Chương 2: Tính chất cơ học của đất

§1. Tính THẤM của đất

Nghiên cứu quy luật chuyển động của dòng nước trong các lỗ rỗng của đất dưới tác dụng của chênh lệch cột áp. Đây là cơ sở để giải quyết các bài toán về đê đập, công trình ngầm và hố móng.

1.1. Định luật Darcy

Vận tốc thấm của nước trong đất tỷ lệ bậc nhất với gradient thủy lực. Định luật áp dụng cho dòng chảy tầng trong môi trường đất.

v = k \cdot i

$v$ :Vận tốc thấm (cm/s).
$k$ :Hệ số thấm của đất (cm/s).
$i$ :Gradient thủy lực.

1.2. Gradient Thủy lực ( $i$ )

Sự giảm sút cột nước áp trên một đơn vị chiều dài đường thấm.

i = \frac{\Delta H}{L}

Lưu lượng nước thấm ( $Q$ )

Q = k \cdot i \cdot A \cdot t

1.3. Áp lực thể tích của dòng thấm (Seepage Force)

Khi nước chảy qua các lỗ rỗng, nó tác dụng một lực lên các hạt đất. Lực này có thể gây ra hiện tượng nâng, bục nền đất (boiling) nếu không được kiểm soát.

Công thức tính áp lực ( $j$ ):

j = i \cdot \gamma_w

1.4. Thí nghiệm xác định hệ số thấm ( $k$ )

1.4.1. Thí nghiệm thấm với cột nước không đổi (Constant Head Test)

Phù hợp cho đất có tính thấm cao (Đất hạt thô: cát, sỏi,...)

Nguyên lý: Giữ cho độ chênh lệch mực nước ( $\Delta H$ ) ở hai đầu mẫu đất luôn không đổi trong suốt quá trình thí nghiệm. Đo lượng nước $Q$ chảy qua mẫu đất trong khoảng thời gian $t$ .

k = \frac{Q \cdot L}{A \cdot \Delta H \cdot t}

$Q$ : Thể tích nước thu được (cm³).
$L$ : Chiều dài mẫu đất (cm).
$A$ : Diện tích tiết diện ngang của mẫu đất (cm²).
$\Delta H$ : Chênh lệch cột nước (cm).
$t$ : Thời gian thí nghiệm (s).

1.4.2. Thí nghiệm thấm với cột nước thay đổi (Falling Head Test)

Phù hợp cho đất có tính thấm kém (Đất hạt mịn: sét, á sét,...)

Nguyên lý: Mực nước trong ống đo giảm dần theo thời gian. Người ta ghi lại thời gian $\Delta t = t_2 - t_1$ để mực nước trong ống tụt từ độ cao $h_1$ xuống $h_2$ .

k = \frac{a \cdot L}{A \cdot (t_2 - t_1)} \ln\left(\frac{h_1}{h_2}\right)

$a$ : Diện tích tiết diện ngang của ống thủy tinh đo nước (cm²).
$A$ : Diện tích tiết diện ngang của mẫu đất (cm²).
$L$ : Chiều dài mẫu đất (cm).
$h_1, h_2$ : Cột nước tại thời điểm $t_1$ và $t_2$ .

1.1. Định luật Darcy

1.2. Gradient Thủy lực (iii)

Lưu lượng nước thấm (QQQ)