Bài giảng Cơ học đất nâng cao

CHƯƠNG 1. TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT 1.1. Mở đầu Khi thiết kế nền móng công trình như nhà ở, cầu đường và đê đập thường cần các kiến thức về (a) tải trọng truyền từ kết cấu phần trên xuống hệ móng (b) điều kiện địa chất đất nền (c) tính chất ứng suất - biến dạng của đất mang hệ móng và (d) yêu cầu của các quy tắc, quy phạm, tiêu chuẩn xây dựng. Đối với kỹ sư nền móng, hai yếu tố (b) và (c) là vô cùng quan trọng vì chúng thuộc lĩnh vực cơ học đất. Các tính chất địa kỹ thuật của một loại đất như phân bố cỡ hạt, tính dẻo, tính nén ép và tính chống cắt, có thể xác định được từ trong phòng thí nghiệm. Trong thời gian gần đây đã nhấn mạnh tới việc xác định hiện trường các tính chất về độ bền và tính biến dạng của đất, vì quá trình này tránh được sự xáo động mẫu đất khi khảo sát hiện trường. Tuy nhiên, trong những điều kiện nhất định, không phải tất cả các thông số cần thiết đều có thể xác định được vì điều kiện kinh phí. Trong những trường hợp như vậy, người kỹ sư phải có những giả định về các tính chất của đất. Để có được độ chính xác các thông số của đất - dù là chúng được xác định trong phòng hay hiện trường hoặc được giả định - người kỹ sư phải hiểu thấu đáo những nguyên lý cơ bản của cơ học đất. Đồng thời phải thấy rằng phần lớn các công trình xây dựng trên đất trầm tích không đồng chất. Do vậy, người kỹ sư phải có một sự hiểu biết thấu đáo về địa chất của khu vực, đó là nguồn gốc và bản chất của địa tầng cũng như các điều kiện địa chất thuỷ văn. Kỹ thuật nền móng là một sự phối hợp khéo léo của cơ học đất, địa chất công trình, và suy đoán riêng có được từ kinh nghiệm thực tế. Ở một mức độ nào đó, kỹ thuật nền móng có thể được gọi là một lĩnh vực nghệ thuật. Khi xác định loại móng nào là kinh tế nhất, người kỹ sư phải xem xét tải trọng của kết cấu phần trên, điều kiện đất nền và độ lún cho phép. Nói chung, có thể phân các móng nhà và cầu làm hai loại chủ yếu sau: (1) móng nông và (2) móng sâu. Trong hầu hết loại móng nông, độ sâu đặt móng có thể đều bằng hoặc nhỏ hơn từ ba đến bốn lần chiều rộng móng. Móng cọc và móng đúc tại chỗ thuộc loại móng sâu. Chúng được chọn dùng khi lớp phần trên có sức chịu tải thấp và khi dùng móng nông sẽ gây hư hại lớn hoặc mất ổn định kết cấu công trình. Chương này chủ yếu là ôn lại những tính chất địa kỹ thuật cơ bản của đất, bao gồm các vấn đề về phân bố cỡ hạt, tính dẻo, phân loại đất

pdf171 trang | Chia sẻ: thuychi11 | Lượt xem: 1349 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Bài giảng Cơ học đất nâng cao, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI BỘ MÔN ĐỊA KỸ THUẬT BÀI GIẢNG CƠ HỌC ĐẤT NÂNG CAO Trịnh Minh Thụ Hoàng Việt Hùng Năm 2012 1 MỤC LỤC: CHƯƠNG 1. TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT ....................................................... 3 1.1. Mở đầu ...................................................................................................................................... 3 1.2. Phân bố cỡ hạt ........................................................................................................................ 3 1.3. Giới hạn cỡ hạt đất ................................................................................................................. 5 1.4. Các quan hệ trọng lượng - thể tích ....................................................................................... 6 1.5. Độ chặt tương đối ................................................................................................................... 9 1.6. Các giới hạn Atterberg ......................................................................................................... 11 1.7 Các hệ phân loại đất .............................................................................................................. 12 CHƯƠNG 2. TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT ...................................................... 21 2.1 Định luật thấm Darcy ............................................................................................................ 21 2.2. Thấm ổn định ......................................................................................................................... 24 2.3. Ứng suất hiệu quả ................................................................................................................ 26 2.4. Cố kết ..................................................................................................................................... 29 CHƯƠNG 3. XÁC ĐỊNH ĐỘ LÚN CỦA NỀN.................................................... 34 3.1. Tính toán độ lún cố kết ban đầu .......................................................................................... 34 3.2. Tốc độ cố kết theo thời gian ................................................................................................ 35 3.3. Độ cố kết do gia tải tăng dần ............................................................................................... 41 CHƯƠNG 4. TÍNH CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT ....................................................... 44 4.1. Độ bền chống cắt .................................................................................................................. 44 4.2. Thí nghiệm nén không hạn hông ......................................................................................... 49 4.3. Các đường ứng suất ............................................................................................................. 51 4.4. Cường độ kháng cắt của đất cát ......................................................................................... 65 4.5. Những đặc trưng ứng suât - biến dạng và cường độ của đất dính bão hoà .................. 89 CHƯƠNG 5. KHÁI NIỆM VỀ CƠ HỌC ĐẤT KHÔNG BÃO HÒA & TRẠNG THÁI TỚI HẠN CỦA ĐẤT .......................................................................................... 132 5.1. Khái niệm về cơ học đất không bão hòa .......................................................................... 132 5.2. Trạng thái tới hạn của đất ................................................................................................. 145 MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP ÔN ........................................................................... 162 2 CHƯƠNG 1. TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT 1.1. Mở đầu Khi thiết kế nền móng công trình như nhà ở, cầu đường và đê đập thường cần các kiến thức về (a) tải trọng truyền từ kết cấu phần trên xuống hệ móng (b) điều kiện địa chất đất nền (c) tính chất ứng suất - biến dạng của đất mang hệ móng và (d) yêu cầu của các quy tắc, quy phạm, tiêu chuẩn xây dựng. Đối với kỹ sư nền móng, hai yếu tố (b) và (c) là vô cùng quan trọng vì chúng thuộc lĩnh vực cơ học đất. Các tính chất địa kỹ thuật của một loại đất như phân bố cỡ hạt, tính dẻo, tính nén ép và tính chống cắt, có thể xác định được từ trong phòng thí nghiệm. Trong thời gian gần đây đã nhấn mạnh tới việc xác định hiện trường các tính chất về độ bền và tính biến dạng của đất, vì quá trình này tránh được sự xáo động mẫu đất khi khảo sát hiện trường. Tuy nhiên, trong những điều kiện nhất định, không phải tất cả các thông số cần thiết đều có thể xác định được vì điều kiện kinh phí. Trong những trường hợp như vậy, người kỹ sư phải có những giả định về các tính chất của đất. Để có được độ chính xác các thông số của đất - dù là chúng được xác định trong phòng hay hiện trường hoặc được giả định - người kỹ sư phải hiểu thấu đáo những nguyên lý cơ bản của cơ học đất. Đồng thời phải thấy rằng phần lớn các công trình xây dựng trên đất trầm tích không đồng chất. Do vậy, người kỹ sư phải có một sự hiểu biết thấu đáo về địa chất của khu vực, đó là nguồn gốc và bản chất của địa tầng cũng như các điều kiện địa chất thuỷ văn... Kỹ thuật nền móng là một sự phối hợp khéo léo của cơ học đất, địa chất công trình, và suy đoán riêng có được từ kinh nghiệm thực tế. Ở một mức độ nào đó, kỹ thuật nền móng có thể được gọi là một lĩnh vực nghệ thuật. Khi xác định loại móng nào là kinh tế nhất, người kỹ sư phải xem xét tải trọng của kết cấu phần trên, điều kiện đất nền và độ lún cho phép. Nói chung, có thể phân các móng nhà và cầu làm hai loại chủ yếu sau: (1) móng nông và (2) móng sâu. Trong hầu hết loại móng nông, độ sâu đặt móng có thể đều bằng hoặc nhỏ hơn từ ba đến bốn lần chiều rộng móng. Móng cọc và móng đúc tại chỗ thuộc loại móng sâu. Chúng được chọn dùng khi lớp phần trên có sức chịu tải thấp và khi dùng móng nông sẽ gây hư hại lớn hoặc mất ổn định kết cấu công trình. Chương này chủ yếu là ôn lại những tính chất địa kỹ thuật cơ bản của đất, bao gồm các vấn đề về phân bố cỡ hạt, tính dẻo, phân loại đất 1.2. Phân bố cỡ hạt Trong bất kỳ khối đất nào, cỡ hạt thường thay đổi rất lớn. Để phân loại đất được hợp lý, ta phải biết được phân bố cỡ hạt của nó. Phân bố cỡ hạt của đất hạt thô thường được xác định bằng phương pháp phân tích rây. Đối với đất hạt mịn, phân bố cỡ hạt được xác định bằng phân tích tỷ trọng kế. Mục này giới thiệu đặc điểm cơ bản của các phân loại trên. Có thể xem mô tả chi tiết hơn trong các sổ tay thí nghiệm đất trong phòng (Das, 2002). Phân tích bằng phương pháp rây Phân tích rây được thực hiện bằng cách lấy một lượng đất khô, vụn rời cho qua một bộ rây có lỗ nhỏ dần, dưới đáy có một khay hứng. Cân và xác định phần trăm luỹ tích lượng đất được giữ lại trên mỗi rây. Phần trăm này thường được gọi là phần trăm hạt nhỏ hơn (percent finer). Bảng 1.1 trình bày cỡ bộ rây Hoa kỳ. Bộ rây này thường được dùng phân tích đất cho phân loại. 3 Bảng1.1. Cỡ rây tiêu chuẩn Hoa Kỳ Rây số 4 6 8 10 16 20 30 40 50 60 80 100 140 170 200 270 Lỗ rây (mm) 4.750 3.350 2.360 2.360 1.180 0.850 0.600 0.425 0.300 0.250 0.180 0.150 0.106 0.088 0.075 0.053 Hình 1.1 Cho đường cong bán log, xác định theo phân tích rây, biểu thị quan hệ giữa phần trăm khối lượng nhóm hạt có kích thước nhỏ hơn D theo thang số học với đường kính D theo thang logarit. Hình 1.1. Đường phân bố cỡ hạt đất hạt thô từ phân tích bằng phương pháp rây Từ đường cong phân bố cỡ hạt có thể xác định hai thông số của đất hạt thô: (1) hệ số đồng đều (Cu) và (2) hệ số cấp phối hay hệ số độ cong (Cc), được biểu thị lần lượt như sau: (1.1) và (1.2) Trong đó: D10, D30 và D60 theo thứ tự là các đường kính tương ứng với các phần trăm các hạt nhỏ hơn 10%, 30% và 60%. Theo đường cong phân bố cỡ hạt nêu trên hình 1.1, D10 = 0,08mm, D30 = 0,17mm, và D60 = 0,57mm. Như vậy các giá trị Cu và Cc là và Các thông số Cu và Cc được dùng trong hệ phân loại đất thống nhất (USC) sẽ được nêu sau này. Cỡ hạt, D (mm) Ph ần tr ăm h ạt n hỏ h ơn (t he o kh ối lư ợn g) 10 60 D DCu = ))(( 1060 2 30 DD DCc = 13,7 08,0 57,0 ==uC ( )( ) 63,008,057,0 )17,0( 2 ==cC 4 Phân tích bằng phương pháp tỷ trọng kế Phân tích tỷ trọng kế dựa trên nguyên lý lắng đọng của các hạt đất trong nước. Thí nghiệm này cần dùng 50 gam bột đất khô cho vào 125cc tác nhân phá keo, thường dùng nhất là sodium hexametaphosphate 4%. Đất được ngâm ít nhất là 16 giờ trong tác nhân phá keo. Sau khi ngâm, đổ thêm nước cất vào hỗn hợp đất - tác nhân phá keo rồi lắc kỹ. Sau đó đổ mẫu đất vào ống lường thuỷ tinh 1000 ml. Cho thêm nước cất vào ống lường tới vạch 1000 ml rồi lại lắc kỹ hỗn hợp. Thả một tỷ trọng kế vào ống lường để đo tỷ trọng của thể vẩn đất - nước quanh nó trong khoảng thời gian thường trên 24 giờ (hình 1.2). Các tỷ trọng kế được hiệu chỉnh để thấy được lượng hạt đất vẫn lơ lửng ở bất kỳ thời gian nào đã quy định. Đường kính lớn nhất của các hạt đất vẫn còn ở thể vẩn tại thời điểm t có thể được xác định bằng luật Stoke. (1.3) Trong đó: D = đường kính hạt đất Gs = tỷ trọng của hạt đất η = độ nhớt của nước γw = trọng lượng đơn vị của nước L = độ dài hiệu quả (độ dài đo từ mặt nước trong ống lường đến tâm tỷ trọng kế; xem hình 1.2) t = thời gian Những hạt đất có đường kính lớn hơn những hạt tính theo phương trình 1.3 có thể lắng ngoài vùng đo. Theo đó, nhờ số đọc trên tỷ trọng kế lấy tại các thời điểm khác nhau có thể tính được phần trăm những hạt nhỏ hơn một đường kính D đã cho và từ đó vẽ được đường phân bố cỡ hạt. Vậy có thể kết hợp kỹ thuật rây và tỷ trọng kế đối với đất có cả thành phần hạt thô và mịn. 1.3. Giới hạn cỡ hạt đất Nhiều tổ chức đã căn cứ vào các cỡ hạt có trong đất để nêu lên giới hạn các cỡ hạt sỏi - sạn (gravel), cát (sand), bụi (silt) và sét (clay). Bảng 1.2 biểu thị các giới hạn kích cỡ do Hiệp hội các Cơ quan Đường bộ và Giao thông Quốc gia Hoa kỳ (AASHTO) và Hệ phân loại đất thống nhất (USC) do ba cơ quan (Quân đoàn kỹ sư, bộ Quốc phòng, và Cục Cải tạo đất) khuyến nghị. Bảng này cho thấy các hạt nhỏ hơn 0.002 mm được xếp vào loại sét. Tuy nhiên, sét tự nhiên có tính dính và có thể cuốn lại thành ống khi ướt. Tính chất này gây ra bởi sự có mặt của các khoáng vật sét như kaolinite, illite, và montmorillonite. Ngược lại, một số khoáng vật như quartz và feldspar có thể có trong loại ( ) t L G D ws γ η 1 18 − = H×nh 1.2. Ph©n tÝch tû träng kÕ 5 đất hạt nhỏ như các khoáng vật sét, nhưng những hạt này không có tính dính như các khoáng vật sét. Do vậy, chúng được gọi là các hạt cỡ hạt sét, mà không phải là các hạt sét. Bảng 1.2. Giới hạn các cỡ hạt Hệ phân loại Cỡ hạt (mm) Thống nhất (USC) AASHTO Sỏi - sạn: 75 mm ÷ 4.75 mm Cát: 4.75 mm to 0.075 mm Bụi và sét (hạt mịn): < 0.075 mm Sỏi - sạn: 75 mm ÷ 2mm Cát: 2 mm to 0.05 mm Bụi: < 0.05 mm ÷ 0.002 mm Sét: < 0.002 mm 1.4. Các quan hệ trọng lượng - thể tích Trong tự nhiên đất là một hệ ba pha, bao gồm các hạt rắn, nước và không khí (hoặc khí). Để lập các quan hệ trọng lượng - thể tích, có thể tách riêng ba pha như nêu trên hình 1.3a. Dựa trên sơ đồ đó có thể thiết lập các quan hệ nêu trên. Hệ số rỗng e là tỷ số giữa thể tích lỗ rỗng và thể tích hạt rắn của đất trong một khối đất đã cho hay (1.4) (a) Hình 1.3 Các quan hệ trọng lượng - thể tích trong đó: Vv = thể tích lỗ rỗng; Vs = thể tích hạt rắn của đất s v V Ve = Thể tích Trọng lượng V W Ư Vv Trọng lượng Wa = 0 Ww Ws Thể tích Va Vw Vs Không khí Nước Hạt rắn Vv = e Chú ý: Vw = wGs = Se Ww = wGsγw Trọng lượng Wa = 0 Ws = Gsγw Không khí Nước Hạt rắn Thể tích Va Vs = 1 Vw = wGs (b) Đất không bão hoà: V = 1 Trọng lượng Ws = Gsγw Thể tích Vw = wGs = e (c) Đất bão hoà: Vs = 1 Ww = wGsγw = eγw Vs = 1 Nước Hạt rắn 6 Độ rỗng, n, là tỷ số giữa thể tích lỗ rỗng với thể tích mẫu đất, hay (1.5) trong đó: V - tổng thể tích của đất Hơn nữa (1.6) Độ bão hoà, S, là tỷ số giữa thể tích nước trong lỗ rỗng với thể tích lỗ rỗng, thường biểu thị theo phần trăm, hay (1.7) Trong đó: Vw = thể tích nước Chú ý rằng, đối với các đất bão hoà, độ bão hoà là 100%. Các quan hệ trọng lượng là độ ẩm, trọng lượng đơn vị ẩm, trọng lượng đơn vị khô, và trọng lượng đơn vị bão hoà, thường được định nghĩa như sau: Độ ẩm = ( ) 100% ×= s w W Ww (1.8) Trong đó Ws = trọng lượng hạt rắn của đất; Ww = trọng lượng nước Trọng lượng đơn vị ẩm = (1.9) Trong đó W = tổng trọng lượng của mẫu đất = Ws + Ww Trọng lượng khí, Wa, trong khối đất giả định không đáng kể. Trọng lượng đơn vị thể tích khô (1.10) Khi mẫu đất hoàn toàn bão hoà (nghĩa là nước chiếm toàn bộ lỗ rỗng), trọng lượng đơn vị (TLĐV) ẩm của đất [PT. (1.9)] bằng TLĐV bão hoà (γsat). Vậy γ = γsat nếu Vv = Vw. Bây giờ có thể lập các quan hệ tiện dụng hơn bằng cách coi một mẫu đất đại biểu trong đó phần hạt rắn lấy bằng đơn vị, như nêu trong Hình 1.3b. Chú ý rằng nếu V = 1, thì, từ PT. (1.4), Vv = e và trọng lượng hạt rắn là Ww = Gs γw Trong đó Gs = tỷ trọng hạt rắn của đất γw = TLĐV của nước (9,81 kN/m3 , hay 62.4 lb/ft3) Cũng vậy, từ PT. (1.8), trọng lượng của nước Ww = wWs. Như vậy, đối với mẫu đất xét, Ww = wWs = wGsγw. Bây giờ, đối với quan hệ tổng quát của TLĐV ẩm cho trong PT. (1.9), (1.11) Tương tự, TLĐV khô [PT (1.10)] là : (1.12) ( ) 100% ×= n w V VS V W =γ V Ws d =γ ( ) e wG VV WW V W ws vs ws + + = + + == 1 1γγ e G VV W V W ws vs ss d + = + == 1 γ γ V Vn v= e e V V V V V V VV V V Vn s v s s s v vs vv + = + = + == 1 7 Từ các PT (1.11) và (1.12), chú ý rằng (1.13) Nếu mẫu đất hoàn toàn bão hoà, như nêu trên hình 1.3c thì Vv = e. Cũng vậy đối với trường hợp này, Như vậy, e = wGs (chỉ đối với đất bão hoà) (1.14) và trọng lượng đơn vị bão hoà của đất là (1.15) Quan hệ tương tự như PT (1.11), (1.12), và (1.13) tính theo tính rỗng cũng có thể nhận được xét theo mẫu đất biểu thị với thể tích đơn vị. Các quan hệ đó như sau ( )( )wnG ws +−= 11γγ (1.16) ( ) wsd Gn γγ −= 1 (1.17) ( )[ ] wssat nGn γγ +−= 1 (1.18) Trừ bùn và đất có hàm lượng hữu cơ cao, phạm vi chung các giá trị tỷ trọng hạt đất (Gs) thấy trong tự nhiên thường nhỏ. Bảng 1.3 cho một số giá trị tiêu biểu. Trong thực tế, có thể lấy một giá trị chấp nhận được thay cho việc phải tiến hành thí nghiệm. Bảng 1.3 Tỷ trọng của một số loại đất Loại đất Gs Bụi 2,64 ÷ 2,66 Sét 2,67 ÷ 2,73 Đá phấn 2,70 ÷ 2,90 Hoàng thổ 2,65 ÷ 2,73 Bùn 1,30 ÷ 1,9 Bảng 1.4 giới thiệu một số giá trị tiêu biểu về hệ số rỗng, TLĐV khô và độ ẩm (trong trạng thái bão hoà) của một số loại đất thường gặp ở tự nhiên. Chú ý rằng trong hầu hết đất rời, hệ số rỗng biến đổi từ khoảng 0,4 đến 0,8. TLĐV khô của loại đất này thường ở vào khoảng 14 ÷ 19 kN/m3 (90 ÷ 120 lb/ft3) wd + = 1 γγ s w ws w w v wG wGWV === γ γ γ e eG VV WW wws vs ws sat + + = + + = 1 γγ γ 8 Bảng 1.4. Giá trị tiêu biểu của hệ số rỗng, độ ẩm, TLĐV khô của một số đất Loại đất Hệ số rỗng Độ ẩm tự nhiên bão hoà (%) TLĐV khô, γd E (kN/m3) (lb/ft3) Cát xốp đều hạt 0,8 30 14,5 92 Cát chặt đều hạt 0,45 16 18 115 Cát bụi xốp hạt góc cạnh 0,65 25 16 102 Cát bụi chặt hạt góc cạnh 0,4 15 19 120 Sét cứng 0,6 21 17 108 Sét mềm 0,9 ÷ 1,4 30 ÷ 50 11,5 ÷ 14,5 73 ÷ 92 Hoàng thổ 0,9 25 13,5 86 Sét hữu cơ mềm 2,5 ÷ 3,2 90 ÷120 6 ÷ 8 38 ÷ 51 Sét băng 0,3 10 21 134 1.5. Độ chặt tương đối Trong đất hạt rời, độ chặt hiện trường có thể được đo bằng độ chặt tường đối (ĐCTĐ), được xác định như sau: ( ) 100% minmax max × − − = ee eeDr (1.19) Trong đó: emax - hệ số rỗng của đất ở trạng thái xốp nhất; emin - hệ số rỗng của đất ở trạng thái chặt nhất; e - hệ số rỗng hiện trường Các giá trị emax được xác định trong phòng thí nghiệm theo lộ trình thí nghiệm nêu trong Tiêu chuẩn ASTM (2000, D - 4254). Bảng 1.5. Độ chặt của đất hạt rời Độ chặt tương đối (%) Mô tả 0 ÷ 20 Rất xốp rời 20 ÷ 40 Xốp rời 40 ÷ 60 Chặt vừa 60 ÷ 80 Chặt 80 ÷100 Rất chặt Độ chặt tương đối cũng có thể biểu thị theo TLĐV khô, hay ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 100% max minmax min ×         − − = d d dd dd rD γ γ γγ γγ (1.20) Trong đó: γd - TLĐV khô hiện trường; γd(max) - TLĐV khô ở trạng thái chặt nhất; đó là khi hệ số rỗng là emin γd(min) - TLĐV khô ở trạng thái xốp nhất; đó là khi hệ số rỗng là emax 9 Mức chặt của đất hạt rời đôi khi có quan hệ với độ chặt tương đối. Bảng 1.5 cho tương quan chung của mức độ chặt và Dr. đối với cát tự nhiên, độ lớn của emax và emin [PT. (1.19)] có thể biến đổi rộng. Lý do chủ yếu của sự biến đổi rộng đó là ở hệ số đồng đều Cu và trạng thái tròn nhẵn hay sắc cạnh của các hạt. Ví dụ 1.1. Một mẫu đất có tính đại diện lấy từ hiện trường có trọng lượng 1,8kN và thể tích là 0,1m3. Độ ẩm xác định trong phòng là 12,6%. Cho Gs =2,71, hãy xác định các chỉ tiêu sau: a) TLĐV ẩm; b) TLĐV khô; c) Hệ số rỗng; d) Độ rỗng; e) Độ bão hoà Lời giải: a) TLĐV ẩm. Từ PT. (1.9): 23 /181,0 8,1 mkN m kN V W ===γ b) TLĐV khô. Từ PT (1.13) 3/99,15 100 6,121 18 1 mkN wd = + = + = γγ c) Hệ số rỗng. Từ PT. (1.12) e G ws d + = 1 γ γ hay: ( )( ) 66,01 99,15 81,971,21 =−=−= d wsGe γ γ d) Độ rỗng. Từ PT. (1.6) 398,0 66,01 66,0 1 = + = + = e en e) Độ bão hoà. Từ PT. (1.3b) và theo hình 1.3b, ta có: ( )( ) %7,51100 66,0 71,2126,0 =×=== e wG V VS s v w Ví dụ 1.2. Thí nghiệm một loại đất rời (cát) trong phòng thí nghiệm, tìm được hệ số rỗng lớn nhất và nhỏ nhất theo thứ tự là 0.84 và 0.38. Giá trị Gs xác định được là 2.65. Một trầm tích đất tự nhiên cùng loại cát đó có độ ẩm 9% vàTLĐV ẩm là 18,64kN/m3. Xác định độ chặt tương đối của đất tại hiện trường. Lời giải: Từ PT. (1.13) 3/1,17 100 9! 64,18 1 mkN wd = + = + = γγ Cũng vậy e G ws d +1 γ γ 10 Hay ( )( ) 52,01 1,17 81,965,21 =−=−= d wsGe γ γ Từ PT. (1.19) %6,69696,0 38,084,0 52,084,0 minmax max == − − = − − = ee eeDr 1.6. Các giới hạn Atterberg Khi đất sét được trộn với lượng nước qúa mức, nó có thể chảy như một bán dịch thể. Nếu đất đó được làm khô dần, nó sẽ giống như một vật liệu đàn hồi, nửa cứng hoặc rắn cứng tuỳ thuộc hàm lượng nước chứa trong đó. Độ ẩm, tính theo phần trăm, tại đó đất biến đổi từ trạng thái chảy sang dẻo được định nghĩa là giới hạn chảy (LL). Tương tự, độ ẩm, tính theo phần trăm, tại đó đất biến đổi từ trạng thái dẻo sang nửa cứng và từ nửa cứng sang cứng rắn được định nghĩa theo thứ tự là giới hạn dẻo (PL) và giới hạn co (SL). Những giới hạn này được xem là các giới hạn Atterberg (hình 1.4): • Giới hạn chảy của đất được xác định bằng dụng cụ Casagrande, (ASTM D - 4318), là độ ẩm tại đó độ khép của rãnh khía là 12.7 mm (1/2 in.) xảy ra sau 25 lần đập. • Giới hạn dẻo được quy định là độ ẩm tại đó dây đất vê thành đường kính 3,18mm (1/8 in) (ASTM D - 4318), bị nứt rạn. • Giới hạn co được quy định là độ ẩm tại đó đất không bị thay đổi thể tích khi mất nước (ASTM D - 427). §é Èm Hình 1.4: Định nghĩa các giới hạn Atterberg Hiệu giữa hạn chảy và hạn dẻo được quy định gọi là chỉ số dẻo (PI), hay PI - LL - PL (1.21) Trạng thái cứng Trạng thái nửa cứng Trạng thái dẻo Trạng thái nửa dịch thể w V 11 Bảng 1.6 cho một số giá trị tiêu biểu của hạn chảy và hạn dẻo một số khoáng vật và đất. Tuy nhiên các giới hạn Atterberg của các đất khác nhau biến đổi rất lớn, tuỳ thuộc nguồn gốc của đất và lượng khoáng sét có trong đó. Bảng 1.6. Giới hạn chảy và dẻo của một số khoáng sét và đất Mô tả Hạn chảy Hạn dẻo Kaolinite 35 ÷ 100 25 ÷35 Lllite 50 ÷100 30 ÷ 60 Montmorillonite 100 ÷ 800 50 ÷100 Sét xanh Boston 40 20 Sét Chicago 60 20 Sét Louisiana 75 25 Sét
Tài liệu liên quan