http://www.ebook.edu.vn
1chơng mở đầu:
1. Đối tợng của môn học:
+ Cơ học đất 1 ngành cơ học ứng dụng chuyên nghiên cứu về đất.
+ Đất: Kết quả của sự phong hóa đá bên trên.
+ Có 3 loại phong hoá Vật lý
Hóa học Cho các sản phẩm không giống nhau.
Sinh học
+ Chúng xen kẽ tạo nên nhiều loại đất.
+ Đặc điểm chung:
Tính phân vụn nhiều hạt khoáng kích thớc khác nhau Tạo
Tạo nên khung KC có lỗ hổng. Chứa nớc, khí T/chất
Liên kết yếu nhiều so với cờng độ bản thân hạt đặc biệt
Sau khi hình thành luôn biến đổi.
2. Nội dung:
Xác định các quy luật cơ bản quá trình cơ học.
các đặc trng tính toán.
ứng xuất biến dạng.
cờng độ chịu tải.
ổn định khối đất.
áp lực đất lên tờng chắn.
Do phức tạp nên ngoài qui luật chung còn tìm quy luật đặc thù rút ra
từ đặc tính của đất.
o
ữ50
o
)
Băng giá.
Đá gốc vỡ vụn nhỏ không phá hoại thành phần khoáng.
Cho đất rời: Đất cát.
Ph/hoá hoá học
Thay đổi áp lực
Do nớc, các chất hoà tan: HCl, SO
2
; SO
3
; N
2
O
3
các khoáng chất tác dụng lẫn nhau tạo thành hạt rất nhỏ nh
hạt keo (<1m)
Cho đất dính : Đất loại sét.
Chuyển dời
Sản phẩm có thể nằm yên.
chuyển dời: do nớc;gió
Tuỳ cách chuyển dời, điểm lắng đọng
các loại khác nhau.
Tóm lại:
Quá trình trên rất dài có nhiều yếu tố tác động làm cấu tạo và T/chất
các lớp đất phức tạp.
ở cửa sông gọi trầm tích tam giác châu:
Đồng bằng sông Hồng; sông Cửu long.
Đặc điểm: chiều dày khá đều
cỡ hạt tơng đối đều gồm:
Các loại đất hạt rất nhỏ: Cát bụi, đất sét, đất bùn có lẫn cây cỏ
cha ổn định dễ phình nở.
Bắc bộ: Vài chục m
ở ta:
Nam bộ: Trên dới 100m.
Phong tích gió.
+
Ngoài ra còn: Băng tích băng.
Trầm tích biển.
+ Tóm lại: Do sự hình thành mà có các đặc điểm sau:
Tính rỗng.
Tính phân tán.
Tính không đồng nhất, không đẳng hớng.
Cờng độ kém cờng độ hạt
$. 2.Đất là vật liệu đa nguyên:
2.1 Khái niệm:
Đất V/ liệu phân tán 3 thành phần: Hạt ; nớc; khí.
Đặc điểm mỗi thành phần, tỷ lệ giữa chúng, tác dụng lẫn nhau
tạo nên t/chất đất.
Lỗ rỗng chứa đầy nớc Bão hoà.
Lỗ rỗng không chứa nớc Đất khô.
Phân loại theo cỡ hạt:
+Đất nhiều loại hạt: Kích thớc khác nhau
Hình dạng khác nhau.
+Hình dạng: Cầu, tấm mỏng, hình kim.
+Kích thớc: Vài cm vài 1/1000 mm và nhỏ hơn.
Vậy phân loại dựa vào đờng kính tơng đơng ( Đ/k Thuỷ lực)
Đ/k thuỷ lực: Đ/k hạt đất ảo cùng tốc độ chìm lắng.
ranh giới phân biệt không phải số cố định xê dịch đôi chút.
Ví dụ có nơi hạt sét: < 0.005mm
< 0.002mm
+ Hạt to: rời rạc, dễ thấm
+Xét t/chất của đất
: cần lu ý: diện tích mặt ngoài:
Hạt càng nhỏ S mặt ngoài càng lớn đến mức nào đó thì
hiệu ứng bề mặt có tác dụng gây ra tính dính , tính dẻo cản trở thấm.
Tính dính, tính dẻo càng cao tính thấm càng nhỏ.
monmoriolit 800m
2
/g
ítlít. 80m
2
/g
kaolinít. 10m
2
/g
Phơng pháp rây:
Dùng với hạt d > 0.1mm
Dùng bộ rây: Lxô: 10;5;2;1;0.5;0.25;0.1 mm
Ph/tây: No4;8;12;20;40;70;100;140;200.
+
Phơng pháp thuỷ lực:
d < 0.1mm.
Dựa vào nguyên lý vật lý của Stốck
v =
2
18
d
ws
(I.1)
v: Vận tốc chìm lắng.
d: đ/k quả cầu.
s
: Tỉ trọng quả cầu.
w
: Tỉ trọng chất lỏng.
: Độ nhớt chất lỏng.
http://www.ebook.edu.vn
7
Nhận xét:
+ Đờng cong dốc hạt đồng đều.
+ Xác định hàm lợng % của 1 nhóm hạt đ/k: d
1
d
2
(I.2)
trong đó: d
60
= đờng kính ứng với hàm lợng tích lũy 60%: p
d60
= 60%
d
10
= đờng kính ứng với hàm lợng tích lũy 10%: p
d10
= 10%.
* Ta thấy rằng, các hạt thuộc nhóm (d
10
, d
60
) chiếm 1/2 trọng lợng đất. Do đó,
C
u
chính là mức độ thay đổi kích thớc của một nửa trọng lợng đất và C
u
càng
lớn có nghĩa là càng có nhiều kích cỡ hạt tức là cấp phối càng đa dạng
càng
tốt. Điều này đặc biệt quan trọng đối với đất rời. Ngời ta qui ớc nếu đất có C
u
> 4 thì đợc coi là có cấp phối tốt, thích hợp cho sử dụng làm vật liệu xây dựng.
Độ cong của đờng cong cấp phối hạt trong khoảng (d
60
, d
3. Tính chất của những hạt rất nhỏ:
Khoáng vật cấu tạo tinh thể Vậy ở bề mặt, nhất là ở góc có 1 lợng
điện còn d
Vậy hạt đất mang điện.
T/n thấy
hạt sét mang điện âm.
Hút các ion khác tính ( Na+, K+,Ca++, Mg++ )
Nó:
Tính hoạt động bề mặt
Hút phân tử nớc lỡng cực. Thành phần khoáng: Khoáng ng/sinh kém hơn khoáng th/sinh
:
Mức độ phân tán: Hạt càng nhỏ S tiếp xúc càng lớn khả năng
trao đổi càng lớn Đến một mức nào đó trọng lợng hạt cùng cấp với
lực hút điện phân tử
hạt di chuyển chịu ảnh hởng của lực hút. Khi chìm
nó dừng lại ở chỗ tiếp xúc đầu tiên
tạo ra K/C tổ ong, bông tuyết độ rỗng
lớn.
Kết cấu hạt:
đặc trng cho đất rời( sỏi, sạn, cát)
http://www.ebook.edu.vn
8
nớc ở thể rắn và chui cả vào mạng xem nh 1 phần hạt rắn
Không thể hiện rõ T/c
+ Nớc liên kết chặt ( nớc kết hợp mạnh):
xa hơn 1 chút nớc bị giữ
tơng đối chặt cùng các ion khác.
+ Nớc liên kết rời ( nớc kết hợp yếu): Cuối bán kính lực hút
lớp này ảnh
hởng lớn đến T/c của đất
Tính dẻo, tính dính. http://www.ebook.edu.vn
9
2.Nớc tự do:
Ngoài ảnh hởng của lực hút
chuyển động theo quy luật thuỷ lực học
Tuy nhiên:
do ảnh hởng lớp trong có đặc điểm riêng.
3.
Nớc mao dẫn:
V = V
h
+ V
n
+ V
k
V
r
= V
n
+ V
k
G = G
h
+ G
n
.
http://www.ebook.edu.vn
10
3.1. Chỉ tiệu vật lý cơ bản:
( Xác định bằng Thí/nghiệm)
h
=
h
h
V
G
(g/cm
3
; t/m
3
) ( 2.6 ữ 2.8)
Tỷ trọng:
=
n
h
;
n
= 1
3.2.Chỉ tiệu vật lý xác định bằng tính toán:
1.
Trọng lợng thể tích đất khô:
k
k
=
V
G
G
V
Gw
h
)1(
+
=
V
G(W + 1 )
k
=
k
=
)1( +w
2 .Độ rỗng: n
n =
V
V
r
1.
= = 1-
h
k
;
k
=
)1( +w
n = 1-
)1( +w
h
http://www.ebook.edu.vn
11
3. Độ hạt của đất: m
m =
V
V
h
=
)1(
)1(
1
w
w
h
h
+
+
=
)1(
)1(
)1(
w
w
w
h
h
h
+
+
+
V
=
h
r
h
n
V
V
V
V
=
e
V
G
hn
n
.
=
e
G
G
V
G
h
h
hn
n
.
.
nh
+
=
V
VV
nnhh
+
.
=
h
m +
n
n
bh
=
e
e
o
+
+
1
o
: Tỉ trọng của nớc.
7. Dung trọng đẩy nổi:
đn
minmax
max
ee
ee
D: Độ chặt tơng đối.
Cát chặt: 1
D 2/3
Chặt vừa 2/3
D 1/3
Xốp 1/3
D 0
Liên xô kiến nghị: Với cát Thạch anh có thể
dùng e:
Loại Chặt Chặt vừa Xốp
Cát thô, vừa <0.55 0.55 <= D <= 0.7 > 0.7
Cát nhỏ < 0.6 0.6 <= D <= 0.75 > 0.75
Cát bột < 0.6 0.6 <= D <= 0.8 > 0.8
Để có e
Mẫu phải nguyên dạng khó hố đào
Cát: Dùng xuyên
e
2. Độ ẩm:
Theo độ Bão hoà: G
G < 0.5
ít ẩm
0.5 < = G <= 0.8
http://www.ebook.edu.vn
13
W
nh
, W
d
: Giới hạn Atterberg x/định th/ng
PL: Lăn tay. d = 3mm
nứt chân chim.
LL: Theo Liên xô: Dùng chuỳ xuyên Q= 76g góc mũi xuyên 60
o
sau 5s
ngập 10mm cho W
nh
nhão.
$.5.Phân loại đất:
Mục đích: giao tiếp, để hình dung, phán đoán ban đầu.
Có nhiều quy ớc, quy định
gắn với tên gọi.
Cơ sở
: Dựa vào: Cấp phối hạt
Giới hạn Alterberg
http://www.ebook.edu.vn
14
1. Tính dính:
Khả năng chịu đợc lực kéo có thể giữ đợc mái dốc thẳng đứng.
Nguyên nhân:
+ Do lực hút điện phân tử
2 hạt
+ Lực hút thông qua các ca tion trung gian
phục hồi đợc
+ Sức căng
màng nớc mao dẫn. sau khi bị phá hoại.
+ Do liên kết xi măng, liên kết tinh thể
Không có khả năng phục hồi
sau khi bị phá hoại.
2. Tính co và nở:
+ Tính nở: V khi W
+ Tính co: V khi nớc bốc hơi
W
+ Đất chứa nhiều hạt phân tán nhỏ, keo.
+ Đất bào hoà.
+ Tải chấn động.
Lu ý: Khi đóng cọc; Móng máy.
5 Hiện tợng biến long của cát bo hoà nớc:
Đất cát thành 1 dung dịch
mất hết khả năng chịu lực.
Thí/nghiệm: Đặt viên bi
Tác dụng nhanh
lên thành
Bi chìm xuống
G/thích
: tại chỗ đặt tải xuất hiện áp lực lớn trong nớc lỗ rỗng truyền
nhanh
lên toàn khối đất hớng về phía có sức kháng bé lên trên. Nếu
áp lực này >
đn
đất thì điểm tiếp xúc giữa các hạt hỏng đất thành dịch
thể .
Dừng
áp lực thuỷ động về không cát chặt lại.
Thực tế: Hay xảy ra động đất
nền cát bụi bão hoà.
Cột nớc áp tại A là: h
a
= P
a
/
n
Cột nớc áp tại B là: h
b
= P
b
t: thời gian.
Do diện tích thấm bao gồm cả cốt đất nên v
thực
> v
v
thực
= v/n ( Vì nớc chỉ thấm qua lỗ rỗng)
1.3.Hệ số thấm của đất:
Xác định trong phòng T/n: Mẫu có t/diện A, dài L, cột nớc áp h, đo Q tính k
2 loại
: + Cột nớc áp không đổi: k
t
=
hAt
QL
(hạt thô) Khi k > 10
-4
m/s
Phải tiến hành thí nghiệm với các vận tốc thấm khác và cột nớc
khác nhau để tính giá trị k trung bình.
+ Cột nớc áp đổi: k
t
=
1
0
012
11
log
10
-7
Sét <10
-7
k
t
< 10
-6
coi nh không thấm nớc.
Xác định ở hiện trờng
: T/n trong phòng do mẫu ít không đủ đặc
trng: làm ở hiện trờng ép hút nớc trong lỗ khoan.
Bố trí giếng quan trắc và bơm hút; đo lu lợng ở 1 giếng, quan sát độ hạ
thấp ở giếng khác. Khi lu lợng bơm không đổi, mực nớc ở các giếng quan
trắc cũng không đổi đạt tới trạng thái ổn định.
Phân tích tìm k
k
t
:+ Cỡ hạt, cấp phối: Ha zen: k = C
k
( d
10
)
2
+ Hệ số rỗng: Cát: k lớn, sét k nhỏ.
k
t
http://www.ebook.edu.vn
4
i: gradien thuỷ lực ở mỗi lớp đất
+ Thấm ngang
: // mặt lớp.
v= k
n
tđ
I
;
(1)
(Q = v ì A; xét phân tố có chiều dày là 1 nên A = 1 ì h
n
) (2)
(1); (2) k
n
tđ
=
I
H
.
1
( v
1
h
1
+ v
2
h
2
+ + v
n
h
n
) do: k =
I
v
nên k
n
tđ
=
= k
2
i
2
= = k
n
i
n
i =
d
l
dh
Nên chênh lệch cột nớc áp ở mỗi lớp = iìh (h: bề dày lớp cũng
là chiều dài đờng thấm)
Tổng chênh lệch cột nớc áp trên bề dày H: h = i
1
h
1
+ i
2
h
2
+ + i
n
h
n
Thay vào:
k
i
v
h
i
v
h
i
v
h
H
+++
2
2
1
1
=
=
n
n
k
h
k
h
k
h
H
+++
2
2
1
1.
6 Dòng thấm chảy trong đất:
1.Dòng thấm 1 chiều:
Chọn điểm có cùng cao độ nớc áp nối lại có đờng đẳng thế. Đặc tính: Đờng thấm và đờng đẳng thế bao giờ cũng trực giao với nhau.
(Cho dù 2 đờng trên không phải thẳng)
http://www.ebook.edu.vn
6
v
x
d
z
d
y
+ )(
x
v
x
d
z
d
x
d
y
+ v
z
d
x
d
y
+ )(
z
d
nên có thể xem nh: v
x
; v
z
là những đạo hàm riêng
của hàm số = kh gọi là hàm thế của vận tốc. 2
x
+
2
z
= 0
Giải
: Cho ta lới đờng thấm và đờng đẳng thế trong đất
Tuy nhiên: Đ/k biên phải đơn giản.
Thực tế lới đờng thấm và đẳng thế đợc dựng nên bằng cách vẽ. áp lực tiêu tán ở phân tố : a
2
(
h
1
- h
2
)
n
Chia cho thể tích phân tố: a
3
:
http://www.ebook.edu.vn
7
a
hh
21
n
= i
n
Vậy: áp lực dòng thấm tác dụng trên 1 đơn vị thể tích đất là: i
hình1 hình 2
http://www.ebook.edu.vn
8
hình3 *Do thí nghiệm ở hiện trờng cồng kềnh, tốn kém nên thờng dùng phơng
pháp nén trong phòng. 2.2 .Thí nghiệm nén đất trong phòng thí nghiệm:
1. Thiết bị thí nghiệm
Sơ đồ:
1- Hộp cứng 2- Dao vòng 3- Mẫu đất
4- Đá thấm 5- Nắp 6- Đồng hồ đo biến dạng.
i
; Xem V
h
không đổi từ S
i
suy ra e
i 3. Kết quả thí nghiệm:
Copyright: Tài liệu đại học ©