Tính chất vật lý của đất (Có sơ đồ)
Tất cả hầu hết tất cả các cấu trúc Kỹ thuật Xây dựng đang nằm trên đất, bao gồm các hạt khác nhau với số lượng lỗ rỗng ở giữa chúng. Những khoảng trống này chứa đầy một phần hoặc toàn bộ nước hoặc không khí và giúp ổn định hành vi của đất.
Bài viết này đang được dành hoàn toàn cho các tính chất đất cơ bản như độ xốp, tỷ lệ rỗng, hàm lượng nước, trọng lượng đơn vị, vv và mối quan hệ giữa các tính chất đất khác nhau.
Sơ đồ pha:
Sơ đồ đại diện cho các thành phần của đất được gọi là sơ đồ pha.
Sơ đồ đại diện cho cả ba thành phần của đất, tức là chất rắn, không khí và nước được gọi là sơ đồ ba pha, (hình 2.1). Sơ đồ chỉ hiển thị hai thành phần của đất, tức là chất rắn và không khí hoặc chất rắn và nước được gọi là sơ đồ hai pha, (hình 2.2 và 2.3)
Khối đất nói chung là một hệ ba pha vì nó chứa chất rắn cùng với nước và không khí. Không gian được bao phủ bởi nước và không khí trong khối đất được gọi là khoảng trống. Những khoảng trống này đôi khi được lấp đầy hoàn toàn bằng nước và đôi khi bởi nước và không khí. Khi các lỗ rỗng được lấp đầy hoàn toàn bằng nước, khối đất được gọi là bão hòa hoàn toàn và khi nó được lấp đầy một phần bởi nước và một phần bằng không khí, khối đất được gọi là bão hòa một phần.
Đất được gọi là khô khi các lỗ rỗng chỉ chứa đầy không khí. Ba thành phần của khối đất không chiếm không gian riêng biệt mà được đặt xen kẽ giữa các hạt đất rắn tạo thành vật liệu phức tạp, các tính chất phụ thuộc vào tỷ lệ tương đối của các thành phần này.
Mối quan hệ sau đây có thể được thiết lập từ hình 2.6:
Trong tự nhiên, ba thành phần của đất không bao giờ chiếm các không gian riêng biệt, tuy nhiên mục đích tính toán của tor rất thuận tiện để hiển thị các không gian riêng biệt này như trong hình 2.6.
Để cho
V a = Thể tích không khí
V w = Thể tích nước
V s = Khối lượng chất rắn của đất
Ma = Khối lượng không khí = 0
Mw = Khối lượng nước Mg = Khối lượng chất rắn
V = Tổng khối lượng đất
M = Tổng khối lượng đất.
Mật độ và trọng lượng đơn vị:
Mật độ khối lượng đất là tỷ lệ khối lượng của đất (M) so với thể tích (V). Nó được ký hiệu là p. Đơn vị trọng lượng của đất là tỷ lệ trọng lượng của đất (W = Mg) so với thể tích (V). Nó được ký hiệu là
= M / V từ .. (2.1)
và γ = W / V = Mg / V (2.2)
Đặt giá trị của M từ phương trình 2.1 đến và phương trình 2.2, chúng ta nhận được
= Vg / V = …g Đá (2.3)
= = gg
Mật độ thường được biểu thị bằng gm / cm 3 hoặc t / m 3 và trọng lượng đơn vị được biểu thị bằng KN / m 3 (1 gm / cm 3 = 1 t / m 3 = 9, 8 KN / m 3 )
Mật độ chất rắn:
Đó là tỷ lệ khối lượng của các hạt rắn so với thể tích của vật rắn. Nó được ký hiệu là pg.
ρs = Ms / Vs mới từ. (2.4)
Trọng lượng riêng:
Trọng lượng riêng của đất là tỷ lệ giữa mật độ chất rắn với mật độ của nước. Nó được ký hiệu là G và không có đơn vị.
G = Ps / Pw = γs / γw [Sự s = P s g và γ w = P w g]
Trọng lượng riêng có thể là đúng hoặc tuyệt đối, rõ ràng hoặc khối lượng riêng hoặc khối lượng riêng. Nếu các khoảng trống có trong các hạt đất được loại trừ để xác định khối lượng thực của chất rắn, thì trọng lượng riêng thu được được gọi là trọng lượng riêng thực hoặc tuyệt đối. Nếu khối lượng đất được xem xét bao gồm cả các khoảng trống, thì trọng lượng riêng thu được được gọi là trọng lượng riêng hoặc khối lượng riêng hoặc khối lượng riêng. Nó được ký hiệu là G m
G m = / γ m
Nếu không có gì được chỉ định, trọng lượng riêng 'G' có nghĩa là trọng lượng riêng của chất rắn trong đất.
Mật độ khô:
Mật độ khô hoặc trọng lượng đơn vị dray là tỷ lệ trọng lượng của chất rắn với tổng khối lượng của khối đất. Nó được ký hiệu là γ d
γ d = W s / v
Mật độ bão hòa (Hoặc trọng lượng đơn vị bão hòa ):
Trọng lượng đơn vị bão hòa của khối lượng đất là tỷ lệ giữa trọng lượng bão hòa của đất so với tổng thể tích. Nó được ký hiệu là γ sat -
Mật độ ngập nước (Hoặc trọng lượng đơn vị chìm):
Trọng lượng đơn vị ngập nước là tỷ lệ giữa trọng lượng ngập của đất với tổng khối lượng của khối đất. Nó được ký hiệu là
γ = (W s ) phụ / V
Khi khối đất bị ngập, trọng lượng của nó bị giảm do sự mọng nước. Trọng lượng ngập của khối đất, (Ws) phụ, bằng trọng lượng trong không khí trừ đi trọng lượng của nước bị dịch chuyển bởi khối đất. Mật độ ngập nước cũng được định nghĩa là
= γ sat -γ w
Mức độ bão hòa :
Mức độ bão hòa của một khối đất là tỷ lệ thể tích nước có trong khối đất với thể tích lỗ rỗng trong khối đất. Nó được ký hiệu là S r . Nó không có đơn vị. Nếu các lỗ rỗng chứa đầy nước, đất được cho là bão hòa và giá trị của S r là 1. Nếu các lỗ rỗng được lấp đầy hoàn toàn bằng không khí, tức là đất khô hoàn toàn
S r = Vw / Vv
Đối với đất bão hòa hoàn toàn, S r = 1
Đối với đất khô, S r = 0
Tỷ lệ phần trăm không khí:
Đó là tỷ lệ thể tích của các lỗ rỗng không khí V av trên tổng thể tích khối đất V. Nó được ký hiệu là V a . Nó không có đơn vị và thể hiện bằng tỷ lệ phần trăm.
V a = V av / V
Tỷ lệ trống:
Tỷ lệ trống của một khối đất là tỷ lệ của tổng thể tích lỗ rỗng với thể tích chất rắn trong khối đất. Nó được ký hiệu là e.
e = V v / V s
Tỷ lệ rỗng là thước đo mật độ của một khối đất nhất định. Nó được sử dụng trong việc tính toán các thông số đất như trọng lượng đơn vị, độ thấm, độ dốc thủy lực tới hạn, mức độ nén, v.v.
Độ xốp:
Độ xốp của khối lượng đất là tỷ lệ của tổng thể tích lỗ rỗng trên tổng thể tích khối đất. Nó được ký hiệu là n.
Chỉ số mật độ (Hoặc mật độ tương đối):
Độ nén của khối đất tự nhiên có thể được biểu thị bằng chỉ số mật độ. Nó được định nghĩa là tỷ lệ chênh lệch giữa tỷ lệ rỗng trong trạng thái lỏng nhất của khối đất và tỷ lệ khoảng trống tự nhiên của nó với chênh lệch giữa tỷ lệ khoảng trống ở trạng thái lỏng nhất và dày nhất của khối đất. Nó được ký hiệu là l D.
I D = e max -e / e max -e tối thiểu
Ở đâu
e max = tỷ lệ rỗng của khối đất ở trạng thái lỏng lẻo nhất
e min = tỷ lệ rỗng của khối đất là trạng thái dày đặc nhất của nó
e = tỷ lệ rỗng tự nhiên của khối lượng đất.
Chỉ số mật độ chủ yếu liên quan đến các loại đất không có sự gắn kết khi e = e max, tức là lớp trầm tích tự nhiên của đất ở dạng lỏng nhất sau đó = 0 và khi lớp trầm tích tự nhiên ở dạng dày đặc nhất là e = emin thì Id = 1. Khi lớp đất tự nhiên ở bất kỳ trạng thái trung gian nào, giá trị thay đổi trong khoảng từ 0 đến 1. Độ dính ít đất có thể được mô tả là rất lỏng, lỏng, dày đặc, dày đặc và rất đậm đặc tùy thuộc vào các giá trị của mật độ tương đối hoặc chỉ số mật độ, Bảng 2.2 cho thấy trạng thái đầm nén của chỉ số mật độ đất không dính kết.
Độ ẩm hoặc hàm lượng nước:
Nó được định nghĩa là tỷ lệ trọng lượng của nước trong khối đất so với trọng lượng so với chất rắn trong đất. Nó được ký hiệu là m và được biểu thị bằng tỷ lệ phần trăm. Nó không có đơn vị
M = W w / W s × 100
Hàm lượng nước cũng có thể được biểu thị dưới dạng nước tự do có sẵn trong một khối đất.
Nước hiện diện trong các lỗ rỗng của một khối đất được gọi là nước trong đất.
Nước trong đất có thể được phân loại thành hai loại:
(a) Nước miễn phí hoặc nước hấp dẫn
(b) Tổ chức nước.
Nước tự do di chuyển qua một khối đất dưới tác động của trọng lực được gọi là nước tự do. Nước này có thể được loại bỏ khỏi đất dễ dàng bằng cách làm nóng khối đất ở nhiệt độ 105 ° C đến 110 ° C.
Nước được giữ là một phần nước được giữ trong các lỗ chân lông của đất bởi một số lực tồn tại trong lỗ chân lông. Nước này không tự do di chuyển dưới ảnh hưởng của trọng lực và không thể loại bỏ dễ dàng.
Nước được giữ có thể được chia thành ba loại:
(a) Nước cấu trúc
(b) Nước hấp phụ
(c) Nước mao quản.
Nước cấu trúc là nước được kết hợp hóa học trong cấu trúc tinh thể của khoáng vật đất và chỉ có thể được loại bỏ bằng cách phá vỡ cấu trúc. Nước bị hấp phụ, còn được gọi là nước hút ẩm hoặc độ ẩm tiếp xúc hoặc độ ẩm bề mặt bị cấm là một phần của nước trong đất, các hạt đất được hấp thụ tự do từ khí quyển bởi lực hấp dẫn vật lý và bị giữ bởi lực bám dính.
Nước mao dẫn là nước được giữ trong các kẽ đất do lực mao dẫn. Kiến thức về hàm lượng nước trong khối đất là rất cần thiết trong việc kiểm soát các hoạt động đầm nén của đất, trong việc xác định giới hạn nhất quán, để tính toán độ ổn định của tất cả các loại đất và nền móng.
