Tiêu chuẩn ngành 14 TCN 154:2006 về đất xây dựng công trình thủy lợi – Thuật ngữ và định nghĩa

TIÊU CHUẨN NGÀNH

rnrn

14 TCN 154:2006

rnrn

ĐẤT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI – THUẬT NGỮ VÀ ĐỊNHrnNGHĨA

rnrn

Soilsrnfor hydraulic construction – terminology and definition

rnrn

1. QUY ĐỊNHrnCHUNG

rnrn

Tiêu chuẩn này hệ thống hóa cácrnthuật ngữ thường dùng trong mô tả đất, chất đất và về các đặc trưng tính chấtrncơ lý chủ yếu của đất, áp dụng trong xây dựng công trình thủy lợi.

rnrn

2. THUẬT NGỮrnDÙNG TRONG MÔ TẢ ĐẤT

rnrn

2.1. Khái quát chung

rnrn

2.1.1. Đất (soils), vềrnphương diện địa chất công trình, là vật thể địa chất nằm ở lớp vỏ quả đất và ởrnthể mềm, rời đặc trưng, khác biệt với đá bởi giữa các hạt rắn tạo đất không córnhoặc có không đáng kể các liên kết kết tinh – liên kết xi măng.

rnrn

2.1.2. Trong xây dựng côngrntrình thủy lợi, đất được dùng làm nền, làm môi trường chứa nước và dẫn nước vàrnlàm vật liệu đắp đập, đắp đê, sân phủ, tường chắn, chân khay, tầng lọc v.v…rnTrong khảo sát, nghiên cứu đất, đất được gọi tên và mô tả đặc điểm có liên quanrnđến sự thành tạo và cấu thành các đặc trưng tính chất cơ lý của đất, dựa trênrnkết quả quan sát đất bằng mắt thường và cảm nhận bằng tay theo kinh nghiệm nghềrnnghiệp (sờ, ấn, nặn đất, lắc đất trong lòng bàn tay) khi khảo sát tại hiệnrntrường và phân tích định lượng các tính chất vật lý cơ bản của đất bằng thírnnghiệm ở trong phòng. Các thuật ngữ dùng mô tả đất trong tiêu chuẩn này theornnguồn gốc và tuổi địa chất của đất, lớp đất, tên đất, kiến trúc, cấu tạo, kếtrncấu.

rnrn

2.2. Nguồn gốc địa chất củarnđất, là nguồn gốc thành tạo của đất thiên nhiên xét theo quan điểm địa chấtrncông trình, phản ánh quá trình hình thành và đặc điểm của đất thiên nhiên như ởrnbảng 1.

rnrn

Bảngrn1. Phân biệt đất tổng quát theo nguồn gốc thành tạo

rnrn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rnrn

2.3. Lớp (tầng) đất (soilrnlayer), là đơn vị cấu tạo địa tầng có phạm vi phân bố nào đó trong không gian,rnđược phân biệt với các lớp đất khác trong địa tầng bởi nguồn gốc thành tạo vàrncác đặc điểm về thành phần, kiến trúc, cấu tạo và các tính chất cơ lý.

rnrn

2.4. Tên đất (name of soil).rnVới mục đích sử dụng để xây dựng các công trình thủy lợi, đất được phân loại vàrnđặt tên theo hàm lượng thành phần hạt rắn (vật liệu) tạo đất chiếm ưu thế trongrnđất và các đặc điểm hoặc các yếu tố liên quan trực tiếp đến chất lượng đất, nhưrntiêu chuẩn ngành: 14TCN 123-2002 “Đất xây dựng công trình thủy lợi – Phânrnloại”.

rnrn

Lưu ý: đối với đất hạt thô,rntrường hợp không có nhóm hạt thô nào (cát hoặc sỏi, cuội, đá tảng) có đủ hàmrnlượng tối thiểu 50% để đất được đặt tên riêng, thì đó là đất hỗn hợp có tên gọirn“Đất hỗn hợp + tên các nhóm hạt mà tổng hàm lượng của chúng bằng hoặc hơn 50%”,rnví dụ: với đất hạt thô có hàm lượng cát 25%, sỏi 20%, cuội 15% và nếu có lượngrnchứa hạt mịn (hạt d> 0,1mm) 15% hoặc hơn, thì đất đó được gọi là “Đất hỗnrnhợp cát sỏi cuội chứa hạt mịn”; cũng đất đó, nhưng lượng chứa hạt mịn ít hơnrn15% thì gọi là “đất hỗn hợp cát sỏi cuội lẫn ít hạt mịn”, v.v…

rnrn

2.5. Kiến trúc của đấtrn(Texture of soil), là đặc điểm về kích thước, hình dạng và bề mặt của vật liệurnhạt tạo đất và mối liên quan các yếu tố cấu tạo đất khác. Kiến trúc đất phảnrnánh điều kiện thành tạo của đất.

rnrn

2.6. Cấu tạo của đấtrn(Structure of soil), là đặc điểm phân bổ trong không gian của các thành phầnrntạo đất và sự sắp xếp qua lại giữa chúng. Cấu tạo là một trong những đặc điểmrnquan trọng của đất, nó phản ánh mức độ đồng chất, thế nằm và sự phân bố khôngrngian của lớp đất.

rnrn

2.7. Kết cấu của đất (Constitutionrnof soil), là đặc điểm về mức độ nén chặt và trạng thái tự nhiên của đất.

rnrn

Ghi chú 1. Mô tảrnđất nên theo thứ tự: nguồn gốc và tuổi địa chất của đất (sử dụng ký hiệu đểrnbiểu thị), tên đất, rồi đến các đặc điểm về màu sắc, kiến trúc, cấu tạo, kếtrncấu của đất được trình bày ngắn gọn.

rnrn

2. Việc mô tả đất có ý nghĩarnthực dụng, qua đó có thể dự đoán định tính các tính chất biến dạng, tính thấmrnnước và độ bền của đất và có thể chọn lựa phương pháp thí nghiệm thích hợp đểrnxác định các đặc trưng tính chất cơ học của đất.

rnrn

3. CÁC THUẬTrnNGỮ VỀ CHẤT ĐẤT

rnrn

3.1. Đất rời (non-cohesivernsoils), là đất luôn có trạng thái hạt rời, không có hoặc có không đáng kểrncác liên kết giữa các hạt rắn tạo đất trong trạng thái khô cũng như ở trạngrnthái ẩm ướt. Đó là các đất hạt thô có thành phần thuần túy là cát hoặc sỏirn(san), cuội (dăm), hòn tảng hoặc hỗn hợp của chúng, và cũng có thể là các đấtrnhạt thô có lượng chứa ít hơn 10% vật liệu hạt bụi và sét, trong đó lượng chứarnhạt sét ít hơn 3%.

rnrn

3.2. Đất dính (Cohesive soils),rnlà đất mà giữa các hạt rắn tạo đất có sự bám dính dính kết lẫn nhau bởi sự hiệnrndiện đáng kể của vật liệu sét (vật lý chất dính), khi khô thì thành khối cứngrnchắc còn khi ẩm ướt thì thể hiện tính dẻo. Đó là các đất hạt mịn và các đất hạtrnthô có lượng chứa hơn 10% hạt bụi và sét, trong đó lượng chứa hạt sét hơn 3%.

rnrn

Ghi chú: Khái niệm về đất rời vàrnđất dính là theo quan điểm hiện đại, thực tế phù hợp với vai trò ảnh hưởng củarnvật liệu hạt mịn đến sự hình thành các liên kết, cấu trúc đất và các tính chấtrnđối với nước của đất.

rnrn

3.3. Đất bùn, bùn (Mud) Bùnrnlà đất hạt mịn (gồm đất sét và đất bụi các loại) và đất cát pha sét đang trongrngiai đoạn đầu của quá trình thành tạo, được cấu thành từ các vật liệu hạt sét,rnhạt bụi và hạt cát lắng đọng ở trong nước với sự tồn tại của các quá trình virnsinh vật và có thể cả thực vật bị chôn vùi, ở trạng thái phân bố tự nhiên chúngrncó độ ẩm vượt quá giới hạn chảy và có hệ số rỗng lớn hơn 1,0 đối với bùn cátrnpha sét và bùn đất bụi, lớn hơn 1,5 đối với bùn sét. Khả năng chịu tải của bùnrnrất nhỏ.

rnrn

Bùn được chia ra bùn vô cơ và bùnrnhữu cơ, tùy theo hàm lượng chất hữu cơ có trong đất, như tiêu chuẩn ngành:rn14TCN 123-2002. Nói chung, bùn hữu cơ là bùn có lượng chứa chất hữu cơ từ hơnrn10% đến 50%, có màu thay đổi từ xám đến xám đen và có mùi hôi đặc biệt do virnsinh vật và thực vật thối mục tạo nên, được xếp vào loại đất đặc biệt. Khi hàmrnlượng chất hữu cơ hơn 50%, đó là than bùn.

rnrn

3.4. Đất trương nở (Expansivernsoil), là đất có khả năng tăng thể tích khi bị làm ẩm ướt, có độ trương nởrnthể tích lớn hơn 0,04. Phân loại chi tiết đất trương nở được đề cập ở tiêurnchuẩn ngành: 14TCN 123-2002. Thông thường thì đất sét nặng hoặc đất sét và đấtrnbụi có khoáng vật sét chủ yếu là hidrômica và mônmôrilônit là đất có tính chấtrntrương nở, tuy nhiên, mức độ trương nở (độ trương nở) của chúng phụ thuộc vàorntrạng thái độ ẩm và độ chặt của đất. Đất trương nở khi bị làm khô thì bị cornngót, nứt nẻ, ở trạng thái bão hòa nước, đất trương nở có độ bền chống cắt nhỏ,rnkém khả năng chịu tải, với đất ở mái dốc và ở kênh dẫn nước thì rất kém khảrnnăng ổn định.

rnrn

3.5. Đất lún ướt (Collapsiblernsoil), là đất có sự lún phụ thêm xảy ra nhanh chóng khi nó bị làm ướt nướcrndưới tải trọng đang xét, có hệ số lún ướt lớn hơn hoặc bằng 0,01. Thường thìrncác đất loại sét (đất sét, đất bụi và đất cát pha sét) vừa ít ẩm vừa ít chặt,rncó các khe hổng lớn mà mắt thường có thể nhìn thấy là những đất có tính lún ướtrn(điển hình là đất đỏ bazan tầng phủ, đất hoàng thổ và đất dạng hoàng thổ). Lúnrnướt tác hại không chỉ là gây ra lún sụt, lún không đều, mà có thể gây nên đứtrngãy và các khe nứt trong đất nền và trong công trình đất đắp trên đó. Đối vớirnđập hồ chứa, đê sông đê biển, dòng thấm tập trung tại đó sẽ là ẩn họa khórnlường.

rnrn

3.6. Đất nhiễm muối (Solublernsalty containing soil), là đất có lượng chứa tổng cộng các muối dễ hòa tanrnvà hòa tan vừa ở trong nước vượt quá quy định ở tiêu chuẩn ngành: 14TCN 123-2002,rnvới lượng đó thì muối ảnh hưởng lớn đến tính chất cơ lý của đất. Đặc biệt làrnkhi muối trong đất bị nước hòa tan và rửa trôi sẽ làm giảm độ chặt kết cấu vàrntính dính của đất, làm giảm khả năng ổn định của đất, tăng tính thấm nước, giảmrnkhả năng bền thấm của đất, đồng thời làm thay đổi thành phần và tính chất củarnnước thấm qua đất, có thể trở thành nước có tính chất ăn mòn đối với các bộrnphận bê tông và kim loại của công trình.

rnrn

3.7. Đất tan rã (Decay soil),rncó thể đất tan rã là đất loại sét kém khả năng ổn định kết cấu ở trong nước,rnkhi bị ngâm trong nước thì sẽ vỡ lở, tơi vụn ra thành các chùm hạt hoặc thànhrnvữa đất trong thời gian chỉ một vài ngày, thậm chí là một vài giờ. Thông thườngrnthì các đất có tính trương nở và các đất bụi vừa ít ẩm vừa ít chặt đều là nhữngrnđất dễ tan rã trong nước. Đó là điều cần đặc biệt lưu ý khi sử dụng những đấtrnnày làm vật liệu đắp đê, đắp đập, đắp kênh dẫn nước.

rnrn

Lưu ý rằng: đối với đất có tínhrntrương nở, lún ướt, tan rã và đất nhiễm muối cần được nghiên cứu tỉ mỉ trướcrnkhi sử dụng chúng. Nếu không xem xét đầy đủ những bất lợi của chúng gây nên khirnđánh giá độ bền vững đất nền hay độ ổn định của mái dốc, hố móng, của khối đắp,rnthì công trình sẽ thể có những biến dạng không mong muốn hoặc sự cố.

rnrn

4. THUẬT NGỮ VỀrnCÁC ĐẶC TRƯNG TÍNH CHẤT CƠ LÝ CHỦ YẾU CỦA ĐẤT

rnrn

4.1. Các đặcrntrưng tính chất vật lý chủ yếu được xác định bằng thí nghiệm trực tiếp

rnrn

4.1.1. Độ ẩm khối lượng của đấtrn(Water (moisture) content of soil), ký hiệu W, là hàm lượng nước có trong đất,rnbiểu diễn bằng số % so với khối lượng khô của mẫu đất dùng phân tích.

rnrn

4.1.2. Khối lượng riêng của đấtrn(còn gọi là dung trọng hạt, grain density), ký hiệu r_s, là khối lượng của một đơn vị thể tích các hạtrnrắn, biểu diễn bằng g/cm³ hoặc Mg/m³ (t/m³).

rnrn

4.1.3. Khối lượng thể tích đơnrnvị của đất thiên nhiên, còn gọi là dung trọng đất tự nhiên, ký hiệu g_w, là khối lượng của một đơn vịrnthể tích đất ở trạng thái độ ẩm và kết cấu tự nhiên, biểu diễn bằng Mg/m³rnhoặc g/cm³.

rnrn

4.1.4. Thành phần hạt của đấtrn(Grain composition of soil), là hàm lượng của các cỡ hạt độ lớn khác nhau củarnthành phần tạo đất, biểu diễn bằng số % khối lượng so với khối lượng khô củarnmẫu đất dùng phân tích.

rnrn

Ghi chú: Các hạt rắn tạo đấtrnđược phân chia thành các nhóm theo kích thước như sau:

rnrn

a) Nhóm hòn tảng: Cỡ hạt lớn hơnrn200 mm.

rnrn

b) Nhóm hạt cuội (tròn) và dămrn(góc cạnh): Cỡ hạt từ 200 mm đến 60 mm; được phân ra: cuội (dăm) hạt to: 200 mmrnđến 100 mm; cuội (dăm) hạt nhỏ: 100 mm đến 60 mm.

rnrn

c) Nhóm hạt sỏi (tròn) sạn (gócrncạnh): Cỡ hạt từ 60 mm đến 2 mm, được phân ra: sỏi (sạn) hạt to: 60 mm đến 20rnmm; sỏi (sạn) hạt trung: 20 mm đến 5 mm; sỏi (sạn) hạt nhỏ: 5 mm đến 2 mm.

rnrn

d) Nhóm hạt cát: Cỡ hạt từ 2 mmrnđến 0,05 mm, được phân ra: cát hạt thô: 2 mm đến 0,5 mm; cát hạt trung: 0,5 mmrnđến 0,25 mm; cát hạt nhỏ: 0,25 mm đến 0,1 mm; cát hạt mịn: 0,1 mm đến 0,05 mm.

rnrn

e) Nhóm hạt bụi: Cỡ hạt từ 0,05rnmm đến 0,005 mm.

rnrn

f) Nhóm hạt sét: Cỡ hạt nhỏ hơnrn0,005 mm.

rnrn

4.1.5. Các giới hạn Atterbergrncủa đất loại sét được xác định bằng thí nghiệm theo tiêu chuẩn ngành: 14TCNrn128-2002, gồm:

rnrn

1. Giới hạn chảy (Liquid limit) kýrnhiệu W_L (%), được quy ước là độ ẩm giới hạn trên của đất hạt nhỏ hơnrn0,5mm với kết cấu bị phá hủy thể hiện tính dẻo; khi đất có độ ẩm lớn hơn độ ẩmrnnày thì không còn dẻo nữa, mà là trạng thái chảy.

rnrn

2. Giới hạn dẻo (Plastic limit) kýrnhiệu W_p, được quy ước là độ ẩm giới hạn dưới của đất hạt nhỏ hơn 0,5rnmm với kết cấu bị phá hủy thể hiện tính dẻo; khi đất có độ ẩm nhỏ hơn độ ẩm nàyrnthì không còn dẻo nữa, mà là trạng thái giòn, nửa cứng.

rnrn

4.1.6. Hệ số thấm của đấtrn(Permeability coefficient of siol) ký hiệu K_th, đặc trưng cho tínhrnthấm nước của đất, là vận tốc thấm ứng với gradien thủy lực bằng đơn vị, đượcrnbiểu diễn bằng centimet trên giây (cm/s) hoặc mét trên giây (m/s).

rnrn

Hệ số thấm của đất có thể xác địnhrnbằng thí nghiệm ở trong phòng theo tiêu chuẩn ngành 14TCN 139-2005, hoặc bằngrnthí nghiệm ở hiện trường theo phương pháp: ép nước thí nghiệm, hút nước thírnnghiệm và đổ nước thí nghiệm trong hố khoan hoặc hố đào, tùy thuộc vào tìnhrnhình thực tế.

rnrn

Đánh giá tính thấm nước của đấtrntheo trị số của hệ số thấm K_th (cm/s) như sau: K_th = 10rnđến 10^-1: thấm rất cao; K_th = 10^-1: đến 10^-3:rnthấm cao; K_th = 10^-3 – 10^-5: thấm vừa; K_thrn= 10^-5 đến 10^-7: thấm ít; K_th = 10^-7:rnđến 10^-10: xem như không thấm.

rnrn

Ghi chú: Đối với các đất hạt mịnrnchứa sỏi (sạn) hoặc các đất sỏi (sạn) chứa hạt mịn, hệ số thấm của đất chỉ córnthể xác định bằng thí nghiệm trên thiết bị với mẫu thử cỡ lớn phù hợp tương ứngrnvới cỡ hạt to của đất. Khi không có thiết bị như vậy, có thể tham khảo phươngrnpháp thí nghiệm quy đổi theo Tiêu chuẩn 14TCN 139-2005.

rnrn

4.1.7. Hàm lượng chất hữu cơrntrong đất (Organic material content in soil) ký hiệu P_OM, làrnlượng chứa chất hữu cơ của đất, biểu diễn bằng số % so với khối lượng khô củarnmẫu đất dùng phân tích. Xác định hàm lượng chất hữu cơ trong đất theo tiêurnchuẩn 14TCN 148-2005.

rnrn

4.1.8. Hàm lượng các muối hòarntan của đất (Content of soluble salts of soil) ký hiệu P_salt, làrnlượng chứa tổng cộng các muối dễ hòa tan và hòa tan vừa ở trong nước của đất,rnbiểu diễn bằng số % so với khối lượng khô của mẫu đất dùng phân tích, xác địnhrntheo tiêu chuẩn 14TCN 149-2005.

rnrn

4.1.9. Các đặc trưng tan rã củarnđất loại sét (Decay characteristics of clay soil)

rnrn

1. Độ tan rã, ký hiệu D_tr,rnlà mức độ bị phá hủy kết cấu của đất khi ngâm trong nước, biểu thị bằng số % sornvới kết cấu nguyên khối của mẫu đất thí nghiệm.

rnrn

2. Tốc độ tan rã, ký hiệu V_tr,rnlà đại lượng biểu thị mối quan hệ độ tan rã và thời gian.

rnrn

Độ tan rã và tốc độ tan rã của đấtrnđược xác định theo tiêu chuẩn 14TCN 132-2005, đặc trưng cho khả năng ổn địnhrn(bền) kết cấu của đất khi bị ngâm trong nước.

rnrn

4.1.10. Các đặc trưng trương nởrncủa đất loại sét (Expansion characteristics of clay soil), gồm các đạirnlượng độ trương nở thể tích, độ ẩm trương nở và áp lực trương nở được xác địnhrntheo tiêu chuẩn 14 TCN 133-2005.

rnrn

1. Độ trương nở thể tích, ký hiệu D_tr.n,rnlà tỷ số giữa lượng tăng thể tích do trương nở và thể tích ban đầu của đất,rnbiểu diễn bằng số thập phân hoặc số %.

rnrn

2. Độ ẩm trương nở, ký hiệu W_Tm,rnlà độ ẩm của đất ứng với độ trương nở lớn nhất, biểu diễn bằng số % khối lượng.

rnrn

3. Áp lực trương nở, ký hiệu P_Tr.n,rnlà ứng suất phát sinh trong đất do trương nở, biểu diễn bằng KPa (kiloniutơnrntrên mét vuông).

rnrn

4.1.11. Hệ số tơi xốp của đất (looserncoefficient of soil), ký hiệu K_tx, là tỷ số giữa thể tích của đất đổrnđống lấy lên từ hố đào (V_đ) và thể tích của hố đào (V_h),rnnghĩa là: K_tx = . Về trị số, K_tx luôn lớn hơn 1, sử dụngrntrong tính kinh tế – kỹ thuật của công tác khai thác và vận chuyển đất, xácrnđịnh bằng thí nghiệm tại hiện trường ứng với thiết bị đào sử dụng.

rnrn

4.2. Các đặcrntrưng tính chất cơ học chủ yếu của đất

rnrn

Đối với đất dùng trong xây dựng cácrncông trình thủy lợi, cần nghiên cứu về độ bền chống cắt, độ bền thấm và biếnrndạng lún. Đối với đất dùng để đắp thân công trình (đê, đập, tầng phủ thươngrnlưu, chân khay, tường chống thấm, kênh dẫn nước, v.v…), cần phải xác định cácrnđặc trưng đầm chặt tối ưu của đất.

rnrn

4.2.1. Độ bền chống cắt của đấtrn(Shear Strength of soil)

rnrn

1. Độ bền chống cắt của đấtrnlà sức chống bền trong của đất chống lại sự chuyển dịch cắt (trượt) bởi tácrndụng của lực cắt. Độ bền chống cắt của đất dính được biểu thị bằng góc ma sátrntrong j (độ) và lực dính đơn vị C (N/m²rn- niuton trên mét vuông, và các bội của nó), còn của đất rời là góc ma sátrntrong j (độ). Độ bền chống cắt của đấtrnthường xác định trong phòng thí nghiệm trên thiết bị cắt phẳng hoặc thiết bịrnnén 3 trục; từ 3 đến 5 trị số ứng suất chống cắt lớn nhất hay giới hạn (N/m²) của đất xác địnhrnđược ứng với các ứng suất pháp tuyến khác nhau (N/m²),rnkhi đất bắt đầu bị phá vỡ và trượt một phần của nó theo mặt trượt hoặc đớirntrượt bởi tác dụng của lực cắt, rồi tính toán theo định luật cắt của Coulomb.

rnrn

2. Đối với đất dùng trongrnxây dựng công trình thủy lợi, với đất đắp cần xác định độ bền chống cắt ứng vớirnmẫu chế bị ở độ ẩm tốt nhất và độ chặt đã được lựa chọn, ở trạng thái độ ẩm tốtrnnhất và bão hòa nước. Còn đối với đất nền, trong mọi trường hợp, cần xác địnhrnđộ bền chống cắt ở trạng thái bão hòa nước hoàn toàn.

rnrn

3. Độ bền chống cắt của đấtrnlà chỉ tiêu tính chất cơ học rất quan trọng. Đối với các loại đất, nhất là cácrnđất loại sét (đất sét, đất bụi, đất cát pha sét), sức chống cắt phụ thuộc rấtrnnhạy cảm với độ chặt, độ ẩm, thành phần khoáng vật, cỡ hạt và các tính chất vậtrnlý khác, có thể biến đổi trong giới hạn khá rộng. Khi xác định sức kháng cắtrncủa đất cần dự đoán đất sẽ có độ chặt và độ ẩm nào trong quá trình xây dựng vàrnvận hành công trình, hướng vào đó để xác định sức chống cắt của đất, hoặc theornyêu cầu của thiết kế; có 3 sơ đồ thí nghiệm cắt có thể chọn lựa áp dụng để xácrnđịnh độ bền chống cắt của đất phù hợp với các trường hợp làm việc của đất ởrnngoài thực tế:

rnrn

a. Sơ đồ thí nghiệm cắt nhanh,rnkhông cố kết, ký hiệu là sơ đồ UU

rnrn

Thí nghiệm cắt theo sơ đồ này, mẫurnđất thí nghiệm không được cố kết trước (Unconsolidated), tác dụng lực cắt liênrntục và đều đặn làm cho đất bị biến dạng cắt (trượt) với tốc độ không đổi, saorncho với vận tốc đó thì đất bị phá hủy cắt trong thời gian 4 đến 5-6 phút, trongrnquá trình đất bị cắt, nước trong lỗ rỗng của đất không được thoát ra ngoàirn(undrained). Kết quả tính được độ bền chống cắt của đất là góc ma sát trong j_uu (độ) và lực dính đơn vị C_uurn(N/m²) đối với đất dính, hoặc góc ma sát trong j_uu (độ) đối với đất rời, ở trạngrnthái ứng suất tổng, tương ứng với độ bền chống cắt của đất trong công trìnhrnđược xây dựng xong với thời gian ngắn và phải làm việc ngay sau đó ở mức nướcrnthiết kế.

rnrn

b. Sơ đồ thí nghiệm cắt nhanh,rncố kết trước, ký hiệu là sơ đồ CU

rnrn

Thí nghiệm cắt theo sơ đồ này, mẫurnđất thí nghiệm được nén cố kết trước (consolidated), sau đó mới tác dụng lựcrncắt làm cho đất bị phá hủy cắt trong thời gian ngắn như ở sơ đồ trên. Kết quảrntính toán được độ bền chống cắt của đất là góc ma sát trong j_cu và lực dính đơn vị C_curn- đối với đất dính hoặc góc ma sát trong j_cu-rnđối với đất rời, tương ứng với độ bền chống cắt của đất đó trong công trình xâyrndựng với gian dài mới xong, đất đã được cố kết và công trình vận hành ở mứcrnthiết kế trong điều kiện nước lỗ rỗng rất bị hạn chế thoát ra ngoài.

rnrn

Ghi chú: Theo nguyên tắc thírnnghiệm của sơ đồ này, có thể xác định được độ bền chống cắt của đất ứng với bấtrnkỳ mức độ cố kết nào của nó, bằng cách cố kết trước cho các mẫu đất thí nghiệmrnđến độ cố kết cần xét, rồi mới tiến hành cắt đất. Các thông số độ bền chống cắtrncủa đất xác định được dùng phân tích, tính ổn định của công trình theo các giairnđoạn trong quá trình vận hành.

rnrn

c. Sơ đồ thí nghiệm cắt chậm, kýrnhiệu là sơ đồ CD.

rnrn

Thí nghiệm cắt theo sơ đồ này, mẫurnđất thí nghiệm được nén cố kết trước (consolidated), sau đó mới tác dụng lựcrncắt với tốc độ chậm đủ đảm bảo nước trong các lỗ rỗng của đất kịp thoát rarnngoài (drained) để không gây ra sự tăng áp lực lỗ rỗng trong quá trình đất bịrncắt. Kết quả tính được độ bền chống cắt của đất là góc ma sát trong j_CD (độ) và lực dính đơn vị C_CDrn(N/m²) đối với đất dính hoặc j_CDrn(độ) đối với đất rời, ở trạng thái ứng suất hữu hiệu. Các thông số độ bền chốngrncắt của đất được xác định theo sơ đồ thí nghiệm này sử dụng cho phân tích, tínhrnổn định dài hạn của công trình.

rnrn

Ghi chú 1. Đối với đất rời bãornhòa nước và đất khác có hệ số thấm bằng hoặc lớn hơn 10^-4 cm/s ởrntrạng thái bão hòa nước, thí nghiệm theo sơ đồ cắt nhanh, khống cố kết (sơ đồrnUU) chỉ có thể thực hiện được trên thiết bị nén 3 trục.

rnrn

2. Đối với đất lún ướt, cần thírnnghiệm với đất bão hòa nước hoàn toàn, theo sơ đồ cắt nhanh không cố kết (sơ đồrnUU). Cần lưu ý: nếu thí nghiệm trên thiết bị cắt phẳng, thì ngay sau khi đặt áprnlực pháp tuyến là phải lập tức tác dụng lực cắt.

rnrn

3. Đối với đất trương nở phân bốrnở mái dốc hố móng, kênh dẫn nước, cần thí nghiệm với các mẫu đất bão hòa nướcrnhoàn toàn, để trương nở tự do, rồi mới tiến hành cắt nhanh, không cố kết (sơ đồrnUU). Còn các trường hợp khác, việc làm bão hòa nước cho các mẫu đất thí nghiệmrntrước khi cắt phải đảm bảo không cho đất trương nở.

rnrn

4. Đối với các đất hạt mịn mềmrnyếu và bùn, độ bền chống cắt được xác định bằng phương pháp cắt cánh hoặc xuyênrncôn tĩnh ở trong phòng hoặc ở hiện trường là phù hợp nhất. Kết quả tính toánrnđược là lực dính đơn vị của đất ở trạng thái ứng suất tổng, Cuu (N/m²),rncòn góc ma sát trong xem như bằng không (j_uurn= 0).

rnrn

5. Đối với các đất hạt mịn chứarnhạt to (sỏi, sạn) hoặc các đất sỏi (sạn) chứa hạt mịn, độ bền chống cắt chỉ córnthể xác định được bằng thí nghiệm trên các thiết bị với mẫu thử cỡ lớn phù hợprntương ứng với cỡ hạt to của đất. Khi không có thiết bị như vậy, có thể thamrnkhảo phương pháp thí nghiệm của tiêu chuẩn 14TCN 140-2005 để xác định độ bềnrnchống cắt của đất.

rnrn

6. Đối với công trình quy mô vừarnhoặc lớn, trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật, độ bền chống cắt của đất dính cầnrnđược xác định bằng thí nghiệm trên thiết bị nén ba trục có đo áp lực nước lỗrnrỗng để chuẩn hóa các trị tính toán (j”;rnC”)

rnrn

4.2.2. Góc ghỉ tự nhiên của đấtrnrời (Angle of natural repose of non-cohesive soil), ký hiệu là α, là gócrnnghiêng giới hạn của mái dốc đất rời ứng với kết cấu xốp nhất, biểu diễn bằngrnđộ. Đất ở trạng thái khô có α_k (độ), đất ngập trong nước có a_tr xác định theo tiêu chuẩn 14TCNrn146-2005.

rnrn

4.2.3. Các đặc trưng tính chất nénrnlún của đất (Compressibility characteristics of soil), là các đặc trưngrnbiến dạng lún của đất dưới tác dụng của tải trọng nén thẳng đứng, trong giairnđoạn cố kết thấm, thường được xét trong điều kiện thoát nước thẳng đứng bằngrnthí nghiệm ở trong phòng trên thiết bị nén một trục, không có nở hôngrn(One-dimensional Compresion Test, viết tắt là OCT).

rnrn

Đối với đất dùng cho xây dựng côngrntrình thủy lợi, trong mọi trường hợp, cần thí nghiệm với mẫu đất đã được làmrnbão hòa nước hoàn toàn và nén đất đến ổn định lún dưới ít nhất là 4-5 cấp áprnlực thẳng đứng, cấp sau có độ lớn gấp đôi cấp trước liền kề. Các yêu cầu kỹrnthuật thí nghiệm, đặc biệt là đối với đất hạt to chứa hạt mịn hoặc đất hạt mịnrnchứa hạt to, được đề cập ở tiêu chuẩn 14TCN 137-2005.

rnrn

Theo kết quả thí nghiệm, từ lượngrnlún ổn định của đất Δhirn(mm) vào cuối giai đoạn chất tải từng cấp áp lực Pi (KN/m²), tínhrnđược:

rnrn

– Lượng giảm của hệ số rỗng của đấtrnsau khi nén cố kết dưới cấp áp lực Pi tính theo công thức: Δei = , trong đó e_o là hệ số rỗngrnban đầu của đất, h_o là chiều cao mẫu đất thí nghiệm (mm); Δhi là lượng lún ổn địnhrndưới áp lực Pi (mm);

rnrn

– Hệ số rỗng của đất sau khi nénrndưới áp lực Pi là ei tính theo công thức: e_i = e_o – Δe_i

rnrn

– Lập biểu đồ quan hệ e_irn- P_i; biểu đồ quan hệ e_i – lgP_i; biểu đồ quanrnhệ giữa lượng lún Δh (mm) và căn bậc hai của thời gian lún t (phút) (, hoặc biểu đồ quan hệ giữa lượng lúnrnΔh (mm) và log thời gian lún t (phút) (lgt), ứng với từng cấp áp lực nén. Tínhrnđược các đặc trưng nén lún của đất không có nở hông trong từng phạm vi lực nén,rnchẳng hạn từ P_i đến P_i+1 (với P_i+1 > P_i).

rnrn

4.2.3.1. Hệ số nén lún củarnđất, a, là tỷ số giữa biến thiên hệ số rỗng (Δe) và biến thiên áp lực nén tácrndụng tương ứng (ΔP), nghĩa là: a = , (m²/KN). Như vậy, trong phạm vi áp lực nénrntừ P_i đến P_i+1 có hệ số nén lún là: a_i-(i+1) =rn, ở đây e_i là hệ số rỗng của đất ứng với áp lực nén P_irn(KN/m²) và e_i+1 là hệ số rỗng của đất ứng với áp lực nénrnP_i+1 (KN/m²) được xác định theo biểu đồ quan hệ e_irn- P_i. Với ý nghĩa về hình học, a_i-(i+1) là tang gócrnnghiêng của đoạn thẳng của đường cong nén (tgα) đặc trưng cho tính nén lún củarnđất trong khoảng áp lực nén từ P_i đến P_i+1. Nếu đườngrncong nén càng dốc, tương ứng có tgα càng lớn, chứng tỏ đất có tính nén lún lớn;rnvà ngược lại.

rnrn

4.2.3.2. Hệ số nén lún tươngrnđối, a_o(m²/KN) (còn gọi là hệ số nén lún thể tích, m_v),rnlà đại lượng bằng độ lún tương đối Δh/h_o ứng với một đơn vị áp lựcrnnén tác dụng P_i, nghĩa là: a_o =, ở đây: Δh – lượng lúnrncủa đất dưới áp lực nén P_i, h_o – chiều cao ban đầu củarnmẫu đất. Hệ số nén lún tương đối của đất cũng tính được theo công thức: a_orn= . Với áp lực nén trong khoảng P_t đến P_i-1, có hệ số nénrnlà a_i-(i+1) như đã nói ở trên, thì hệ số nén lún tương đối của đấtrnlà a_o[i-(i+1)] tính được theo công thức:

rnrn

a_o[i-(i+1)]rn=

rnrn

4.2.3.3. Môđun biến dạng khôngrncó nở hông của đất (còn gọi là môdun nén một trục không có nở hông). Ern(KN/m²).

rnrn

Môdun biến dạng không có nở hông củarnđất là tỷ số của số gia áp lực nén ΔP (KN/m²) và biến dạng tương đốirntương ứng ΔH. H của đất, nghĩa là E = ,rnở đây: ΔH – lượng lún (mm) của đất dưới tác dụng nén chặt của ΔP. H – chiều caornban đầu của mẫu đất thí nghiệm (mm). Môdun biến dạng không có nở hông của đấtrntrong khoảng áp lực nén, chẳng hạn từ P_i đến P_i+1 là E_i-(i+1)rnđược tính theo công thức:

rnrn

E_i-(i+1)rn= ,

rnrn

ở đây: e_o – hệ số rỗngrnban đầu của đất, a_i-(i+1) – hệ số nén lún của đất trong khoảng áp lựcrntừ P_i đến P_i+1.

rnrn

Ghi chú: Khi sử dụng Môdun biếnrndạng không nở hông của đất để tính lún, cần xét với môđun biến dạng không có nởrnhông (E) trong khoảng áp lực từ P₁ đến P₂, với P₁rnlà áp lực cột đất tự nhiên mà đất đã phải chịu, còn P₂ là áp lựcrncông trình, mặt khác, phải chuyển môđun biến dạng không nở hông (E) sang môđunrntổng biến dạng có nở hông ở ngoài thực tế (E_o), bằng cách nhân vớirnhệ số b, tức là Eo = b . E. Trị số b xác định theo hệ số nở hông m: b = 1 – , hoặc định theo hệ số áp lực hông ; (m và x được xácrnđịnh bằng thí nghiệm riêng).

rnrn

Khi không có điều kiện xác địnhrntrị số của m và x thì được lấy b = 0,80 – đối với cát, brn= 0,72 – đối với đất cát pha sét, brn= 0,57 – đối với đất sét pha cát và đất bụi, b = 0,43 – đối với đất sét.

rnrn

4.2.3.4. Áp lực tiền cố kết, P_crn(KN/m²), là áp lực tối đa mà đất đã bị cố kết trong quá trìnhrnlịch sử hình thành. Được xác định trên biểu đồ đường cong quan hệ hệ số rỗng ernvà log áp lực nén P (e-logP). Áp lực tiền cố kết (P_c) được dùng đểrnđánh giá mức độ cố kết của đất thiên nhiên, ở độ sâu đang xét thông qua việc sornsánh với áp lực cột đất hiện tại ở đó (P_o), nếu: P_c >rnP_o – đất quá cố kết; P_c = P_o – đất cố kết bìnhrnthường; P_c < P_o – đất chưa được cố kết.

rnrn

4.2.3.5. Hệ số cố kết, C_vrn(cm²/s), là đặc trưng thời gian cố kết thấm của đất dưới tảirntrọng nén tác dụng. Có thể xác định C_v theo phương pháp Casagrande -rnphương pháp log thời gian, đường cong cố kết theo thời gian: độ lún Δh – logt,rnhoặc theo phương pháp Taylor – phương pháp căn bậc hai thời gian, đường cong cốrnkết theo thời gian: độ lún Δh –. Hệ số cố kết C_vrnđược dùng để tính lún theo thời gian.

rnrn

4.2.4. Hệ số lún ướt (lún sập)rncủa đất, a_m, là độ lún tương đối tăng thêm của đất (Δh/h_o),rndo đất bị làm ướt nước sau khi đã ổn định lún dưới tải trọng đang xét. Hệ a_mrncủa đất xác định theo tiêu chuẩn 14TCN 138-2005, là chỉ tiêu đặc trưng tính lúnrnướt của đất. Đất có hệ số lún ướt dưới tải trọng, a_m ≥ 0,01 là đấtrncó tính lún ướt.

rnrn

4.2.5. Độ bền thấm (sức chốngrnxói ngầm) của đất (interior (internal) erosion strength of soil) là khảrnnăng của đất chống lại sự phá hủy từ bên trong khối đất, bởi tác dụng của lựcrndòng thấm dưới dạng hòa tan và rửa lũa các muối dễ hòa tan có trong đất, bàornxói và rửa trôi dần các vật liệu hạt mịn qua các lỗ hổng lớn hơn nó; tạo ra cácrnlỗ hổng trong đất ngày càng lớn và phát triển dần từ miền thoát, gây ẩn họa đốirnvới các công trình đập hồ chứa và các công trình chống lũ. Độ bền thấm của đấtrnphụ thuộc vào thành phần khoáng, độ hạt, độ chặt và đặc điểm cấu tạo của đấtrn(đồng nhất hay phân lớp xen kẹp các lớp mỏng có thành phần và tính thấm khácrnnhau, sự hiện diện của các khuyết tật như khe nứt hoặc lỗ hổng lớn trong đất)rnvà các yếu tố liên quan khác khá phức tạp. Đặc trưng về độ bền thấm của đất làrntrị số vận tốc xói ngầm giới hạn, ký hiệu (cm/s)rnhoặc gradien xói ngầm giới hạn, ký hiệu (khôngrncó thứ nguyên). Vận tốc xói ngầm giới hạn, là vận tốc thấm mà tại đó, đất bắtrnđầu bị xói ngầm. Tương tự như vậy, gradien xói ngầm giới hạn, là gradien thủyrnlực mà tại đó, đất bắt đầu bị xói ngầm. Khi nghiên cứu xói ngầm, cần quan tâmrnxói ngầm tiếp xúc giữa lớp đất chứa nhiều hạt mịn và lớp đất hạt thô hơn và córntính thấm lớn hơn nhiều lần. Có thể xác định trị số ,  của đất bằng thí nghiệm trên thiết bịrnchuyên dụng theo quy trình phù hợp đối với từng loại đất. Đối với công trìnhrnthủy công, đặc biệt với đập hồ chứa và nền đê, độ bền thấm của đất có ý nghĩarnđặc biệt quan trọng đối với sự ổn định của công trình. Cần phân biệt hiên tượngrnxói ngầm với hiện tượng chảy đất, bục đất gây nên bởi tác dụng đẩy nổi của áprnlực thấm mà gradien thủy lực giới hạn (J^gh) là đặc trưng.

rnrn

4.2.6. Khối lượng thể tích đơnrnvị đất khô lớn nhất và độ ẩm đầm nén tốt nhất của đất dính. Khối lượng thểrntích đơn vị đất khô lớn nhất của đất dính (maximum dry density), ký hiệu g_{d max} (Mg/m³; g/cm³),rnlà khối lượng thể tích đơn vị đất khô đạt được dưới năng lượng đầm quy định ứngrnvới độ ẩm đầm nén tốt nhất của đất, W_op (%) ở năng lượng đó. Khốirnlượng thể tích đơn vị đất khô lớn nhất và độ ẩm tốt nhất của đất dính dùng làmrnđất đắp trong công trình thủy lợi xác định theo tiêu chuẩn 14TCN 135-2005, làrncơ sở để quy định khối lượng thể tích đơn vị đất khô và độ ẩm thích hợp của đấtrntrong thi công đầm chặt đất tại hiện trường.

rnrn

4.2.7. Khối lượng thể tích đơnrnvị đất khô lớn nhất và nhỏ nhất của đất rời

rnrn

1. Khối lượng thể tích đơn vị đấtrnkhô lớn nhất của đất rời, ký hiệu g_drnmax (Mg/m³; g/cm³) là khối lượng thể tích đơn vịrnđất khô lớn nhất đạt được dưới một năng lượng đầm rung quy định.

rnrn

2. Khối lượng thể tích đơn vị đấtrnkhô nhỏ nhất của đất rời, ký hiệu g_drnmin (Mg/m³; g/cm³) là khối lượng thể tích đơn vị đấtrnkhô nhỏ nhất của đất rời ở trạng thái xốp nhất. Khối lượng thể tích đơn vị đấtrnkhô lớn nhất và nhỏ nhất của đất rời được xác định theo tiêu chuẩn 14TCNrn136-2005. Khối lượng thể tích đơn vị đất khô lớn nhất là cơ sở để quy định khốirnlượng thể tích đơn vị đất khô trong thi công đầm chặt đất rời ở hiện trường.rnKhối lượng thể tích đơn vị đất khô lớn nhất và nhỏ nhất liên hệ với khối lượngrnthể tích đơn vị đất khô ứng với trạng thái tự nhiên của đất rời, bằng biểu thứcrn, gọi là “Độ chặt tương đối”, trong đórne, e_max và e_min tương ứng là hệ số rỗng của đất cấu trúcrntự nhiên, của đất ở trạng thái xốp nhất và chặt nhất. Độ chặt tương đối D dùngrnđể đánh giá trạng thái nén chặt tự nhiên của đất rời theo bảng dưới:

rnrn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rnrn

Ghi chú: Hệ số rỗng của đất rờirnở trạng thái xốp nhất, e_max, tính theo công thức:

rnrn

rnrn

Hệ số rỗng của đất rời ở trạngrnthái chặt nhất: e_min, tính theo công thức:

rnrn

rnrn

Ở đây: r_s – khối lượng riêng của các hạtrnrắn, g/cm³, Mg/m³.

rnrn

4.3. Các đặcrntrưng tính chất vật lý dẫn xuất của đất (theo bảng 2)

rnrn

Bảngrn2. Các đặc trưng tính chất vật lý dẫn xuất của đất

rnrn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rnrn

Ghi chú: Để tránh nhầm lẫn khirnsử dụng các đơn vị cơ học trong tính các bài toán địa kỹ thuật và cơ học đất,rnlưu ý một số điểm sau:

rnrn

1. Cần phân biệt đại lượng khốirnlượng và đại lượng trọng lượng

rnrn

– Khối lượng của một vật là đạirnlượng đo tính ì của vật, đặc trưng quán tính quan trọng của vật, có trị sốrnkhông đổi trong điều kiện thông thường của cơ học cổ điển. Khối lượng của vậtrnthường được xác định bằng phương pháp đơn giản nhất là phương pháp cân, đơn vịrncơ bản là kilogam (kg), các đơn vị thường dùng khác là tấn (t) và gam (g).

rnrn

– Trọng lượng của mỗi vật trênrnquả đất là lực hấp dẫn (lực hút) của quả đất đặt lên vật. Trọng lượng đo bằngrnđơn vị lực: niutơn (N), các bội và ước của nó.

rnrn

2. Lực dùng để tính áp suất hoặcrntính sức bền vật liệu; tương tự như vậy, trọng lượng của đất dùng để tính áprnlực của đất trong các bài toán địa cơ học.

rnrn

3. Áp suất, đại lượng đặc trưngrncủa lực tác dụng vuông góc trên một đơn vị diện tích, có đơn vị chính là niutơnrntrên mét vuông (N/m²) hay còn gọi là Pascal (Pa), các bội và ước củarnnó.

rnrn

– Trong kỹ thuật còn dùngrnAtmôtphe, ký hiệu at; 1 at = 9,81.10^-4 N/m².

rnrn

– Một mét cột nước, ký hiệu mH₂O,rnbằng 9,81.10³ N/m².

rnrn

4. Phải sử dụng các đơn vị đornlường hợp pháp của Việt Nam theo quy định hiện hành.

rnrn