Cơ học đất – Wikipedia tiếng Việt

Cơ học đất là một nhánh liên ngành của cơ học ứng dụng, địa chất công trình nghiên cứu các tính chất vật lý, cơ học của đất để áp dụng vào mục đích xây dựng, các nguyên nhân quyết định các đặc trưng đó, nghiên cứu trạng thái ứng suất – biến dạng của đất, cường độ chống cắt, áp lực hông của đất (tường chắn), sức chịu tải của nền móng, độ lún của nền đất, và sự ổn định của mái dốc. Karl von Terzaghi, cha đẻ của cơ học đất, đã có những đóng góp to lớn trong ngành địa chất thế giới.

Đối tượng điều tra và nghiên cứu của có học đất là đất vạn vật thiên nhiên được hình thành do phong hóa, do trầm tích và sau khi hình thành lại luôn biến hóa do ảnh hưởng tác động của môi trường tự nhiên xung quanh. Đất thường dùng làm nền, làm vật tư hoặc thiên nhiên và môi trường thiết kế xây dựng .
Người đặt viên gạch tiên phong kiến thiết xây dựng môn Cơ học đất là Charles Augustin Coulomb ( 1736 – 1806 ) – một nhà khoa học người Pháp và sau đó đến năm 1925 nhà khoa học Karl von Terzaghi ( 1883 – 1963 ) người Áo chính thức đưa Cơ học đất – môn khoa học ứng dụng – trở thành một môn khoa học độc lập. Từ đó đến nay Cơ học đất đã có sự tăng trưởng can đảm và mạnh mẽ trong cả triết lý lẫn thực nghiệm, đặc biệt quan trọng là sự tăng trưởng công nghệ tiên tiến để nghiên cứu và điều tra thực nghiệm về đất .

Những nội dung của Cơ học đất gồm các vấn đề sau:

– Tính chất vật lý và cơ học của đất, xác lập những đặc thù kiến thiết xây dựng tương thích với khu công trình riêng không liên quan gì đến nhau .- Đưa ra những quy mô của những đặc thù cơ bản của đất bằng ngôn từ cơ học hay toán học .- Dự báo những điều kiện kèm theo kỹ thuật ( biến dạng lún, sức chịu tải, độ không thay đổi … ) có kể đến những ảnh hưởng tác động của thời hạn, giải pháp kiến thiết, vật tư, thiết bị …- Đưa ra những giải pháp khu công trình gồm có những giải pháp nền, móng .

Các đặc thù cơ bản của đất[sửa|sửa mã nguồn]

Biểu đồ phân lượng trong đất cho biết khối lượng và thể tích của khí, đất, nước và lỗ rỗngTrong điều kiện kèm theo tự nhiên, đất là một hợp thể phức tạp gồm 3 thể : thể rắn, thể lỏng và khí. khi những lỗ rỗng trong đất chứa đầy nước thì nó gồm 2 thể : rắn và lỏng. Nếu tất cả chúng ta dùng sơ đồ 3 thể, tượng trưng cho thể tích đất, thì thuận tiện có khái niệm về phân lượng mỗi thể trong đất. Các đặc thù cơ học của đất phụ thuộc vào trực tiếp vào tương tác của ba thể này với nhau, ngoài những còn phụ thuộc vào vào ứng suất tính năng lên đất và sự biến hóa nhiệt độ …Pha rắn của đất gồm nhiều thành phần có tỷ suất biến hóa khác nhau như tinh thể sét và những khoáng phi sét ( non-clay minerals ), những loại đất sét phi tinh thể ( vô định hình-noncrystalline ), vật chất hữu cơ, và những loại muối kết tủa. [ 1 ] Những khoáng chất này thường được tạo bởi từ những nguyên tử của những nguyên tố thông dụng như oxy, silic, hydro, và nhôm, chúng tạo thành nhiều dạng tinh thể khác nhau. Những nguyên tố này phối hợp cùng với calci, kali, natri, magie, và cacbon chiếm trên 99 % khối lượng của đất. [ 1 ]. Các hạt rắn được phân loại theo size như đất sét, đất bùn, cát, sỏi, sỏi cuội, đá cuội .Pha lỏng trong đất thường thì chứa hầu hết là nước cùng với một lượng khác nhau những chất điện ly hòa tan trong nước. Các hợp chất hữu cơ, gồm có cả hòa tan và không hòa tan được đều có trong đất, chúng xâm nhập vào đất do từ những nguồn và ảnh hưởng tác động khác nhau .Pha khí, đặc biệt quan trọng trong đất bão hòa, thường là không khí, mặc dầu những khí hữu cơ hoàn toàn có thể xuất hiện trong những nơi có hoạt động giải trí sinh học cao hoặc trong đất bị ô nhiễm hóa học .Các khoáng vật trong đất quyết định hành động đến size, hình dạng, và những đặc thù vật lý và hóa học của đất và từ đó tác động ảnh hưởng đến năng lực chịu tải trọng, chịu nén của đất .Cấu trúc của đất là sự tích hợp những hiệu ứng khung ( tổng hợp hạt, sự sắp xếp hình học của những hạt, những nhóm hạt, và khoảng trống lỗ rỗng trong đất ), thành phần, và lực tương tác giữa những hạt. Cấu trúc của đất cũng được sử dụng để tính đến sự khác nhau giữa những đặc thù của đất vạn vật thiên nhiên ( cấu trúc ) và đất đã bị tác động ảnh hưởng ( destructured ) [ 1 ]. Cấu trúc của đất phản ánh toàn bộ những góc nhìn của những thành phần đất, lịch sử dân tộc, trạng thài hiện tại, và thiên nhiên và môi trường xung quanh đất. Ở điều kiện kèm theo bắt đầu đất có cấu trúc lỗ rỗng cao hoặc đất đã bị nén chặt ; trong khi đất truyền kiếp có độ rỗng thấp phản ánh điều kiện kèm theo tàng trữ trước kia bị biến hóa nhiều hơn nữa. [ 1 ]Đất, giống như những vật tư kỹ thuật khác, bị biến dạng khi đặt dưới tải. Biến dạng này gồm có hai loại – sự cắt, hoặc trượt, biến dạng và nén. Nhìn chung, đất không hề chịu được lực kéo. Trong 1 số ít trường hợp những hạt đất hoàn toàn có thể được link với nhau và đất hoàn toàn có thể chịu được một lực kéo nhỏ, nhưng không hề chịu được trong thời hạn dài .Các hạt cát và sỏi thành phần gồm có hầu hết là silic. Chúng hoàn toàn có thể được làm tròn nhẵn do quy trình mài mòn trong nước và gió, hoặc có hình dạng góc cạnh, hoặc bất kỳ hình dạng trung gian nào, và những hạt có được những kích cỡ tương tự nhau. Các hạt sét phát sinh từ quy trình phong hóa của những tinh thể đá như fenspat, và thường gồm có alumino-khoáng chất silicat. Chúng thường có hình dạng vảy ( phiến ), với diện tích quy hoạnh mặt phẳng lớn hơn so với khối lượng của chúng. Do khối lượng vô cùng nhỏ, đặc thù của những tinh thể bị chi phối bởi những lực hút và đẩy tĩnh điện trên mặt phẳng của chúng. Cùng với lực hút này và sự hấp thụ nước vào những mặt phẳng của những tinh thể, độ dày của lớp bị ảnh hưởng tác động bởi những muối hòa tan trong nước .

Phân tích độ hạt[sửa|sửa mã nguồn]

Bộ rây sàn

Máy rây sàn

Mỗi nhóm hạt đất có đặc tính riêng như :- Nhóm hạt cát có tính rời ở trạng thái khô hoặc bão hòa .- Nhóm hạt sét có tính dẻo khi chứa một lượng nước nhất định .Tập trung có hai nhóm chính :- Nhóm hạt thô : đá hộc, cuội, sỏi, cát .- Nhóm hạt mịn : bột, sét và keo .Đất tự nhiên gồm nhiều loại loại sản phẩm phong hóa khác nhau nên có nhiều kích cỡ và thành phần khoáng khác nhau. Đặc tính của một loại đất phụ thuộc vào và hàm lượng chứa những nhóm hạt, cấu trúc khung hạt đang sống sót, kích cỡ lỗ rỗng và lượng nước chứa trong những lỗ rỗng .Để nghiên cứu và phân tích thành phần hạt trong một mẫu đất, hai thí nghiệm thường được sử dụng là thí nghiệm rây sàng cho nhóm hạt thô và thí nghiệm ngọt ngào cho nhóm hạt mịn. Mục đích hai thí nghiệm trên là nhằm mục đích xác lập hàm lượng ( % ) theo khối lượng của mỗi nhóm hạt trong mẫu đất đang khảo sát, hiệu quả thí nghiệm được miêu tả trên đồ thị mà trục hoành là đường kính hạt theo tỷ suất lôgarit thập phân và trục tung là Tỷ Lệ cỡ hạt mịn hơn .Với đất hạt thô để nghiên cứu và phân tích cỡ hạt thí nghiệm rây với bộ rây chuẩn theo thứ tự rây có mắt rây lớn đặt lên trên và nhỏ dần xuống duối, ở đầu cuối là đáy rây .Các size rây theo tiêu chuẩn ASTM :

Cạnh mắt lưới / No

Kích thước một lỗ rây (inch)

Kích thước một lỗ rây (mm)

4

101.6

2

50.8

1

25.4

0.750

19.1

0.500

12.7

0.375

9.52

3

0.250

6.35

4

0.187

4.76

6

0.132

3.36

3

0.0937

2.38

10

0.0767

2.00

12

0.0061

1.68

16

0.0469

1.19

20

0.331

0.840

30

0.0232

0.520

40

0.0165

0.420

…

…

…

400

0.0015

0.037

Ghi chú: No là cỡ rây hoặc số rây. Ví dụ No-3 có nghĩa là trên chiều dài 1 inch trên rây có 3 mắt rây. No200 có nghĩa là trên chiều dài 1 inch trên rây có 200 mắt rây.

Để nghiên cứu và phân tích cỡ hạt thành phần mịn, những phòng thí nghiệm thường sử dụng giải pháp ngọt ngào những hạt đất trong nước và đo khối lượng riêng của hỗn hợp đất – nước, từ đó suy ra hàm lượng cỡ hạt đất nhờ định luật Stockes .

Ứng suất hữu hiệu[sửa|sửa mã nguồn]

Khái niệm ứng suất hữu hiệu ( Effective Stress ) là một trong những góp phần quan trọng nhất của Karl Von Terzaghi trong cơ học đất. Nó được đo bằng phần áp lực đè nén truyền lên cấu trúc phần cấu trúc hạt đất ( tập hợp những hạt tương tác với nhau ), và xác lập năng lực chống lại ứng suất cắt của đất. Nó không hề đo được một cách trực tiếp, mà bằng hiệu giữa hai tham số hoàn toàn có thể đo được trực tiếp hoặc được ước đạt với một độ an toàn và đáng tin cậy

Ứng suất hữu hiệu σ ‘ trên một mặt phẳng trong một khối đất bằng hiệu số giữa ứng suất tổng (σ) và áp lực nước lỗ rỗng (u):

σ ′ = σ − u { \ displaystyle \ sigma ‘ = \ sigma – u \, }

Từ trên, tất cả chúng ta thấy ứng suất hữu hiệu không phải là ứng suất tiếp xúc thực giữa hạt với hạt, mà là ứng suất trung bình giữa những hạt trên một diện tích quy hoạnh phẳng .

1. ^ a b c Mitchell, J.K. 1993. Fundamentals of Soil Behavior. John Wiley và Sons, Inc .

Source: https://mix166.vn
Category: Thuật Ngữ