09/08/2016 CHƯƠNG 1: BẢN CHẤT VẬT LÍ CỦA ĐẤT Sự hình thành đất - Phân loại đất theo nguồn gốc hình thành Các thành phần đất CHƯƠNG 1: BẢN CHẤT VẬT LÍ CỦA ĐẤT Kết cấu cấu trúc đất Các tiêu vật lí đất Trạng thái tiêu đánh giá trạng thái đất Phân loại đất - thực hành phân loại đất BÀI 1: SỰ HÌNH THÀNH CỦA ĐẤT BÀI 1: SỰ HÌNH THÀNH CỦA ĐẤT 1.Quá trình phong hóa: trình đá bị biến đổi thành đất tác dụng tác nhân vật lý, hóa học Đất hình thành nào? • đá Macma Theo quan điểm địa chất : Đất có nguồn gốc trực tiếp hay gián tiếp từ đá cứng: • đá Trầm tích • đá biến chất Ở chỗ Dưới tác động Đá cứng Hạt Đất QT PHONG HÓA Đất tàn tích Chuyển rời Đất trầm tích QT TRẦM TÍCH Quá trình biến đổi Đá  Đất diễn phức tạp chịu ảnh hưởng trình PHONG HÓA trình TRẦM TÍCH • Phong hóa vật lý : Tạo thành hạt đất: bề mặt gồ ghề, kích thước không đều, thành phần khoáng vật giống đá gốc, khả kết dính • Phong hóa hóa học : Do thay đổi nhiệt độ va chạm Do phản ứng hóa học bề mặt tiếp xúc hạt với môi trường Tạo nên hạt đất: Nhỏ, bề mặt nhẵn, mịn Thay đổi khoáng đá gốc có khả liên kết, có tính dính Gọi hạt đất rời Gọi hạt đất dính BÀI 1: SỰ HÌNH THÀNH CỦA ĐẤT Đất rời Đất dính 2.Quá trình trầm tích: trình di chuyển tích tụ sản phẩm phong hóa  tạo nên dạng trầm tích a Di chuyển trọng lượng thân hạt đất (tàn tích, đất sườn tích) - Đặc điểm : + không phân lớp chiều dày lớp đất không đều; + thành phần kích thước hạt không đều; + đất đá gốc có mặt phân cách nghiêng 09/08/2016 BÀI 1: SỰ HÌNH THÀNH CỦA ĐẤT BÀI 1: SỰ HÌNH THÀNH CỦA ĐẤT b Di chuyển nước trôi (bồi tích, sa tích) + phân lớp thành phần kích thước; + chiều dày lớp lớn; + lớp có kích cỡ hạt khác thường xen kẽ chủ yếu nằm ngang + tính chất đất lớp thay đổi, ranh giới lớp đất khó phân biệt c Các loại trầm tích khác * Trầm tích gió (phong tích) + rời xốp; + đồng thành phần hạt * Trầm tích biển: Tổng kết Theo nguồn gốc phong hóa Đất dính Đất rời • VD: đá dăm, cuội sỏi, loại cát • Kích thước hạt to, • Rời rạc, không dính • Tính thấm lớn, hút nước • Tính chất XD phụ thuộc kích thước hạt độ chặt • • • • • VD: đất sét, sét pha, cát pha Kích thước hạt nhỏ, mịn Tính dẻo dính Tính thấm nhỏ Tính chất XD phụ thuộc trạng thái độ ẩm thành phần khoáng BÀI 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT Cấu tạo đất nào? Đất hạt đất tạo nên, hạt Nước đất tự xếp tạo thành khung cốt đất có nhiều lỗ rỗng, lỗ rỗng có chứa nước khí Khí Hạt đất thành phần chủ yếu đất, tạo thành khung kết cấu (cốt đất) Hạt đất đặc trưng kích thước, hình dạng thành phần khoáng vật a Kích thước hạt đất Hạt đất • Đất bão hòa nước, (lỗ rỗng chứa đầy nước), pha : rắn lỏng • Đất khô, (lỗ rỗng nước), pha : rắn khí • Đất ẩm ướt không bão hòa nước , pha: rắn, lỏng, khí  Trong tự nhiên, đất thường trạng thái ẩm ướt không bão hòa nước BÀI 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT Các hạt có hình dạng đa dạng (tròn, vuông, ) kích thước hạt đo nào? Hạt đất có hình Hạt tròn, dạng có đg kính d, tỷ trọng D vận tốc tỉ trọng D chìm lắng v HẠT ĐẤT Kích thước hạt có ảnh hưởng nhiều tới tính chất lý đất BÀI 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT  Một số khái niệm o Hàm lượng nhóm hạt kí hiệu p(d1 < d ≤ d2) đất tỷ lệ phần trăm trọng lượng khô nhóm Chất lỏng Hạt đất tỉ trọng D v1 • Hạt đất to lỗ rỗng hạt lớn, tính thấm nước lớn đất hạt nhỏ • Ngược lại hạt đất nhỏ diện tích tiếp xúc lớn, tính dính kết phức tạp v2 tổng trọng lượng đất khô, kí hiệu p (nhóm) (%) p ( d1  d  d )  Q( d1  d  d )  100(%) Q Nếu v1 = v2 ta nói hạt đất có đường kính (qui ước) d Nhóm hạt : tập hợp hạt đất có kích thước thay đổi phạm vi định gọi tên theo khoảng kích thước Trong nhóm hạt, tính chất lý gần giống • Q(d1 < d ≤ d2): trọng lượng nhóm; • Q : tổng trọng lượng mẫu đất 09/08/2016 BÀI 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT THÍ NGHIỆM THÀNH PHẦN HẠT  Một số khái niệm (tiếp) o Hàm lượng tích lũy đến d* kí hiệu p(d1 < d*) hàm lượng hạt có kích thước ≤ d* (d* gọi đường kính tích lũy) * p (d  d * )  BÀI 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT Q (d  d )  100(%) Q o Thành phần hạt (hay cấp phối hạt) Tập hợp hàm lượng tất cỡ hạt chứa loại đất Cấp phối hạt biểu diễn dạng bảng hay đường cong cấp phối THÍ NGHIỆM THÀNH PHẦN HẠT Mục đích: xác định hàm lượng nhóm hạt hàm lượng tích lũy, từ xác định cấp phối đất Dụng cụ thí nghiệm: Bộ rây tiêu chuẩn - Theo Tiêu chuẩn Nga: 10 – – – – 0,5 – 0,25 – 0,1 (mm) - Theo ASTM: N4, N8, N12, N20, N40, N70, N100, N120, N200 Rây số N4 có d = 4,76mm; Rây số N200 có d = 0,074mm Số rây N4 d(mm) 4,76 2,38 1,68 0,84 0,42 0,21 0,149 0,105 N8 N12 N20 N40 N70 N100 N120 N200 0,074 THÍ NGHIỆM THÀNH PHẦN HẠT Bộ rây phân tích hạt Cách thực hiện:  Bước 1: Phơi khô mẫu đất + cân xác định tổng trọng lượng ban đầu Q  Bước 2: Phân tích rây: • Cho đất qua rây thí nghiệm Lắc rung cho hạt đất rơi xuống rây • Cân trọng lượng rây Qi  hàm lượng nhóm hạt p(d1 < d ≤ d2)  Bước 3: Phân tích PP thủy lực (phuơng pháp tỷ trọng dựa vào định luật Stock kết hợp nguyên lý tỷ trọng kế) : phần đất đọng lại ngăn hứng gồm hạt lọt qua rây cuối (có kích thước nhỏ ; 1.00 Kết cấu hạt đơn  Kết cấu bông: Kết cấu Cấu trúc đất xếp lớp đất để tạo nên đặc trưng đất cụ thể Cấu trúc cấu tạo vi mô – cấu trúc địa tầng Hai kiểu cấu trúc bản:  Cấu trúc phân lớp: có nhiều dạng khác nhau: lớp dày/lớp mỏng/ dải xiên/dải chéo… xen kẽ mà thành  Cấu trúc khối: xếp hỗn độn không theo qui luật với nhiều mức độ khác độ chặt biến đổi liên kết bên Thường gặp loại đất tàn tích/sườn tích Hai dạng cấu trúc khối khối chặt khối rời BÀI : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT I Khái niệm • Chỉ tiêu vật lý: quan hệ số thành phần (pha) có đất thể tích, trọng lượng • nhóm : Các tiêu : xác định trực tiếp thí nghiệm Các tiêu không cần xác định thí nghiệm • Mục đích : đánh giá sơ tính chất đất Mô hình pha đất Nước Khí Q Khí Qk, Vk Nước Qn, Vn Hạt đất Qh, Vh VR V Hạt đất 09/08/2016 BÀI : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT Mô hình pha đất Qk Qn Khí Nước  Q: trọng lượng tổng đất VR Q Qh Hạt đất Đại lượng Vk Vn BÀI : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT Qn Vk Nước Vn VR Q  Qh: trọng lượng hạt đất V Khí Qh  Qn: trọng lượng nước V Vh Hạt đất Vh o V: thể tích đất o Vh: thể tích hạt đất o Vn: thể tích nước Q = Qh + Q n + Q k = Qh + Qn ; o Vk: thể tích khí V = Vh + Vn + Vk = Vh + VR o Vr: thể tích lỗ rỗng đất 37 BÀI : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT BÀI : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT Qn Khí Vk Nước Vn VR Q Qh V Vh Hạt đất 38  Đối với đất mềm : o Lấy mẫu dao vòng o Cân xác định trọng lượng (mẫu + dao) Q1 = Q mẫu + Q dao h d Q mẫu = Q1 - Q dao o Thể tích mẫu = thể tích bên dao V mẫu = V dao 39 BÀI : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT BÀI : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT III Các tiêu xác định thí nghiệm : Trọng lượng riêng tự nhiên đất :  Đối với đất cứng : o Cân xác định trọng lượng mẫu o Bọc mẫu paraphin Q1 = Q mẫu o Thể tích mẫu = thể tích nước dâng lên V mẫu = V nước dâng III Các tiêu xác định thí nghiệm Độ ẩm tự nhiên đất : • Định nghĩa: tỷ lệ phần trăm trọng lượng nước có đất so với trọng lượng hạt đất trạng thái ẩm ban đầu  Xác định Qn Qh h Nước • Cách thí nghiệm: mẫu có độ ẩm chưa thay đổi  Lấy mẫu (chừng 10 – 15gr), cho vào hộp, cân xác định trọng lượng (đất + hộp) Q = Qmãu + Q hộp = Qhạt + Qnước + Q hộp  Sấy khô, cân xác định trọng lượng (đất khô + hộp) • Độ xác yêu cầu: 0.1kN/m3 Q = Qhạt + Q hộp • Khoảng giá trị g thông thường: 13 ÷ 22 kN/m3 41 • Độ xác yêu cầu: 0.1% • Khoảng giá trị w : ÷ vài trăm % 09/08/2016 BÀI : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT BÀI : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT III Các tiêu xác định thí nghiệm Trọng lượng riêng hạt đất : • Định nghĩa: trọng lượng đơn vị thể tích hạt III Các tiêu xác định thí nghiệm Trọng lượng riêng hạt đất (tiếp) • Cách tính: gh = Qh/Vh (kN/m3)  Xác định Qh,Vh • Cách thí nghiệm:  Lấy đất khô cho vào bình tỉ trọng, cân xác định trọng lượng (đất khô + bình)  Đổ nước vào bình, lắc đều, làm thoát khí khỏi đất (bằng cách đun hút chân không)  Bổ sung nước đầy bình, cân lại để xác định trọng lượng Q1 = Qh + Vbg0 – Vhg0 = Qh + Q2 – Vhg0 Vh = (Qh + Q2 – Q1)/g0 • Độ xác yêu cầu: 0.1 kN/m3 • Khoảng thông dụng: 26.5 ÷ 27.8 [Q1 = Qh + (Vb – Vh)g0]  Làm sạch, đổ nước đầy bình, cân xác định trọng lượng [Q2 = Vb.g0] 43 44 BÀI : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT BÀI : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT IV Các tiêu không xác định thí nghiệm : IV Các tiêu không xác định thí nghiệm : 45 46 BÀI : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT BÀI : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT IV Các tiêu không xác định thí nghiệm : IV Các tiêu không xác định thí nghiệm : 47 48 09/08/2016 BÀI : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT BÀI : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT 49 50 BÀI : CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT V Ý nghĩa tiêu vật lý  Đánh giá sơ tính chất đất  Đối tượng nghiên cứu tính chất học đất, đặc biệt tính biến dạng (e)  Phục vụ phân loại đất  gk dùng để đánh giá độ chặt đầm nén đất – đánh giá chất lượng thi công đầm nén (san lấp/ đắp đường…)  Đánh giá trạng thái bão hòa đất liên quan đến quan hệ pha đất, đến áp lực nước lỗ rỗng (S)  Đánh giá trạng thái ứng suất ban đầu đất (g) 51 BÀI 5: TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT BÀI 5: TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT I Khái niệm :  II Trạng thái đất rời : Trạng thái đất : khái niệm mô tả tác động qua lại thành phần cấu tạo nên đất, đặc biệt ảnh hưởng lỗ rỗng nước lỗ rỗng tới hạt đất  Độ chặt : chặt – chặt vừa – rời  Độ ẩm: bão hòa – ẩm – ẩm II.1 Chỉ tiêu đánh giá độ chặt : Vr lớn  Đất rời  khái niệm nói lên trạng thái đất :  Độ chặt đất rời  Độ sệt đất dính thể tích lỗ rỗng Vr Độ chặt Vr nhỏ  Đất chặt  Dựa vào hệ số rỗng e : Vr lớn  e lớn  Đất rời  Ý nghĩa xác định trạng thái đất :  Liên quan chặt chẽ đến phẩm chất xây dựng đất  Đất chặt/cứng tốt ngược lại 53 Vr nhỏ  e nhỏ  Đất chặt Vh constant 54 09/08/2016 BÀI 5: TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT BÀI 5: TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT Bảng 5.1 Đánh giá trạng thái theo hệ số rỗng cát thạch anh  Dựa vào độ chặt tương đối D :  emax, : hệ số rỗng đất Hệ số rỗng, e, ứng với trạng thái Đặt: Loại cát Chặt Chặt vừa Rời Cát thô,cát vừa e < 0.55 0.55 ≤ e ≤ 0.70 e > 0.70 Cát nhỏ e < 0.60 0.60 ≤ e ≤ 0.75 e > 0.75 Cát bụi e < 0.60 0.60 ≤ e ≤ 0.80 e > 0.80 trạng thái rời nhất, chặt  emax,min : xác định thí nghiệm Rời Chặt 1/3 Chặt vừa 2/3 D 56 BÀI 5: TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT  Dựa vào độ chặt tương đối D : BÀI 5: TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT  Dựa vào kết thí nghiệm trường : Thí nghiệm xác định emax/emin  Xác định hệ emax, : cảm tính, khó xác  Tạo trạng thái xốp nhât/ chặt nhất:  Đổ nhẹ cát khô, trọng lượng Q vào ống đo thể tích để tạo trạng thái xốp nhất, đo thể tích Vmax  Rung/lắc cát ống để tạo trạng thái chặt nhất, đo thể tích mẫu, Vmin Bảng 5.2 Đánh giá trạng thái theo kết thí nghiệm SPT  Tính hệ số rỗng tương ứng emax, emin e Dg gk 1 1.Que dài có nắp hình côn 2.Phễu cổ dài  Dựa vào kết trường SPT, CPT  Tra bảng 3.Que lau mặt cát 4.Ống đo thể tích N-value Độ chặt, D Trạng thái 0÷4 0.2 rời ÷ 10 0.2 ÷ 0.4 rời 10 ÷ 30 0.4 ÷ 0.6 chặt vừa 30 ÷ 50 0.6 ÷ 0.8 chặt > 50 > 0.8 chặt 57 BÀI 5: TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT 58 BÀI 5: TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT  Dựa vào kết thí nghiệm trường : II.2 Chỉ tiêu đánh giá độ ẩm đất rời : Bảng 5.3 Đánh giá trạng thái theo kết thí nghiệm CPT Trị số qc(MPa) Loại cát Chặt Chặt vừa Rời Cát thô, cát vừa (không phụ thuộc độ ẩm) >15 15 – 12 >10 >7 12 – 10 – 7–2  Đánh giá dựa vào độ bão hòa S Bảng 5.4 Đánh giá độ ẩm theo độ bão hòa S