qua lỗ rỗng: vthực = v/n = v(1 + e)/e
III. Thí nghiệm xác định hệ số thấm Sơ đồ thí nghiệm thấm cột nước không đổi Hệ sốố thấm thấ k xác á định đị h bằng bằ TN thấmthấ vớiới vận ậ tốc tố thấm thấ Nước cấp ấ qua mẫu đất dưới một gradient thủy lực khác 0. Mực nước cố định 1. TN thấm ấ cột nước không đổi ổ * TN thấm cột nước không đổi thích hợp cho các loại đất có tính thấm cao - đất rời. Nước tràn K1 * Cách TN: - Mở van K1, K2; điều chỉnh K2 sao cho K3 lưu lượng ra q = const. ΔH - Đo Đ chênh hê h cao cột ớ ΔH = h1 – h2. ột nước Mẫu * Kết quả TN: Kết quả TN là cặp giá trị {ΔH, Q} hay L đất {ΔH, q}. Hệ sốố thấm ấ xác định theo công thức: v q L Q L k= = = q I A ΔH At ΔH K2 2. Thí nghiệm thấm cột nước thay đổi - Khi mở 1 cặp van bất kỳ → cột nước trong ống đo cũngg là nguồn g cấpp nước thấm q qua mẫu. * TN thấm thấ cột ột nước ớ th thay đổi áp á dụng d cho h loại l i đất có ó tính thấm nhỏ - đất dính (do khó xác định được lưu - Cao trình mực nước ra không đổi → gradient thủy lực lượng nước ra). ra) giảm dần. - Chiều cao cột nước tại thời điểm t bất kỳ là h(t), a Các ống g đo gradient thủy lực của dòng thấm qua mẫu là: i(t) = h(t)/L - Vận tốc ố dòng thấm, ấ theo định luật Darcy sẽ là: Nước cấp vào ống đo ( ) = k.i(t) v(t) ( ) = k.h(t)/L () h1 h2 - Sau thời gian dt, lượng nước thấm qua mẫu là: L dQ = v(t).A.i(t) v(t) A i(t) - Lượng nước này chính là tổn hao cột nước trong Tràn Mực nước cốố định kh ả thời gian khoảng i đó:đó dQ = -a.dh dh - Cân bằng lượng nước ta có: v(t).A.i(t) = -a.dh
* Cách TN: Đo chiều cao cột nước tại các thời điểm khác nhau t1, t2. * Kết quả TN: cặp số liệu (h1, h2) là chiều cao cột nước h (t ) k.A dh hayy k A.dt = − a.dh ⇒ = −a trong ống đo tại thời điểm t1, t2. L L h (t ) - Hệ số thấm xác định theo công thức: ⎛h ⎞ ⎛h ⎞ t2 h2 a.L. ln⎜⎜ 1 ⎟⎟ 2,3a.L. lg⎜⎜ 1 ⎟⎟ k.A dh ⎝ h2 ⎠ = ⎝ h2 ⎠ L ∫t1 ∫ h (t ) Lấy tích phân 2 vế: dt = − a k= h1 A(t2 − t1 ) A(t2 − t1 ) L: chiều dài của mẫu thí nghiệm ; k.A ⎛h ⎞ A: diện tích tiết diện của mẫu đất; (t2 − t1) = −a.ln⎜⎜ 2 ⎟⎟ a: diện tích tiết diện của ống đo; L ⎝ h1 ⎠ h1, h2: lần ầ lượt là chiều ề cao cột nước trong ống ố đo tại thời điểm t1, t2. III. Bảng giá trị k trung bình của một số loại đất IV. Gradient thủy lực ban đầu – Điều kiện cần và đủ của dòng thấm 1. Gradient thủy y lực ự ban đầu Tên đất ấ ố thấm Hệ số ấ k(cm/s) * Từ các TN thấm cho thấy: C ội sỏi Cuội ỏi sạch h (khô (không có óhhạtt nhỏ) hỏ) 10 - 100 - Đối với đất hạt thô (đất rời): I > 0 là xuất hiện dòng thấm. Cát to, to cát vừa, vừa cát nhỏ sạch 10-3 - 10 - Đối với ới đất hạt h t mịn ị (đất dính): dí h) I phải hải lớn lớ hơn h I* nào à đó mới xuất hiện dòng thấm. I* gọi là gradient thủy lực Cát bụi, ụ , cát pha p 10-5 - 10-3 b đầu ban đầ củaủ đất. đất Sét pha 10-7 - 10-5 - Tuy nhiên, rất khó xác định I* nên thực tế khi tính toán, thay đường cong 0 – 1 – 2 - 3 bằng ằ đường 0 – 1’ – 2 Sét < 10-7 – 3, với 1’ là giao của đường 3 - 2 với trục hoành. - Gọi Io: gradient thủy lực ban đầu quy ước.