Bài giảng Địa chất công trình - Chương 3: Tính chất vật lý và thủy tính của đất đá

Nội dung text: Bài giảng Địa chất công trình - Chương 3: Tính chất vật lý và thủy tính của đất đá

1. Chương 3: Tính chất vật lý và thủy tính của đất đá 1 Tính chất vật lý 1. Tính rỗng, xốp của đất đá. 2. Tính nứt nẻ của đất đá. Nội dung 3. Khối lượng riêng 4. Trọng lượng riêng 5. Tỷ trọng 2 Thủy tính của đất đá 1. Độ ẩm của đất đá. 5. Tính thấm nước. 2. Độ bão hòa. 6. Tính hóa mềm và tan rã. 3. Độ nhã nước. 7. Tính trương nở và co ngót. 4. Tính mao dẫn.
2. YÊU CẦU CHƯƠNG 3  Hiểu được các khái niệm, đặc điểm vật lý, thủy tính của đất đá và biểu thức tínhThis image cannot currently be displayed. toán.  Sử dụng các biểu thức trong bài học để giải quyết bài toán về dung trọng, các độ ẩm giới hạn, chỉ số dẻo, độ sệt, độ chặt  Dựa vào các chỉ tiêu vật lý và thủy tính đánh giá trạng thái của đất, gọi tên đất.  Hiểu được các nhân tố ảnh hưởng đến các đặc điểm vật lý - thủy tính của đất đá.
3. 3.1. Tính chất vật lý Thông thường đất đá có ba thành phần tạo nên là rắn – lỏng – khí. Tỷ lệ của ba thành phần này thay đổi thì trạng thái vật lý cũng thay đổi theo. Thể tích Khối lượng V khí a Qa Vw lỏng Q V Qw V rắn s Qs
4. 3.1 Tính chất vật lý 3.1.1 Tính rỗng xốp của đất đá.  Đối với đá cứng chắc, các lỗ rỗng thường là các lỗ rỗng bịt kín. Đối với các trầm tích mềm rời thường là các lỗ rỗng tạo ra ở giữa các hạt đất với nhau  Lỗ rỗng trong đất không những làm mất tính liên tục mà còn ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính cường độ, biến dạng của đất  Đá phun trào Bazan, đất sét, đất bùn là các lỗ rỗng hở liên thông với khí quyển. Đá Granite, đá phiến Xerixit đặc xít là các lỗ rỗng kín.
5. 3.1 Tính chất vật lý : Chỉ tiêu định lượng mức độ rỗng của đất đá là độ rỗng n và hệ số rỗng e. * Độ rỗng : là phần trăm thể tích lỗ rỗng và thể tích đất đá tương ứng. Được biểu diễn dưới dạng công thức:This image cannot currently be displayed. n vr x100% Vr là thể tích lỗ rỗng của đất đá. v V là thể tích của đất đá. Thông thường, n được tính bằng đơn vị %, và thay đổi từ 0-100. * Hệ số rỗng: là tỷ số giữa thể tích lỗ rỗng với thể tích phần hạt rắn của đất đá r e v x100%Vh là thể tích phần hạt của đất đá. vh Trong xây dựng người ta thường dùng hệ số rỗng e để đánh giá trạng thái của đất rời.Tiêu chuẩn và độ chặt của đất rời (QPXD 45-78)
6. 3.1 Tính chất vật lý Trạng thái của đất Loại đất Chặt Chặt vừa Xốp This image cannot currently be displayed. Cát sỏi, cát to, cát vừa e 0.70 Cát nhỏ e 0.75 Cát bụi e 0.80 Trong thực tế, đối với đất rời (cát), còn sử dụng chỉ tiêu tương đối để đánh giá độ chặt của đất.   D = max max min D ≤ 0.33 : Đất ở trạng thái rời xốp 0.33 0.66 : Đất ở trạng thái chặt chẽ
7. 3.1 Tính chất vật lý 3.1.2. Tính nứt nẻ của đất đá Để biểu thị phương phát triển của kheThis image nứt, cannot currently be displayed. trong thực tế hay sử 350 0; 360 10 340 dụng đồ thị hình tròn khe nứt. 20 330 30 320 40  Góc dốc được biểu thị bằng 310 50 các vòng tròn đồng tâm (0÷900). 300 60  Góc phương vị hướng dốc xác 290 70 định trên vòng tròn theo chiều kim đồng hồ (0÷3600). 280 80 270 90  Mỗi khe nứt biểu thị bằng 1 10 20 30 40 50 60 70 80 90 điểm. 260 100  Khe nứt kiến tạo màu đỏ, 250 110 phong hóa màu xanh, khe nứt hở 240 120 khuyên trắng, khe nứt kín chấm 230 130 đen 220 140 210 150 200 160 190 170 180
8. 3.1 Tính chất vật lý Trong thực tế, để đánh giá mức độ nứt nẻ của đá cứng, This image cannot currently be displayed. thường hay sử dụng hệ số khe hở Kk : Fn K = với : F : Diện tích bề mặt của ke nứt k F n F : Diện tích bề mặt đá xác định Fn thông thường F = (4-8) m2 Kk ≤ 0.02 : Nứt nẻ yếu 0.02 0.2 : Nứt nẻ hoàn toàn (đặc biệt mạnh)
9. 3.1 Tính chất vật lý 3.1.3. Dung trọng Qs * Dung trọng hạt : s Vs Q * Tỷ trọng : s V s . n Q * Dung trọng tự nhiên :  w V * Dụng trọng đẩy nổi : đn = (s - n)(1-n) Q * Dung trọng khô :  s k V
10. 3.2 Thủy tính của đất đá Q 3.2.1 Độ ẩm W = w This image cannot currently be displayed. Qs Trong đất dính, thường sử dụng các độ ẩm giới hạn tương ứng với trạng thái của đất . Cứng Nửa cứng Dẻo Chảy Lỏng W W Wco Wd Wch l (Giới hạn co) (Giới hạn dẻo) (Giới hạn chảy) (Giới hạn lỏng) * Chỉ số dẻo : Id = Wch - Wd Loại đất IP Cát pha IP 17
11. 3.2 Thủy tính của đất đá Chỉ số độ sệt Loại đất B 1 This image cannot currently be displayed. Đất sét pha và sét Cứng Nửa cứng Dẻo cứng Dẻo mềm Dẻo chảy Nhão Đất cát pha Cứng Dẻo Nhão  Đối với đất cát, thường sử dụng độ bão hòa (độ ẩm tương đối) để đánh giá trạng thái của đất G = với Wbh : Độ ẩm bão hòa của đất. Wbh 0 < G ≤ 0.5 : Đất hơi ẩm 0.5 < G ≤ 0.8 : Đất ẩm . 0.8 < G ≤ 1 : Đất bão hòa
12. 3.2 Thủy tính của đất đá 3.2.2 Độ nhã nước. Là khả năng nước trong đất đá được phóng thích bằng cách chảy tự do dưới tác dụng của thế năngThis image cannot trọng currently be displayed. lực . Wnn= Wbh - Wptmax Gpt Gk Wpt max Gk Khả năng này được biểu thị bằng hệ số nhả nước () là tỷ số giữa thể tích nước tự do chảy ra khỏi đất đá bão hòa với thể tich toàn bộ đất đá Đất đá Hệ số nhả nước, Cát thô 0.35 – 0.25 Cát nhỏ 0.2 – 0.15 Cát mịn 0.15 – 0.1 Sét pha, cát pha < 0.1 Than bùn 0.05 – 0.15
13. 3.2 Thủy tính của đất đá 3.2.3 Tính mao dẫn Trong đất đá, lổ rỗng do các hạt đất đá tạo ra thường nhỏ do This image cannot currently be displayed. đó, với ảnh hưởng sức căng bề mặt của nước dưới đất, có thể tạo dòng thấm ngược với phương trọng lực (nước mao dẫn). 2.cos Hmd r.g.n Khi đất đá xem như bị thấm ướt hòan toàn (=00) thì Hmd có thể tính gần đúng : 0.15 0.3 Hmd r d nước
14. 3.2 Thủy tính của đất đá 3.2.4 Tính thấm nước Nước thấm qua các lổ hổng, kheThis imagenứt cannot currently be displayed. của đất đá, tính thấm nước được đặc trưng bằng hệ số thấm (K) là vận tốc thấm của nước dưới đất trong đất đá khi gradien thủy lực bằng 1 đơn vị. Đất đá K (m/ngđ) Khả năng thấm Đá cứng, sét chặt < 0.001 Không thấm Sét 0.001 – 0.01 Sét pha 0.01 – 0.1 Thấm yếu Cát pha 0.1 – 0.5 Cát mịn 0.5 – 1 Cát nhỏ 1 – 5 Thấm tốt Cát trung đến sỏi 5 - 200
15. 3.2 Thủy tính của đất đá 3.2.5 Tính hóa mềm và tan rã 3.2.5.1. Tính hóa mềm của đất đá. This image cannot currently be displayed. Đối với đá cứng, khi tiếp xúc với nước có thể không bị trương nở mà cường độ của chúng bị giảm đi, Để đánh giá khả năng đó, thực tế thường sử dụng hệ số hóa mềm (K ): hm bh Rn Khm k Rn bh k Rn ,Rn : Cường độ kháng nén của mẫu đá khi bão hòa nước và khi khô ráo Khm = (1-0.9] : Khả năng hóa mềm yếu. Khm = (0.9 – 0.75) : Khả năng hóa mềm trung bình. Khm ≤ 0.75 : Khả năng hóa mềm mạnh
16. 3.2 Thủy tính của đất đá 3.2.5.2. Tính tan rã của đất đá. Nguyên nhân gây ra hiện tượng tan rã là do mối liên kết giữa các hạt hoặc các kết tụ của đất bị yếu đi vì chất gắn kết giữa chúng bị hòa tan trong quá trình thủy hóa. * Thời gian tan rã: là khoảng thời gian mà ở trong nước mẫu đất đá mất tính dính kết và phân rã thành các phân tố có kích thước khác nhau. * Đặc điểm tan rã phản ánh hình thức tan rã của đất đá. Ở Việt Nam, đất đỏ Bazan ở Tây Nguyên có tính tan rã lớn và nhanh.
17. 3.2 Thủy tính của đất đá 3.2.6 Tính trương nở- co ngót : Khi tiếp xúc với nước, đất dính thườngThis image cannot currently be displayed. trương nở do bề dày màng nước liên kết vật lý của các hạt tăng lên, khoảng cách giữa hạt càng rời xa nhau, ngược lại, khi nhả nước thì đất dính sẽ co ngót. Để đánh giá khả năng trương nở, thường sử dụng hệ số trương nở (Rn) và áp lực trương nở (Pn) V V H H R n n n V H V,H,Vn,Hn : Thể tích, chiều cao của mẫu đất trước và sau khi trương nở
18. 2.2 Thủy tính của đất đá : 2.2.4 Tính trương nở- co ngót : This image cannot currently be displayed. Loại đất Rn (%) Pn (mPa) Không trương nở < 4 < 0.25 Trương nở yếu [4 – 10) [0.25 – 1) Trương nở trung bình [10 – 15) [1 – 2.5) Trương nở mạnh ≥ 15 ≥ 2.5