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

Chương 3: Tính chất vật lý và thủy tính của đất đá Nội dung Tính chất vật lý1 Thủy tính của đất đá2 1. Tính rỗng, xốp của đất đá. 2. Tính nứt nẻ của đất đá. 3. Khối lượng riêng 4. Trọng lượng riêng 5. Tỷ trọng 1. Độ ẩm của đất đá. 2. Độ bão hòa. 3. Độ nhã nước. 4. Tính mao dẫn. 5. Tính thấm nước. 6. Tính hóa mềm và tan rã. 7. Tính trương nở và co ngót.  Hiểu được các khái niệm, đặc điểm vật lý, thủy tính của đất đá và biểu thức tính 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. This image cannot currently be displayed. YÊU CẦU CHƯƠNG 3 VVa Vw Vs Qa Qw Qs Q Thể tích Khối lượng khí lỏng rắn 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. 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 bùnlà các lỗ rỗng hở liên thông với khí quyển. Đá Granite, đá phiến Xerixit đặc xítlà các lỗ rỗng kín. 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: 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 This image cannot currently be displayed. %100xn v vr %100xe v v h r Vh là thể tích phần hạt của đất đá. 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) Vr là thể tích lỗ rỗng của đất đá. V là thể tích của đất đá. 3.1 Tính chất vật lý Trong thực tế, đối với đất rời (cát), còn sử dụng chỉ tiêu tương đối để đánh giá độ chặt của đất. D = D ≤ 0.33 : Đất ở trạng thái rời xốp 0.33 < D ≤ 0.66 : Đất ở trạng thái chặt vừa. D > 0.66 : Đất ở trạng thái chặt chẽ This image cannot currently be displayed. minmax max     Loại đất Trạng thái của đất Chặt Chặt vừa Xốp Cát sỏi, cát to, cát vừa e 0.70 Cát nhỏ e 0.75 Cát bụi e 0.80 3.1 Tính chất vật lý 3.1.2. Tính 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. This image cannot currently be displayed. 10 20 30 40 80706050 90 0; 360 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350  Góc dốc được biểu thị bằng các vòng tròn đồng tâm (0÷900).  Góc phương vị hướng dốc xác định trên vòng tròn theo chiều kim đồng hồ (0÷3600).  Mỗi khe nứt biểu thị bằng 1 điểm.  Khe nứt kiến tạo màu đỏ, phong hóa màu xanh, khe nứt hở khuyên trắng, khe nứt kín chấm đen 3.1 Tính chất vật lý 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 < Kk ≤ 0.05 : Nứt nẻ trung bình 0.05 < Kk ≤ 0.1 : Nứt nẻ mạnh 0.1 < Kk ≤ 0.2 : Nứt nẻ rất mạnh. Kk > 0.2 : Nứt nẻ hoàn toàn (đặc biệt mạnh) This image cannot currently be displayed. nF F 3.1 Tính chất vật lý 3.1.3. Dung trọng * Dung trọng hạt : * Tỷ trọng : * Dung trọng tự nhiên : * Dụng trọng đẩy nổi : đn = (s - n)(1-n) * Dung trọng khô : s s s V Q  ns s V Q .  V Q w V Qs k  3.2 Thủy tính của đất đá 3.2.1 Độ ẩm W = Trong đất dính, thường sử dụng các độ ẩm giới hạn tương ứng với trạng thái của đất . This image cannot currently be displayed.w s Q Q 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 : d d I W B   Loại đất IP Cát pha IP < 7 Sét pha 7 ≤ IP ≤ 17 Sét IP > 17 3.2 Thủy tính của đất đá  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 This image cannot currently be displayed. bhW Loại đất Chỉ số độ sệt B1 Đất sét pha và sét Cứng Nửa cứng Dẻo cứng Dẻo mềm Dẻo chảy Nhão Đất cát pha Cứng Dẻo Nhão 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 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 This image cannot currently be displayed. 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 Wnn= Wbh - Wptmax k kpt pt G GG W  max 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 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). This image cannot currently be displayed. n md gr H   .. cos.2  Khi đất đá xem như bị thấm ướt hòan toàn (=00) thì Hmd có thể tính gần đúng : dr Hmd 3.015.0  nước 3.2 Thủy tính của đất đá 3.2.4 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. This image cannot currently be displayed. Đất đá K (m/ngđ) Khả năng thấm Đá cứng, sét chặt < 0.001 Không thấm Sét 0.001 – 0.01 Thấm yếuSét pha 0.01 – 0.1 Cát pha 0.1 – 0.5 Cát mịn 0.5 – 1 Cát nhỏ 1 – 5 Thấm tốt Cát trung đến sỏi 5 - 200 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. 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): This image cannot currently be displayed. k n bh n hm R R K  k n bh n RR , : 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 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. 3.2 Thủy tính của đất đá 3.2.6 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) This image cannot currently be displayed. H HH V VV R nnn     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 : 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