.png)
.png)
.png)
Nên khảo sát địa chất với bao nhiêu chỉ tiêu thí nghiệm ?
Nên khảo sát địa chất với bao nhiêu chỉ tiêu thí nghiệm ?
Nên khảo sát địa chất với bao nhiêu chỉ tiêu thí nghiệm ?
Việc xác định bao nhiêu chỉ tiêu phụ thuộc vào người thiết kế, tính toán cần những thông số nào. Do đó việc xác định 7 chỉ tiêu, 9 chỉ tiêu hay 17 chỉ tiêu thật sự cũng không được đề cập một cách thật chính xác. Dưới đây là phân loại 7 chỉ tiêu, 9 chỉ tiêu và 17 chỉ tiêu một cách “thông thường” nhất.
7, 9 VÀ 17 CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA ĐẤT ???
07 chỉ tiêu cơ lý của đất áp dụng cho mẫu đất không nguyên dạng, không có tính dính
1.Thành phần hạt của đất (TCVN 4198 – 2014)
2.Độ ẩm của đất (TCVN 4196 – 2012)
3.Dung trọng tự nhiên (dung trọng ướt) của đất (TCVN 4202 – 2012)
4.Khối lượng riêng của đất (TCVN 4195 – 2012)
5.Tính nén lún của đất (TCVN 4200 – 2012)
6.Góc ma sát trong của đất (TCVN 4199 – 1995)
7.Lực dính của đất (TCVN 4199 – 1995)
Đối với đất cát không dính có thí nghiệm xác định góc nghỉ tự nhiên (góc nghỉ khô và góc nghỉ ướt) bằng phương pháp rót cát (TCVN 8724 – 2012) và không có kết quả góc ma sát trong và lực dính.
09 chỉ tiêu cơ lý của đất áp dụng cho mẫu đất nguyên dạng bao gồm
1.Thành phần hạt của đất (TCVN 4198 – 2014)
2.Độ ẩm của đất (TCVN 4196 – 2012)
3.Dung trọng tự nhiên (dung trong ướt) của đất (TCVN 4202 – 2012)
4.Khối lượng riêng của đất (TCVN 4195 – 2012)
5.Giới hạn chảy của đất (TCVN 4197 – 2012)
6.Giới hạn dẻo của đất (TCVN 4197 – 2012)
7.Tính nén lún của đất (TCVN 4200 – 2012)
8.Góc ma sát trong của đất (TCVN 4199 – 1995)
9.Lực dính kết của đất (TCVN 4199 – 1995)
Đối với đất không có tính dính (hàm lượng sét < 10%) sẽ không thí nghiệm chảy – dẻo.
Đối với đất sét pha có chứa nhiều sạn sỏi (hàm lượng > 30%) sẽ không có thí nghiệm cắt, nén. Trường hợp sạn sỏi có hàm lượng > 50% sẽ không có thí nghiệm chảy – dẻo.
17 chỉ tiêu cơ lý của đất bao gồm 09 chỉ tiêu thí nghiệm và 08 chỉ tiêu tính toán ra từ 09 chỉ tiêu thí nghiệm
1.Thành phần hạt của đất (TCVN 4198 – 2014)
2.Độ ẩm của đất (TCVN 4196 – 2012)
3.Khối lượng (dung trọng) thể tích của đất (TCVN 4202 – 2012)
4.Khối lượng riêng của đất (TCVN 4195 – 2012)
5.Dung trọng khô của đất
6.Dung trọng đẩy nổi của đất
7.Hệ số rỗng của đất
8.Độ rỗng của đất
9.Độ bão hòa của đất
10.Giới hạn chảy của đất (TCVN 4197 – 2012)
11.Giới hạn dẻo của đất (TCVN 4197 – 2012)
12.Chỉ số dẻo
13. Độ sệt
14.Góc ma sát trong của đất (TCVN 4199 – 1995)
15.Lực dính của đất (TCVN 4199 – 1995)
16.Hệ số nén lún của đất (TCVN 4200 – 2012)
17.Môđun tổng biến dạng của đất
NỘI DUNG MỘT SỐ CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA ĐẤT
Để hiểu rõ các chỉ tiêu này cần phải xem xét mối quan hệ giữa các pha trong đất.
Đất bao gồm các pha rắn, lỏng và khí. Pha rắn có thể là các tinh thể khoáng vật, chất hữu cơ và cả hai. Khoảng không gian giữa pha rắn được gọi là các lỗ rỗng. Pha rắn thì nước chiếm ưu thế và không khí chiếm ưu thế trong pha khí. Nếu các lỗ rỗng trong đất được lấp đầy bởi nước, ta gọi là đất bão hòa, ngược lại là đất không bão hòa. Nếu tất cả các lỗ rỗng là không khí, ta gọi là đất khô
Như vậy, Tổng thể tích (V) của mẫu đất bao gồm thể tích pha rắn (VS), thể tích pha lỏng (VW) và thể tích pha khí (Va)
V = Vs + Vw + Va = Vs + Vv
Trong đó Vv = Vw + Va là thể tích lỗ rỗng.
Khối lượng của mẫu đất bao gồm khối lượng của pha rắn (Ws) và khối lượng của pha lỏng (Ww). Do đó:
W = WS + WW
1. Độ ẩm của đất (w) - (Water content hay Moisture content)
Là lượng nước chứa trong đất, được tính bằng (%) so với khối lượng đất khô.
2. Hệ số rỗng của đất (e) – (Void ratio)
Là tỷ sổ giữa thể tích lỗ rỗng trong đất và thể tích hạt đất trong mẫu đất đó.
3. Độ rỗng (n) – (Porosity)
Độ rỗng của đất là tỷ số giữa thể tích lỗ rỗng trong đất và thể tích đất ở trạng thái tự nhiên.
4. Tỷ trọng hạt (Gs) – (Specific gravity)
Là tỷ số khối lượng của một đơn vị thể tích đất ở trạng thái rắn, khô tuyệt đối và xếp chặt sít không lỗ rỗng.
Hay nói cách khác là tỷ số trọng lượng của hạt rắn khô tuyệt đối với trọng lượng của nước có cùng thể tích.
5. Độ bão hòa của đất (S) – (Degree of saturation)
Là tỷ số giữa thể tích nước trong một khối đất và thể tích lỗ rỗng của đất trong khối đất đó.
6. Dung trọng tự nhiên (dung trọng ướt – khối lượng thể tích tự nhiên) – (Unit weight – Bulk unit weight)
Là khối lượng của một đơn vị thể tích đất có kết cấu và độ ẩm tự nhiên.
7. Dung trọng bão hòa của đất (Saturated unit weight)
Là dung trọng của đất khi các lỗ rỗng của đất chứa đầy nước. Trong trường hợp này đất chỉ gồm hai thành phần: hạt rắn và nước.
8. Dung trọng đẩy nổi của đất (Effective unit weight)
Là dung trọng của đất khi bị ngập dưới mặt nước tự do, tức là bằng tỷ số giữa trọng lượng nổi của phần thể rắn trong khối đất và thể tích của khối đất đó.
9. Dung trọng khô của đất (Dry unit weight)
Dung trọng khô của đất hay còn gọi là khối lượng thể tích khô của đất. Là tỷ số giữa khối lượng hạt rắn trong đất và thể tích đất ở trạng thái tự nhiên.
10. Chỉ số dẻo - độ sệt (Plasticity Index – Liquidity Index)
Tính chất cơ lý của đất dính được liên kết với 4 trạng thái tách biệt: cứng, nửa cứng, dẻo và chảy. Nếu chúng ta vẽ sơ đồ khối lượng với hàm lượng nước như hình bên dưới, chúng ta có thể xác định trạng thái chảy ban đầu là điểm A.
Tại điểm B, đất trở nên cứng đến mức không còn khả năng chảy. Hàm lượng nước (độ ẩm) tại ranh giới điểm B được gọi là giới hạn chảy (Liquid limit – ký hiệu LL).
Khi đất tiếp tục khô, có một loạt hàm lượng nước mà tại đó đất có thể được đúc thành bất kỳ hình dạng mong muốn nào mà không bị nứt. Đất ở trạng thái này được cho là thể hiện hành vi dẻo, khả năng biến dạng liên tục mà không bị nứt. Nhưng nếu việc sấy khô được tiếp tục vượt quá phạm vi hàm lượng nước đối với hành vi dẻo, đất sẽ trở thành nửa cứng. Đất không thể được đúc ngay bây giờ mà không xuất hiện vết nứt. Hàm lượng nước tại đó đất thay đổi từ dẻo sang nửa cứng được gọi là giới hạn dẻo (Plastic limit - ký hiệu là PL)
Phạm vi hàm lượng nước mà đất biến dạng dẻo được gọi là chỉ số dẻo (Plasticity index – ký hiệu PI):
PI = LL – PL
Khi đất tiếp tục khô, nó sẽ chuyển sang trạng thái rắn gọi là trạng thái cứng. Ở trạng thái này, không có sự thay đổi thể tích nào nữa xảy ra do gần như toàn bộ nước trong đất đã bị loại bỏ. Hàm lượng nước tại đó đất thay đổi từ nửa cứng thành cứng được gọi là giới hạn co ngót (shrinkage limit - ký hiệu là SL). Giới hạn co ngót rất hữu ích cho việc xác định độ trương nở và khả năng co ngót của đất. Các giới hạn chảy và dẻo được gọi là giới hạn Atterberg; được đặt theo tên người khởi xướng, nhà khoa học đất Thụy Điển, A. Atterberg (1911).
Chúng ta có thể liên kết các đặc tính cường độ cụ thể với từng trạng thái của đất. Ở trạng thái chảy, đất có cường độ thấp nhất và biến dạng lớn nhất. Ở trạng thái cứng, đất có cường độ lớn nhất và biến dạng thấp nhất. Một thước đo cường độ đất bằng cách sử dụng các giới hạn Atterberg được gọi là Độ sệt (Liquidity Index – ký hiệu LI).
11. Góc ma sát trong và lực dính của đất (Internal friction angle – Coefficient cohesive)
Hai thông số góc ma sát trong và lực dính của đất thể hiện cường độ kháng (chống) cắt của đất.
Để xác định cường độ chống cắt của đất, người ta có thể dùng thí nghiệm cắt trực tiếp trên máy cắt phẳng.
Sau khi nén mẫu đất trên với một tải trọng thẳng đứng P nhất định, đợi cho mẫu đất hoàn toàn ổn định về biến dạng lún. Rồi đem cắt trực tiếp mẫu đất với tải trọng ngang tăng dần đến một vị trí tối đa nào đó (Q), mẫu đất bị cắt hoàn toàn. Trị số ứng suất cắt τ tại một điểm trên mặt trượt, khi đất bị trượt dưới áp lực nén σ được xác định bằng cách lấy lực cắt chia cho diện tích mặt cắt của mẫu đất.
Trong đó F là tiết diện ngang của mẫu đất
Cứ làm như vậy, ta thực hiện nhiều thí nghiệm để xác định sức chống cắt cực đại của đất ứng với mỗi áp lực nén khác nhau (thường 3 – 4 mẫu). Dựa vào kết quả thí nghiệm cắt đất, có thể xây dựng đồ thị của sự phụ thuộc giữa ứng suất nén σ và ứng suất cắt τ.
- Đối với đất rời:
Trong đó:
S là sức chống cắt cực đại của đất;
τgh là ứng suất cắt giới hạn;
σ là áp lực nén;
φ là góc ma sát trong của đất.
Biểu thức trên là biểu thức sức chống cắt của đất rời do C.A. Coulomb tìm ra đầu tiên vào năm 1773 mang tên là định luật cắt của đất hay còn gọi là định luật Coulomb.
“Sức chống cắt cực hạn của đất rời là sức cản ma sát, tỷ lệ thuận với áp lực nén thẳng đứng”
- Đối với đất dính
Đất dính khác với đất rời ở chỗ là giữa các hạt đất liên kết với nhau bởi màng nước hấp phụ, các vật chất keo dính và các vật chất gắn kết xi măng. Do đó, ngay khi biến dạng trượt còn rất nhỏ, đất dính cũng đã có một cường độ chống cắt nhất định. Vì vậy đối với đất dính, ngoài thành phần ma sát trong còn có thành phần lực dính cũng tham gia vào sức chống cắt của đất.
Bằng các thí nghiệm tương tự như đất rời, người ta được đồ thị sự phụ thuộc giữa ứng suất cắt τ và ứng suất nén thẳng đứng có dạng một đường thẳng cắt qua trục tung một đoạn bằng C.
Trong đó: C là lực dính kết đơn vị của đất
Định luật Coulomb viết cho đất dính được phát biểu như sau:
“Sức chống cắt cực đại của đất dính là hàm số bậc nhất đối với áp lực nén thẳng đứng và gồm hai thành phần: lực dính kết C không phục thuộc vào áp lực nén thẳng đứng và σ.tgφ tỷ lệ thuận với lực nén thẳng đứng.”
12. Hệ số nén lún và môđun biến dạng của đất (Coefficient of compressibility and Modulus of Deformation)
Xét một mẫu đất phân tố có chiều cao h và giả sử mẫu đất phân tố này gồm hai phần: thể tích hạt rắn và thể tích lỗ rỗng ứng với hệ số rỗng ban đầu e0. Dưới tác dụng của tải trọng P, biến dạng của mẫu đất chỉ do sự giảm thể tích lỗ rỗng gây ra, còn thể tích hạt rắn thì không thay đổi.
Nhưng : ΔV = Δh.F và V = h.F
F là diện tích mặt cắt ngang của mẫu đất;
Δh là chênh lệch chiều cao trước và sau khi nén lún của mẫu đất.
BÀI VIẾT LIÊN QUAN
Tiêu chuẩn Việt Nam về khảo sát hiện trạng công trình xây dựng TCVN 9381:2012
Quy định nhà nước khảo sát địa chất công trình
Quy trình khảo sát
Thí nghiệm xác định thành phần hạt của đất
