Bài giảng Cơ học đất (Bộ môn Địa kỹ thuật) - Chương 1: Các tính chất vật lý của đất

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

Ch−¬ng I:

C¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

Bμi 1:

sù h×nh thμnh cña ®Êt

1. Qu¸ tr×nh h×nh thµnh ®Êt:

D−íi t¸c dông cña nhiÒu nguyªn nh©n kh¸c nhau nh− sù thay ®æi nhiÖt ®é, sù ®«ng cøng vμ tan r· cña n−íc, sù ¨n mßn ho¸ häc ... c¸c líp ®¸ gèc bÞ ph¸ ho¹i t¹o ra c¸c h¹t cã kÝch th−íc to, nhá kh¸c nhau gäi lμ qu¸ tr×nh phong ho¸. Sau ®ã d−íi sù t¸c ®éng cña giã, n−íc, b¨ng tr«i ... c¸c h¹t ®ã di chuyÓn vμ l¾ng ®äng l¹i t¹o thμnh c¸c líp ®Êt kh¸c nhau gäi lμ qu¸ tr×nh trÇm tÝch.

VËy ta cã thÓ nãi:

- §Êt cã nguån gèc tõ c¸c ®¸ gèc (§¸ magma, ®¸ trÇm tÝch, ®¸ biÕn chÊt).

- §Êt ®−îc h×nh thμnh th«ng qua qu¸ tr×nh phong ho¸ ®¸ gèc ®Ó t¹o thμnh c¸c s¶n phÈm phong ho¸ (c¸c h¹t cã kÝch cì kh¸c nhau) vμ qu¸ tr×nh di chuyÓn, trÇm tÝch c¸c s¶n phÈm nμy.

Qu¸ tr×nh phong ho¸

Qu¸ tr×nh trÇm tÝch

Chóng ta cã thÓ miªu t¶ qu¸ tr×nh h×nh thμnh ®Êt b»ng s¬ ®å sau:

T¸c nh©n g©y phong ho¸ (NhiÖt ®é, n−íc, kh«ng khÝ, sinh vËt ...)

T¸c ®éng g©y trÇm tÝch (Giã, dßng n−íc, b¨ng tr«i ...)

§¸ gèc H¹t ®Êt §Êt trÇm tÝch

Ta thÊy r»ng ®Êt ®−îc t¹o ra th«ng qu¸ 2 tr×nh phong ho¸ vμ trÇm tÝch. B©y giê ta sÏ nghiªn cøu kü h¬n hai qu¸ tr×nh nμy.

a. Qu¸ tr×nh phong ho¸:

- Qu¸ tr×nh phong ho¸ lμ qu¸ tr×nh ph¸ hñy ®¸ gèc d−íi t¸c ®éng cña c¸c nh©n tè cã ë m«i tr−êng khÝ, m«i tr−êng n−íc hoÆc t¸c ®éng cña sinh vËt.

- S¶n phÈm cña qu¸ tr×nh phong ho¸ phô thuéc vμo tõng lo¹i phong ho¸ cã thÓ lμ dung dÞch hoμ tan hoÆc c¸c m¶nh vôn cã kÝch th−íc kh¸c nhau.

- Tuú thuéc vμo b¶n chÊt cña t¸c ®éng ph¸ ho¹i mμ ng−êi ta ph©n chia qu¸ tr×nh phong ho¸ lμm 3 läai kh¸c nhau ®ã lμ phong ho¸ vËt lý, phong ho¸ ho¸ häc vμ phong ho¸ sinh häc:

*/ Phong ho¸ vËt lý:

- Lμ c¸c t¸c ®éng mang tÝnh c¬ häc cña m«i tr−êng xung quanh ®Õn c¸c tÇng ®¸ gèc do sù thay ®æi nhiÖt ®é, sù ®«ng cøng vμ tan r· cña n−íc, sù kÕt tinh cña c¸c tinh thÓ muèi trong c¸c khe nøt cã s½n...

- S¶n phÈm phong ho¸ vËt lý: D−íi sù t¸c ®éng cña c¸c nh©n tè trªn ®¸ sÏ bÞ nøt nÎ, vì vôn t¹o thμnh c¸c h¹t cã kÝch th−íc kh¸c nhau vμ cã gãc c¹nh.

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 1

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

+ KÝch th−íc c¸c h¹t lín (d>0,002mm), kh¸c nhau nh− h¹t bôi, c¸t, sái, cuéi, ®¸ d¨m...

+ Thμnh phÇn kho¸ng vËt chñ yÕu vÉn lμ nh÷ng kho¸ng vËt cña ®¸ gèc ch−a bÞ biÕn ®æi nh− fenspat, th¹ch anh, mica gäi lμ kho¸ng vËt nguyªn sinh.

=> S¶n phÈm cña qu¸ tr×nh phong ho¸ vËt lý th−êng lμ c¸c lo¹i ®Êt rêi nh− ®Êt c¸t.

*/ Phong ho¸ ho¸ häc:

- Lμ c¸c t¸c ®éng cña c¸c hîp chÊt hoÆc c¸c nguyªn tè ho¸ häc cã trong kh«ng khÝ vμ n−íc lªn c¸c hîp chÊt vμ kho¸ng vËt cña ®¸ gèc.

- S¶n phÈm phong ho¸: D−íi c¸c t¸c ®éng ho¸ häc nh− trªn ®¸ gèc bÞ ¨n mßn. Mét phÇn t¹o thμnh dung dÞch, phÇn cßn l¹i bÞ vì vôn t¹o thμnh c¸c h¹t cã kÝch th−íc nhá, cã tÝnh chÊt kh¸c h¼n víi ®¸ gèc.

+ KÝch th−íc c¸c h¹t t¹o thμnh nhá (d<0,002mm), ®ång ®Òu nh− c¸c h¹t sÐt.

+ Kho¸ng vËt cã thμnh phÇn bÞ thay ®æi so víi thμnh phÇn kho¸ng vËt cña ®¸ gèc gäi lμ kho¸ng vËt thø sinh. Gåm chñ yÕu lμ c¸c kho¸ng vËt sÐt nh− kaolinit, ilit, monmorilonit vμ mét sè kho¸ng vËt hoμ tan nh− Calcit, muèi...

=> S¶n phÈm cña qu¸ tr×nh phong ho¸ ho¸ häc th−êng lμ c¸c lo¹i ®Êt dÝnh nh− ®Êt c¸t pha, sÐt pha, ®Êt sÐt...

*/ Phong ho¸ sinh häc:

- Lμ qu¸ tr×nh ph¸ ho¹i c¸c tÇng líp ®¸ gèc do c¸c lo¹i ®éng, thùc vËt g©y ra nh− sù ®μo bíi hang hèc lμm chç ë hay kiÕm thøc ¨n cña c¸c läai ®éng vËt lμm n¸t vôn c¸c lo¹i ®¸ yÕu, thùc vËt mäc trong c¸c khe ®¸ trong qu¸ tr×nh ph¸t triÓn, lín lªn vμ tiªu huû còng sinh ra nh÷ng ho¸ chÊt lμm ¨n mßn ®¸ hoÆc lμm nøt nÎ ®¸.

- S¶n phÈm phong ho¸: S¶n phÈm cña qu¸ tr×nh phong ho¸ sinh häc bao gåm c¶ s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh phong ho¸ vËt lý vμ ho¸ häc.

b. Qu¸ tr×nh trÇm tÝch

- Lμ qu¸ tr×nh di chuyÓn, l¾ng ®äng, s¾p xÕp l¹i c¸c h¹t ®Êt ®−îc t¹o ra tõ qu¸ tr×nh phong ho¸ d−íi sù t¸c ®éng cña giã hoÆc dßng n−íc.

- Tuú thuéc vμo c¸c. ®iÒu kiÖn nh− c¸ch di chuyÓn vμ l¾ng ®äng kh¸c nhau mμ ta cã c¸c s¶n phÈm trÇm tÝch kh¸c nhau nh− sau:

*/ §Êt tμn tÝch (eluvi):

- §©y lμ lo¹i ®Êt ®−îc h×nh thμnh do qu¸ tr×nh trÇm tÝch t¹i chç c¸c tμn d− cña qu¸ tr×nh phong ho¸ ®¸ gèc ch−a bÞ di chuyÓn ®i n¬Ý kh¸c.

- Thμnh phÇn cña ®Êt tμn tÝch gåm ®Êt sÐt, ®Êt lo¹i sÐt hay ®Êt rêi xèp nh− c¸t, d¨m, s¹n…ChiÒu dμy cña líp tμn tÝch th−êng hay biÕn ®æi.

*/ §Êt s−ên tÝch (deluvi):

- §©y lμ lo¹i ®Êt ®−îc trÇm tÝch t¹i c¸c s−ên dèc, c¸c kho¶ng thÊp s¸t ®−êng ph©n thuû do n−íc m−a hay tuyÕt tan röa tr«i c¸c s¶n phÈm phong ho¸.

- Thμnh phÇn chñ yÕu lμ c¸c líp sÐt, sÐt pha hä¨c c¸t pha.

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 2

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

*/§Êt båi tÝch (aluvi):

- §©y lμ lo¹i ®Êt ®−îc h×nh thμnh do qu¸ tr×nh trÇm tÝch d−íi sù t¸c ®éng cña dßng n−íc s«ng.

- C¸c tÇng trªn cïng cña tÇng båi tÝch th−êng lμ ®Êt lo¹i sÐt vμ c¸t h¹t mÞn. C¸c tÇng bªn d−íi th−êng ®−îc cÊu t¹o bëi c¸t lÉn Ýt sái vμ cuéi.

*/§Êt lò tÝch (proluvi):

- §Êt lò tÝch lμ nh÷ng trÇm tÝch ®−îc t¹o ra bëi c¸c dßng bïn ®¸ cña c¸c s«ng miÒn nói hay c¸c dßng ch¶y nhÊt thêi ph¸t sinh trong thêi kú m−a nhiÒu.

- Lò tÝch cã thμnh phÇn rÊt ®a d¹ng gåm cuéi, c¸t, c¸c t¶ng ®¸ s¾c vμ trßn c¹nh, ®Êt lo¹i sÐt.

*/§Êt hå tÝch :

- Lμ lo¹i ®Êt ®−îc trÇm tÝch trong c¸c hå. - Thμnh phÇn cña trÇm tÝch hå rÊt ®a d¹ng nã phô thuéc vμo vÞ trÝ, hÝch th−íc vμ chiÒu s©u hå. Chóng cã chiÒu dμy thay ®æi.

*/ TrÇm tÝch giã:

- §©y lμ lo¹i ®Êt ®−îc h×nh thμnh do qu¸ tr×nh trÇm tÝch d−íi sù t¸c ®éng cña giã.

- D−íi t¸c dông cña giã c¸c h¹t ®Êt ®−îc di chuyÓn ®Õn n¬i kh¸c. C¸c h¹t nhá nh− bôi vμ c¸t ®−îc di chuyÓn ®i xa, c¸c h¹t cã kÝch th−íc lín h¬n nh− cuéi, sái th× ®Ó l¹i.

+ C¸c h¹t c¸t l¨n trªn nhau hoÆc nh¶y cãc tõng qu·ng trong kh«ng khÝ råi chÊt ®èng lªn nhau t¹o thμnh c¸c ®ôn c¸t.

Bμi 2:

C¸c thμnh phÇn chñ yÕu cña ®Êt

+ C¸c h¹t bôi ®−îc thæi ®i xa h¬n råi trÇm tÝch l¹i t¹o thμnh hoμng thæ.

Ta biÕt r»ng ®Êt ®−îc t¹o thμnh do c¸c h¹t ®Êt cã kÝch th−íc, h×nh d¹ng kh¸c nhau s¾p xÕp l¹i víi nhau theo mét trËt tù nμo ®ã. ChÝnh v× kÝch th−íc vμ h×nh d¹ng cña c¸c h¹t ®Êt kh¸c nhau nªn khi chóng s¾p xÕp l¹i víi nhau dï cã chÆt ®Õn ®©u vÉn tån t¹i c¸c lç rçng gi÷a c¸c h¹t. Trong c¸c lç rçng ®ã cã thÓ cã n−íc hoÆc khÝ. VËy ®Êt cã 3 thμnh phÇn chñ yÕu lμ h¹t ®Êt, n−íc vμ khÝ, theo nh− ng«n ng÷ chuyªn dïng trong C¬ Häc §Êt ta th−êng gäi ®Êt lμ vËt thÓ 3 pha (3 thÓ):

- Pha cøng gåm c¸c h¹t ®Êt. - Pha láng lμ n−íc trong lç rçng. - Pha khÝ lμ khÝ trong lç rçng.

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 3

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

Lç rçng

H¹t ®Êt

H×nh 1.2.1: CÊu t¹o ®Êt

*) NÕu ®Êt kh« kh«ng chøa n−íc lóc ®ã ®Êt cã 2 pha: pha cøng vμ pha khÝ.

*) NÕu ®Êt b·o hoμ n−íc tøc lμ n−íc lÊp ®Çy lç rçng lóc ®ã ®Êt cã 2 pha: pha cøng vμ pha láng.

*) NÕu ®Êt ë tr¹ng th¸i Èm −ít, ch−a bo· hoμ lóc ®ã ®Êt cã ®ñ 3 pha: pha cøng, pha láng vμ pha khÝ.

C¶ 3 pha cøng, láng vμ khÝ ®Òu cã ý nghÜa rÊt lín ®Õn tÝnh chÊt cña tõng lo¹i ®Êt. V× vËy ta sÏ ®i nghiªn cøu kü tõng thμnh phÇn cña ®Êt:

1. Pha cøng cña ®Êt

- Pha cøng cña ®Êt gåm c¸c h¹t ®Êt cã h×nh d¹ng kh¸c nhau, kÝch th−íc tõ vμi micromet hoÆc nhá h¬n ®Õn vμi chôc centimet. Nã lμ thμnh phÇn chÞu lùc chÝnh cña ®Êt v× vËy mμ ng−êi ta gäi pha cøng lμ khung cèt cña ®Êt.

*/Tªn gäi h¹t ®Êt:

§Ó ph©n lo¹i ®Êt ta th−êng dùa vμo tû lÖ c¸c h¹t chiÕm ®a sè trong ®Êt ®Ó ®Æt tªn. Nh− vËy muèn ®Æt tªn ®Êt tr−íc hÕt ta ph¶i biÕt tªn h¹t ®Êt.

+ Dùa vμo kÝch th−íc c¸c h¹t mμ mçi n−íc cã c¸ch gäi tªn h¹t kh¸c nhau. Do c¸c h¹t cã h×nh d¹ng rÊt phøc t¹p, ®Ó thèng nhÊt c¸ch gäi kÝch th−íc h¹t ta sö dông kh¸i niÖm ®−êng kÝnh trung b×nh cña h¹t. §ã lμ ®−êng kÝnh cña vßng trßn bao quanh tiÕt diÖn lín nhÊt cña h¹t ®Êt ®ã.

B¶ng 1.2-1: Tªn gäi c¸c h¹t ®Êt

KÝch th−íc h¹t (mm) Tªn h¹t ®Êt QT 79 TCVN 5747-1993

§¸ t¶ng >200 >300

H¹t cuéi, d¨m 200-10 300-150

H¹t sái, s¹n 10-2 150-2

H¹t c¸t 2-0,1 2-0,06

H¹t bôi 0,1-0,005 0,06-0,002

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 4

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

H¹t sÐt <0,005 <0,002

Còng dùa vμo kÝch th−íc h¹t ®Ó ®Æt tªn nh−ng mét sè n−íc cã c¸ch ®Æt tªn kh¸c so víi TCVN 5747-1993 cña n−íc ta. Chóng ta cã thÓ tham kh¶o c¸ch ®Æt tªn h¹t cña mét sè n−íc trong SGK.

Thμnh phÇn kho¸ng vËt, h×nh d¹ng, kÝch th−íc h¹t lμ nh÷ng yÕu tè thuéc pha cøng ¶nh h−ëng ®Õn tÝnh chÊt cña ®Êt. Ta sÏ ®i s©u ph©n tÝch tõng yÕu tè nμy:

*/ H×nh d¹ng, cña h¹t ®Êt:

H×nh d¹ng cña c¸c h¹t ®Êt rÊt kh¸c nhau nã phô thuéc vμo qu¸ tr×nh phong ho¸, di chuyÓn vμ trÇm tÝch.

- §èi víi qu¸ tr×nh phong ho¸ ho¸ häc c¸c h¹t ®−îc t¹o ra cã kÝch th−íc nhá nh− h¹t sÐt , cã h×nh d¹ng t−¬ng ®èi ®ång ®Òu. Trong tr−êng hîp nμy h×nh d¹ng h¹t kh«ng g©y ¶nh h−ëng g× râ rÖt ®Õn tÝnh chÊt cña ®Êt.

- §èi víi qu¸ tr×nh phong ho¸ vËt lý c¸c h¹t ®−îc t¹o ra th−êng cã kÝch th−íc lín vμ cã gãc c¹nh. NÕu c¸c h¹t ®−îc trÇm tÝch ngay t¹i chç th× c¸c h¹t cã gãc c¹nh sÏ s¾p xÕp, xen kÏ cμi chÆt vμo nhau lμm cho ®Êt cã c−êng ®é cao.

- §èi víi qu¸ tr×nh phong ho¸ vËt lý mμ c¸c h¹t bÞ dÞch chuyÓn nhiÒu trong qu¸ tr×nh trÇm tÝch th× gãc c¹nh cña c¸c h¹t bÞ mμi mßn sÏ trë lªn trßn trÆn h¬n. Khi ®ã c¸c h¹t s¾p xÕp kh«ng thÓ khÝt chÆt vμo nhau ®−îc, cã nhiÒu lç rçng lμm cho ®Êt cã c−êng ®é kÐm.

- §Ó ®¸nh gi¸ h×nh d¹ng vμ gãc c¹nh cña c¸c h¹t ta sö dông c¸c chØ sè ®é trßn vμ chØ sè h×nh cÇu:

(1.2-1)

Ktr

r ⎞ ⎛ ∑ ⎟ ⎜ R ⎠ ⎝ N

+ ChØ sè ®é trßn (Ktr):

r - B¸n kÝnh c¸c gãc.

R - B¸n kÝnh cña vßng trßn néi tiÕp lín nhÊt.

N - Sè c¸c gãc cña h¹t.

Trong ®ã:

K =

(1.2-2)

D d c D

Trong ®ã:

Dd - §−êng kÝnh cña h×nh trßn cã diÖn tÝch b»ng diÖn tÝch h×nh chiÕu cña h¹t

khi n»m trªn mét mÆt ph¼ng.

Dc - §−êng kÝnh vßng trßn ngo¹i tiÕp nhá nhÊt.

C¸c chØ sè Ktr vμ Kc cμng lín th× c¸c h¹t cμng trßn nh½n vμ gÇn víi d¹ng h×nh cÇu

h¬n.

+ ChØ sè h×nh cÇu (Kc):

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 5

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

- Thμnh phÇn kho¸ng vËt cña h¹t ®Êt phô thuéc thμnh phÇn kho¸ng vËt cña ®¸ gèc vμ lo¹i h×nh phong ho¸ t¹o ra c¸c h¹t ®Êt. Víi cïng mét läai ®¸ gèc nh−ng d−íi t¸c dông cña phong ho¸ vËt lý hay ho¸ häc sÏ cho ta c¸c s¶n phÈm phong ho¸ cã thμnh phÇn kho¸ng vËt kh¸c nhau. ChÝnh v× vËy chóng ta ph©n thμnh phÇn kho¸ng vËt cña h¹t ®Êt lμm 3 lo¹i gåm: Kho¸ng vËt nguyªn sinh, kho¸ng vËt thø sinh vμ vËt chÊt h÷u c¬.

*/ Thμnh phÇn kho¸ng vËt cña h¹t ®Êt:

- Kho¸ng vËt nguyªn sinh lμ nh÷ng kho¸ng vËt cã trong thμnh phÇn cña ®¸ gèc ch−a bÞ biÕn ®æi d−íi t¸c dông cña qu¸ tr×nh phong ho¸. Chóng gåm cã c¸c lo¹i chÝnh sau: felspat, th¹ch anh, mica.

- Kho¸ng vËt nguyªn sinh th−êng chøa trong c¸c h¹t ®Êt cã kÝch th−íc lín (d>0,002mm) nh− h¹t bôi, c¸t, sái... Chóng ®−îc t¹o ra do qu¸ tr×nh phong ho¸ vËt lý ®¸ gèc.

- §èi víi c¸c h¹t lín th× kho¸ng vËt kh«ng cã nhiÒu ¶nh h−ëng ®Õn tÝnh chÊt cña ®Êt v×

gi÷a c¸c h¹t chØ cã lùc ma s¸t bÒ mÆt mμ kh«ng cã lùc liªn kÕt.

- Kho¸ng vËt nguyªn sinh:

- Th«ng qua c¸c ph¶n øng ho¸ häc gi÷a c¸c kho¸ng vËt cã trong ®¸ gèc víi c¸c ho¸ chÊt cã trong n−íc, kh«ng khÝ (qu¸ tr×nh phong ho¸ ho¸ häc) ... lμm cho ®¸ gèc bÞ ph¸ hñy, t¹o ra c¸c kho¸ng vËt míi cã tÝnh chÊt kh¸c hoμn toμn so víi c¸c kho¸ng vËt cã trong ®¸ gèc gäi lμ kho¸ng vËt thø sinh.

- Kho¸ng vËt thø sinh lμ thμnh phÇn kho¸ng vËt cña c¸c h¹t sÐt, h¹t bôi cã kÝch th−íc

rÊt nhá (d<0,002mm) vμ nã ®−îc chia lμm 2 lo¹i sau:

+ Kho¸ng vËt kh«ng hoμ tan trong n−íc: gåm cã 1 sè lo¹i chÝnh nh− kaolinit, ilit vμ

monmorilonit. Chóng lμ thμnh phÇn chñ yÕu cña c¸c h¹t sÐt nªn gäi lμ kho¸ng vËt sÐt.

+ Kho¸ng vËt hoμ tan trong n−íc th−êng gÆp lμ: Calcit, ®olomit, th¹ch cao, muèi

má ...

- §èi víi c¸c h¹t cã kÝch th−íc nhá (d<0,002mm) th× thμnh phÇn kho¸ng vËt ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn tÝnh chÊt cña ®Êt do gi÷a c¸c h¹t cã sù tÝch ®iÖn vμ ho¹t tÝnh keo lμm c¸c h¹t liªn kÕt víi nhau vμ víi n−íc trong lç rçng t¹o thμnh khèi ®Êt. Sù liªn kÕt gi÷a c¸c h¹t phô thuéc vμo diÖn tÝch tiÕp xóc gi÷a chóng víi nhau, khi c¸c h¹t cμng nhá th× tæng diÖn tÝch bÒ mÆt ngoμi cña c¸c h¹t trong 1 ®¬n vÞ thÓ tÝch hay 1 ®¬n vÞ khèi l−îng cμng lín. Chóng ta cã thÓ so s¸nh ®−îc mèi quan hÖ gi÷a kÝch th−íc h¹t vμ tû diÖn tÝch bÒ mÆt tiÕp xóc nh− trong b¶ng 1.2 - SGK.

- Kho¸ng vËt thø sinh:

B¶ng 1.2-2: Tû diÖn tÝch mÆt ngoμi c¸c h¹t

Bôi

1 – 2

Kaolinit

Ilit

Montmorilonit

800

Tªn h¹t Tû diÖn m2/gam

Betonit

1300

KÝch th−íc (mm) 5.10-3 – 1.10-1 1.10-4 – 1.10-3 5.10-5 – 5.10-4 5.10-6 – 1.10-5 < 5.10-6

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 6

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

VËt chÊt h÷u c¬ lμ s¶n phÈm ®−îc t¹o ra tõ di tÝch ®éng vËt, thùc vËt. Khi chóng bÞ ph©n huû hoμn toμn sÏ t¹o thμnh mïn h÷u c¬ nh− than bïn.

NÕu cã lÉn thªm c¸c kho¸ng vËt v« c¬ th× mïn h÷u c¬ sÏ trë thμnh ®Êt h÷u c¬.

- VËt chÊt h÷u c¬:

N−íc hay pha láng l¸ 1 trong 3 thμnh phÇn cña ®Êt. N−íc cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn tÝnh chÞu lùc cña ®Êt v× vËy khi nghiªn cøu ta ph¶i lu«n chó ý ®Õn l−îng n−íc chøa trong ®Êt.

Theo nhμ thæ chÊt häc ng−êi Liªn x« cò V.A. Priklonxki ®· ph©n chia ®Êt lμm 3 lo¹i chÝnh:

2. c¸c lo¹i n−íc trong ®Êt

h¹t kho¸n g vËt

hót b¸m

N−íc kÕt hîp mÆt ngoµi h¹t

kÕt hîp m¹nh kÕt hîp yÕu - N−íc ⎧ ⎪ - N−íc dÊt ⎨ ⎪ N−íc - ⎩

- N−íc dÉn mao ⎧ do tù ⎨ N−íc lùc träng - ⎩ ⎧ ⎪ - N−íc trong ⎪ ⎪ ⎪⎪ trong dÊt - N−íc ⎨ ⎪ ⎪ ⎪ - N−íc ⎪ ⎪ ⎩

- Lμ lo¹i n−íc n»m trong m¹ng tinh thÓ cña kho¸ng vËt d−íi d¹ng ph©n tö H2O hay d¹ng ion H+; OH-. Nã lμ mét thμnh phÇn cña kho¸ng vËt kh«ng thÓ t¸ch rêi b»ng c¬ häc. Muèn t¸ch n−íc trong h¹t kho¸ng vËt ra ta ph¶i sÊy kh« ®Õn 1000C – 3000C.

- Lo¹i n−íc nμy kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn tÝnh chÊt x©y dùng cña ®Êt.

a. N−íc kho¸ng vËt:

Theo mét sè t¸c gi¶ nh− R©yis, Grim th× trªn bÒ mÆt c¸c h¹t sÐt cã tÝch ®iÖn ©m. Do vËy xung quanh c¸c h¹t sÐt h×nh thμnh tr−êng ®iÖn tÝch ©m. Tr−êng ®iÖn tÝch ©m nμy sÏ hót cùc d−¬ng cña c¸c ph©n tö n−íc l−ìng cùc vμo s¸t bÒ mÆt h¹t sÐt. Nh÷ng ph©n tö n−íc nμo ë gÇn h¹t sÐt ®−îc hót chÆt vμo bÒ mÆt h¹t sÐt, c¸c ph©n tö xa h¬n ®−îc hót víi lùc yÕu h¬n vμ ®Õn khi kho¶ng c¸ch kho¶ng 0,1~0,5 μm th× lùc t¸c dông gi¶m xuèng b»ng 0.

C¨n cø vμo c−êng ®é lùc hót ®iÖn ph©n tö cña bÒ mÆt kho¸ng vËt mμ ta chia n−íc kÕt hîp mÆt ngoμi lμm 3 lo¹i:

b. N−íc kÕt hîp mÆt ngoμi h¹t ®Êt:

- Lμ líp n−íc b¸m chÆt vμo mÆt ngoμi h¹t ®Êt do søc hót ®iÖn ph©n tö rÊt m¹nh g©y lªn.

- N−íc hót b¸m kh«ng hoμ tan muèi, kh«ng cã kh¶ n¨ng di chuyÓn, kh«ng truyÒn ¸p lùc thuû tÜnh, kh«ng dÉn nhiÖt, kh«ng kÕt tinh, tû träng kho¶ng 1,5, nhiÖt ®é ®ãng b¨ng - 780C. NÕu ®Êt chØ chøa n−íc hót b¸m th× ®Êt vÉn chØ ë tr¹ng th¸i kh«.

*/ N−íc hót b¸m:

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 7

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

H×nh 1.2.2: C¸c lo¹i n−íc kÕt hîp mÆt ngoμi

- Lμ líp n−íc liÒn kÒ víi líp n−íc hót b¸m do søc hót ®iÖn ph©n tö t−¬ng ®èi m¹nh g©y nªn. Khi ®Êt chØ chøa n−íc hót b¸m vμ n−íc kÕt hîp m¹nh th× ta gäi lμ l−îng n−íc ph©n tö.

- N−íc kÕt m¹nh cã kh¶ n¨ng di chuyÓn tõ chç mμng n−íc dμy sang chç mμng n−íc máng, kh«ng truyÒn ¸p lùc thuû tÜnh, cã kh¶ n¨ng hoμ tan muèi, nhiÖt ®é ®ãng b¨ng 00C. Khi ®Êt sÐt chøa n−íc kÕt hîp m¹nh th× ®Êt sÏ ë tr¹ng th¸i nöa r¾n, ch−a thÓ hiÖn tÝnh dÎo.

*/ N−íc kÕt hîp m¹nh:

- Lμ líp n−íc ngoμi cïng do søc hót ®iÖn ph©n tö t−¬ng ®èi yÕu t¹o thμnh.

- N−íc kÕt hîp yÕu cã tÝnh chÊt gÇn gièng víi n−íc th«ng th−êng. Khi ®Êt chøa n−íc kÕt hîp yÕu th× ®Êt vÉn ch−a thÓ hiÖn tÝnh dÎo. TÝnh dÎo chØ xuÊt hiÖn khi kÕt cÊu tù nhiªn gi÷a c¸c h¹t ®Êt bÞ ph¸ huû v× vËy mμ Priklonxki gäi lμ tr¹ng th¸i dÎo ngÇm.

- N−íc kÕt hîp m¹nh vμ n−íc kÕt hîp yÕu bao quanh h¹t ®Êt t¹o thμnh mμng máng cã chiÒu dμy kho¶ng 10 ph©n tö n−íc. Do ®ã ng−êi ta gäi n−íc kÕt hîp yÕu vμ n−íc kÕt hîp m¹nh lμ n−íc mμng máng.

c. N−íc tù do:

Lμ n−íc n»m ngoμi pham vi chÞu lùc hót ph©n tö cña c¸c h¹t sÐt. N−íc tù do ®−îc chia lμm 2 lo¹i n−íc mao dÉn vμ n−íc träng lùc.

*/ N−íc kÕt hîp yÕu:

*/ N−íc mao dÉn:

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 8

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

- N−íc mao dÉn lμ n−íc d©ng lªn theo c¸c ®−êng lç rçng nhá gi÷a c¸c h¹t ®Êt do lùc c¨ng mÆt ngoμi cña n−íc víi vËt liÖu cña thμnh èng nhá t−¬ng tù hiÖn t−îng mao dÉn trong èng thuû tinh nhá.

- N−íc träng lùc lμ n−íc tù nhiªn n»m trong c¸c lç rçng cña ®Êt, nã cã thÓ di chuyÓn tõ

n¬i nμy sang n¬i kh¸c d−íi t¸c dông cña träng lùc.

- N−íc träng lùc trong c¸c lç rçng t¸c ®éng lªn c¸c h¹t ¸p lùc thuû tÜnh hay cßn gäi lμ ¸p lùc n−íc lç rçng. Tèc ®é thÊm cña n−íc träng lùc phô thuéc vμo kÝch th−íc lç rçng gi÷a c¸c h¹t, nÕu lç rçng cμng lín th× tèc ®é thÊm cμng nhanh.

- N−íc träng lùc g©y ra ¸p lùc thuû tÜnh lªn ®Êt vμ c«ng tr×nh nªn th−êng g©y ra trë

ng¹i khi ®μo hè mãng x©y dùng c¸c c«ng tr×nh ngÇm.

*/ N−íc träng lùc:

NÕu trong c¸c lç rçng cña ®Êt kh«ng chøa ®Çy n−íc th× phÇn cßn l¹i sÏ chøa khÝ. C¨n cø vμo ¶nh h−ëng cña khÝ ®èi víi tÝnh chÊt c¬ häc cña ®Êt ta chia lμm 2 lo¹i khÝ trong ®Êt:

+ Lo¹i th«ng víi khÝ quyÓn, lo¹i nμy kh«ng cã ¶nh h−ëng g× nhiÒu ®èi víi tÝnh chÊt cña ®Êt.

+ Lo¹i kh«ng th«ng víi khÝ quyÓn (khÝ kÝn), lo¹i nμy th−êng xuÊt hiÖn trong ®Êt sÐt. Sù tån t¹i cña c¸c bäc khÝ nμy lμm gi¶m tÝnh thÊm, t¨ng tÝnh ®μn håi vμ ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh Ðp co cña ®Êt d−íi t¸c dông cña träng lùc.

III. khÝ trong ®Êt

3. KÕt cÊu vμ c¸c liªn kÕt kÕt cÊu cña ®Êt

- KÕt cÊu cña ®Êt lμ sù s¾p xÕp cã quy luËt c¸c h¹t hoÆc c¸c ®¸m h¹t cã kÝch th−íc vμ

h×nh d¹ng kh¸c nhau trong qu¸ tr×nh trÇm tÝch.

- KÕt cÊu cña ®Êt ®−îc h×nh thμnh do lùc ®iÖn ph©n tö gi÷a c¸c h¹t, gi÷a c¸c h¹t víi

n−íc vμ t−¬ng quan gi÷a c¸c lùc ®ã víi träng l−îng c¸c h¹t.

- KÕt cÊu ®Êt cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn tÝnh chÊt c¬ lý cña ®Êt. Dùa vμo c¸ch thøc liªn

kÕt gi÷a c¸c h¹t mμ ta chia lμm 3 lo¹i kÕt cÊu c¬ b¶n sau:

a. KÕt cÊu cña ®Êt

- KÕt cÊu h¹t ®¬n ®−îc h×nh thμnh do sù l¾ng ®äng c¸c h¹t t−¬ng ®èi lín (c¸t, cuéi, sái) trong qu¸ tr×nh trÇm tÝch. Trong qu¸ tr×nh nμy c¸c h¹t cã träng l−îng b¶n th©n lín h¬n lùc t¸c dông gi÷a chóng, khi r¬i xuèng chóng s¾p xÕp c¹nh nhau, h¹t nμy tùa lªn h¹t kia vμ kh«ng cã sù liªn kÕt nμo gi÷a chóng.

- KÕt cÊu h¹t ®¬n cßn ®−îc ph©n lo¹i thμnh kÕt cÊu chÆt vμ kÕt cÊu xèp.

+ KÕt cÊu chÆt lμ kÕt cÊu mμ c¸c h¹t ®−îc s¾p xÕp liÒn khÝt, chÌn chÆt víi nhau. Chóng cã ®é rçng nhá, c−êng ®é chÞu t¶i cao, ®é lón nhá thÝch hîp ®Ó ®Æt nÒn mãng t¹i c¸c líp nμy.

+ Ng−îc l¹i trong kÕt cÊu xèp c¸c h¹t ®−îc s¾p xÕp víi nhau mét c¸ch rêi r¹c,

nhiÒu lç rçng lín, søc chÞu lùc kÐm kh«ng tèt trong x©y dùng.

*/ KÕt cÊu h¹t ®¬n:

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 9

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

b) KÕt cÊu tæ ong

c) KÕt cÊu b«ng

a) KÕt cÊu h¹t

H×nh 1.2-3: C¸c lo¹i kÕt cÊu ®Êt

- KÕt cÊu nμy do sù l¾ng ®äng cña c¸c h¹t t−¬ng ®èi nhá (h¹t bôi, h¹t sÐt) trong qu¸ tr×nh trÇm tÝch. Trong qu¸ tr×nh l¾ng ®äng träng l−îng c¸c h¹t nμy kh«ng th¾ng ®−îc lùc liªn kÕt gi÷a c¸c h¹t víi nhau ®Ó tiÕp tôc l¾ng xuèng mμ dõng l¹i ngay t¹i chç tiÕp xóc. C¸c h¹t tiÕp theo cø ch×m l¾ng theo quy luËt ®ã t¹o ra mét lo¹i kÕt cÊu nhiÒu lç hæng nh− tæ ong.

- Do ®Æc thï cña lo¹i kÕt cÊu nμy rÊt rçng nªn t¹o ra lo¹i ®Êt cã c−êng ®é kÐm, ®é lón

cao.

*/ KÕt cÊu tæ ong:

- C¸c h¹t cã kÝch th−íc rÊt nhá nh− c¸c h¹t keo trë xuèng cã träng l−îng b¶n th©n rÊt nhá, chóng l¬ löng trong m«i tr−êng n−íc trong mét thêi gian nhÊt ®Þnh sau ®ã kÕt hîp víi nhau thμnh tõng ®¸m råi l¾ng xuèng, c¸c ®¸m l¾ng xuèng liªn kÕt víi nhau t¹o thμnh kÕt cÊu b«ng rÊt xèp kÐm æn ®Þnh.

- Trong thùc tÕ ®Êt ®−îc t¹o thμnh do c¸c h¹t lín nhá kh¸c nhau cho nªn kÕt cÊu cña

®Êt cã sù kÕt hîp cña 3 lo¹i kÕt cÊu c¬ b¶n trªn.

*/ KÕt cÊu b«ng:

- Trong qu¸ tr×nh h×nh thμnh vμ tån t¹i l©u dμi c¸c kÕt cÊu trong ®Êt cã sù h×nh thμnh

c¸c liªn kÕt néi t¹i g¾n chÆt c¸c h¹t hoÆc ®¸m h¹t víi nhau gäi lμ liªn kÕt kÕt cÊu.

- Theo thêi gian h×nh thμnh ta chia ra lμm 2 lo¹i liªn kÕt kÕt cÊu lμ liªn kÕt nguyªn sinh

vμ liªn kÕt thø sinh.

b. Liªn kÕt kÕt cÊu cña ®Êt

§Æc ®iÓm: Lo¹i liªn kÕt nμy cã tÝnh ®μn håi vμ tÝnh nhít cao.

+ Liªn kÕt nguyªn sinh: lμ liªn kÕt ®−îc t¹o nªn bëi c¸c lùc ®iÖn ph©n tö t¸c dông gi÷a c¸c h¹t kho¸ng vËt víi nhau hoÆc gi÷a c¸c h¹t kho¸ng vËt víi n−íc.

chÊt keo vμ sù kÕt tinh cña c¸c muèi trong ®Êt.

§Æc ®iÓm: Lo¹i liªn kÕt nμy cã tÝnh cøng lμm cho nã chÞu ®−îc nh÷ng t¶i träng lín. Liªn kÕt nμy bÞ ph¸ ho¹i theo d¹ng g·y gißn, ®ét biÕn kh«ng håi phôc ngay ®−îc.

+ Liªn kÕt thø sinh: Lμ sù liªn kÕt cøng gi÷a c¸c h¹t ®Êt do sù ho¸ giμ cña c¸c

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 10

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

C¸c liªn kÕt kÕt cÊu cña ®Êt cã c−êng ®é nhá h¬n rÊt nhiÒu so víi c−êng ®é h¹t ®Êt v× vËy khi ®Êt d−íi t¸c dông cña ngäai lùc ®Õn møc nμo ®ã mÉu ®Êt bÞ ph¸ ho¹i lμm cho c¸c h¹t tr−ît lªn nhau. Tøc lμ sù ph¸ ho¹i cña ®Êt chÝnh lμ sù ph¸ ho¹i kÕt cÊu ®Êt chø kh«ng ph¶i sù ph¸ ho¹i c¸c h¹t ®Êt.

Bμi 3:

C¸c chØ tiªu tÝnh chÊt cña ®Êt

Trong x©y dùng ®Ó ®¸nh gi¸ ®Þnh l−îng ®−îc c¸c tÝnh chÊt cña ®Êt chóng ta ph¶i dùa vμo c¸c chØ tiªu vËt lý, c¸c chØ tiªu nμy sÏ ph¶n nh ®−îc tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt, tõ ®ã ta cã c¬ së ®Ó ®¸nh gi¸, ph©n lo¹i vμ lùa chän ®Êt sao cho phï hîp.

Ta sÏ lÇn l−ît ®i x¸c ®Þnh tõng chØ tiªu vËt lý cña ®Êt.

Nh− c¸c bμi tr−íc chóng ta biÕt r»ng ®Êt gåm 3 pha cøng, láng vμ khÝ. Tû lÖ cña 3 pha nμy trong ®Êt sÏ chØ cho ta biÕt ®Êt rçng hay chÆt, nÆng hay nhÑ, −ít hay kh«. §Ó biÓu thÞ ®Þnh l−îng tû phÇn 3 pha nμy chóng ta th−êng sö dông s¬ ®å 3 pha nh− h×nh 1.3-1.

KhÝ

N−íc

H¹t ®Êt

Trong s¬ ®å trªn V, Q lÇn l−ît biÓu thÞ thÓ tÝch, träng l−îng. C¸c chØ sè h, n, k lÇn l−ît biÓu thÞ h¹t ®Êt, n−íc vμ khÝ.

H×nh 1.3-1: S¬ ®å 3 pha cña ®Êt

ChØ tiªu vËt lý trùc tiÕp cña ®Êt lμ nh÷ng chØ tiªu ®−îc x¸c ®Þnh trùc tiÕp b»ng c¸c thÝ nghiÖm trong phßng thÝ nghiÖm.

I. C¸c chØ tiªu tÝnh chÊt vËt lý trùc tiÕp cña ®Êt.

Träng l−¬ng thÓ tÝch cña ®Êt lμ träng l−îng cña mét ®¬n vÞ thÓ tÝch ®Êt. Nã ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:

1. Träng l−îng thÓ tÝch cña ®Êt.

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 11

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

(kN/m

(1.3-1)

Q V

C¸c thÝ nghiÖm trong phßng x¸c ®Þnh khèi l−îng thÓ tÝch cña ®Êt:

(1) Ph−¬ng ph¸p dao vßng:

- Ph¹m vi ¸p dông: Th−êng dïng víi ®Êt dÝnh nh− c¸t pha, sÐt pha kh«ng chøa c¸c h¹t d¨m s¹n lín. MÉu ®Êt ph¶i nguyªn d¹ng.

+ Dao vßng cã kÝch th−íc H, D(D=64cm, D=80cm), dμy tõ 0,04mm - 2mm tuú

thuéc vμo lo¹i ®Êt thÝ nghiÖm. CÊu t¹o nh− h×nh vÏ.

+ Th−íc cÆp.

+ C©n kü thuËt cã ®é chÝnh x¸c 0,01g.

+ C¸c tÊm kÝnh hoÆc tÊm kim lo¹i nh½n, ph¼ng cã kÝch th−íc lín h¬n ®−êng

kÝnh dao vßng.

- Tr×nh tù thÝ nghiÖm:

+ Dïng th−íc kÑp ®o c¸c kÝch th−íc ®−êng kÝnh trong (D) vμ chiÒu cao (H)

cña dao vßng ®Ó x¸c ®Þnh thÓ tÝch ®Êt V chøa trong dao vßng.

+ C©n dao vßng ®Ó x¸c ®Þnh khèi l−îng dao vßng m1 + Ên dao vßng vμo mÉu ®Êt nguyªn d¹ng cã kÝch th−íc lín h¬n kÝch th−íc

dao vßng ®Õn khi dao vßng hoμn toμn ®Çy ®Êt.

+ Dïng dao th¼ng c¾t gät phÇn ®Êt thõa nh« ra khái dao vßng vμ ®Æt lªn tÊm

kÝnh hay tÊm kim lo¹i ®· x¸c ®Þnh khèi l−îng (m2).

+ §em c©n dao vßng cã ®Êt vμ c¸c tÊm kÝnh (tÊm kim lo¹i) ®Ëy 2 mÆt víi ®é

chÝnh x¸c 0,1% khèi l−îng ta ®−îc khèi l−îng m.

- Xö lý kÕt qu¶:

+ Khèi l−îng thÓ tÝch cña ®Êt ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:

−

(g/cm

=ρ

)

(1.3-2)

mmm 1 2 V

Trong ®ã:

m, m1, m2 : khèi l−îng (g) ®−îc x¸c ®Þnh nh− trªn. V : ThÓ tÝch mÉu ®Êt (cm3)

- Dông cô:

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 12

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

H

D

H×nh 1.3-2: CÊu t¹o vμ kÝch th−íc dao vßng

- Ph¹m vi ¸p dông: Th−êng dïng víi ®Êt dÝnh nh− c¸t pha, sÐt pha kh«ng chøa c¸c h¹t d¨m s¹n lín. MÉu ®Êt ph¶i nguyªn d¹ng.

(2) Ph−¬ng ph¸p bäc s¸p:

+ C©n thuû tÜnh hoÆc c©n kü thuËt cã gi¸ ®ì, ®é chÝnh x¸c 0,01g. + Cèc thuû tinh ®ùng n−íc, dung tÝch 500cm3. + S¸p tr¾ng nguyªn chÊt vμ dông cô nÊu s¸p.

+ Kim, chØ, giÊy thÊm, dao c¾t gät ®Êt.

- Dông cô:

+ Dïng dao c¾t lÊy mÉu ®Êt thÝ nghiÖm cã tÝnh chÊt ®iÓn h×nh cho toμn khèi ®Êt. C¾t gät mÉu ®Êt sao cho nã cã d¹ng h×nh bÇu dôc, mÉu ®Êt cã thÓ tÝch >30cm3.

+ C©n mÉu ®Êt b»ng c©n kü thuËt ta x¸c ®Þnh ®−îc khèi l−îng mÉu ®Êt m (g). + NÊu s¸p nãng ch¶y ë nhiÖt ®é 57-600C. Nhóng mÉu ®Êt vμo trong s¸p sao

cho ®Êt ®−îc bäc kÝn mét vá s¸p dμy 0,5-1mm.

+ C©n mÉu ®Êt ®· ®−îc bäc s¸p (c©n trong kh«ng khÝ) trªn c©n kü thuËt ta

®−îc khèi l−îng m1 (g).

+ C©n mÉu ®Êt bäc s¸p trong n−íc b»ng c©n kü thuËt ta ®−îc khèi l−îng m2(g)

- Tr×nh tù thÝ nghiÖm:

+ Ta cã thÓ tÝch cña ®Êt ®−îc tÝnh nh− sau: − mm

−

= VV p

+ pd

(1.3-3)

− mm 1 2 ρ

1 ρ

+ Khèi l−îng thÓ tÝch cña ®Êt ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:

(g/cm

=ρ

(1.3-4)

m V d

- Xö lý kÕt qu¶:

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 13

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

Trong ®ã:

m : khèi l−îng mÉu ®Êt tr−íc khi bäc s¸p (g).

m1 : khèi l−îng mÉu ®Êt bäc s¸p (g). m2 : khèi l−îng mÉu ®Êt bäc s¸p c©n trong n−íc (g). ρn : khèi l−îng riªng cña n−íc, lÊy b»ng 1,0g/cm3. ρp : khèi l−îng riªng cña s¸p, lÊy b»ng 0,9g/cm3(hoÆc x¸c ®Þnh tr−íc) Vd : ThÓ tÝch mÉu ®Êt (cm3) Vp : ThÓ tÝch s¸p (cm3) Vd+p : ThÓ tÝch mÉu ®Êt vμ s¸p (cm3) g : Gia tèc träng tr−êng (m/s2). Th−êng lÊy g=9,81 m/s2.

Sau khi tÝnh ®−îc khèi l−îng thÓ tÝch cña ®Êt, biÕt gia tèc träng tr−êng ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc träng l−îng thÓ tÝch cña ®Êt.

Ngoμi c¸c thÝ nghiÖm trªn ta cßn cã mét sè ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh träng l−îng thÓ tÝch cña ®Êt kh¸c nh− ph−¬ng ph¸p rãt c¸t, ph−ong ph¸p ®o thÓ tÝch b»ng dÇu ho¶.

2. Träng l−îng thÓ tÝch vμ tû träng cña h¹t ®Êt. a/ Träng l−îng thÓ tÝch h¹t ( γh ): Lμ träng l−îng cña h¹t ®Êt trªn mét ®¬n vÞ thÓ tÝch h¹t ®Êt.

hQ V h

(kN/m γ = )3 (1.3-5)

b/ Tû träng h¹t (Δ ): Trong khi tÝnh to¸n ng−êi ta cßn th−êng dïng kh¸i niÖm tû träng h¹t Δ. Tû träng h¹t lμ tû sè träng l−îng cña ®¬n vÞ thÓ tÝch h¹t so víi träng l−îng cña ®¬n vÞ thÓ tÝch n−íc.

h V n h

Q Δ = = = (1.3-6) γ γ V / h γ Q γ

Träng ®ã träng l−îng thÓ tÝch n−íc th−êng lÊy b»ng γn = 10kN/m3 => γh =10*Δh Chóng ta tham kh¶o gi¸ trÞ träng l−îng thÓ tÝch h¹t cña mét sè lo¹i ®Êt trong b¶ng 1-3 vμ träng l−îng thÓ tÝch cña mét sè lo¹i ®Êt trong b¶ng 1-4 SGK.

ThÝ nghiÖm trong phßng x¸c ®Þnh tû träng cña ®Êt:

Ph−¬ng ph¸p b×nh tû träng:

- Dông cô:

+ C©n kü thuËt cã ®é chÝnh x¸c 0,01g. + B×nh tû träng cã dung tÝch 100cm3.

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 14

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

+ Cèi sø vμ chμy

+ Tñ sÊy ®iÒu chØnh ®−îc nhiÖt ®é.

+ R©y cã m¾t l−íi 2mm.

- Tr×nh tù thÝ nghiÖm:

+ §æ ®Çy n−íc vμo b×nh tû träng ®em c©n ta ®−îc khèi l−îng b×nh +n−íc lμ

m1 (g).

+ LÊy kho¶ng 10g mÉu ®Êt ®−îc sÊy kh« ®Õn 1050C, gi· nhá b»ng cèi sø vμ cho qua r©y 2mm. §em c©n khèi l−îng ®Êt la ®−îc khèi l−îng h¹t m(g).

+ Cho l−îng ®Êt nμy vμo b×nh tû träng chøa 1/2 n−íc råi ®un s«i ®Ó lïa hÕt

khÝ ra. §èi víi ®Êt c¸t vμ c¸t pha ta ®un s«i 30phót, ®èi víi ®Êt sÐt vμ sÐt pha ta ®un s«i 1 giê.

+ Sau khi ®Ó nguéi ta ®æ ®Çy b×nh n−íc vμ ®em c©n ta ®−îc khèi l−îng

b×nh+n−íc+®Êt m2 (g).

- Xö lý kÕt qu¶:

Tû träng cña h¹t ®Êt sÏ ®−îc tÝnh theo c«ng thøc sau:

m 2mm−

= (1.3-7) +

Trong ®ã:

m : khèi l−îng ®Êt sau khi sÊy kh« (g).

m1 : khèi l−îng b×nh + n−íc (g). m2 : khèi l−îng b×nh + n−íc + ®Êt (g).

3. §é Èm cña ®Êt (ω).

100%

ω =%

- §é Èm cña ®Êt lμ tû sè gi÷a träng l−îng n−íc trong mÉu ®Êt vμ träng l−îng h¹t cña mÉu ®Êt ®ã vμ th−êng ®−îc biÓu thÞ b»ng %.

Q n Q

(1.3-8)

ThÝ nghiÖm trong phßng x¸c ®Þnh ®é Èm cña ®Êt:

Ph−¬ng ph¸p tñ sÊy:

- Dông cô:

+ Tñ sÊy cã thÓ ®iÒu chØnh ®Õn nhiÖt ®é 3000C. + C©n kü thuËt cã ®é chÝnh x¸c ®Õn 0,01g.

+ B×nh hót Èm cã clorua calci. + Hép nh«m cã n¾p, thÓ tÝch lín h¬n 30cm3. + Khay men ®Ó ph¬i ®Êt.

- Tr×nh tù thÝ nghiÖm:

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 15

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

+ C©n kho¶ng 15-20g ®Êt cÇn x¸c ®Þnh ®é Èm cho vμo hép nh«m ®· biÕt träng l−îng lμ m (g).

Sau ®ã ®ãng n¾p hép ®em c©n ®−îc khèi l−îng m1 (g) bao gåm khèi l−îng hép + khèi l−îng n−íc + khèi l−îng h¹t.

+ Më n¾p hép ®em sÊy trong tñ ë nhiÖt ®é 105±20C ®èi víi ®Êt cã chøa l−îng h÷u c¬ nhá h¬n 5%, 80±20C ®èi víi lo¹i ®Êt cã chøa l−îng h÷u c¬ lín h¬n 5%. Mçi hép ®Êt ph¶i sÊy Ýt nhÊt 2 lÇn víi thêi gian qui ®Þnh nh− sau:

• §èi víi lÇn sÊy kh« ®Çu tiªn:

5 giê - ®èi víi ®Êt sÐt vμ sÐt pha.

3 giê - ®èi víi ®Êt c¸t vμ c¸t pha.

8 giê - ®èi víi ®Êt chøa th¹ch cao vμ ®Êt chøa hμm l−îng h÷u c¬ lín h¬n 5%

• §èi víi lÇn sÊy kh« thø 2:

2 giê - ®èi víi ®Êt sÐt, sÐt pha vμ ®Êt chøa th¹ch cao hoÆc t¹p chÊt h÷u c¬.

1 giê - ®èi víi ®Êt c¸t vμ c¸t pha.

+ Sau khi sÊy ®ñ thêi gian, lÊy hép ra khái tñ sÊy ®Ëy n¾p l¹i vμ ®Æt vμo b×nh hót Èm cã ch÷a clorua calci kho¶ng 45 phót ®Õn 1 giê ®Ó lμm nguéi mÉu. + Sau khi mÉu nguéi ®em c©n ta ®−îc khèi l−îng m0 (g) gåm khèi l−îng cña hép + khèi l−îng ®Êt kh«.

- Xö lý kÕt qu¶:

m 1 m

= %100 *0 (1.3-9) §é Èm cña ®Êt (w) ®−îc tÝnh b»ng % theo c«ng thøc sau: − m − m

Trong ®ã:

m : Khèi l−îng hép sÊy cã n¾p (g).

m0 : Khèi l−îng ®Êt ®· ®−îc sÊy kh« + khèi l−îng hép sÊy cã n¾p (g). m1 : Khèi l−îng cña ®Êt vμ hép sÊy cã n¾p (g).

ThÝ nghiÖm nμy ph¶i lμm víi 3 mÉu sau ®ã lÊy gi¸ trÞ trung b×nh.

II. C¸c chØ tiªu vËt lý gi¸n tiÕp cña ®Êt.

C¸c chØ tiªu vËt lý gi¸n tiÕp cña ®Êt lμ nh÷ng chØ tiªu kh«ng ®−îc x¸c ®Þnh trùc tiÕp b»ng c¸c thÝ nghiÖm mμ chóng ®−îc x¸c ®Þnh tõ c¸c chØ tiªu vËt lý trùc tiÕp th«ng qua c¸c c«ng thøc liªn hÖ.

1. Nhãm c¸c chØ tiªu vÒ träng l−îng a/ Träng l−îng thÓ tÝch b·o hoμ (no n−íc) γbh: Lμ träng l−îng mét ®¬n vÞ thÓ tÝch ë tr¹ng th¸i b·o hoμ. Khi ®ã ®Êt chØ gåm 2 pha lμ pha cøng vμ pha láng.

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 16

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

' Q

(kN/m

(1.3-10)

)

Trong ®ã: Q,

n lμ träng l−îng n−íc lÊp ®Çy lç rçng.

+ = Qbh V V

b/ Träng l−îng thÓ tÝch kh« ( γk ): Lμ träng l−îng cña h¹t ®Êt trªn mét ®¬n vÞ thÓ tÝch ®Êt. §©y lμ chØ tiªu ®¸nh gi¸ ®é chÆt cña ®Êt:

hQ V

γ (kN/m = )3 (1.3-11)

b/ Träng l−îng thÓ tÝch ®Èy næi ( γ®n ): Lμ träng l−îng mét ®¬n vÞ thÓ tÝch ®Êt n»m d−íi n−íc. Trong tr−êng hîp nμy sau khi ®Êt no n−íc cßn chÞu lùc ®Èy næi ArchimÌde:

Q − γ (kN/m = = )3 (1.3-12) Q dn V Vγ hn V

Ta cã thÓ thÊy ngay r»ng víi cïng mét lo¹i ®Êt th×:

γbh> γ > γk > γ®n

2. Nhãm chØ tiªu vÒ thÓ tÝch

a/ §é rçng cña ®Êt (n):

§Ó biÕt ®−îc ®Êt cã nhiÒu hay Ýt lç rçng ta dïng hai chØ tiªu: ®é rçng vμ hÖ sè rçng.

§é rçng n lμ tû sè gi÷a thÓ tÝch lç rçng so víi thÓ tÝch cña c¶ mÉu ®Êt ®ã. §é rçng th−êng biÓu thÞ b»ng tØ lÖ %.

%100 (1.3-13) Vr=n V

b/ HÖ sè rçng cña ®Êt (e):

§Ó x¸c ®Þnh ®é rçng cña ®Êt ngoμi chØ sè ®é rçng ta cßn sö dông hÖ sè rçng e.

HÖ sè rçng e lμ tû sè gi÷a thÓ tÝch lç rçng so víi thÓ tÝch h¹t cña mÉu ®Êt ®ã. HÖ sè rçng th−êng biÓu thÞ b»ng sè thËp ph©n.

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 17

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

=e (1.3-14) V r V h

§Êt cã ®é rçng cμng lín th× c−êng ®é chÞu lùc cμng nhá vμ biÕn d¹ng cμng lín. Theo kinh nghiÖm tõ hÖ sè rçng ta cã thÓ biÕt ®−îc s¬ bé tÝnh chÊt cña ®Êt nh− sau:

e < 0,5 - §Êt cã ®é rçng nhá - §Êt tèt, ®Êt cã c−êng ®é cao

e = 0,5 - 0,7 - §Êt cã ®é rçng trung b×nh - §Êt trung b×nh.

e = > 0,7 - §Êt cã ®é rçng lín - ®Êt yÕu, ®Êt cã c−êng ®é thÊp.

Gi÷a ®é rçng vμ hÖ sè rçng cã liªn hÖ nh− sau:

= = = n (1.3-15) Vr V e 1+ e

V r V h + VV r h V h

= = = e (1.3-16) n − n 1 V r V h V r V − VV r V

- ChØ víi kh¸i niÖm ®é Èm ta ch−a x¸c ®Þnh ®−îc ®Êt ®ang xÐt cã møc ®é kh« hay Èm v×

- §é b·o hoμ cña ®Êt lμ tû sè gi÷a thÓ tÝch n−íc trong ®Êt vμ thÓ tÝch lç rçng cã trong c/ §é b·o hoμ cña ®Êt (Sr): nã cßn phô thuéc vμo ®é rçng cña ®Êt. Muèn biÕt ®Êt kh« hay −ít ta cÇn ph¶i biÕt n−íc lÊp ®−îc bao nhiªu phÇn lç rçng v× vËy mμ ngoμi chØ tiªu vÒ ®é Èm ω ta cßn sö dông thªm chØ tiªu ®é b·o hoμ cña ®Êt Sr. mÉu ®Êt ®ã. ChØ sè nμy th−êng biÓu thÞ b»ng sè thËp ph©n.

=rS (1.3-17) V n V r

§èi víi ®Êt c¸t møc ®é b·o hoμ ®−îc ph©n ra nh− sau:

Sr =< 0,5 - §Êt h¬i Èm 0,5 < Sr =< 0,8 - §Êt Èm Sr > 0,8 - §Êt b·o hoμ

C¸c c«ng thøc liªn hÖ th−êng dïng ®−îc cho trong b¶ng 1-5 SGK.

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 18

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

Bμi 4:

C¸c chØ tiªu tr¹ng th¸i cña ®Êt

§Ó ®¸nh gi¸ ®Çy ®ñ ®−îc mét lo¹i ®Êt vÒ c¶ ®é Èm, ®é b·o hoμ, ®é rçng, ®é chÆt, ®é cøng ... th× ngoμi viÖc x¸c ®Þnh ®−îc sè l−îng c¸c thμnh phÇn cña ®Êt ta cßn ph¶i x¸c ®Þnh sù t¸c dông lÉn nhau gi÷a chóng nhÊt lμ víi ®Êt dÝnh. C¸c chØ tiªu tÝnh chÊt vËt lý ta ®· tÝnh to¸n ë trªn chØ cã thÓ cho ta biÕt ®−îc mèi quan hÖ gi÷a 3 pha cÊu t¹o nªn ®Êt, muèn biÕt ®−îc tr¹ng th¸i cña ®Êt cøng hay mÒm, chÆt hay xèp ta ph¶i dùa vμo c¸c chØ tiªu tr¹ng th¸i vËt lý cña ®Êt ®−îc nghiªn cøu sau ®©y:

I. Tr¹ng th¸i vμ chØ tiªu tr¹ng th¸i vËt lý cña ®Êt rêi.

§Ó ®¸nh gi¸ tr¹ng th¸i vËt lý cña ®Êt rêi ta th−êng dïng kh¸i niÖm vÒ chØ tiªu ®é chÆt. §Êt rêi cμng chÆt th× kh¶ n¨ng chÞu lùc cμng lín, tÝnh lón vμ tÝnh thÊm cμng nhá vμ ng−îc l¹i. ChÝnh v× vËy mμ ®é chÆt lμ mét chØ tiªu thÓ hiÖn tÝnh chÞu lùc cña ®Êt.

1. Dïng chØ tiªu ®é chÆt Id ®Ó ®¸nh gi¸ ®é chÆt cña ®Êt. ChØ tiªu ®é chÆt Id ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau:

max

e = Id (1.4-1) e − e max − mine

Trong ®ã:

emax - HÖ sè rçng cña ®Êt ë tr¹ng th¸i xèp nhÊt. emin - HÖ sè rçng cña ®Êt ë tr¹ng th¸i chÆt nhÊt. e - HÖ sè rçng cña ®Êt ë tr¹ng th¸i tù nhiªn.

Theo QT 79 ®Ó tiÖn cho viÖc ®¸nh gi¸ ®é chÆt cña ®Êt rêi ta chia ®é chÆt Id thμnh c¸c møc kh¸c nhau nh− b¶ng d−íi ®©y:

B¶ng 1.4-2: §¸nh gi¸ ®é chÆt cña ®Êt theo chØ tiªu ®é chÆt Id

Lo¹i ®Êt §é chÆt

≤

67,0

< dI

§Êt c¸t chÆt võa

≤

33,0

67,0

< dI

§Êt c¸t rêi r¹c

≤

00,0

33,0

≤ dI

ThÝ nghiÖm x¸c ®Þnh ®é chÆt cña ®Êt rêi:

§Êt c¸t chÆt

- Dông cô:

Ph−¬ng ph¸p rãt c¸t:

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 19

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

+ PhÔu ®æ c¸t (1).

+ èng b»ng kim lo¹i cã v¹ch chia, ®−êng kÝnh trong D=76mm, cao H=125mm

(2).

+ Qu¶ c©n b»ng gang cã ®−êng kÝnh D=71mm, cao h=15mm (3).

+ Dông cô ®Ëp thμnh èng (4).

+ Tñ sÊy, dao g¹t.

D=71

D=76

5 1

§Êt rêi

5 2 1

H×nh 1.4-1: C¸c dông cô trong thÝ nghiÖm rãt c¸t

+ C©n èng kim lo¹i ta ®−îc khèi l−îng m1 (g). + LÊy kho¶ng 1000-1200g ®Êt c¸t ®em sÊy kh« sau ®ã ®æ qua phÔu vμo èng.

+ Dïng dao g¹t ®Êt cho b»ng miÖng èng sau ®ã ®em c©n ta ®−îc khèi l−îng

m2 (g) gåm khèi l−îng èng vμ khèi l−îng ®Êt ë tr¹ng th¸i xèp nhÊt.

+ §Æt qu¶ c©n lªn miÖng èng sau ®ã dïng dông cô ®Ëp thμnh èng ®Ëp xung quanh thμnh èng tõ trªn xuèng d−íi, tõ d−íi lªn trªn ®Õn khi ®é lón cña qu¶ c©n kh«ng ®æi.

+ Dùa vμo c¸c v¹ch chia trªn èng ta x¸c ®Þnh ®−îc thÓ tÝch lón ΔV. Khi ®ã ®Êt

ë tr¹ng th¸i chÆt nhÊt.

- Xö lý kÕt qu¶:

+ øng víi tr¹ng th¸i xèp nhÊt ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc hÖ sè rçng lín nhÊt theo

c«ng thøc sau:

−

Q 1

γ k

min

2min V 1

- Tr×nh tù thÝ nghiÖm:

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 20

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

−

max

(1.4-2)

γh γ

kmin

+ øng víi tr¹ng th¸i chÆt nhÊt ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc hÖ sè rçng nhá nhÊt

theo c«ng thøc sau:

−

Q 1

max

2max V 1

−

min

(1.4-3)

kmax

- HÖ sè rçng tù nhiªn (e), träng l−îng thÓ tÝch kh« (γk) sÏ ®−îc tÝnh tõ c¸c chØ tiªu vËt lý

trùc tiÕp.

- Cuèi cïng ta dùa vμo c«ng thøc 1.4-1 ®Ó tÝnh ra ®é chÆt cña ®Êt Id.

HiÖn nay chóng ta th−êng dùa vμo kÕt qu¶ cña mét sè ph−¬ng ph¸p thÝ nghiÖm hiÖn tr−êng nh− c¸c ph−¬ng ph¸p xuyªn ®Ó ®¸nh gi¸ ®é chÆt cña ®Êt c¸t.

Ph−¬ng ph¸p xuyªn nμy dùa trªn sù ®o søc kh¸ng cña ®Êt tíi sù xuyªn cña mét dông cô gäi lμ m¸y xuyªn. NÕu m¸y xuyªn ®−îc Ên tõ tõ vμo ®Êt th× ®−îc gäi lμ ph−¬ng ph¸p xuyªn tÜnh, cßn nÕu m¸y xuyªn ®−îc ®ãng vμo trong ®Êt th× gäi lμ ph−¬ng ph¸p xuyªn ®éng.

2. §¸nh gi¸ ®é chÆt cña ®Êt b»ng ph−¬ng ph¸p kinh nghiÖm.

- Xuyªn tÜnh lμ dïng lùc tÜnh ®Ó Ên mét mòi xuyªn h×nh c«n cã kÝch th−íc nhÊt ®Þnh

vμo trong ®Êt víi tèc ®é kh«ng ®æi.

- Theo tiªu chuÈn ngμnh 20TCN-174-89 vÒ ph−¬ng ph¸p thÝ nghiÖm xuyªn tÜnh th× ta cã

x¸c ®Þnh ®−îc ®é chÆt cña ®Êt c¸t dùa theo søc kh¸ng ë mòi xuyªn qc theo b¶ng 1.4-3 sau:

a/ Ph−¬ng ph¸p xuyªn tÜnh(CPT):

B¶ng 1.4-3: Mèi quan hÖ gi÷a søc kh¸ng qc vμ ®é chÆt cña ®Êt rêi

ChÆt

> 150

ChÆt võa

= 50 - 150

C¸t h¹t th« vμ c¸t h¹t võa

Xèp

< 50

ChÆt

> 120

ChÆt võa

= 40 - 120

C¸t h¹t mÞn

Xèp

< 40

> 100

ChÆt

C¸t h¹t bôi

= 30 - 100

ChÆt võa

Søc kh¸ng qc (102 kN/m2) §é chÆt Lo¹i c¸t

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 21

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

< 30

Xèp

ChÆt

> 70

ChÆt võa

C¸t bôi b·o hoμ

= 20 - 70

Xèp

< 20

- ThÝ nghiÖm xuyªn tiªu chuÈn ®−îc biÓu thÞ b»ng chØ sè SPT (ký hiÖu N). ChØ sè SPT lμ sè lÇn ®Ëp ®Ó Ên mét èng mÉu tiªu chuÈn c¾m s©u vμo trong ®Êt 30cm b»ng n¨ng l−îng cu¶ mét qu¶ t¹ nÆng 63,5kG, r¬i tõ kho¶ng c¸ch 76,2 cm.

- Sau khi cã kÕt qu¶ tõ thÝ nghiÖm xuyªn tiªu chuÈn ta cã thÓ ®¸nh gi¸ ®é chÆt cña ®Êt

rêi theo tiªu chuÈn Anh BS-1377 nh− b¶ng sau:

b/ Ph−¬ng ph¸p xuyªn tÜªu chuÈn(SPT):

B¶ng 1.4-4: Mèi quan hÖ gi÷a chØ sè N vμ ®é chÆt cña ®Êt rêi

RÊt rêi r¹c (rÊt xèp)

< 0,15

< 4

Rêi r¹c (xèp)

0,15 - 0,35

4 - 10

ChÆt võa

0,35 - 0,65

10 - 30

ChÆt

0,65 - 0,85

30 - 50

RÊt chÆt

> 0,85

> 50

Tr¹ng th¸i ChØ sè SPT (N) §é chÆt Id

- Kh¸c víi ®Êt rêi (chñ yÕu lμ ®Êt c¸t) ®Êt dÝnh ®−îc cÊu t¹o bëi phÇn lín c¸c h¹t cã kÝch th−íc nhá tõ h¹t sÐt trë xuèng (th−êng gäi lμ ®Êt sÐt). ChÝnh v× vËy mμ tr¹ng th¸i vËt lý cña ®Êt dÝnh kh«ng chØ phô thuéc vμo l−îng chøa t−¬ng ®èi cña c¸c pha trong ®Êt mμ nã cßn phô thuéc rÊt nhiÒu vμo t¸c dông gi÷a c¸c h¹t víi nhau vμ gi÷a c¸c h¹t víi n−íc.

- Qua thÝ nghiÖm vμ quan s¸t ta thÊy tr¹ng th¸i cña ®Êt dÝnh g¾n liÒn víi ®é Èm cña ®Êt. Khi ®é Èm t¨ng lªn th× ®Êt dÝnh chuyÓn qua c¸c tr¹ng th¸i kh¸c nhau tõ cøng ®Õn ch¶y ®ång thêi thÓ tÝch t¨ng lªn vμ ng−îc l¹i. Tr¹ng th¸i cña ®Êt nh− cøng, mÒm, dÎo, nh·o ®−îc gäi chung lμ tr¹ng th¸i sÖt cña ®Êt dÝnh. §Ó dÆc tr−ng cho c¸c tr¹ng th¸i kh¸c nhau cña ®Êt ta dïng c¸c ®é Èm giíi h¹n hay gäi lμ giíi h¹n Atterberg.

II. Tr¹ng th¸i vμ chØ tiªu tr¹ng th¸i vËt lý cña ®Êt dÝnh.

Giíi h¹n Atterberg lμ nh÷ng ®é Èm mμ ë ®ã ®Êt lo¹i sÐt chuyÓn tõ tr¹ng th¸i nμy sang tr¹ng th¸i kh¸c. Atterberg ph©n ra lμm 3 ®é Èm t−¬ng øng lμ 3 tr¹ng th¸i ch¶y, dÎo vμ co.

Theo TCVN 4197-86 ta cã thÓ ®Þnh nghÜa c¸c tr¹ng th¸i giíi h¹n nh− sau:

- Giíi h¹n ch¶y (wL): Lμ ®é Èm mμ khi lín h¬n nã ®Êt lo¹i sÐt cã kÕt cÊu bÞ ph¸ ho¹i chuyÓn tõ tr¹ng th¸i dÎo sang tr¹ng th¸i ch¶y. ( Lóc nμy trong ®Êt cã xuÊt hiÖn n−íc tù do lμm cho c¸c h¹t dÔ dÞch chuyÓn víi nhau).

1. C¸c giíi h¹n Atterberg (TCVN 4197-86).

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 22

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

- Giíi h¹n dÎo (wP): Lμ ®é Èm mμ khi lín h¬n nã ®Êt lo¹i sÐt cã kÕt cÊu bÞ ph¸ ho¹i chuyÓn tõ tr¹ng th¸i cøng sang tr¹ng th¸i dÎo. (Lóc nμy trong ®Êt chñ yÕu chØ cã n−íc kÕt hîp m¹nh).

- Giíi h¹n co (wC): Lμ ®é Èm mμ ë ®ã ®Êt lo¹i sÐt cã sù në co vÒ thÓ tÝch. Khi ®é Èm trong ®Êt lín h¬n giíi h¹n co th× cïng víi sù t¨ng cña ®é Èm thÓ tÝch cña ®Êt còng t¨ng theo vμ ng−îc l¹i hay nãi c¸ch kh¸c ®Êt b¾t ®Çu në, co vÒ thÓ tÝch.

Tr¹ng th¸i dÎo

Tr¹ng th¸i cøng

Tr¹ng th¸i ch¶y

co vμ në

1/2 cøng dÎo cøng dÎo mÒm dÎo ch¶y

w=0

Trong 3 lo¹i giíi h¹n trªn th× giíi h¹n ch¶y vμ giíi h¹n dÎo ®−îc dïng phæ biÕn ®Ó x¸c ®Þnh tÝnh chÞu lùc cña ®Êt dÝnh. Chóng ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c¸c thÝ nghiÖm nh− sau:

H×nh 1.4-2: S¬ ®å c¸c tr¹ng th¸i cña ®Êt dÝnh

a=30°

m m 5 2

m m 0 1

a/ ThÝ nghiÖm x¸c ®Þnh giíi h¹n ch¶y (wL): (1) Dïng qña däi Vasiliev:

- Dông cô:

+ Dïng qu¶ däi nÆng 76±2g cã ®Çu h×nh nãn mòi nhän 300, cao h=25mm

(H×nh 1.4-3). Bé phËn th¨ng b»ng gåm 2 qu¶ cÇu b»ng kim lo¹i g¾n vμo 2 ®Çu thanh thÐp ®−îc uèn trßn ®−êng kÝnh 85cm. ë ®¸y qu¶ däi cã mét nóm tay cÇm.

+ Khu«n h×nh trô b»ng kim lo¹i kh«ng rØ cã ®−êng kÝnh lín h¬n 40mm vμ

chiÒu cao lín h¬n 20mm.

+ R©y cã kÝch th−íc lç r©y 1mm.

+ Cèi sø vμ chÇy cã ®Çu bäc cao su.

+ B¸t tr¸ng men hoÆc sø.

+ B×nh thuû tinh cã n¾p.

+ Hép nh«m, tñ sÊy ®Ó x¸c ®Þnh ®é Èm.

+ C©n kü thuËt.

H×nh 1.4-3: ThÝ nghiÖm qu¶ däi Vasiliev

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 23

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

+ TÊm kÝnh nh¸m hoÆc vËt ®Ó hót n−íc.

+ Dao ®Ó nhμo trén ®Êt.

- Tr×nh tù thÝ nghiÖm:

+ LÊy kho¶ng 300g ®Êt ®· ®−îc hong kh« trong ®iÒu kiÖn tù nhiªn råi cho vμo

cèi sø ®Ó nghiÒn nhá.

+ Cho ®Êt ®· nghiÒn qua r©y 1mm vμ lo¹i bá phÇn h¹t trªn r©y.

+ Cho ®Êt vμo b¸t, ®æ tõ tõ n−íc cÊt hoÆc n−íc ngÇm ë n¬i lÊy mÉu vμo b¸t råi

dïng dao trén ®Òu ®Õn tr¹ng th¸i nh− hå ®Æc.

+ Cho mÉu vμo b×nh thuû tinh ®Ëy kÝn trong kho¶ng 2 giê tr−íc khi thÝ

nghiÖm.

+ §Æt mòi qu¶ däi s¸t mÆt ®Êt, th¶ tay cho lón tù do vμo ®Êt.

- KÕt qu¶ thÝ nghiÖm:

+ NÕu sau 10 gi©y qu¶ däi lón ®−îc 10mm vμo trong ®Êt th× khi ®ã ®é Èm cña ®Êt chÝnh lμ giíi h¹n ch¶y. Ta lÊy ®Êt ë tr¹ng th¸i ®ã cho vμo hép sÊy ®Ó x¸c ®Þnh ®é Èm.

+ NÕu sau 10 gi©y qu¶ däi lón s©u h¬n 10mm vμo trong ®Êt th× khi ®ã ®é Èm lín h¬n giíi h¹n ch¶y. Ta dïng dao ®¶o lªn vμ dïng kh¨n thÊm thÊm bít n−íc råi tiÕp tôc thÝ nghiÖm.

+ NÕu sau 10 gi©y qu¶ däi lón Ýt h¬n 10mm vμo trong ®Êt th× khi ®ã ®é Èm

nhá h¬n giíi h¹n ch¶y. Ta thªm n−íc vμo ®Êt dïng dao ®¶o ®Òu lªn vμ tiÕp tôc thÝ nghiÖm.

+ Mçi mÉu ®Êt ph¶i tiÕn hμnh tèi thiÓu hai lÇn song song ®Ó x¸c ®Þnh giíi h¹n

ch¶y. Sai sè gi÷a hai lÇn x¸c ®Þnh kh«ng lín h¬n 2%.

- Dông cô:

+ §Üa cong ®ùng mÉu, b»ng ®ång khèi l−îng 200g g¾n vμo tay quay trôc cam vμ mét ®Õ cã ®Öm cao su. §iÒu chØnh sao cho ®é cao r¬i xuèng cña ®Üa cong lμ 10±0,2mm.

+ Que g¹t chuyªn m«n ®Ó t¹o r·nh ®Êt cã chiÒu s©u 8mm, d−íi réng 2mm trªn

réng 11mm.

+ Mét sè dông cô kh¸c ®Ó t¹o mÉu ®Êt vμ x¸c ®Þnh ®é Èm nh− thÝ nghiÖm trªn.

- Tr×nh tù thÝ nghiÖm:

+ T¹o mÉu ®Êt nh− thÝ nghiÖm trªn sao cho mÉu cã ®é Èm lín, ®Êt ë tr¹ng th¸i

ch¶y.

+ §Æt dông cô thÝ nghiÖm lªn vÞ trÝ v÷ng ch¾c, dïng dao cho tõ tõ ®Êt ®· nhμo

trén vμo ®Üa sao cho ®é dÇy cña ®Êt lín h¬n 10mm.

+ Dïng que g¹t ®Ó r¹ch ®Êt trong ®Üa thμnh mét r·nh dμi 40mm vu«ng gãc

víi trôc quay.

(2) Ph−¬ng ph¸p Casagrande:

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 24

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

+ Quay ®Ëp víi vËn tèc 2 vßng/gi©y vμ ®Õm sè lÇn ®Ëp cÇn thiÕt ®Ó phÇn d−íi r·nh khÐp l¹i mét ®o¹n 13mm. LÊy kho¶ng 10g ®Êt ë vïng xung quanh r·nh ®· khÐp kÝn ®Ó x¸c ®Þnh ®é Èm.

LÊy ®Êt ra khái ®Üa cho thªm n−íc vμ nhμo trén l¹i, tiÕp tôc thÝ nghiÖm vμ x¸c ®Þnh sè lÇn ®Ëp nh− b−íc trªn. Cø tiÕp tôc thÝ nghiÖm nh− vËy víi ®é Èm t¨ng lªn. X¸c ®Þnh Ýt nhÊt 4 gi¸ trÞ cña ®é Èm øng víi sè lÇn ®Ëp thay ®æi tõ 12 ®Õn 35 ®Ó r·nh khÐp l¹i.

- Xö lý kÕt qu¶:

+ Dùa vμo c¸c sè liÖu thu ®−îc ta vÏ ®å thÞ quan hÖ gi÷a ®é Èm vμ sè lÇn ®Ëp. Tõ ®å thÞ nμy ta x¸c ®Þnh ®é Èm t−¬ng øng víi 25 lÇn ®Ëp. §ã chÝnh lμ giíi h¹n ch¶y x¸c ®Þnh theo ph−¬ng ph¸p Casagrande.

+ Giíi h¹n ch¶y cña ®Êt x¸c ®Þnh theo ph−¬ng ph¸p Casagrande lín h¬n giíi

h¹n ch¶y x¸c ®Þnh theo ph−¬ng ph¸p qu¶ däi Vasiliev.

Theo c«ng thøc cña G.Stephanov th× mèi quan hÖ cña hai gi¸ trÞ nμy nh− sau:

69,0

%1,5

(1.4-3)

Va Lw

Ca Lw

Trong ®ã:

Va : Giíi h¹n ch¶y x¸c ®Þnh theo ph−¬ng ph¸p qu¶ däi Valisiev. Ca : Giíi h¹n ch¶y x¸c ®Þnh theo ph−¬ng ph¸p Casagrande.

wL wL

Theo TCVN 5747-1993 th× mèi quan hÖ cña hai gi¸ trÞ nμy nh− sau:

73,0

%47,6

(1.4-4)

Va Lw

Ca Lw

+ Dông cô thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh giíi h¹n dÎo t−¬ng tù nh− TN x¸c ®Þnh giíi

h¹n ch¶y.

- Tr×nh tù thÝ nghiÖm:

+ MÉu ®Êt ®−îc t¹o ra nh− phÇn thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh giíi h¹n ch¶y. NÕu ®Êt

−ít qu¸ ta cã thÓ dïng v¶i thÊm kh« ®Ó thÊm bít n−íc.

+ LÊy Ýt ®Êt dïng lßng bμn tay hoÆc c¸c ngãn tay l¨n ®Òu trªn kÝnh nh¸m cho

®Õn khi thμnh que trßn cã ®−êng kÝnh 3mm.

- KÕt qu¶ thÝ nghiÖm:

+ Khi giun ®Êt cã ®−êng kÝnh 3mm, kh«ng rçng gi÷a mμ b¾t ®Çu r¹n nøt

ngang vμ gÉy thμnh tõng ®o¹n dμi kho¶ng 3-10mm th× ®Êt ë tr¹ng th¸i dÎo. NhÆt c¸c que ®Êt võa ®øt g·y cho vμo hép nh«m ®Ó x¸c ®Þnh ®é Èm cña ®Êt nh− thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh ®é Èm b»ng tñ sÊy ®· tr×nh bμy ë trªn.

+ NÕu ®−êng kÝnh giun ®Êt lín h¬n 3mm ®· r¹n nøt tøc lμ ®é Èm cña ®Êt thÊp

h¬n giíi h¹n dÎo, ta cho thªm n−íc vμo ®¶o ®Òu vμ tiÕp tôc l¨n.

b/ ThÝ nghiÖm x¸c ®Þnh giíi h¹n dÎo (wL): - Dông cô:

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 25

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

+ NÕu ®−êng kÝnh giun ®Êt ®¹t 3mm mμ vÉn ch−a xuÊt hiÖn vÕt nøt th× ta vª trßn nã thμnh hßn vμ tiÕp tôc l¨n cho ®Õn khi giun ®Êt ®¹t 3mm vμ b¾t ®Çu bÞ r¹n nøt vμ gÉy ra.

- ChØ tiªu ®é sÖt (IL): Trong thùc tÕ ta th−êng sö dông chØ tiªu ®é sÖt IL ®Ó ®¸nh tr¹ng th¸i ®Êt dÝnh.

C«ng thøc x¸c ®Þnh chØ tiªu ®é sÖt:

=LI

(1.4-5)

− WW P − WW L P

− WW P I P

§èi víi ®Êt sÐt, sÐt pha th× ph¹m vi biÕn ®æi tõ giíi h¹n ch¶y sang giíi h¹n dÎo t−¬ng ®èi lín v× vËy mμ ta th−êng ph©n chia tr¹ng th¸i ®Êt chi tiÕt h¬n nh»m ®¸nh gi¸ chÝnh x¸c h¬n tr¹ng th¸i cña ®Êt. Dùa vμo chØ tiªu ®é sÖt ta cã b¶ng ®¸nh gi¸ tr¹ng th¸i ®Êt nh− sau:

2. §é sÖt cña ®Êt dÝnh.

B¶ng 1.4-5: Tiªu chuÈn ®¸nh gi¸ tr¹ng th¸i ®Êt dÝnh

Cøng

IL < 0

C¸t pha

≤

DÎo

≤ LI

(hμm l−îng sÐt <10%)

Ch¶y

IL > 1

Cøng

IL < 0

≤

25,0

Nöa cøng

≤ LI

≤

25,0

50,0

DÎo cøng

< LI

SÐt pha, sÐt

≤

DÎo mÒm

50,0

75,0

< LI

DÎo ch¶y

≤

75,0

< LI

Ch¶y

IL > 1

Lo¹i ®Êt Tr¹ng th¸i §é sÖt

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 26

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

Bμi 5:

§−êng cong cÊp phèi cña ®Êt

Chóng ta ®· biÕt r»ng h¹t ®Êt lμ thμnh phÇn chñ yÕu cÊu t¹o nªn ®Êt. Chóng cã h×nh d¹ng, kÝch th−íc, thμnh phÇn kho¸ng vËt rÊt kh¸c nhau do qu¸ tr×nh phong ho¸ vμ trÇm tÝch kh¸c nhau. Trong thiªn nhiªn ®Êt gåm v« sè c¸c h¹t ®Êt t¹o thμnh, sù pha trén nhiÒu lo¹i thμnh phÇn h¹t trong mét mÉu ®Êt t¹o lªn cÊp phèi h¹t cña ®Êt.

TÝnh chÊt cña mçi lo¹i ®Êt phô thuéc vμo hμm l−îng h¹t chiÕm ®a sè trong ®Êt ®ã quyÕt ®Þnh. VËy muèn ph©n lo¹i ®−îc ®Êt ta ph¶i ®i x¸c ®Þnh kÝch th−íc tõng lo¹i h¹t cã trong ®Êt vμ hμm l−îng cña chóng (tû lÖ phÇn tr¨m) b»ng c¸c thÝ nghiÖm ph©n tÝch h¹t.

Nh− c¸c bμi trªn chóng ta ®· biÕt ®Êt rêi gåm chñ yÕu c¸c h¹t cã kÝch th−íc lín d>0,002mm. §Ó ph©n tÝch thμnh phÇn h¹t cña ®Êt rêi hiÖn nay ta th−êng dïng ph−¬ng ph¸p r©y.

+ Cèi sø vμ chμy bäc cao su.

+ Tñ sÊy ®iÒu chØnh nhiÖt ®é.

- Dông cô:

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 27

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

+ B×nh hót Èm cã Clorua calci.

+ B¸t ®ùng ®Êt.

+ Qu¶ lª b»ng cao su ®Ó röa h¹t, hót n−íc.

+ Dao con.

+ M¸y sμng l¾c.

+ §æ mÉu ®Êt lªn r©y trªn cïng vμ sμng nã b»ng tay hoÆc b»ng m¸y (NÕu mÉu ®Êt cã khèi l−îng lín h¬n 1000g th× ta ph¶i ®æ ®Êt vμo sμng thμnh 2 ®ît).

+ LÇn l−ît tõ sμng trªn cïng nh÷ng nhãm h¹t cßn l¹i trªn sμng ®−îc ®æ vμo cèi sø ®Ó nghiÒn l¹i sau ®ã l¹i sμng qua chÝnh sμng ®ã cho ®Õn khi ®¹t yªu cÇu.

+ C©n riªng tõng nhãm h¹t bÞ gi÷ l¹i trªn c¸c sμng vμ lät xuèng ng¨n ®¸y. LÊy tæng khèi l−îng cña tÊt c¶ c¸c sμng ®em so s¸nh víi khèi l−îng mÉu ®Êt trung b×nh nÕu sai lÖch khèi l−îng qu¸ 1% th× ph¶i ph©n tÝch l¹i.

- Tr×nh tù thÝ nghiÖm:

+ Hμm l−îng cña mçi nhãm h¹t ®−îc biÓu diÔn b»ng phÇn tr¨m ®−îc tÝnh

theo c«ng thøc:

- KÕt qu¶ thÝ nghiÖm:

%100

(1.5-1)

Trong ®ã:

mh : Khèi l−îng nhãm h¹t tÝnh b»ng (g).

P m h m

§èi víi c¸c h¹t cã kÝch th−íc d<0,1mm ta kh«ng thÓ dïng r©y ®Ó ph©n tÝch thμnh phÇn h¹t ®−îc khi ®ã ta sö dông ph−¬ng ph¸p tû träng kÕ.

+ Tû träng kÕ cã v¹ch chia (Lo¹i A cã thang chia 0-60; Lo¹i B cã thang chia

0,995-1,030).

+ Bé phËn ®un vμ lμm l¹nh b»ng n−íc (HÖ thèng ruét gμ).

+ C¸c phÔu cã ®−êng kÝnh 2-3cm vμ 14cm. + èng ®o b»ng thuû tinh cã dung tÝch 1000cm3 + NhiÖt kÕ cã ®é chÝnh x¸c 0,50C. + Que khu©ý.

- Dông cô:

- Tr×nh tù thÝ nghiÖm:

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 28

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

xong 20 phót thËn träng th¶ tû träng kÕ vμo trong huyÒn phï.

+ LÊy tû träng kÕ ra khái èng ®o vμ cho nã vμo èng ®ùng n−íc cÊt.

+ KhuÊy l¹i huyÒn phï lÇn 2. Cho tû träng kÕ vμo vμ ®äc sè ®o t¹i c¸c thêi

®iÓm 15 phót, 30 phót, 1,5; 2; 3; 4 giê.

- Xö lý kÕt qu¶:

Tõ chØ sè R ®äc ®−îc trªn tû träng kÕ ta cã thÓ t×m ®−îc tû träng cña dung dÞch theo c«ng thøc sau:

(1.5-4)

100

(

Trong ®ã:

ρdt – Khèi l−îng thÓ tÝch dung dÞch ë thêi ®iÓm t

R – ChØ sè cña tû träng kÕ

ρh – Khèi l−îng thÓ tÝch h¹t

ρn – Khèi l−−ägn thÓ tÝch n−íc

Ph−¬ng ph¸p nμy dùa trªn nguyªn t¾c lμ c¸c h¹t cã kÝch th−íc to nhá kh¸c nhau sÏ ch×m l¾ng trong n−íc víi tèc ®é kh¸c nhau. Dùa vμo tèc ®é ch×m l¾ng ®Ó ph©n chia cì h¹t.

Theo ®Þnh luËt Stokes th× tèc ®é ch×m l¾ng cña mét h¹t h×nh cÇu ®−îc tÝnh theo c«ng thøc sau:

) dn

(1.5-1)

h( γγ − η

Trong ®ã:

v - Tèc ®é ch×m l¾ng cña h¹t

γh - Träng l−¬ng riªng cña h¹t (kN/m3)

γn - Träng l−¬ng riªng cña n−íc (9,81kN/m3)

η - §é nhít cña n−íc (N.s/m2)

d - §−êng kÝnh cña h¹t h×nh cÇu (cm)

Theo c«ng thøc trªn ta thÊy nÕu ®−êng kÝnh h¹t cμng lín th× tèc ®é l¾ng cμng lín vμ ng−îc l¹i. NÕu gäi kho¶ng c¸ch l¾ng tõ träng t©m cña bÇu tû träng kÕ ®Õn mÆt n−íc lμ HR

ρ dt ρ ρ hR ρ − ).

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 29

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

(1.5-2)

H R t

Tõ 2 c«ng thøc trªn ta cã thÓ tÝnh ®−îc ®−êng kÝnh cña h¹t øng víi kho¶ng c¸ch ch×m l¾ng HR vμ thêi gian ch×m l¾ng t nh− sau:

R ) t

= d t (1.5-3) 18 γ η H γ − (

Nh− vËy ®−êng kÝnh t×m ®−îc theo ph−¬ng ph¸p nμy lμ ®−êng kÝnh t−¬ng ®−¬ng theo tèc ®é ch×m l¾ng. Dï h¹t cã kÝch th−íc, h×nh d¹ng thÕ nμo nh−ng chØ cÇn tèc ®é ch×m l¾ng nh− nhau th× cã thÓ g¸n cho chóng cïng lo¹i ®−êng kÝnh.

T¹i thêi ®iÓm t nh÷ng h¹t cã ®−êng kÝnh lín h¬n dt ®· bÞ l¾ng xuèng. Tõ c«ng thøc 1.5- 4 ta t×m ®−îc tû träng cña dung dÞch t¹i thêi ®iÓm t. Dùa vμo ρdt ta sÏ tÝnh ®−îc % c¸c h¹t cã ®−êng kÝnh nhá h¬n dt vμ c¸c h¹t cã ®−êng kÝnh lín h¬n dt nh−ng nhá h¬n 0,06mm theo c¸c c«ng thøc sau:

ρ Z%(d d ≤ = ) 100 (1.5-5) V dt m

max

(ρ Z%(d dd ≤< = = 06,0 mm ) 100 (1.5-6) Vρ − ) dt m

Trong ®ã:

m - Khèi l−îng mÉu ®Êt ®em thÝ nghiÖm (kÓ c¶ c¸c h¹t cã ®−êng kÝnh d>0,06mm)

V - ThÓ tÝch dung dÞch ®o (ml)

VËy tõ c¸c chØ sè ®o tû träng t−¬ng øng víi tõng thêi gian t chóng ta tÝnh ra chØ sè % cña c¸c h¹t. Tõ c«ng thøc 1.5-3 ta tÝnh ®−îc ®−êng kÝnh h¹t t¹i thêi ®iÓm ®ã.

2. §−êng cong cÊp phèi h¹t.

- Trong thùc tÕ ®Êt cã thμnh phÇn cÊp phèi, rÊt phøc t¹p chóng chøa c¸c h¹t tõ lín ®Õn nhá do vËy ®Ó ph©n tÝch mét mÉu ®Êt ta ph¶i tiÕn hμnh kÕt hîp c¶ hai ph−¬ng ph¸p thÝ nghiÖm cho ®Êt rêi vμ ®Êt dÝnh. Sau khi thÝ nghiÖm xong kÕt qu¶ sÏ ®−îc biÓu thÞ b»ng ®−êng cong gäi lμ ®−êng cong cÊp phèi h¹t

- Trªn ®−¬ng cong cÊp phèi h¹t trôc tung biÓu thÞ % c¸c h¹t cã ®−êng kÝnh nhá h¬n vμ b»ng ®−êng kÝnh nμo ®ã. §èi víi lo¹i ®Êt chØ gåm c¸c h¹t cã ®−êng kÝnh lín th× trôc hoμnh biÓu thÞ ®−êng kÝnh h¹t d(mm), ®èi víi lo¹i ®Êt cã chøa nhiÒu thμnh phÇn h¹t tõ to ®Õn nhá th× trôc hoμnh dïng gi¸ trÞ logarit cña c¸c gi¸ trÞ ®−êng kÝnh h¹t v× ®−êng kÝnh c¸c h¹t cã thÓ gÊp nhau hμng tr¨m lÇn kh«ng thÓ biÓu diÔn b»ng to¹ ®é b×nh th−êng ®−îc.

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 30

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

)

100

0,005

0,002

lg (cì h¹t) 0,05

§−êng cong cÊp phèi h¹t

( ã ® o μ n h n Ý k g n ê − ® n ¬ h á h n

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

h n Ý k g n ê − ® ã c t ¹ h c ¸ c a ø h c g n î − L

Cuéi

H¹t sái

H¹t c¸t

H¹t bôi

H¹t sÐt H¹t keo

H×nh 1.5-2: §−êng cong cÊp phèi ®iÓn h×nh

+ HÖ sè ®ång ®Òu:

=uC (1.5-7) D 60 D 10

=cC

(1.5-8)

D ( ) 30 DD * 60 10

Trong ®ã:

D60 - §−êng kÝnh cì h¹t mμ träng l−îng cña tÊt c¶ c¸c h¹t nhá h¬n vμ b»ng ®−êng

kÝnh ®ã chiÕm 60% träng l−îng mÉu kh«.

D30 - §−êng kÝnh cì h¹t mμ träng l−îng cña tÊt c¶ c¸c h¹t nhá h¬n vμ b»ng ®−êng

kÝnh ®ã chiÕm 30% träng l−îng mÉu kh«.

D10 - §−êng kÝnh cì h¹t mμ träng l−îng cña tÊt c¶ c¸c h¹t nhá h¬n vμ b»ng ®−êng

kÝnh ®ã chiÕm 10% träng l−îng mÉu kh«.

D10 gäi lμ ®−êng kÝnh hiÖu qu¶, D60 gäi lμ ®−êng kÝnh chi phèi.

+ HÖ sè cÊp phèi:

- Lùa chän vμ ph©n lo¹i ®Êt: Dùa vμo ®−êng cong cÊp phèi ta cã thÓ biÕt ®−îc c¸c thμnh phÇn h¹t chøa trong ®Êt tõ ®ã x¸c ®Þnh ®Êt thuéc lo¹i nμo vμ ®¸nh gi¸ ®−îc tÝnh chÊt cña ®Êt.

- X¸c ®Þnh hÖ sè thÊm: Theo Hazen hÖ sè thÊm ®−îc tÝnh gÇn ®óng nh− sau:

*) ý nghÜa ®−êng cong cÊp phèi.

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 31

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

m/s

(1.5-9)

10 )

dC k= (

Víi Ck – HÖ sè, thay ®æi tõ 0,01 ®Õn 0,015

- §¸nh gi¸ chÊt l−îng ®Êt: Tõ ®−êng cong cÊp phèi ta x¸c ®Þnh ®−îc c¸c ®Æc tr−ng thμnh phÇn h¹t nh− hÖ sè ®ång ®Òu Cu vμ hÖ sè cÊp phèi Cc. Th«ng qua c¸c hÖ sè nμy ta cã thÓ ®¸nh gi¸ ®−îc chÊt l−îng ®Êt: Cu cμng lín ®−êng cong cÊp phèi cμng tho¶i, ®−êng kÝnh c¸c h¹t kh«ng ®ång ®Òu, chÊt l−îng cña ®Êt tèt do c¸c h¹t nhá lÊp vμo khe rçng gi÷a c¸c h¹t lín lμm gi¶m lç rçng t¨ng c−êng ®é ®Êt. Víi Cu nhá th× ng−îc l¹i.

Th−êng víi ®Êt c¸t cã Cu>3 ®−îc coi lμ kh«ng ®Òu vμ ®−îc gäi lμ ®Êt cã cÊp phèi tèt.

lg (cì h¹t)

100

0,05

0,005

0,002

)

h n Ý k g n ê − ® ã c t ¹ h c ¸ c

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

( ã ® o μ n h n Ý k g n ê − ® n ¬ h á h n

a ø h c g n î − L

Cuéi

H¹t sái

H¹t c¸t

H¹t bôi

H¹t sÐt

H¹t keo

Trong h×nh 1.5-3 thÓ hiÖn 3 lo¹i ®−êng cong cÊp phèi A, B, C. Ta sÏ dùa vμo h×nh d¹ng tõng ®−êng cong cÊp phèi ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt l−îng ®Êt:

+ §−êng cong cÊp phèi A kh«ng liªn tôc, bÞ gi¸n ®o¹n bëi mét ®−êng th¼ng n»m ngang chøng tá r»ng lo¹i ®Êt A ®· thiÕu mét sè lo¹i h¹t => chÊt l−îng ®Êt kh«ng tèt.

+ §−êng cong cÊp phèi B cã ®é cong diÔn biÕn liªn tôc kh«ng bÞ ®øt qu·ng do ®ã lo¹i ®Êt nμy cã cÊp phèi h¹t b×nh th−êng. Tuy nhiªn ®−êng cong B cã ®é dèc lín chøng tá ®Êt B cã chøa c¸c h¹t mμ kÝch th−íc h¹t thay ®æi trong ph¹m vi hÑp, c¸c h¹t cã kÝch th−íc ®ång ®Òu, ®Êt cã chøa nhiÒu lç rçng => chÊt l−îng ®Êt b×nh th−êng.

+ §−êng cong cÊp phèi C cã ®é cong ®Òu, liªn tôc, tho¶i chøng tá lo¹i ®Êt nμy chøa nhiÒu thμnh phÇn h¹t, kÝch th−íc h¹t tr¶i dμi trªn ph¹m vi réng => ChÊt l−îng ®Êt tèt.

H×nh 1.5-3: C¸c lo¹i ®−êng cong cÊp phèi

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 32

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

Bμi 6:

Ph©n lo¹i ®Êt

§Êt ®−îc h×nh thμnh trong tù nhiªn rÊt phøc t¹p vμ ®a d¹ng gåm nhiÒu lo¹i h¹t kh¸c nhau. §Ó tiÖn cho c«ng t¸c x©y dùng, nghiªn cøu, øng dông ta thÊy cÇn thiÕt ph¶i ®Æt tªn, s¾p xÕp vμ ph©n lo¹i ®Êt nh»m môc ®Ých:

- Lùa chän ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu vμ ®¸nh gi¸ ®Êt phï hîp víi thùc tÕ kh¸ch

niÖm, hiÓu biÕt thèng nhÊt ®Ó dÔ dμng giao l−u trao ®æi.

Qui ®Þnh tiªu chuÈn ®Ó ®Æt tªn ®Êt lμ vÊn ®Ò quan träng nhÊt trong c«ng t¸c ph©n lo¹i ®Êt. §èi víi mçi n−íc ®Òu cã c¸ch ®Æt tªn, ph©n lo¹i ®Êt kh¸c nhau nh−ng chóng ph¶i ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu sau:

- Ph¶n ¸nh ®Çy ®ñ, kh¸ch quan nhÊt c¸c ®Æc ®iÓm, tÝnh chÊt cña ®Êt.

D−íi ®©y lμ c¸ch ph©n lo¹i ®Êt theo quy tr×nh tÝnh to¸n vμ thiÕt kÕ cÇu cèng theo c¸c tr¹ng th¸i giíi h¹n 1979 cña Bé GT (quy tr×nh 22-TCN 18-79).

- §Êt rêi lμ ®Êt chøa chñ yÕu c¸c h¹t th« lín h¬n h¹t bôi (d>0,1mm). Thμnh phÇn

kho¸ng vËt chñ yÕu lμ kho¸ng vËt nguyªn sinh.

- §èi víi ®Êt rêi th× ®é lín vμ cÊp phèi h¹t cã kh¶ n¨ng ph¶n ¸nh ®Çy ®ñ c¸c tÝnh chÊt c¬ häc cña chóng nh− tÝnh thÊm, tÝnh Ðp co, tÝnh chèng tr−ît ... V× vËy mμ dïng c¸ch ph©n lo¹i ®Êt theo ®é lín vμ thμnh phÇn cÊp phèi h¹t lμ t−¬ng ®èi thÝch hîp.

Lo¹i ®Êt KÝch th−íc h¹t (mm) Träng l−îng h¹t chiÕm %

§¸ t¶ng

>200

>50

§¸ cuéi

>10

>50

§Êt hßn to:

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 33

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

§¸ sái

>50

Sái s¹n

>25

C¸t to

>0,50

>50

C¸t trung

>0,25

>50

C¸t nhá

>0,10

>75

C¸t bôi

>0,10

<75

§Êt c¸t:

- §Êt dÝnh lμ nh÷ng ®Êt cã chøa chñ yÕu c¸c h¹t cã kÝch th−íc nhá, c¸c h¹t sÐt

(d<0,1mm). Thμnh phÇn kho¸ng vËt chñ yÕu lμ kho¸ng vËt thø sinh.

- §Êt dÝnh cã tÝnh chÊt phô thuéc chñ yÕu vμo thμnh phÇn kho¸ng vËt, t¸c dông lÉn nhau gi÷a c¸c h¹t ®Êt vμ gi÷a c¸c h¹t ®Êt víi n−íc. ChÝnh v× vËy mμ ph©n lo¹i ®Êt dÝnh theo ®é lín vμ thμnh phÇn cÊp phèi nh− ®Êt rêi lμ kh«ng hîp lý. Qua nghiªn cøu ta thÊy r»ng chØ sè dÎo IP ph¶n ¸nh t−¬ng ®èi ®Çy ®ñ c¸c nh©n tè ¶nh h−ëng ®Õn tÝnh chÊt cña ®Êt dÝnh. Do ®ã ta ph©n lo¹i ®Êt dÝnh theo chØ sè dÎo nh− b¶ng 1.5-2 sau ®©y:

- ChØ sè dÎo (IP): Lμ sù chªnh lÖch gi÷a giíi h¹n ch¶y vμ giíi h¹n dÎo.

(1.4-4)

I P

L w −

ChØ sè dÎo ph¶n ¸nh ®−îc t−¬ng ®èi ®Çy ®ñ nh÷ng nh©n tè ¶nh h−ëng ®Õn tÝnh chÊt cña ®Êt dÝnh nªn nã lμ mét chØ tiªu ®Ó ph©n lo¹i ®Êt dÝnh trong x©y dùng.

ChØ sè dÎo cña ®Êt dÝnh cμng lín th× tÝnh dÎo cña nã cμng cao vμ ng−îc l¹i. ChØ sè dÎo phô thuéc vμo tÝnh ph©n t¸n cña ®Êt, h×nh d¹ng vμ tÝnh ®μn håi cña h¹t vμ ®Æc biÖt lμ thμnh phÇn kho¸ng vËt trong ®Êt.

≤

C¸t pha

3-10

≤ PI

≤

SÐt pha

10-30

< PI

SÐt

>30

17>PI

Tªn ®Êt L−îng chøa nhãm h¹t sÐt (%) ChØ sè dÎo IP

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 34

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

Khi ®Êt dÝnh cã ®é Èm lín vμ ®é rçng lín th× nã trë thμnh ®Êt bïn. §Êt bïn kh«ng cã kh¶ n¨ng chÞu lùc vμ th−êng chøa nhiÒu tμn tÝch h÷u c¬. §Ó ph©n lo¹i ®Êt bïn ta dùa vμo hÖ sè lç rçng e.

9,0≥e

Bïn c¸t pha

Bïn sÐt pha

1≥e

5,1≥e

Bïn sÐt

Ngoμi tiªu chuÈn ph©n lo¹i theo c¸c quy tr×nh cò cña Liªn x« hay quy tr×nh 22TCN 18-79 hiÖn nay chóng ta cßn dïng ph©n lo¹i ®Êt theo TCVN 574-1993. C¸c tiªu chuÈn ph©n lo¹i nμy chóng ta tham kh¶o thªm trong SGK vμ mét sè quy tr×nh kh¸c. i. ph©n lo¹i vμ m« t¶ ®Êt ®¸ trong x©y dùng

Lo¹i bïn HÖ sè rçng

Víi môc ®Ých x©y dùng, ®Êt ®−îc xem lμ mét lo¹i vËt liÖu ®−îc thμnh t¹o bëi tæ hîp c¸c lo¹i h¹t, cã nguån gèc ®Þa chÊt kh¸c nhau, nh−ng chóng cã thÓ ®−îc khai ®μo thñ c«ng hoÆc b»ng thiÕt bÞ c¬ giíi nhÑ mμ kh«ng cÇn næ m×n.

Víi môc ®Ých sö dông trªn th× cã nhiÒu lo¹i vËt liÖu ®Êt mμ theo quan niÖm ®Þa chÊt cho lμ ®¸ (vÝ dô ®¸ phong ®¸ cÊp ®é cao). Trong thùc tÕ còng khã ph©n biÖt, v× ®¸ phong ho¸ trë thμnh ®Êt vμ ®Êt bÞ nÐn chÆt hoÆc g¾n kÕt thμnh ®¸, nªn giíi h¹n ph©n chia chØ lμ t−¬ng ®èi.

Môc ®Ých c¬ b¶n cña phÇn lín c¸c hÖ thèng ph©n lo¹i ®Êt lμ cã thÓ ®Þnh l−îng t−¬ng ®èi tÝnh chÊt cña tõng lo¹i ®Êt phôc vô x©y dùng, th«ng qua ph−¬ng ph¸p kh¶o s¸t, m« t¶ hoÆc nh÷ng thÝ nghiÖm ®¬n gi¶n. HÖ ph©n lo¹i th−êng ®−îc sö dông kÕt hîp cïng ph−¬ng ph¸p thiÕt kÕ kinh nghiÖm vμ t¹o mét ph−¬ng thøc ®Ó gióp cho c¸c kü s− tiÕp nhËn ®−îc nh÷ng kinh nghiÖm thùc tiÔn ®· tÝch luü tõ nhiÒu chuyªn gia th«ng th¹o, thay v× nh÷ng kinh nghiÖm mß mÉm cña b¶n th©n. C¸c hÖ thèng ph©n lo¹i ®Êt cßn gióp c¸c kü s− diÔn dÞch kÕt qu¶ c¸c lo¹i thÝ nghiÖm vÒ tÝnh bÒn vμ biÕn d¹ng khi ph©n chia thμnh c¸c lo¹i ®Êt kh¸c nhau phï hîp ®iÒu kiÖn thÝ nghiÖm.

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 35

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

Cã nhiÒu hÖ thèng ph©n lo¹i ®Êt ®−îc c«ng bè trong c¸c tiªu chuÈn, quy ph¹m quèc gia hoÆc tμi liÖu §Þa kü thuËt. Giíi thiÖu sau ®©y lμ c¸c hÖ ph©n lo¹i ®Êt th«ng dông vμ ®−îc ¸p dông réng r·i trªn thÕ giíi.

Ph©n lo¹i

Qu¸ tr×nh

B¶n chÊt trÇm tÝch

h×nh thμnh

§Êt trÇm tÝch

Residual Soil

hoÆc

(Eluvial- elQ)

Phong ho¸ ho¸ häc cña ®¸ gèc víi c¸c phÇn tö h¹t ®¸ kh«ng dÝch chuyÓn dÞch chuyÓn Ýt

S¶n phÈm phong ho¸ tõng phÇn lμ ®Êt chøa nhiÒu ®¸ phong ho¸ víi møc ®é phô thuéc ®¸ gèc. §Êt rêi nμy th−êng chÆt h¬n, chøa nhiÒu ®¸ h¬n vμ ®é phong ho¸ kÐm h¬n theo chiÒu s©u.

§Êt cã h¹t biÕn ®æi tõ h¹t mÞn nhÊt lμ sÐt ®Õn h¹t th« nhÊt cña cuéi sái t¶ng héc. §Êt cã ®Æc ®iÓm næi bËt lμ tÝnh ph©n líp. Cuéi sái trÇm tÝch s«ng th−êng trßn c¹nh.

TrÇm tÝch S«ng - BiÓn Alluvial-Marine (aQ - mQ)

VËt liÖu ®−îc vËn chuyÓn vμ trÇm tÝch. Do t¸c ®éng cña n−íc vËn chuyÓn.

S−ên tÝch

Colluvial

VËt liÖu ®−îc vËn chuyÓn vμ trÇm tÝch do träng tr−êng.

Bao gåm ®¸ l¨n, t¶ng l¨n, ®Êt tr−ît, tr−ît s−ên ®åi, ®Êt sËp v.v... víi thμnh phÇn h¹t tõ sÐt ®Õn t¶ng. VËt liÖu nh×n chung bÊt ®éng nhÊt gäi lμ s−ên tÝch.

(Delluvial-dlQ)

B¨ng tÝch

Glacial (glQ)

VËt liÖu ®−îc vËn chuyÓn vμ trÇm tÝch do b¨ng tuyÕt.

Lμ s¶n phÈm c¸c lo¹i trÇm tÝch do b¨ng tr«i, tuyÕt lë kÐo theo ®Êt trªn mÆt. Thμnh phÇn biÕn ®æi tõ h¹t sÐt ®Õn t¶ng hßn. Ph©n bè kÝch cì h¹t tõ th« ®Õn mÞn tuú theo kho¶ng c¸ch tõ nguån. Ph©n líp trÇm tÝch nh×n chung kh«ng ®ång ®Òu. H¹t ®Æc tr−ng s¾c c¹nh.

Phong tÝch

(Eolian) (eoQ)

VËt liÖu ®−îc vËn chuyÓn vμ trÇm tÝch do giã.

Møc ®é ®ång nhÊt cña h¹t rÊt cao, kh«ng ph©n líp hoÆc khã ph©n biÖt. Cì h¹t ®Æc tr−ng lμ bôi vμ c¸t mÞn song ®«i khi bÒ mÆt phñ líp sái nhá. §Êt lo¹i loess lμ cÊu tróc thø sinh cña c¸c nøt nÎ, khe hæng vμ lç r·nh rÔ c©y.

TÝch tô h÷u c¬

(Organic)

Than bïn lμ s¶n phÈm th−êng cã mÇu tèi, cÊu tróc sîi hoÆc v« ®Þnh h×nh, ®é nÐn lón cao. Hçn hîp vËt liÖu nμy víi trÇm tÝch mÞn t¹o thμnh sÐt h÷u c¬ hoÆc bô sÐt h÷u c¬ (bïn).

TÝch tô nói löa

(Volcanic)

Tro bôi nói löa ®−îc trÇm tÝch quanh miÖng nói löa.

Thμnh t¹o d¹ng bôi lÉn m¶nh ®¸. H¹t cã ®Æc tr−ng s¾c c¹nh, d¹ng tói. Phong ho¸ t¹o s¶n phÈm cã ®é dÎo dÝnh cao, thØnh tho¶ng thμnh sÐt tr−¬ng në. S¶n phÈm phong ho¸ råi bÞ nÐn chÆt thμnh lo¹i ®¸ xèp nhÑ.

liÖu

TÝch tô do

bay h¬i

VËt trÇm ®äng hoÆc bay h¬i tõ dung dÞch chøa l−îng muèi cao.

Thμnh t¹o nªn lo¹i ®Êt g¾n kÕt hoÆc ®¸ trÇm tÝch mÒm, bao gåm c¶ trÇm tÝch can-xi trong n−íc biÓn, l¾ng ®äng: Gypse, Anhydrite, ®¸ muèi má vμ Potash. Bay h¬i cßn t¹o thμnh líp vá trªn bÒ mÆt ë khu vùc kh« c¹n.

(Evaporitic)

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 36

Bμi gi¶ng c¬ häc ®Êt

ch−¬ng I: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt

Bé m«n §Þa Kü ThuËt

Trang 37