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

BÀI GIẢNG MÔN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Chương 2: Tính chất vật lý và thủy tính của đất đá CHƯƠNG 2TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ THỦY TÍNH CỦA ĐẤT ĐÁ Nền đất đá được xem là 1 hệ được cấu thành từ 3 pha : Rắn (hạt đất, đá) lỏng (nước), khí (lổ rỗng). 2.1 Tính chất vật lý : 2.1.1 Độ lổ rỗng và nứt nẻ của đất đá : Cần phân biệt lổ rỗng và khe nứt : Khe nứt là khoảng trống phát triển theo phương định hướng nào đó còn lổ hổng thì không. Trong đá cứng, sự có mặt các khe nứt sẽ làm mất đi tính liền khối của đá, các lổ hổng thì thường được bịt kín. Trong đất mềm rời, ít bắt gặp sự có mặt của khe nứt mà thường là các lổ hổng do các hạt đất đá tạo nên. 2.1 Tính chất vật lý : 2.1.1 Độ lổ rỗng và nứt nẻ của đất đá : * Độ rỗng : n = Thông thường, n được tính bằng đơn vị %, và thay đổi từ 0-100. * Hệ số rỗng :  = Hệ số rỗng của đất thông thường thay đổi từ 0-1, trường hợp đất đặc biệt như bùn sét, hệ số rông có thể >1. 2.1 Tính chất vật lý : 2.1.1 Độ lổ rỗng và nứt nẻ của đất đá : Trong thực tế, đối với đất rời (cát), còn sử dụng chỉ tiêu tương đối để đánh giá độ chặt chẽ của đất. D = D ≤ 0.33 : Đất ở trạng thái rời xốp 0.33 0.66 : Đất ở trạng thái chặt chẽ 2.1 Tính chất vật lý : 2.1.1 Độ lổ rỗng và nứt nẻ của đất đá : Để biểu thị phương phát triển của khe nứt, trong thực tế hay sử dụng đồ thị hình tròn khe nứt. 2.1 Tính chất vật lý : 2.1.1 Độ lổ rỗng và nứt nẻ của đất đá : Trong thực tế, để đánh giá mức độ nứt nẻ của đá cứng, thường hay sử dụng hệ số khe hở Kk : Kk = với : Fn : Diện tích bề mặt của ke nứt 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) 2.1 Tính chất vật lý : 2.1.2 Dung trọng : * Dung trọng hạt : * Tỷ trọng : * Dung trọng tự nhiên : * Dụng trọng đẩy nổi : đn = (s - n)(1-n) * Dung trọng khô : 2.2 Thủy tính của đất đá : 2.2.1 Độ ẩm : W = Trong đất dính, thường sử dụng các độ ẩm giới hạn tương ứng với trạng thái của đất . Wco Wd Wch Wl W Cứng Nửa cứng Dẻo Chảy Lỏng (Giới hạn co) (Giới hạn dẻo) (Giới hạn lỏng) (Giới hạn chảy) * Chỉ số dẻo : Id = Wch - Wd * Độ sệt : 2.2 Thủy tính của đất đá : 2.2.1 Độ ẩm : 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. 0 < G ≤ 0.5 : Đất hơi ẩm 0.5 < G ≤ 0.8 : Đất ẩm . 0.8 < G ≤ 1 : Đất bão hòa 2.2 Thủy tính của đất đá : 2.2.2 Tính mao dẫn : Trong đất đá, lổ rỗng do các hạt đất đá tạo ra thường nhỏ do 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). Khi đất đá xem như bị thấm ướt hòan toàn (=00) thì Hmd có thể tính gần đúng : nước 2.2 Thủy tính của đất đá : 2.2.2 Tính thấm nước : Nước thấm qua các lổ hổng, khe nứt 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. 2.2 Thủy tính của đất đá : 2.2.3 Tính ngậm nước : Là khả năng đất đá hấp phụ, giữ lại một lượng nước nhất định khi nước đó vẫn có khả năng vận động tự do dưới tác dụng của thế năng trọng lực. Lượng nước được giữ lại có thể do mao dẫn, nước liên kết vật lý của đất đá còn gọi là lượng ngậm nước phân tử cực đại . 2.2 Thủy tính của đất đá : 2.2.4 Tính nhả nước : Là khả năng nước trong đất đá được phóng thích bằng cách chảy tự do dưới tác dụng của thế năng trọng lực . 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 2.2 Thủy tính của đất đá : 2.2.4 Tính hóa mềm : Là khả năng nước trong đất đá được phóng thích bằng cách chảy tự do dưới tác dụng của thế năng trọng lực . 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 2.2 Thủy tính của đất đá : 2.2.4 Tính trương nở- co ngót : Khi tiếp xúc với nước, đất dính thường 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,H,Vn,Hn : Thể tích, chiều cao của mẫu đất trước và sau khi trương nở 2.2 Thủy tính của đất đá : 2.2.4 Tính trương nở- co ngót : 2.2 Thủy tính của đất đá : 2.2.5 Tính hóa mềm : 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 (Khm): : 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 2.2 Thủy tính của đất đá : 2.2.6 Tính tan rã : Một số loại đất đá (nhất là đất xốp rời), khi tiếp xúc với nước, mối liên kết giữa các hạt bị giảm sút là đất đá bị rã đi một phần hay hoàn toàn. Để đánh giá khả năng này, thường xác định thời gian tan rã và mô tả đặc tính tan rã. Khả năng tan rã ngoài phụ thuộc vào từng loại đất mà còn phụ thuộc rất nhiều lượng muối có trong đất. CHƯƠNG 2- TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ THỦ TÍNH CỦA ĐẤT ĐÁ YÊU CẦU CHƯƠNG 2 : + Nắm được các đặc điểm vật lý, thủy tính của đất đá và các thông số biểu thị. + Nắm được mối liên quan giữa các đặc điểm vật lý-thủy tính của đất đá, các công thức chuyển đổi để biểu thị mối liên quan này. + Nắm được các nhân tố ảnh hưởng đến các đặc điểm vật lý- thủy tính của đất đá.