Bài giảng Cơ học đất - Nguyễn Tuân

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:111

Thêm vào BST

Báo xấu

16
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Cơ học đất gồm có 7 chương, cung cấp cho người học những kiến thức như: bản chất vật lý của đất; tính chất cơ học của đất; khảo sát địa chất công trình; ứng suất trong đất; dự báo độ lún của nền đất; sức chịu tải 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 Cơ học đất - Nguyễn Tuân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG YÊU CẦU VÀ CÁCH LÀM VIỆC 1. TRONG LỚP GHI CHÉP CÁC Ý CHÍNH KHÔNG NÓI CHUYỆN VÀ LÀM VIỆC RIÊNG 2. ĐIỂM QUÁ TRÌNH (30%) ĐIỂM DANH: 30% KIỂM TRA: 30% BÀI TẬP LỚN: 20% THÍ NGHIỆM: 20% Không thí nghiệm + báo cáo TN: thì điểm quá trình = 0 Giảng viên: Nguyễn Tuân 3. ĐIỂM KẾT THÚC (70%) Bộ môn: Cơ học ñất – Nền móng TRẮC NGHIỆM 30 CÂU, 60 PHÚT, ĐƯỢC SỬ DỤNG TÀI LIỆU 4. ĐỀ BTL + HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM GEO.NUCE.EDU.VN 2 TÀI LIỆU THAM KHẢO MÔN HỌC CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1. Phan Hồng Quân, “Cơ học ñất”, nhà xuất bản Giáo dục 2012 2. Vũ Công Ngữ, Nguyễn Văn Thông, “Bài tập Cơ học ñất”, 3. R. Whitlow. “Cơ học ñất”. Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội 1999. 4. Nguyễn Đình Tiến, “Bài giảng Cơ học ñất”, ĐHXD Hà nội 3 4 1
CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1. Đối tượng nghiên cứu: đất thiên nhiên được tạo thành do kết quả phong hóa các đá ở trên cùng của vỏ quả đất. Trong lĩnh vực xây dựng thường dùng đất làm nền bộ phận “kết cấu” tiếp nhận tải trọng bên trên truyền xuống. Vì vậy với kỹ sư xây dựng, đất là nơi tiến hành xây dựng công trình. Làm nền cho các công trình; Làm vật liệu XD cho các CT (đê đập, đất đắp nền đường…); Làm môi trường trong đó XD các CT (đào đường hầm, cống ngầm, kênh, mương…) Đã có rất nhiều sự cố trong xây dựng do thiếu hiểu biết hoặc đánh giá không đúng về đất. LÚN VÀ LÚN LỆCH 5 6 7 8 2
Malaysia Thượng Hải, 2009 9 10 CHƯƠNG MỞ ĐẦU 2. CƠ HỌC ĐẤT LÀ GÌ?: là môn khoa học liên quan đến tương tác giữa tải trọng và nền đất, nước trong đất, quan hệ ứng suất, biến dạng, cường độ… Giải quyết các vấn đề liên quan tới việc sử dụng đất vào mục đích công trình. 1. Xác định các quy luật cơ bản của các quá trình cơ học xảy ra trong đất và các đặc trưng tính toán tương ứng của đất. 2. Đưa ra các mô hình nền nghiên cứu trạng thái ứng suất - biến dạng của đất. 3. Nghiên cứu sự làm việc của công trình (độ lún, sức chịu tải, ổn định…) & các giải pháp công trình. 11 12 3
CHƯƠNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG MỞ ĐẦU 3. Phương pháp nghiên cứu 4. Lịch sử phát triển - Xây dựng lý thuyết dựa trên những giả thiết nhất định → mỗi lý Coulomb (1736-1806) 1773 thuyết có những phạm vi ứng dụng nhất định. 1925: Terzaghi → viết cuốn cơ học đất trên cơ sở vật lý của đất → - Vận dụng toán học phải lấy điều kiện địa chất làm cơ sở. coi cơ đất → môn độc lập - Thí nghiệm và quan trắc thực tiễn. VNam: phòng thí nghiệm đầu tiên → 1956. - Coi trọng thực nghiệm: Do đất luôn thay đổi → nên phải chọn biện pháp thử nghiệm thích hợp → chọn chỉ tiêu. Thí nghiệm gồm: + Thí nghiệm hiện trường + Thí nghiệm trong phòng + Theo dõi biến dạng ( quan trắc lún)… 13 14 CHƯƠNG 1: Mở đầu Giới thiệu chung Chương 1 Bản chất vật lý của đất Chương 2 Tính chất cơ học của đất Chương 3 Khảo sát địa chất công trình Chương 4 Ứng suất trong đất Chương 5 Dự báo độ lún của nền đất Chương 6 Sức chịu tải của nền đất Chương 7 Áp lực đất lên tường chắn 15 16 4
§1. Nguồn gốc và sự hình thành của ñất §1. Nguồn gốc và sự hình thành của ñất a. Phong hóa vật lý: Đất có nguồn gốc trực tiếp/gián tiếp từ đá gốc: Đá macma, đá ðN: Do tác nhân vật lý gây ra: sự thay ñổi ñột ngột về nhiệt ñộ, trầm tích, đá biến chất áp suất, va chạm... Phong hóa Chuyển dời Đá gốc Đất tàn tích Đất trầm tích → làm ñá gốc bị nứt, vỡ vụn ra. Thời gian Lắng ñọng 1.1. Phong hóa Đặc điểm: - Là quá trình phá hoại và làm thay đổi thành phần của đá gốc - Góc cạnh, gồ ghề, kích thước lớn do tác dụng vật lý, hóa học, sinh học… - Có thành phần khoáng giống ñá gốc. - Phân loại: - Không có tính dính dính,tính thấm lớn. + Phong hóa vật lý → các sản phẩm ñó ñược gọi là ñất rời - ñại diện là cát + Phong hóa hóa học + Phong hóa sinh học 17 18 §1. Nguồn gốc và sự hình thành của ñất §1. Nguồn gốc và sự hình thành của ñất b. Phong hóa hóa học: c. Phong hóa sinh học: ðN: Do tác nhân hóa học gây ra: sự tác dụng giữa các khoáng ðN: do các loại ñộng thực vật sống trên mặt ñất phá hoại các lớp chất: nước, muốn, axit hòa tan trong nước – tương tác với các ñất, ñá thành phân ñá gốc. → ñất hữu cơ, ñất than bùn… → làm ñá gốc bị vỡ vụn ra. 1.2. Quá trình trầm tích và ñặc ñiểm Đặc điểm: Quá trình trầm tích bao gồm sự di chuyển và tích tụ các sản phẩm phong hóa. - Bề mặt mịn, kích thước nhỏ d
a. Đất tàn tích: c. Đất bồi tích, sa tích: Là sản phẩm phong hóa nằm ngay tại đá gốc sau khi phong Là sản phẩm sau PH được gió, nước cuốn đi, rồi lắng đọng hóa. tạo thành. b. Đất sườn tích: Đặc điểm : Là sản phẩm sau PH bị lăn từ trên cao xuống chỗ thấp theo - Có tính phân lớn, chiều dày các lớp lớn sườn dốc. - Cỡ hạt tương ñối ñồng ñều trong 1 lớp Đặc điểm của 2 loại trên: - Có thể gặp dạng xiên, xen kẹp, dị dạng - Di chuyển do trọng lượng bản thân d, Các loại trầm tích khác: - Chiều dày lớp ñất không ñồng ñều Trầm tích biển: do nước biển - Kích thước hạt không ñều Trầm tích gió (phong tích): Do gió - Dễ mất ổn ñịnh Băng tích: do băng cuốn đi rồi đọng lại 21 22 Đất rời: đá dăm, cuội sỏi, các loại cát. Đặc điểm: kích thước hạt to Đất rời Đất dính rời rạc, không dính 2 LOẠI tính thấm lớn, hút nước ít. tính chất XD phụ thuộc nhiều vào kích cỡ hạt và trạng thái độ chặt. Đất dính: đại diện là đất sét. sét pha cát : sét pha. cát pha sét : cát pha. Đặc điểm: kích thước hạt nhỏ, mịn, tính dẻo dính, tính thấm nhỏ tính chất XD phụ thuộc nhiều vào trạng thái độ ẩm và thành phần khoáng 23 24 6
-tiếp- §2. Các thành phần của ñất Phần lớn thể tích đất là các khoáng vật vô cơ (hạt rắn), phần còn Hạt thô Hạt mịn lại là lỗ rỗng, trong lỗ rỗng chứa nước và khí. Tính chất: Rời rạc, không có tính Tính chất: có tính dính, khả năng trương nở, co ngót ít, dính, trương nở, co tính thấm lớn… ngót, tính thấm nhỏ… Mô hình đất gồm 3 pha: Rắn (hạt đất), lỏng (nước), khí 2.1 Hạt ñất (hạt rắn) Kích thước hạt d(mm) Hạt ñất là thành phần chủ yếu của đất, tạo thành khung kết Hạt Hạt Hạt Đá tảng Hạt sỏi Hạt cát Hạt sét cấu của đất (cốt đất). cuội bột keo TCXD 9362- Đặc trưng cơ bản của hạt đất là kích cỡ, hình dạng và thành 200 10 2 0.05 0.002 2012 phần khoáng. Atterberg 200 20 2 0.02 0.002 0.0002 a. Kích cỡ ASTM (Mỹ) 300 75 4.75 0.075 0.005 0.001 Hạt thô AASHTO (Mỹ) 75 2 0.075 0.005 0.001 Chia thành 2 nhóm chính: Hạt mịn 25 26 THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH HẠT THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH HẠT Mục ñích: Hàm lượng nhóm hạt p(d1, d2]: Để tách riêng nhóm hạt bất kỳ, xác định hàm lượng của Q(d1, d2]: trọng lượng nhóm hạt. nhóm hạt đó, từ đó xác định cấp phối hạt của đất. Rây TCVN QΣ Σ: tổng trọng lượng của mẫu đất. Với hạt lớn (d>0,1mm) dùng rây để phân nhóm hạt. 10,0mm * MỘT SỐ KHÁI NIỆM Với hạt nhỏ (d≤0,1mm) dùng tỷ trọng kế để phân nhóm. 5,0 Hàm lượng của các nhóm hạt trong đất (tính theo %) là tỷ B1: Phơi khô mẫu ñất, tán rời ñất bằng chày. 2,0 số giữa trọng lượng của cỡ hạt đó và trọng lượng đất khô. B2: Cân mẫu xác ñịnh tổng trọng lượng ban ñầu QΣ. 1,0 Hàm lượng cỡ hạt d (mm) là hàm lượng các hạt có kích B3: Cho mẫu ñất qua bộ rây thí nghiệm, sau ñó lắc hoặc 0,5 thước ≥ d(mm). rung cho hạt có kích thước nhỏ hơn rơi xuống dưới. 0,25 Hàm lượng tích lũy p (%) của một cỡ hạt d(mm) là hàm B4: Cân lượng ñất trên từng rây và ở ngăn ñáy ñược Qi 0,1 lượng của các hạt có kích thước ≤ d(mm). → chính là trọng lượng nhóm hạt Q(d1, d2]. Ngăn đáy Cấp phối hạt : của 1 loại đất là tập hợp hàm lượng tất cả các cỡ hạt chứa trong một loại đất. 27 28 7
THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH HẠT BẰNG RÂY THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH HẠT BẰNG RÂY Dụng cụ thí nghiệm: Kích thước hạt (mm) 2-0,5 0,5-0,25 0,25-0,1 0,1-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 4, Cc = [1, 3] Đất có cỡ hạt đồng đều (cấp phối kém) : Cu ≤ 4 31 32 8
TN PHÂN TÍCH HẠT BẰNG TỶ TRỌNG KẾ -tiếp- Dụng cụ thí nghiệm b. Hình dạng hạt Hình dạng hạt đất rất đa dạng và ảnh hưởng tới tính chất của Tỷ đất. trọng Có 3 dạng chính: kế dạng khối 3 chiều dạng tấm (dạng phiến) 2 chiều • Lấy ñất TN cho vào bình chứa nước. dạng thanh (dạng kim) 1 chiều •Khuấy ñều dung dịch, theo dõi sự * Hạt kích thước lớn: chìm lắng của các hạt ñất trong bình. hình dạng hạt đất ảnh hưởng nhiều đến tính chất của đất. Áp dụng: * Hạt kích thước nhỏ: - Nguyên lý tỷ trọng kế hình dạng hạt ít ảnh hưởng đến tính chất XD của đất. Dung dịch đất + nước TN - ðịnh luật Stock 33 34 -tiếp- -tiếp- c. Thành phần khoáng c2. Khoáng thứ sinh: thành phần khoáng thay đổi so với đá gốc (do phong hóa hóa học gây ra). Thành phần khoáng của đất rất đa dạng phụ thuộc vào: Thường gặp: không hòa tan trong nước: Kaolinit, Ilit, thành phần đá gốc; Montmorilonit; hòa tan trong nước: Canxit, mica trắng, thạch tác dụng phong hóa; cao, … lịch sử tồn tại. Đặc điểm : kích thước rất nhỏ, góc cạnh, có cấu trúc dạng lưới lớp (dạng phiến), bề mặt mang ñiện tích âm c1. Khoáng nguyên sinh: thành phần khoáng không thay đổi (còn gọi là khoáng vật sét). hoặc ít thay đổi so với đá gốc (do phong hóa vật lý gây ra). c3. Hợp chất hữu cơ: Thường gặp: fenpat, mica, thạch anh Hạt có kích thước lớn, thành phần khoáng ít ảnh hưởng đến Đặc điểm : kích thước lớn, góc cạnh, rời rạc. tính chất cơ - lý của đất; Hạt có kích thước nhỏ thành phần khoáng đóng vai trò quyết định tính chất cơ - lý của đất. 35 36 9
-tiếp- -tiếp- a. Nước liên kết: 2.2 Thành phần nước trong ñất Nước hút bám: Vai trò của nước trong đất là hết sức quan trọng ??? Bám rất chặt ngay ngoài + - hạt đất, không tách ra được → xem như một Nước trong đất tồn tại dưới các dạng: phần hạt rắn → không Nước trong khoáng vật ảnh hưởng tới tính chất ¼ hạt Nước hút bám đất. sét Nước Nước liên kết Nước L.K mạnh Nước liên kết mạnh: trong đất Màng nước Màng nước Nước L.K yếu Là lớp nước bám tương đối LK mạnh LK yếu Nước mao dẫn chặt ở bề mặt hạt. Ảnh Nước tự do Níc liªn kÕt Níc tù do hưởng nhiều đến tính dính Nước trọng lực của đất. 37 38 -tiếp- -tiếp- Chiều cao mao dẫn: α T Nước liên kết yếu: Là lớp nước liên kết ngoài cùng của hạt đất → lực hút yếu. Vùng từ MNN đến chiều cao hc: ñới bão Ảnh hưởng tới tính chất của đất như tính dẻo, tính dính… hòa nước mao dẫn Hạt đất hc Độ dâng của nước mao dẫn phụ thuộc vào d b. Nước tự do: sự thay đổi mực nước ngầm Là loại nước nằm ngoài phạm vi tác dụng của lực điện phân MNN Áp lực mao dẫn: tử của hạt đất, di chuyển trong đất do trọng lượng bản thân hoặc do lực hút dính (lực mao dẫn). Là áp lực phụ thêm do nước mao dẫn gây ra cho hạt đất trong đới bão hòa mao dẫn → tăng thêm trong lượng của đất. Nước mao dẫn: Tồn tại trong những lỗ rỗng hẹp do sức căng bề mặt giữa Tại bề mặt đới bão hòa: các vật chất có trạng thái vật lý khác nhau (hạt đất - nước) Áp lực mao dẫn là một trong các yếu tố tạo nên tính dính của đất. 39 40 10
-tiếp- -tiếp- Hiện tượng Xiphong mao dẫn trong các đập Nước trọng lực: Tồn tại trong những lỗ rỗng của đất, giống như nước thông ®Ønh lâi chèng thÊm thường. Nó thấm trong đất dưới tác dụng của trọng lực. hc MN h Nước trọng lực ảnh hưởng trực tiếp tới tính chất cơ-lý của đất Lâi SÐt MÆt ®Êt TN Chèng ®Êt thÊm níc ThÊm Khả năng hòa tan và phân giải của đất Phải thiết kế sao cho:h>hc. Ảnh hưởng của áp lực thủy tĩnh đối với đất và công trình Ảnh hưởng của lực thấm tới tính ổn định của đất. Thực tế: - với cát: hc= vài cm. - với sét: hc < 5-6m. 41 42 §3. Kết cấu và cấu trúc của ñất 2.3 Thành phần khí trong ñất 3.1. Kết cấu của đất Nếu các lỗ rỗng không chứa đầy nước thì khí sẽ chiếm chỗ. Khí trong đất tồn tại dưới dạng: * Khí hở: khí liên thông với môi trường bên ngoài. Thường có trong đất cát, không ảnh hưởng đến tính chất của đất. * Khí kín: khí không liên thông với môi trường bên ngoài. Thường có trong đất sét do đất có đường rỗng chằng chịt. kết cấu hạt đơn kết cấu tổ ong kết cấu bông Khí kín ảnh hưởng nhiều ñến tính chất của ñất, ñặc biệt giảm Kết cấu của ñất: là sự sắp xếp các hạt ñất trong tính thấm và tăng tính ñàn hồi. quá trình trầm tích tạo thành khung kết cấu của ñất. Ngày nay, thành phần này được nghiên cứu kỹ hơn trong lý thuyết Phụ thuộc: kích thước hạt, môi trường chìm lắng. “Cơ học đất không bão hòa” 43 44 11
3.2. Cấu trúc của đất ( Cấu trúc địa tầng) §4. Các chỉ tiêu vật lý của ñất Là tổng hợp các yếu tố mô tả nền đất về cấu tạo nền, tính chất Chỉ tiêu vật lý là ñại lượng mô tả quan hệ về trọng lượng, thể cơ lý trong nền. tích giữa các pha trong ñất. Cấu trúc phân lớp: Hình thành do sự lựa chọn kích thước, thành phần khoáng vật Trọng lượng Thể tích Khối lượng trong quá trình trầm lắng theo các dạng: Lớp dày, lớp mỏng, V = Vk + Vn + Vh dải xiên, dải chéo… xen kẽ nhau liên tục. Qk K. KHÍ Vk Qk V = Vr + Vh Cấu trúc khối: Vr Vr = V k + V n Qn NƯỚC Vn Qn • Là sự sắp xếp hỗn độn, không theo quy luật. Q V Q • Đất có cấu trúc khối chặt: Tính biến dạng thấp, tương đối ổn Q = Qk + Qn + Qh định. Qh Vh Qh Q = Qn + Qh HẠT ĐẤT • Đất có cấu trúc khối xốp: Tính biến dạng cao, kém ổn định.. Ít có ở Việt Nam 45 46 -tiếp- -tiếp- 4.1 Chỉ tiêu vật lý xác ñịnh bằng thí nghiệm * Cách xác ñịnh trọng lượng riêng tự nhiên a. Trọng lượng riêng, khối lượng riêng 1 Phương pháp dao vòng là trọng lượng (khối lượng) một đơn vị thể tích đất. Dụng cụ thí nghiệm: Dao vòng; Cân kỹ thuật độ chính xác 0,01g (kN/m3, t/m3) Cách thí nghiệm: Cân dao vòng xác ñịnh trọng lượng Q0; Trọng lượng riêng tự nhiên, (ký hiệu γw): Xác ñịnh thể tích dao vòng V; là trọng lượng riêng của một đơn vị thể tích đất ở trạng Lấy mẫu ñất vào dao vòng, gạt phẳng; thái tự nhiên. Cân mẫu và dao vòng ñược Q1; (kN/m3) Trọng lượng mẫu Q = Q1 – Qo. 47 48 12
Thí nghiệm dao vòng -tiếp- Mẫu đất tự nhiên Cân kỹ thuật 2 Phương pháp bọc paraphin Dụng cụ thí nghiệm: paraphin, cân thủy tĩnh Cách thí nghiệm: Cân mẫu xác ñịnh trọng lượng Q; Nhúng mẫu vào sáp ñã nóng chảy; Cân mẫu ñã bọc sáp trong nước bằng cân thủy tĩnh Q1. Dựa vào nguyên lý Acsimet: Thể tích của mẫu đã bọc sáp = thể tích phần nước mà đất chiếm chỗ → thể tích ñất V. Dao vòng Dao vòng chứa mẫu 49 50 -tiếp- Dụng cụ TN xác định trọng lượng riêng hạt b,Trọng lượng riêng hạt, (ký hiệu γh ): là trọng lượng riêng của một đơn vị thể tích hạt rắn của đất. (kN/m3) Cách thí nghiệm: Sấy khô mẫu cân xác ñịnh Qh; Xác ñịnh thể tích Vh. •Làm rời hạt đất, cho nước cùng đất vào bình có trọng lượng Q0 và thể tích V0 ,đun sôi trên bếp cát. •Để nguội, đổ đầy nước vào bình và cân được: Q1 =Q0 + Qh +(V0 – Vh).γn Trong đó: γn = 9,81kN/m³ 52 51 52 13
-tiếp- Dụng cụ thí nghiệm xác định W c. Độ ẩm tự nhiên (ký hiệu W): là tỷ số giữa trọng lượng nước chứa trong các lỗ rỗng của Cân kỹ thuật đất và trọng lượng hạt đất. Ứng với trạng thái khô : W = 0 Ứng với trạng thái bão hòa: W = Wbh Ứng với trạng thái đầm tốt nhất : W = Wopt Cách thí nghiệm: Cân xác ñịnh trọng lượng mẫu Q = Qn + Qh. Sấy khô mẫu ở nhiệt ñộ 1000C ÷ 1050 C ñến khối lượng không ñổi. Tủ sấy Cân xác ñịnh trọng lượng hạt rắn Qh. Hộp nhôm 53 54 -tiếp- -tiếp- 4.2 Chỉ tiêu vật lý xác ñịnh bằng tính toán c, Trọng lượng riêng ñẩy nổi, (ký hiệu γñn): a, Trọng lượng riêng khô, (ký hiệu γk): là trọng lượng riêng của đất thấm nước nằm dưới mực nước là trọng lượng riêng (khối lượng riêng) của một đơn vị thể ngầm. Lúc đó đất ở trạng thái bão hòa nước, trọng lượng tích đất ở trạng thái hoàn toàn khô (Vn = 0). riêng của đất bao gồm: trọng lượng đẩy nổi của đất (có kể đến lực đẩy nổi của nước) và trọng lượng riêng của nước. (kN/m3) (kN/m3) b, Trọng lượng riêng bão hòa, (ký hiệu γbh, γnn): d. Tỷ trọng hạt (ký hiệu ∆): là trọng lượng riêng của một đơn vị thể tích đất ở trạng là tỷ số giữa trọng lượng riêng hạt với trọng lượng riêng của thái bão hòa (các lỗ rỗng của đất chứa đầy nước, Vn = Vr) nước ở điều kiện tiêu chuẩn. ∆ = 2.60 – 2.65 (Cát) (kN/m3) Ước lượng ∆ = 2.66 – 2.80 (Sét) 55 56 14
-tiếp- -tiếp- e. Độ bão hòa S (G) là tỷ số giữa thể tích nước với thể tích g. Độ rỗng-Porosity, (ký hiệu n): là thể tích lỗ rỗng trong lỗ rỗng. một ñơn vị thể tích ñất. Vr (G = 0 ÷ 1) n = V f. Hệ số rỗng-Void ratio, (ký hiệu e): là tỷ số giữa thể ⇒ n càng lớn thì ñất càng rỗng và ngược lại. tích rỗng với thể tích hạt rắn của ñất: h. Độ hạt (ký hiệu m): là thể tích hạt ñất trong một ñơn vị thể tích ñất. ⇒ e càng lớn thì ñất càng rỗng và ngược lại. Ứng với trạng thái chặt nhất emin Ứng với trạng thái xốp nhất emax 57 58 BẢNG TÍNH ĐỔI CÔNG THỨC Nguyên tắc chứng minh công thức Dựa vào công thức định nghĩa S¬ ®å ®¬n vÞ Dựa vào mối liên hệ giữa các thành phần 1 trong đất (sơ đồ 3 pha hay sơ đồ đơn vị ) 1 n 1 m Ví dụ: CM công thức: Theo ĐN: n=Vr/V ; e=Vr/Vh m=Vh/V Lưu ý: Sinh viên tự chứng minh các công thức này. 59 60 15
VÍ DỤ ÁP DỤNG VÍ DỤ ÁP DỤNG Ví dụ 1: Độ rỗng: Một mẫu đất có: w = 15%; γw = 16,5 kN/m3 ; ∆ = 2.7 Xác định các đặc trưng vật lý: γk , n , e , G Lời giải: Độ bão hòa: Trọng lượng riêng khô: Trọng lượng riêng đẩy nổi: Hệ số rỗng: Trọng lượng riêng bão hòa: 61 62 VÍ DỤ ÁP DỤNG VÍ DỤ ÁP DỤNG Ví dụ 2: Ví dụ 2: Một mẫu đất sét dưới mực nước ngầm có: e =0,8 ; ∆ = 2.74 Trọng lượng riêng đẩy nổi: Xác định các đặc trưng vật lý: γw , γđn , γbh , n và W Lời giải: Mẫu sét ở dưới MNN → trạng thái no nước (G = 1) Trọng lượng riêng bão hòa: Độ ẩm của đất: Trọng lượng riêng tự nhiên: Độ rỗng: 63 64 16
§5. Trạng thái và chỉ tiêu ñánh giá trạng thái ñất -tiếp- 5.1 Đất rời Trạng thái ñất rời theo hệ số rỗng e 5.1.1 Trạng thái ñộ chặt Hệ số rỗng (e), trạng thái ñất Trạng thái ñất rời theo ñộ chặt tương ñối D: Loại ñất Chặt Chặt vừa Rời (Xốp) Cát to, cát vừa e < 0,55 0,55≤ e ≤ 0,70 0,70 < e Cát nhỏ e < 0,60 0,60≤ e ≤ 0,75 0,75 < e Cát bụi e < 0,60 0,60≤ e ≤ 0,80 0,80 < e 0 ≤ D ≤ 1/3: trạng thái rời (xốp); Cát to (còn gọi là cát thô), cát vừa (cát hạt trung) 1/3 < D ≤ 2/3: trạng thái chặt vừa; Nhận xét: 2/3 < D ≤ 1: trạng thái chặt. Thực tế, rất khó xác định hệ số rỗng e từ mẫu nguyên dạng của đất cát nên thí nghiệm xuyên tĩnh và xuyên tiêu chuẩn Ý nghĩa: D nhỏ → trạng thái đất càng xốp và ngược lại được dùng để khắc phục khó khăn này. 65 66 -tiếp- Trạng thái ñất rời theo thí nghiệm CPT Trạng thái ñất rời theo thí nghiệm SPT Giá trị qc (MPa) ứng với trạng thái Loại ñất Rời (xốp) Chặt vừa Chặt Độ chặt Góc ma sát Trạng thái Trị số SPT, N60 trong, ϕ Cát thô, cát vừa qc < 5 5 ≤ qc ≤ 15 qc > 15 tương ñối Rất rời 0-4 D < 0.2 ≤ 30 Cát nhỏ qc < 4 4 ≤ qc ≤ 12 qc > 12 Rời 4 - 10 0.2 < D ≤ 1/3 30 < ϕ ≤ 32 Cát bụi: - ít ẩm, ẩm qc < 3 3 ≤ qc ≤ 10 qc > 10 Chặt vừa 10 - 30 1/3 < D ≤ 2/3 32 < ϕ ≤ 35 - no nước qc < 2 2 ≤ qc ≤ 7 qc > 7 Chặt 30 - 50 2/3 < D ≤ 1.0 35 < ϕ ≤ 38 5.1.2 Trạng thái ẩm của ñất cát Rất chặt > 50 D > 1.0 38 < ϕ Độ bão hòa G (S) Trạng thái ẩm G 0,8 Đất bão hòa nước G= 1 Đất bão hòa hoàn toàn 67 68 17
§5. Trạng thái và chỉ tiêu ñánh giá trạng thái ñất ∗Trạng thái ñất dính ñược ñánh giá thông qua: 5.2 Đất dính Độ sệt B -Liquid Index (LI): Giới hạn dẻo Wd (Plastic Limit PL): Khi ñộ ẩm trong ñất ñạt ñến giá trị mà ñất xuất hiện tính dẻo (các hạt trượt lên nhau mà không xuất hiện vết nứt - có thể nặn thành hình thù bất kỳ). Loại ñất Độ sệt B Trạng thái Cát pha B≤0 Cứng (Rắn) Giới hạn nhão Wnh (Liquid Limit LL): Khi ñộ ẩm ñạt ñến 01 Chảy (nhão) lượng bản thân. Sét pha, sét B≤0 Cứng Wd Wnh 0 < B ≤ 0,25 Nửa cứng A = Wch - Wd W% 0,25 < B ≤ 0,50 Dẻo cứng Trạng Cứng Chảy 0,50 < B ≤ 0,75 Dẻo mềm Dẻo thái (Rắn) (Nhão) 0,75 < B ≤ 1 Dẻo chảy của ñất B> 1 Chảy 69 70 CÁC T.N XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN Atterberg CÁC T.N XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN Atterberg b. Xác định độ ẩm giới hạn nhão, Wnh Xác định ñộ ẩm của ñất ở các trạng thái giới hạn (TTGH). * PP chùy xuyên Vaxilliev: a. Xác định giới hạn dẻo Wd BƯỚC 1: Tạo mẫu tới TT chảy BƯỚC 1: Tạo mẫu tới trạng thái Cho đất thí nghiệm vào khuôn, gạt dẻo phẳng, thả chùy. Lăn mẫu đất TN bằng tay trên tấm theo dõi: nếu sau khi thả 10s, kính nhám → tạo thành que đất có chùy ngập vào mẫu đất đúng 1cm, d = 3mm, đồng thời trên thân que khi đó đất đã đạt đến TT chảy có xuất hiện những vết nứt chân chim, khi đó đất đã đạt tới TT dẻo. BƯỚC 2: Xác định độ ẩm của đất ở TT chảy. BƯỚC 2: Xác định độ ẩm của những que đất đã đạt tới TT dẻo. Thả chùy 71 72 18
CÁC T.N XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN Atterberg Hiện nay, thực tế người ta làm Chuú Vaxiliev nÆng 76g như sau: mÉu ®Êt * Phương pháp Casagrande: + TN thả chuỳ nhiều lần. BƯỚC 1: + Mỗi lần: Cho mẫu vào ñĩa khum với ñộ dày 8mm - xác định ti để chuỳ ngập vào Dùng que gạt rạch ñôi ñất trong ñĩa thành 2 đất 1cm phần (rạch vuông góc trục tay quay), rãnh ñất - xác định Wi tương ứng dông cô h×nh nãn có khe hở ở ñáy rộng 2mm, dài 40mm. qu¶ cÇu th¨ng b»ng Kết quả TN t(s) BƯỚC 2: Cã ®îc c¸c cÆp gi¸ trÞ (ti-Wi) Quay tay quay với vận tốc 2 vòng/s ñến khi khe hở khép lại. 10 Nếu 2 phần đất chập vào nhau 1 ñoạn L vÏ ®å thÞ W=f(t) = 13mm sau N = 25 nhát đập → ñất ñạt TT nhão. ðem mẫu ñất ñó ñi xác ñịnh ñộ ẩm W% ñược ñộ ẩm giới hạn nhão Wnh. Wnh 73 74 6. PHÂN LOẠI ĐẤT XÂY DỰNG +Thực tế, làm như sau: Đất phong phú về kích cỡ hạt, hàm lượng hạt, thành phần - làm TN nhiều lần với các mẫu ñất có Wi khác nhau khoáng… → tính chất của đất cũng khác nhau nhiều → cần - mỗi lần ñếm số nhát ñập Ni ñể rãnh ñất chập lại 13mm , phải phân loại: xác ñịnh các Wi tương ứng. Ý nghĩa của việc phân loại đất: Kết quả TN: - có ñược các cặp giá trị: (Ni-Wi) - vẽ ñồ thị W=f(lgN) Giúp chúng ta hình dung và phán đoán ban đầu về đất. Cho phép chúng ta áp dụng những kinh nghiệm, định tính về khả năng xây dựng của đất và có những dự kiến về giải pháp W% công trình. Là “ngôn ngữ” của thông tin về nền đất trong xây dựng Wnh công trình. lgN Các lớp ñất, loại ñất phải tập hợp ñược những tính chất xây dựng 25 75 tương tự nhau. 76 19
-tiếp- -tiếp- PHÂN LOẠI TÊN ĐẤT RỜI THEO THÀNH PHẦN HẠT Tiêu chuẩn Nga: hiện nay (TCXD 9362:2012); TCXD 9362:2012 Hệ thống phân loại thống nhất USCS trong quy phạm STT Tên ñất Căn cứ phân loại Mỹ (do Casagrande đề nghị) 1 Tảng lăn Hàm lượng hạt d>200 mm chiếm trên 50% 6.2 Phân loại theo Tiêu chuẩn TCXD 9362:2012; 2 Cuội (dăm) Hàm lượng hạt d>10 mm chiếm trên 50% 3 Sỏi (sạn) Hàm lượng hạt d>2 mm chiếm trên 50% Phân làm 2 loại ñất cơ bản: ðất rời và ñất dính. 4 Cát sạn Hàm lượng hạt d>2 mm chiếm trên 25% Phân loại đất rời cần tiến hành thí nghiệm phân tích hạt theo 5 Cát thô Hàm lượng hạt d>0.5 mm chiếm trên 50% bộ rây ( 200; 10; 2; 0,25; 0,1) và xác ñịnh hàm lượng riêng của 6 Cát vừa Hàm lượng hạt d>0.25 mm chiếm trên 50% từng nhóm hạt có ñường kính lớn hơn kích thước phân loại từ 7 Cát nhỏ (mịn) Hàm lượng hạt d>0.1 mm chiếm trên 75% lớn ñến bé. 8 Cát bụi Hàm lượng hạt d>0.1 mm chiếm dưới 75% 77 78 -tiếp- Phân loại ñất dính dựa vào chỉ số dẻo A (Plastic Đất bùn và bùn hữu cơ Index - PI): Hiệu số giữa ñộ ẩm giới hạn chảy và giới hạn dẻo. • Khi W > Wnh, e > 1,1 : bùn á cát (bùn cát pha); A = Wch - Wd • Khi W > Wnh, e > 1,5 : bùn á sét (bùn sét pha), bùn sét; PHÂN LOẠI TÊN ĐẤT DÍNH THEO CHỈ SỐ DẺO A (TCXD 9362:2012) Bùn nhiễm các hợp chất hữu cơ được gọi là bùn hữu cơ. Khi hàm lượng hữu cơ chiếm: Lượng chứa hạt Tên ñất Chỉ số dẻo A sét (%) < 30%: đất nhiễm hữu cơ Đất cát pha (á cát) A< 7 3% → 10% = 30 - 60%: đất than bùn Đất sét pha (á sét) 7 ≤ A < 17 10% → 30% > 60%: than bùn Đất sét A ≥ 17 > 30% 79 80 20