8/3/2015
1
CHƯƠNG III: TÍNH CHẤT CƠ HỌC
CỦA ĐẤT
(mechanical properties of soil)
I never learn anything talking. I only learn things when I ask questions
Lou Holtz
3.1. Tính thấm nước của đất
3.2. Tính ép co và biến dạng của đất
3.3. Cường độ chống cắt của đất
3.4. Tính đầm chặt của đất
Nội dung
§3.1. TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT
3
I. Khái niệmvềdòng thấm trong đất
Đấtgồmcáchạt phân tán, khoảng rỗng giữa chúng
liên thông với nhau, dướitácdụng củachênh lệch cột
nước,nướccóthểxuyên qua lỗrỗng trong đất&chảytừ
vùng có áp lựccaotới vùng có áp lựcthấp.
Hạtđất, nước, khí
4
§3.1. TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT
8/3/2015
2
5
§3.1. TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT
Tính thấmcủađấtlàkhảnăng củađất
cho nướcđi qua
1. Vấnđề mấtnước
- Làm giảmhiệuquảtích nướccủahồchứa
-Ảnh hưởng đến thi công do nướcchảyvàohố
móng.
2. Tác động của dòng thấm
-Gâyxói ngầmcơhọcdướiđáy công trình→biến
dạng thấm
-Chảyđất, mạch đùn, mạch sủitạichỗdòng thấm
thoát ra khi gradien thấmđạtgiátrịgiớihạnJ
gh
- Làm mấtổnđịnh mái dốcdothấmngược
6
§3.1. TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT
Phân loại
:
1. Dòng thấm: ổnđịnh hoặc không ổnđịnh, tương
ứng vớicácđiềukiệnlàhằng sốhoặcbiếnđổi
theo thờigian
Dòng thấm trong Địakỹthuậtsinhratrong
trường ứng suất là dòng không ổnđịnh trong môi
trường có lỗrỗng thay đổi theo thờigian
2. Dòng thấmcóthểphân ra: 1 chiều; 2 chiều; 3
chiều
3. Tùy vậntốc dòng chảy: chảytầng, chảyrối,và
trạng thái quá độ giữa2loại
7
§3.1. TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT
8
§3.1. TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT
8/3/2015
3
Phương trình Bernoulli
2
2
2
2
1
1
2
1
22 z
gp
p
g
v
z
gp
p
g
v
ww
Constant total head
§3.1. TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT
Năng lượng tổng (hay cộtnướctổng) củahệlà
tổng củacộtnướcvậntốc,cộtnướcáplựcvà cộtnước
thế
z
gp
u
g
v
H
w
2
2
II. Định luật thấm Darcy
Darcy dựavàokếtquả
thí nghiệmvớiđấtcát
sạch ởtrạng thái chảy
tầng đãchỉra vậntốc
thấm&gradien thủylực
tỷlệvới nhau
1. Nội dung định luật
10
§3.1. TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT
Lưulượng dòng thấmchảyqua1mặtcắtbấtkỳ:
Vậy, có thểviếtlạiđịnh luật Darcy dướidạng
q–lưulượng thấm trong 1 đơnvịthờigianqua
mặtcắtA
A–diệntíchmặtcắt, vuông góc với dòng thấm
(m
2
)
k–hệsốthấm Darcy (m/s)
11
§3.1. TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT
2. Các yếutốảnh hưởng
đếnhệsốthấm
¤Kíchthước&cấpphốihạt
(mứcđộ đềuhạt)
Theo công thức kinh nghiệm
¤Hệsốrỗng
Nhân tốảnh hưởng có tính chất
quyếtđịnh đếnk.
¤Độ bão hòa S
¤Cácđặctínhcủachấtlỏng;
độ nhớt,đạilượng phụthuộcvào
nhiệtđộ,vàtỷtrọng
“AH của hạt bụi
& hạt sét đến
hệ số thấm K”
12
§3.1. TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT
8/3/2015
4
3. Phạmviứng dụng củađịnh luật Darcy
Nhiềukếtquảthí nghiệmchothấyđịnh luật
Darcy chỉđúng với1sốloạiđấtnhấtđịnh
-Vớisỏirấtsạch và khốiđắpbằng đácấpphốihở,
dòng thấmcóthểlà rốivàđịnh luật Darcy không có
giá trị
-Vớicácđấtmịn(đất sét) khi gradient thủylựcrất
thấp, mối quan hệgiữavvàilàphituyến
13
§3.1. TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT
3. Phạmviứng dụng củađịnh luật Darcy
Vớiđấtsétchặt, do sựcảntrởcủanước màng
bao quanh, quy luậtthấmđổi khác so vớiđịnh luật
thấmDarcy
v= k
2
(i-i
o
) với ii
1
v= k
1
i
n
với i< i
1
nhệsố,phụthuộcloạiđất
i
0
:độ dốcthủylực ban đầu
14
§3.1. TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT
III. Hệ số thấm và phương pháp xác định
¤Thí nghiệm trong phòng: dùng thiếtbịmáy đo
thấm, 2 trường hợp:
Cộtnước không đổi(đất có tính thấmlớn)
Cộtnướcgiảmdần(đất có tính thấm bé)
¤Thí nghiệmhiệntrường:Thường sửdụng các
thiếtbịbơm trong các thí nghiệm:
Cộtnước không đổi
Cộtnướcgiảmdần
15
§3.1. TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT
1. Thí nghiệm cột nước không đổi
Thểtích nướcthuđược trong
thờigiant
Theo Darcy
Q: tổng thểtích nước thoát ra
(m3) trong thờigiant(s)
A: Diện tích mặtcắt ngang của
mẫu
16
§3.1. TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT
8/3/2015
5
17
VD1
-Mộtmẫuđấthìnhtrụtròn, đường kính 8cm,
dài 20cm, được thí nghiệmvớithiếtbịđo
thấmcócộtnước không đổi. Cộtnước75cm
được duy trì trong suốtthờigiandiễnrathí
nghiệm. Sau 1 phút thí nghiệm, thu đượctổng
cộng 910 cm
3
nước.
-Yêu cầu: Tính hệsốthấmcủamẫuđất?
18
§3.1. TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT
Bài giải
-Diện tích mặtcắt ngang củamẫu
-Vậyhệsốthấmcủamẫuđất
19
§3.1. TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT
-Cộtnướcsẽthay đổi theo
thời gian.
-Tạithờiđiểmtcộtnước
là h
-Sau dt, thểtích nước
thấm qua mẫuđấtlàdQ
ứng vớicộtnước trong
ống (tiếtdiệna)hạxuống
dh
2. Thí nghiệm với cột nước giảm dần
20
§3.1. TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT