CƠ HỌC ĐẤT
CHƯƠNG 2
CÁC TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT

5/16/18

ThS. Nguyễn Hữu Sà

1


CHƯƠNG 2. CÁC TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT
 Là tính chất liên quan đến sự chuyển động của hạt đất, nước, khí và biến
dạng của khung hạt dưới tác dụng của ngoại lực.
 Khi chuyển động: vị trí tương đối giữa các phân tố không thay đổi
 Khi biến dạng: bên trong khung hạt sẽ xuất hiện ứng suất làm cho vị trí
tương đối giữa các hạt đất thay đổi.
 Cơ học đất nghiên cứu các quá trình cơ học xẩy ra trong đất dưới tác dụng
của nội lực và ngoại lực, vì vậy nói đến tính chất cơ học của đất là nói đến vấn
đề biến dạng, độ bền và độ ổn định của đất khi chịu tác dụng của nội lực và
ngoại lực.
 Do đất là thể ba pha nên tính chất cơ học của đất có những tính đặc thù như:
Tính thấm, tính nén lún, tính chống cắt và tính đầm chặt.

5/16/18

ThS. Nguyễn Hữu Sà

2



Hb

B
A

Za

Ð? cao v? trí Zb

O

O

Nếu đặt vào A một ống nhỏ thì ta thấy nước dâng lên trong ống đến một chiều
cao sao cho trọng lượng cột nước vừa bằng áp lực Pa, nghĩa là Ha = Pa/γ n , tại
B cũng vậy Hb = Pb/γn.
5/16/18

ThS. Nguyễn Hữu Sà

4


CHƯƠNG 2. CÁC TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT
Lấy mặt nằm ngang O-O làm chuẩn ta có các chiều cao Ha, Hb là các chiều
cao nước áp tạ A và B. Nếu Ha > Hb thì quan sát thấy dòng nước thấm từ A
đến B, nghĩa là trong đất nước sẽ thấm từ điểm có độ cao nước áp lớn đến
điểm có độ cao nước áp nhỏ hơn. Cường độ thay đổi độ cao nước áp trên một
đơn vị chiều dài đường chảy ký hiệu I được gọi là Građien thủy lực:
I = (Ha-Hb)/L; L – chiều dài đường thấm L = AB.


ThS. Nguyễn Hữu Sà

6


CHƯƠNG 2. CÁC TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT
 Thí nghiệm với cột nước áp thay đổi: Từ h0 ở thời điểm ban đầu t0, tới h1
ở thời điểm cuối t1, biết tiết diện của ống đo nước áp ta có:
Kt 

Trong đó:

h
2,3 * A1 * L
* log 0
A2 * (t1  t 0 )
h1

A1 - là tiết diện ngang của ống đo áp, A2 - tiết diện ngang của mẫu đất
Hệ số thấm của đất biến đổi trong một khoảng rất rộng ở một số loại đất
như sau:

Tên đất
Sỏi cuội không có hạt nhỏ

100 – 10

Cát to, cát vừa, Cát nhỏ sạch


K1 < K2 < K3

Trường hợp thấm ngang

K = K1

htd khi
htd khi

K1 < K2 < K3

K1 > K2 > K3

Trường hợp thấm đứng
5/16/18

ThS. Nguyễn Hữu Sà

8


CHƯƠNG 2. CÁC TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT
 Trường hợp dòng thấm vuông góc với mặt phân lớp (thấm đứng)

K tđ

H

hn
h1 h2 h3


CHƯƠNG 2. CÁC TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT
Chú ý: Khi dòng thấm chảy qua khối đất, nó tác dụng lên đất lực thủy động. Tri số của áp
lực thủy động là: J = I*γn hoặc còn gọi là áp lực thấm.
 Nếu građien thủy lực I tăng áp lực tăng đến mức thắng được trọng lượng bản thân các
hạt thì hạt đất bị đẩy nổi lơ lửng (hiện tượng này gọi là hiện tượng đất sối). Građien thủy
lực giới hạn xuất hiện ( hiện tượng sối gọi là građien thủy lực tới hạn) Ic : Ic = γđn/γn = (γnn +
γn )/γn
 Đường thấm gọi là đường dòng còn đường nối tất cả các điểm có cùng cột áp gọi là
đường thế.
 Hệ số an toàn sói ngầm F = γđn/Uth => F = γđn/(I*γn)
Uth – áp lực thấm ngược (F > [Fgh ]hiện tượng sói ngầm không xẩy ra, F < [Fgh] đất bị
sói ngầm
2.2. Tính biến dạng của đất:
 Khi chịu tác dụng của ngoại lực, đất bị biến dạng mà thực chất là bị giảm thể tích lỗ rỗng
trong đất (vì hạt rắn và nước có thể xem như không biến dạng

5/16/18

ThS. Nguyễn Hữu Sà

10


CHƯƠNG 2. CÁC TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT
 Biến dạng của đất theo phương thẳng đứng gọi là tính nén lún của đất.
 Để nghiên cứu tính nén lún của đất người ta dùng phương pháp nén mẫu đất
trong phòng thí nghiệm và nén ở ngoài hiện trường.
2.2.1. Thí nghiệm nén đất trong phòng thí nghiệm: nén thẳng đứng không
nở hông.



CHƯƠNG 2. CÁC TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT
e0 còn e1 ; Biến dạng S của mẫu đất:
S = Δh = h0 – h1 = (1 + e0) – (1+ e1) = e0 – e1
h

e e

0
1
Biến dạng tương đối của mẫu đất khi nén ép: z  h  1  e  z * (1  e0 ) e0  e1
0
0
Nếu tải trọng tác dụng là Pi tương ứng hệ số rỗng là ei : z * (1  e0 ) e0  ei

Công thức này dùng để xây dựng đường cong phụ thuộc giữa hệ số rỗng và
tải trọng, được gọi là đường cong nén lún. Đường cong nén lún có hai nhánh,
nhánh nén (1) thu được khi tăng tải, nhánh nở (2) thu được khi giảm tải trọng.
e

e

Nếu vẽ đường cong nén

e0
1

trong hệ trục tọa độ lôgarit,


Khi tính toán người ta dùng hệ số nén a hoặc hệ số nén thể tích m v (hệ số rút
đổi a0) theo công thức:

e

a = tgα = (e1 - e2)/ (p1 - p 2)

e0

mv = a0 = a/(1+e1)
e1 – Hệ số rỗng của đất ứng với tải trọng nén p1
e2– Hệ số rỗng của đất ứng với tải trọng nén p2

e1


e2
P1

5/16/18

ThS. Nguyễn Hữu Sà

P2

P

13



* (1 
)
z
1 
mv
1 
a
1 

ThS. Nguyễn Hữu Sà

14


CHƯƠNG 2. CÁC TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT
pc – áp lực tiền cố kết
Nếu lấy mẫu đất ở độ sâu h thì trong điều kiện tự nhiên trọng lượng của các
lớp đất nằm bên trên đã tác dụng lên mẫu đất một áp lực nén γ*h
 Pc < γ*h – đất dưới cố kết, nghĩa là đất chưa lún xong dưới tác dụng của
trọng lượng bản các lớp đất đè lên nó,
 Pc = γ*h – đất cố kết bình thường (đã lún xong dưới tác dụng các lớp đất đè
lên nó)
 Pc > γ*h – đất quá cố kết (nó đã bị nén với áp lực lớn hơn áp lực hiện tại đè
lên nó).
Đặc tính nén lún của đất cát và đất sét:
 Đặc tính nén lún của đất cát:
 Quá trình nén lún xẩy ra trong đất cát chủ yếu do sự phá hủy các cạnh và
góc nhọn của các hạt
5/16/18


dụng tải trọng tĩnh, tính nén lún đất sét lớn
 Khi cất tải cũng như đất cát.
2.2.2. Cố kết thấm của đất dính no nước. (SGK)
2.2.3. Biến dạng dẻo và từ biến của đất. (SGK)
2.3. Tính chống cắt của đất.
2.3.1. Biểu thức Coulomb về sức chống cắt của đất
Theo Coulomb, sức chống cắt của đất là một hàm số bậc nhất của lực dính
và lực ma sát trong theo biểu thức: τ’ = σ*tgφ + C
5/16/18

ThS. Nguyễn Hữu Sà

17


CHƯƠNG 2. CÁC TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT
Trong đó: τ’ – sức chống cắt của đất; σ – thành phần ứng suất pháp; φ – goc
ma sát trong của đất; C – lực dính kết
Chú ý:
 Cần phân biệt giữa ứng suất tổng σ, ứng suất hữu hiệu σ’ và áp lực nước lỗ
rỗng u. Từ đó phân biệt sức chống cắt không cố kết, không thoát nước với các
thông số φu; Cu , sức chống cắt cố kết, thoát nước với các thông số φ’; C’ và
trường hợp trung gian là sức chống cắt cố kết, không thoát nước
 Đối với đất bão hòa nước thì ứng suất tổng σ, ứng suất hữu hiệu σ’ và áp
lực nước lỗ rỗng có quan hệ: σ = σ’ + u
2.3.2. Điều kiện bền và điều kiện cân bằng giới hạn
 Xét phân tố đất, phân tố này ổn định nếu tại mọi mặt bất kỳ vẫn đảm bảo
điều kiện:
5/16/18


 Đất có tính chất là: Dưới tác động cơ học như rung, nén, nện, các hạt dịch
chuyển tạo ra một kết cấu mới chặt hơn.
 Tính đầm chặt này của đất rất thuận lợi cho việc dùng đất làm vật liệu xây
dựng những công trình bằng đất như đắp nền đường, đê đập cần phải đạt đến
một độ chặt bền vững.
 Các yếu tố chủ yếu của việc đầm chặt là: cấp phối đât, độ ẩm của đất, công
(năng lượng) đầm chặt.
Các thí nghiệm xem SGK

5/16/18

ThS. Nguyễn Hữu Sà

20