NGUỒN GỐC VÀ THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT

Trong thiên nhiên, đất thường chứa cả 3 pha. Tuy nhiên, trong một số trường hợp

thì có thể chứa 2 pha như lúc đất khô hoàn toàn (gồm pha rắn và pha khí) hoặc lúc đất

bão hòa nước (gồm pha rắn và pha lỏng).



Hình 1.2: Mô hình 3 pha của đất



1.2.1. Pha rắn của đất

Pha rắn của đất là các hạt đất (cụ thể là các hạt khoáng vật), có kích thước từ vài

chục centimet đến vài milimet và nhỏ hơn.

Tính chất của đất phụ thuộc nhiều vào thành phần khoáng vật, sự phân bố các

kích thước hạt và các nhóm kích thước hạt chứa trong đất.

1.2.1.1. Thành phần khoáng vật hạt đất

Thành phần khoáng vật hạt đất được biểu thị cụ thể ở sơ đồ dưới đây

Khoáng vật hạt đất



Khoáng vật vô cơ



Khoáng vật nguyên sinh

(thạch anh, fenspat, mica,

…)



Khoáng vật hữu cơ (sản

phẩm phân hủy của động

thực vật)



Khoáng vật thứ sinh

(canxit, dolomit, caolinit,

iilit,…)



Khoáng vật nguyên sinh thường có kích thước lớn hơn 0,002mm, khoáng vật thứ sinh

là khoáng vật đã bị biến đổi để thích nghi với điều kiện hoàn cảnh mới và thường có

kích thước bé hơn 0,002mm.

1.2.1.2. Cấp phối hạt của đất

Trong đất thường chứa vô số hạt với các kích thước khác nhau, vì vậy để thuận

tiện cho việc nghiên cứu tính chất của đất thì người ta phân chia đất thành các nhóm

hạt trên cơ sở các hạt có kích thước nằm trong một phạm vi nhất định và có những tính

chất chủ yếu.

4



Bảng 1.1: Phân chia các nhóm hạt theo quan điểm xây dựng (TCVN)

Stt

Tên nhóm hạt

Kích thước (mm)

1

Tảng

> 200

2

Cuội

200 ÷ 20

3

Sạn, sỏi

20 ÷ 2

4

Cát

2 ÷ 0.05

5

Bụi

0.05 ÷ 0.002

6

Sét

< 0.002



Để biểu thị sự phân bố của các nhóm hạt trong đất, người ta tiến hành phân tích

thành phần hạt và biểu diễn trên “Đường cong cấp phối”.

Đường cong cấp phối là đường cong thể hiện mối quan hệ giữa kích thước hạt

và hàm lượng phần trăm (%) trong mẫu đất phân tích.



Hình 1.3: Đường cong cấp phối hạt



Hình 1.4: Các loại đường cong cấp phối hạt



5



Trên hình 1.4 trình bày 3 loại đường cong cấp phối phổ biến:

- Đường cong A: đường cong A có độ dốc lớn chứng tỏ kích thước các hạt đất

phân bố trong một phạm vi hẹp.

- Đường cong B: có độ dốc lớn, chứng tỏ đất có chứa nhiều loại hạt có kích

thước rất khác nhau.

- Đường cong C: có độ cong diễn biến không liên tục, bi gián đoạn bởi đoạn

thẳng nằm ngang, chứng tỏ trong đất thiếu một số cỡ hạt.

Để đánh giá mức độ đều hạt của đất, người ta sử dụng hệ số đồng nhất Cu và hệ

số đường cong CC

Cu =



d 60

d10



;



CC =



(d 30 ) 2

d 60 .d10



Trong đó: dn là kích thước đường kính hạt mà lượng chứa các cỡ nhỏ hơn nó

chiếm n%.



Hình 1.5: Hệ số đồng nhất

Hệ số đồng nhất càng bé thì đường cong cấp phối càng dốc, đường kính hạt càng

đều và ngược lại. Nếu Cu > 3, Cc nằm ngoài khoảng 1 ÷ 3 thì đất được coi là không đều

hạt; nếu Cu ≤ 3, Cc nằm trong khoảng 1 ÷ 3 thì đất được coi là đều hạt.

Ví dụ 1.1: Kết quả phân tích hạt một mẫu đất cát cho trong bảng sau. Hãy vẽ đường

cong cấp phối hạt của loại đất đó (biểu diễn trên đồ thị logarit). Đồng thời, hãy đánh giá mức

độ đều hạt của loại đất này ?

Bảng ghi kết quả phân tích thành phần hạt

Kích thước lỗ rây (mm)

10

5

2

1

0,5 0,25

Trọng lượng trên rây (g)

10

15

20

30

50

60

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)



0,1

10

(8)



< 0,1

5

(9)



6



Giải thích: Khi thí nghiệm, bộ rây được sử dụng có kích thước lỗ lần lượt là 10; 5; 2; 1;

0,5; 0,25; 0,1 (mm) được chồng lên nhau, rây lỗ to ở trên, rây lỗ nhỏ ở dưới và cuối cùng là

khay hứng những hạt bé nhất lọt qua rây 0,1mm. Kết quả trên dòng thứ hai trong bảng là

trọng lượng cân được trên các rây 10; 5; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1 và khay hứng. Cột thứ 4, ví dụ có

kích thước lỗ rây 2mm, trọng lượng trên rây 2g, có nghĩa là nhóm hạt 2-5mm có trọng lượng

20g trong mẫu.

Tổng trọng lượng mẫu đem thí nghiệm là (10+15+20+30+50+60+10+5) = 200g.

Giải:

Trước hết, ta xác định hàm lượng riêng của từng nhóm hạt. Ví dụ, nhóm có 5≥d>2

(nhóm hạt ở cột 4) có hàm lượng là: p(5 ≥ d > 2) =

Trong đó:



20

.100(%) = 10%

200



20 = trọng lượng của nhóm hạt (cột 4);

200 = tổng trọng lượng mẫu đem thí nghiệm.



Tương tự, kết quả tính cho tất cả các nhóm cho trong bảng sau:

Nhóm hạt

>10

[10-5)

[5-2)

[2-1)

[1-0,5) [0,5-0,25) [0,25-0,1) ≤0,1

Hàm lượng, % 5

7,5

10

15

25

30

5

2,5

Kết quả thí nghiệm sai khi tính toán được tổng hợp trong bảng sau:

Kích thước d (mm)

≤10

≤5

≤2

≤1 ≤0,5 ≤0,25 ≤0,1

Hàm lượng tích lũy P (%)

95 87,5 77,5 62,5 37,5 7,5

2,5

Biểu đồ đường cong cấp phối hạt của mẫu thí nghiệm



* Nhiệm vụ của sinh viên: Từ trên biểu đồ cấp phối hạt, xác định C u, Cc, đánh giá mức

độ đều hạt của đất.



1.2.1.3. Hình dạng hạt đất



7



Trong thực tế, đất có hình dạng bất kỳ như hình kim, hình que, hình cầu, hình

tấm phẳng,…vì vậy, để đơn giản hóa thì người ta quy ước hình dạng của hạt đất là

hình cầu trong trường hợp nếu có một hạt đất và một quả cầu có cùng tỉ trọng lắng

chìm cùng vận tốc với nhau.



Hình 1.6: Mô tả định nghĩa kích thước hạt đất



1.2.2. Thể lỏng của đất

Thể lỏng của đất (hay nước chứa trong đất) có tầm quan trọng ảnh hưởng đến

tính chất vật lý, hóa học và cơ học của đất. Trong thiên nhiên, đất thường chứa một

lượng nước nhất định. Nước trong đất được phân chia cụ thể theo sơ đồ dưới đây.



1.2.2.1. Nước trong hạt khoáng vật

Đây là loại nước gắn liền với kết cấu mạng tinh thể của khoáng vật, thường tồn

tại dưới dạng phân tử H2O hoặc ion H+, OH-. Ví dụ: Thạch cao (CaSO4.2H2O)

Loại nước này chỉ tách khỏi mạng tinh thể của khoáng vật khi nhiệt độ cao (>

105 C).

0



Nước trong hạt khoáng vật không gây ảnh hưởng đến tính chất xây dựng của đất.

1.2.2.2. Nước kết hợp mặt ngoài hạt đất

Trong thiên nhiên, khi kích thước hạt bé đến một giá trị nào đó (nhóm hạt sét) thí

bề mặt của nó sẽ có khả năng tích điện (âm) và tác động lên các phân tử nước ở xung

quanh nó. Dưới tác dụng của điện trường, hạt đất có xu hướng hình thành màng nước

bao quanh nó, màng nước bao xung quanh hạt đất được gọi là nước kết hợp mặt ngoài.



8



Hình 1.7: Mối quan hệ giữa hạt đất và phân tử nước trong nước kết hợp mặt ngoài



Nước kết hợp mặt ngoài tồn tại dưới tác dụng của lực hút điện trường nên các

phân tử nước và những ion dương bị hút vào bề mặt được sắp xếp một cách chặt chẽ

có định hướng. Càng cách xa bè mặt hạt, lực hút điện trường càng yếu nên sự sắp xếp

đó kém chặt chẽ và thiếu quy tắc hơn. Nếu xa hơn, vượt ra khỏi phạm vi ảnh hưởng

của điện trường thì nước sẽ ở dạng nước tự do thông thường.

Như vậy, tính chất của nước kết hợp mặt ngoài rất khác với tính chất của nước

thông thường.

Căn cứ vào cường độ lực điện phân tử của hạt khoáng vật, người ta phân nước

kết hợp mặt ngoài thành 3 lớp: nước hút bám, nước liên kết mạnh và nước liên kết yếu.

- Nước hút bám có tính chất gần với thể rắn, không có khả năng di chuyển,

không truyền áp lực thủy tĩnh, Tỷ trọng khoảng 1,5. Ở nhiệt độ dưới -78 oC nước hút

bám mới đóng băng. Khi đất sét chỉ chứa nước hút bám sẽ ở trạng thái rắn.

- Nước kết hợp mạnh cũng không giống nước thông thường, nó có khả năng di

chuyển theo hướng bất kỳ từ chỗ màng nước dày sang chỗ màng nước mỏng nhưng sự

di chuyển đó không liên quan đến tác dụng của trọng lực, tốc độ di chuyển nhỏ hơn tốc

độ nước thông thường. Nước kết hợp mạnh không truyền áp lực thủy tĩnh, có khả năng

hòa tan muối, nhiệt độ đóng băng dưới 0 oC. Khi đất sét có chứa nước kết hợp mạnh,

đất sẽ ở trạng thái nửa rắn.

- Nước kết hợp yếu có tính chất gần với nước thông thường. Khi đất sét có chứa

nước kết hợp yếu vẫn chưa thể hiện tính dẻo. Tính dẻo chỉ xuất hiện khi liên kết kết

cấu tự nhiên giữa các hạt đất đã bị phá hoại.

Nước kết hợp mặt ngoài ảnh hưởng đến tính chất của đất như tính dẻo, tính dính,

…

9



1.2.2.3. Nước tự do

Khác với hai loại nước kể trên, nước tự do tồn tại trong đất nhưng không liên

quan đến cấu trúc mạng tinh thể của khoáng vật cũng như nằm ngoài phạm vi ảnh

hưởng của lực hút điện trường hạt đất.

Nước tự do được chia thành hai dạng: nước mao dẫn và nước trọng lực.

a) Nước mao dẫn

Nước mao dẫn được hình thành khi nước ngầm bị kéo lên trong các đường rỗng

liên thông với nhau giữa các hạt đất.

Trên thực tế, tùy thuộc vào đặc điểm kích thước hạt đất mà chiều cao mao dẫn có

thể thay đổi từ vài chục centimet (đất cát) đến hàng trăm centimet (đất sét).



Hình 1.8: Sơ đồ thí nghiệm chiều cao mao dẫn trong đất



Nước mao dẫn có ảnh hưởng đến công trình xây dựng, ảnh hưởng đến sức

chịu tải, đặc tính biến dạng cũng như hiệu quả sử dụng công trình.

Ví dụ: Nền nhà thường bị ứ nước vào mùa đông.

b) Nước trọng lực

Nước trọng lực thường được gọi là nước tự do, loại nước này chảy dưới tác dụng

của trọng lực. Tốc độ vận động tùy thuộc vào độ lỗ rỗng và mức độ nứt nẻ của đất đá.

Trong một số trường hợp cụ thể, nước trọng lực có tầm quan trọng đối với tính

chất của đất nền và ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc sử dụng công trình.



10



Ví dụ: Nước trọng lực gây ra hiện tượng xói ngầm, tạo nên các “hố tử thần”, gây

hư hỏng đường giao thông.

1.2.3. Thể khí của đất

Là không khí tồn tại trong đất (trong các khe hở, lỗ rỗng), được phân làm 2 loại:

- Loại thông với khí quyển: không gây ảnh hưởng đến tính chất của đất.

- Loại không thông với khí quyển (bọc khí kín): ảnh hưởng đến tính chất đàn hồi,

ép co, tính thấm,… của đất.

Ví dụ: Từ hình 1.12 thấy rằng, từ A độ cao

dâng lên của nước mao dẫn chỉ tới điểm a, nhưng

theo một đường rỗng khác lại từ B có thể dâng

lên tới điểm c. Vì không khí trong đoạn ac bị bọc

kín, sinh ra lực căng mặt ngoài. Sự tồn tại của

các bọt khí này còn làm giảm tính thấm của đất,

làm tăng tính đàn hồi và có ảnh hưởng tới quá

trình ép co của đất dưới tác dụng của lực ngoài.

Một số loại khí chứa trong đất còn gây ra

hiện tượng oxy hóa, carbonat hóa,…làm thay đổi

màu sắc của đất, thay đổi trạng thái của đất.

1.3. KẾT CẤU, CẤU TRÚC VÀ LIÊN KẾT

KẾT CẤU CỦA ĐẤT



Hình 1.9: Túi khí trong đất



1.3.1. Kết cấu của đất

Kết cấu của đất là thuật ngữ chỉ cách sắp xếp các hạt đất trong một khối đất có

cùng thời điểm hình thành và cùng tồn tại tạo nên một khung kết cấu của đất.

Sự sắp xếp này phụ thuộc vào kích thước hạt và môi trường lắng chìm. Thường

phân ra ba loại kết cấu cơ bản sau: kết cấu hạt đơn, kết cấu tổ ong và kết cấu bông.



Hình 1.10: Các dạng kết cấu của đất



11



Kết cấu hạt đơn: được hình thành do quá trình lắng đọng dưới tác dụng của bản

thân trong điều kiện động năng dòng mang giảm thiểu. Trong thiên nhiên, các loại đất

hạt thô (cát, cuội, sỏi,…) thường có kết cấu hạt đơn.

Kết cấu tổ ong: Kết cấu này hình thành do sự lắng chìm các hạt tương đối nhỏ

trong nước. Do trọng lượng các hạt không đủ thắng lực dính giữa chúng với nhau tại

chỗ tiếp xúc nên chúng không thể tiếp tục lắng chìm xuống mà dừng lại ngay tại chỗ

tiếp xúc đầu tiên ở thế không ổn định. Đất có kết cấu tổ ong thường có hệ số rỗng lớn

khi mới hình thành.

Kết cấu bông: Đặc trưng cho đất hình thành từ các hạt có kích thước cực nhỏ

(hạt keo) chìm lắng trong môi trường nước khi có điều kiện thích hợp. Đặc điểm hình

thành này quy định đất kết cấu bông rất không ổn định, thường gặp trong trầm tích

biển trẻ.

Trong thiên nhiên, đất thường do các hạt lớn nhỏ khác nhau tạo thành cho nên

kết cấu của đất không chỉ đơn độc một trong 3 loại cơ bản kể trên mà thông thường

trong cùng một loại đất có thể gặp cả hai hoặc ba loại kết cấu đó đan xen.

1.3.2. Cấu trúc của đất

Cấu trúc của đất (hay cấu trúc địa tầng) là yếu tố mô tả tính phức hợp của nền đất

vầ kết cấu, cấu tạo, tính chất cơ lý trong từng phần hay toàn bộ nền đất được quan tâm.

Cấu trúc địa tầng có thể được hiểu là sự phân chia các lớp đất đá tại một vị trí

khảo sát nào đấy. Ví dụ: Công trình A có cấu trúc 3 lớp kể từ bề mặt đất: lớp cát pha,

lớp sét pha và lớp sét.

Thường có 3 loại cấu trúc cơ bản sau: cấu trúc phân lớp; cấu trúc khối và cấu trúc

tổ ong.

- Cấu trúc phân lớp: thường gặp đối với đất trầm tích.

- Cấu trúc khối: thường gặp đối với đất tàn sườn tích.

- Cấu trúc tổ ong: thường gặp đối với đất phong thành (trầm tích gió), băng tích,

… ít thấy ở Việt Nam.



a) Cấu trúc tổ ong



b) Cấu trúc phân lớp



c) Cấu trúc khối



Hình 1.11: Đặc điểm cấu trúc của đất



12



1.3.3. Liên kết kết cấu của đất

Liên kết kết cấu của đất là khái niệm dùng để chỉ mối liên kết giữa các hạt đất

hoặc các nhóm hạt đất.

Đặc điểm liên kết kết cấu của đất ảnh hưởng rõ rệt đến tính chất của đất, đặc biệt

là sức kháng cắt.

Theo thời gian hình thành, liên kết kết cấu được phân ra làm hai loại: liên kết ban

đầu và liên kết sinh sau.

Liên kết ban đầu được tạo nên bời các lực điện phân tử tác dụng giữa các hạt khoáng

vật với nhau cũng như giữa các hạt khoáng vật với nước. Đặc điểm của loại liên kết này

thường có tính đàn hồi và tính dẻo nhớt, do đó còn gọi là “liên kết keo nước”.

Liên kết sinh sau được tạo nên do kết quả của sự hóa già các chất keo, sự kết tinh

của các loại muối. Đặc điểm của liên kết này có tính cứng, chỉ bị phá hoại khi các hạt

có chuyển dịch tương đối lớn. Khác với liên kết ban đầu, liên kết sinh sau bị phá hoại

theo dạng gãy dòn và khi đã bị phá hoại thì không thể phục hồi ngay được.

Cần chú ý rằng, liên kết ban đầu hay sinh sau đều có cường độ kém xa cường độ

của bản thân hạt đất. Chính điều này kết hợp với đặc điểm đất là môi trường rời, làm

cho đất khác hẳn các loại vật liệu liên tục về tính chất cơ lý.

Liên kết kết cấu của đất ảnh hưởng rất lớn đến tính chất cơ lý của nó cho nên

muốn có được những số liệu thí nghiệm phản ánh đúng tình hình thực tế của đất, các

thí nghiệm trong phòng phải được tiến hành với các mẫu đất không bị phá hoại liên kết

kết cấu. Tuy nhiên, vì kỹ thuật lấy mẫu chưa tốt nên các mẫu lấy lên ít nhiều đều bị

phá hoại kết cấu, do đó hạn chế mức độ chính xác của việc nghiên cứu các tính chất

của đất ở trong phòng. Chính vì vậy, cần kết hợp xác định các đặc trưng của đất ngay

tại thực địa để so sánh, hiệu chỉnh nhằm khắc phục các nhược điểm kể trên.



13



CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1

1/ Anh (chị) hãy trình bày tóm tắt về nguồn gốc của đất và phân tích các yếu tố

tác động đến sự hình thành đất?

2/ Anh (chị) hãy trình bày đặc điểm pha rắn của đất?

3/ Anh (chị) hãy phân tích mối quan hệ giữa đất nguyên trạng với đặc điểm kết

cấu và liên kết kết cấu của nó?

4/ Kết quả phân tích hạt một mẫu đất cát cho trong bảng sau. Hãy vẽ đường cong

cấp phối hạt của loại đất đó (biểu diễn trên đồ thị logarit). Đồng thời, hãy đánh giá

mức độ đều hạt của loại đất này ?

Bảng ghi kết quả phân tích thành phần hạt



Kích thước lỗ rây (mm)

Trọng lượng trên rây (g)

(1)



10

15

(2)



5

12

(3)



2

20

(4)



1

35

(5)



0,5

40

(6)



0,25

50

(7)



0,1

12

(8)



< 0,1

7

(9)



5/ Kết quả thí nghiệm phân tích thành phần hạt một mẫu đất cát cho trong bảng

sau:

Kích thước hạt (mm)

>10 10-4 4-2

2-1 10,5

Trọng lượng trên rây (g) 10

15

20

30

50

Hãy vẽ đường cong cấp phối hạt của loại đất đó.



0,5-0,25 0,25-0,1

60

10



<0,1

5



Hãy xác định hàm lượng riêng của nhóm hạt có kích thước từ 0,3mm đến 0,4mm

trong mẫu đất đã thí nghiệm

Hãy xác định hệ số đồng đều và hệ số độ cong của mẫu đất đó.



14