§7. XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HẠT CỦA ĐẤT

7.1.1. Phương pháp rây khô

7.1.1.1. Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm

- Bộ rây tiêu chuẩn (10; 5; 2; 1; 0,5mm)

- Cân kỹ thuật

- Cối sứ và chày bọc cao su

- Tủ sấy, bình hút ẩm,...

7.1.1.2. Các bước tiến hành thí nghiệm

•

Bước 1: Chuẩn bị mẫu đất. Mẫu đất thí nghiệm được đem phơi khô

gió. Sử dụng cối sứ và chày bọc cao su, nghiền nhỏ, sử dụng phương pháp chia tư,

chọn khối lượng mẫu phân tích theo bảng 7.1.

Bảng 7.1: Khối lượng đất cần chọn cho thí nghiệm rây

Stt

Đặc điểm loại đất phân tích

KL đất khô gió (gam)

1

Đất không chứa các hạt d > 2mm

200

2

Đất chứa các hạt d > 2mm chiếm đến 10%

500

3

Đất chứa các hạt d > 2mm chiếm từ 10% đến 30%

2000

4

Đất chứa các hạt d > 2mm chiếm hơn 30%

3000

•

Bước 2: Đặt bộ rây tiêu chuẩn theo thứ tự đường kính lỗ rây giảm dần

theo chiều từ trên xuống. Cho mẫu đất được nghiền nhỏ lên rây trên cùng và tiến hành

rây. Việc rây đất được hoàn thành khi:

- Lấy từng rây riêng rẽ ra, dùng tay miết mạnh các hạt, hợp thể đất, nếu thấy chúng

không bị vỡ vụn ra nữa thì không cần phải nghiền lại và ngược lại.

- Rây từng rây đất lên tờ giấy trắng, nếu không có các hạt đất lọt xuống nữa là

được.

•

Bước 3: Sau khi rây xong, cân xác định khối lượng đất của các nhóm

hạt trên từng rây.

Lưu ý: Lấy tổng khối lượng các hạt trên rây và lượng sót đáy so với khối lượng

ban đầu, nếu lệch quá 1% thì phải phân tích lại.

Khối lượng đất tổn hao khi dùng bộ rây được phân chia cho tất cả các nhóm hạt,

theo tỉ lệ khối lượng của chúng.

7.1.1.3. Tính toán kết quả

Hàm lượng của mỗi nhóm hạt (P) được biểu diễn bằng phần trăm, tính theo công

thức:

P=



mh

.100%

m



Trong đó:



(7.1)

mh: khối lượng nhóm hạt (g)

m: khối lượng của mẫu đất đem phân tích (g)



Kết quả tính toán được biểu diễn với độ chính xác đến 0,1%.



Trình bày các kết quả phân tích dưới dạng bảng số lượng chứa phần trăm trong đất

của các nhóm hạt có kích thước lớn hơn 10; 10 đến 5; 5 đến 2; 2 đến 1; 1 đến 0,5 và nhỏ

hơn 0,5mm (Bảng 7.2).

Bảng 7.2: Biểu mẫu thí nghiệm thành phần hạt của đất bằng phương pháp rây khô

Tổng khối lượng mẫu đem phân tích,........g

Kích thước

nhóm hạt,

mm



Khối lượng

của nhóm

hạt, g



Phần trăm của

nhóm hạt, %



Kết quả phân tích

Kích thước

hạt, mm



> 10



10



10÷5



5



50÷2



2



2÷1



1



1÷0,5



0,5



< 0,5



Phần trăm

tích lũy, %



< 0,5



7.1.2. Phương pháp rây ướt

7.1.2.1. Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm

- Bộ rây tiêu chuẩn (10; 5; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1mm)

- Cân kỹ thuật

- Cối sứ và chày bọc cao su

- Tủ sấy, bình hút ẩm, bát đựng đất, nước cất,...

7.1.2.2. Các bước tiến hành thí nghiệm

•



Bước 1: Chuẩn bị mẫu đất tương tự phương pháp rây khô.



•

Bước 2: Cho đất vào bát đựng đất, cho nước vào bát và khuấy đều để

cho nước tách rời các hạt đất. Cho huyền phù (nước+đất) qua rây 0,1mm. Đưa đất trên

rây 0,1mm vào tủ sấy đến trạng thái khô gió.

•

Bước 3: Xác định khối lượng mẫu đất sau khi loại bỏ các hạt nhỏ hơn

0,1mm. Xác định khối lượng các hạt có kích thước nhỏ hơn 0,1mm theo hiệu số giữa

khối lượng của mẫu lấy để phân tích và khối lượng của mẫu sau khi đã rửa đi các hạt

có kích thước nhỏ hơn 0,1mm.

•

Bước 4: Tiến hành rây mẫu đất đã loại bỏ hạt nhỏ hơn 0,1mm trên bộ

rây tiêu chuẩn và kiểm tra kết quả rây như phương pháp rây khô.

•

Bước 5: Cân riêng từng nhóm hạt bị giữ lại trên các rây. Lượng đất

tổn hao khi rây phải chia cho các nhóm hạt theo tỉ lệ khối lượng của chúng.

7.1.2.3. Tính toán kết quả

Tính hàm lượng phần trăm của mỗi nhóm hạt theo công thức (7.1)



Kết quả phân tích được trình bày dưới dạng bảng, trong đó ghi lượng chứa phần

trăm các nhóm hạt có kích thước lớn hơn 10; 10 đến 5; 5 đến 2; 2 đến 1; 1 đên 0,5; 0,5

đến 0,25; 0,25 đến 0,1 và nhỏ hơn 0,1mm.

Bảng 7.3: Biểu mẫu thí nghiệm thành phần hạt của đất bằng phương pháp rây ướt

Tổng khối lượng mẫu đem phân tích,........g

Kích thước

nhóm hạt,

mm



Khối lượng

của nhóm

hạt, g



Phần trăm của

nhóm hạt, %



Kết quả phân tích

Kích thước

hạt, mm



> 10



10



10÷5



5



50÷2



2



2÷1



1



1÷0,5



0,5



0,5÷0,25



0,25



0,25÷0,1



0,1



< 0,1



Phần trăm

tích lũy, %



< 0,1



7.2. PHƯƠNG PHÁP TỈ TRỌNG KẾ

Phương pháp này dựa trên nguyên tắc cơ bản là các hạt to nhỏ khác nhau sẽ có tốc

độ chìm lắng khác nhau. Nguyên tắc này dựa vào tốc độ chìm lắng để phân chia cỡ hạt

(Định luật Stokes).

Xác định thành phần hạt của đất bằng phương pháp tỉ trọng kế và tiến hành đo mật

độ của huyền phù bằng tỉ trọng kế đã được hiệu chỉnh trước.

Khi phân tích các mẫu đất có huyền phù không kết tủa, để rửa hạt, pha loãng

huyền phù, đều phải dùng nước cất có thêm dung dịch NH 4OH nồng độ 25% theo liều

lượng 0,5cm3 cho một lít nước cất.

7.2.1. Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm

- Tỉ trọng kế có thang từ 0,995 đến 1,030 và có giá trị của mỗi vạch chia là 0,001

(loại B) hoặc tỉ trọng kế có thang chia từ 0 đến 60 (loại A). Lưu ý: Trong nội dung môn

học, sử dụng tỉ trọng kế loại B để làm thí nghiệm và tính toán kết quả.

- Ống đong 1000ml

- Nước cất, dung dịch NH4OH 25%

- Đồng hồ bấm giây

- Que khuấy huyền phù

- Bộ rây tiêu chuẩn (10; 5; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1mm)

- Phễu nhỏ, bình tam giác dung tích 750 đến 1000cm3



- Dụng cụ xác định độ ẩm của đất: tủ sấy, hộp nhôm, cân kỹ thuật,...



Hình 7.2: Tỷ trọng kế và ống đong 1000 ml



Hình 7.3: Ống đong 1000 ml và đồng hồ bấm giây

7.2.2. Các bước tiến hành thí nghiệm

•

Bước 1: Bằng phương pháp chia tư, lấy một mẫu đất 200g ở trạng thái

khô gió và sàng qua rây có kích thước lỗ 10; 5; 2; 1; 0,5mm. Cân các nhóm hạt bị giữ

lại các rây và nhóm hạt đã lọt xuống ngăn đáy.



•

Bước 2: Cũng bằng phương pháp chia tư, lấy một mẫu đất trung bình

đã lọt qua rây có kích thước lỗ 0,5mm, cho vào trong một bát đã biết trước khối lượng

và cân bát có chứa đất để xác định khối lượng của đất có cỡ hạt nhỏ hơn 0,5mm dùng

vào phân tích.

Khối lượng của mẫu đất này được lấy vào khoảng:

20g đối với đất sét;

30g đối với đất sét pha;

40g đối với đất cát pha;

Đồng thời với việc lấy mẫu trung bình để xác định thành phần hạt, phải lấy mẫu để

xác định độ ẩm và khối lượng riêng của đất.

•

Bước 3: Cho mẫu đất trung bình dùng để phân tích vào bình tam giác

có dung tích 750 đến 1000cm 3. Đổ thêm nước vào bình tam giác sao cho lượng nước

tổng cộng gấp 10 lần khối lượng của mẫu đất và ngâm mẫu đất trong một ngày đêm.

•

Bước 4: Cho thêm vào bình 1cm3 dung dịch NH4OH 25% và đậy bình

lại bằng một cái phễu có đường kính từ 2 đến 3cm và đun sôi huyền phù trong thời

gian 1 giờ.

•

Bước 5: Để nguội huyền phù cho đến nhiệt độ trong phòng, sau đó rót

qua rây 0,1mm vào trong ống hình trụ có dung tích 1000cm 3. Để rót, cần đặt phễu có

đường kính 14cm trên miệng ống đo, rồi đặt rây vào miệng phễu.

Rửa trôi các hạt trên rây 0,1mm bằng tia nước cho đến khi phần nước trên các hạt

hoàn toàn trong. Lưu ý: huyền phù qua rây vào ống đo phải nhỏ hơn 1000cm3.

Dồn các hạt còn lại trên rây vào bát đựng đất đã biết trước khối lượng, đun cho bốc

hơi. Sau đó, đem sấy đến khối lượng không đổi, rồi cho qua rây có kích thước lỗ 0,25 và

0,1mm. Cân các nhóm hạt bị giữ lại trên rây để xác định lượng chứa của chúng. Cho các

hạt đã lọt qua rây có lỗ 0,1mm vào ống đong chứa huyền phù để tiến hành phân tích

bằng tỉ trọng kế.

Đổ thêm nước vào ống đo (nếu cần) cho đúng 1000cm 3. Khi phân tích loại đất có

huyền phù kết tủa (có hiện tượng ngưng keo) thì trước lúc đổ thêm nước, phải cho vào

ống 25cm3 pirophotphat natri (Na4P2O7) có nồng độ 4%.

•

Bước 6: Dùng que khuấy huyền phù trong thời gian 1 phút (cứ 2 giấy

kéo lên đẩy xuống 1 lần), ghi điểm thôi khuấy và sau 20 giây thận trọng thả tỉ trọng kế

vào trong huyền phù. Phải để tỉ trọng kế nổi tự do, không được chạm vào thành ống

đo.

Tiến hành đọc đợt đầu mật độ của huyền phù theo mép trên của mặt khum sau 30

giây; 1 phút; 2 phút; 5 phút từ khi thôi khuấy và không lấy tỉ trọng kế ra khỏi ống đo.

Thời gian đọc số trên tỉ trọng kế không được lâu quá 5 đến 7 giây.

Chú thích: Để tiện thao tác, khi đọc tỉ trọng kế loại B có thể đơn giản đo, tức là bỏ

số 1 và chuyển dấu phẩy lùi về phải 3 số lẻ; trong trường hợp này, gạch chia phần



nghìn sẽ là số nguyên, còn số lẻ phần mười nghìn ước lượng bằng mắt sẽ là số lẻ phần

mười.

•

nước cất.



Bước 7: Lấy tỉ trọng kế ra khỏi huyền phù và cho vào trong ống đựng



Khuấy lại huyền phù lần thứ hai và cho tỉ trọng kế vào huyền phù để đọc mật độ

của nó. Đọc tiếp tỉ trọng kế sau 15 phút; 30 phút; 1,5 giờ; 2 giờ; 3 giờ và 4 giờ kể từ khi

ngừng khuấy. Thời gian đọc có thể kéo dài và tùy theo yêu cầu mà quy định.

Mỗi lần đọc nên thả tỉ trọng kế trước 5 đến 10 giây và hơi sâu hơn lần trước một

chút. Sau mỗi lần đọc xong, lấy tỉ trọng kế ra khỏi huyền phù và nhúng vào ống đựng

nước sạch, đo nhiệt độ và không khuấy lại.

7.2.3. Tính toán kết quả

a/ Tính khối lượng chứa phần trăm các nhóm hạt có kích thước lớn hơn 10; 10 đến

5; 5 đến 2; 2 đến 1; 1 đến 0,5 và nhỏ hơn 0,5mm.

b/ Tính khối lượng phần hạt của mẫu đất trung bình lấy để phân tích (m 0) bằng tỉ

trọng kế

m0 =



m1

1 + 0, 01.W



(7.2)



Trong đó:

m1 – khối lượng của mẫu đất trung bình lấy để phân tích bằng tỉ

trọng kế ở trạng thái khô gió (g)

W – độ ẩm khô gió của đất (%)

c/ Tính lượng chứa phần trăm (P) của các nhóm hạt có kích thước nhỏ hơn 0,5mm

và lớn hơn 0,25mm (hoặc lớn hơn 0,1mm) so với tổng khối lượng đất đem phân tích

thành phần hạt

P=



mh

(100 − K)

m0



(7.3)



Trong đó:

mh - khối lượng của nhóm hạt trên rây 0,25 (hoặc 0,1mm) đã được

sấy khô đến khối lượng không đổi (g)

m0 - khối lượng phần hạt của mẫu đất trinh bình lấy để phân tích

bằng tỉ trọng kế (g)

K - lượng chứa tổng cộng của các nhóm hạt có kích thước lớn hơn

0,5mm (%)

d/ Tính toán đường kính (d) của các hạt (mm)

d=



1800.η.H R

g.(ρ − ρn ).T



(7.4)



Trong đó:

HR - Cự li chìm lắng của các hạt kể từ bề mặt dịch thể cho đến

trọng tâm của bầu tỉ trọng kế ứng với số đọc đã hiệu chỉnh R trong thời gian T (cm)

η - hệ số nhớt của nước (tính bằng Poazo), phụ thuộc vào nhiệt độ

g - gia tốc trọng trường, bằng 981 cm/s2



ρ - khối lượng riêng của hạt đất (g/cm3)

ρn - khối lượng riêng của nước (lấy bằng 1 g/cm3)

T - thời gian chìm lắng kể từ lúc bắt đầu thôi khuấy huyền phù cho

đến khi đọc được R (giây)

* Xác định khoảng cách HR (cự li chìm lắng của các hạt đất)

H R = L + (a − b)



(7.5)



Trong đó:

a - khoảng cách từ vạch chia cuối cùng đến trọng tâm của khối

nước do bầu tỉ trọng kế choán chỗ (cm)

b - chiều cao dâng nước trong ống đo, khi tỉ trọng kế chìm xuống

đến trọng tâm của khối nước bị bầu tỉ trọng kế choán chỗ (cm)

L - khoảng cách từ vạch chia cuối cùng trên thang tỉ trọng kế đến

các vạch chia phía trên (cm)

* Khoảng cách L được xác định theo công thức

L=



N−M

Li

N



(7.6)



Trong đó:

N - số vạch chia phần nghìn trên thang tỉ trọng kế kể từ vạch chia

cuối cùng (1,030) đến vạch chia 1,000

M - số vạch chia phần nghìn trên thang tỉ trọng kế kể từ vạch chia

1,000 đến mặt huyền phù. M luôn luôn bằng số đọc trên tỉ trọng kế (M được lấy từ 0 đến

30)

Li - chiều dài của thang khắc trên tỉ trọng kế kể từ vạch cuối

(1,030) đến vạch 1,000, tính bằng centimet.

Lưu ý: Để thuận tiện cho việc tính toán, nên lập biểu thức quan hệ giữa HR và M.

* Chiều cao dâng nước trong ống đo khi tỉ trọng kế chìm xuống đến trọng tâm của

khối nước bị bầu tỉ trọng kế choán chỗ (b), đo bằng centimet, được xác định theo công

thức

b=



Vb

2F



(7.7)



Trong đó:

Vb - thể tích của bầu tỉ trọng kế (tính đến vạch chia cuối cùng trên

thang tỉ trọng kế), tính bằng cm3

F - tiết diện ngang của ống đo (cm2)

Thể tích bầu tỉ trọng kế (Vb) được xác định như sau: Đổ 900 đến 920cm 3 nước cất

có nhiệt độ 200C vào trong ống đong có dung tích 1000cm 3. Nhúng chìm tỉ trọng kế cho

đến vạch cuối cùng và ghi độ dâng lên của mực nước. Hiệu giữa mực nước khi nhúng

chìm tỉ trọng kế và khi không có tỉ trọng kế chính là bằng thể tích (Vb) của bầu.

Tiết diện ngang của ống đo (F) được xác định bằng cách đo chiều cao (H) từng

đoạn ống, ghi thể tích (V) tương ứng của đoạn đó và tìm tiết diện của nó F = V / H (7.8).



Cần đo chiều cao (H) nhiều lần ở các đoạn khác nhau để tìm trị số tiết diện trung bình

cảu ống đo.

* Khoảng cách từ vạch chia cuối cùng đến trọng tâm của khối nước do bầu choán

chỗ (a) được xác định như sau:

Đổ 900cm3 nước cất ở nhiệt độ 200C vào trong ống đong có dung tích 1000cm3

Dán một miếng giấy kẻ ly lên mặt bầu. Nhúng tỉ trọng kế vào ống đo cho đến khi

mực nước trong ống dâng lên đúng bằng nửa thể tích (V b) của bầu. Ghi chỗ tiếp xúc

giữa mặt nước dâng lên và bầu, đó chính là trung tâm bầu. Đo khoảng cách từ vạch chia

cuối cùng trên thang đến trung tâm bầu tỉ trọng kế, được trị số a, tính bằng centimet.

e/ Tính lượng chứa phần trăm (P’) của các hạt có kích thước nhỏ hơn đường kính

nào đó đã cho trước (xác định theo mục d)

ρ.R 'b

P =

(100 − K)

(ρ − ρn ).m0

'



Trong đó:



(7.9)



ρ, ρn, m0, K giống như trên

R’b - số đọc đã hiệu chỉnh trên tỉ trọng kế loại B



Với tỉ trọng kế loại B, R’b được xác định theo công thức:

R 'b = R b + m b + n b − CB



Trong đó:



(7.10)



Rb - số đọc tỉ trọng kế loại B (đã đơn giản hóa)

nb - số hiệu chỉnh mặt cong độ khắc theo tỉ trọng kế loại B

mb - số hiệu chỉnh nhiệt độ theo tỉ trọng kế loại B

Cb - số hiệu chỉnh chất phân tán theo tỉ trọng kế loại B



Ghi chú: Lấy (nb - Cb ) = 0,5. Suy ra R 'b = R b + m b + 0,5 (7.11)

Nhiệt độ dung dịch,

t0 C

20

20,5

21

21,5

22

22,5

23

23,5

24

24,5

25



Bảng 7.4: Bảng trị số hiệu chỉnh nhiệt độ

Số hiệu chỉnh tỷ Nhiệt độ dung dịch, Số hiệu chỉnh tỷ

trọng kế loại B

t0 C

trọng kế loại B

0,000

25,5

+0,0011

+0,0001

26

+0,0015

+0,0002

26,5

+0,0014

+0,0003

27

+0,0015

+0,0004

27,5

+0,0016

+0,0005

28

+0,0018

+0,0006

28,5

+0,0019

+0,0007

29

+0,0021

+0,0008

29,5

+0,0022

+0,0009

30

+0,0023

+0,0010



Bảng 7.5: Hệ số nhớt của nước tương ứng với các nhiệt độ

Nhiệt độ dung Hệ số nhớt, Nhiệt độ dung Hệ số nhớt,

dịch, t0C

Poazơ

dịch, t0C

Poazơ

20

0,01005

26

0,00874



21

22

23

24

25



0,00981

27

0,00854

0,00956

28

0,00836

0,00936

29

0,00818

0,00914

30

0,00801

0,00894

Hình 7.4: Biểu đồ thành phần hạt của đất



Bảng 7.6: Biểu mẫu thí nghiệm thành phần hạt của đất bằng PP tỷ trọng kế

MT mẫu đất:

Khối lượng mẫu đất khô tuyệt đối:

Nhiệt độ huyền phù:

Khối lượng riêng đất:

Thời gian đọc

Số đọc

h

m

s



Hiệu chỉnh nhiệt độ:

Hệ số nhớt

RHC



HR



d

(mm)



P (%)



30 giây

1 phút

2 phút

5 phút

15 phút

30 phút

1 giờ

2 giờ

4 giờ

8 giờ

12 giờ

24 giờ



Bảng 7.7: Biểu mẫu ghi kết quả thí nghiệm

d (mm)

P (%)

%+

Bảng 7.8: Biểu mẫu kết quả phân tích thành phần hạt

Hạt sét

< 0,005



Hạt bụi

0,005 – 0,05



Hạt cát

0,05 – 2,0



Hạt sỏi

2,0 – 10,0



Hạt cuội

10,0 - 20,0



Tảng

> 20,0



Hình 7.5: Biểu mẫu biểu đồ thành phần hạt



§8. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ THẤM CỦA ĐẤT

Hệ số thấm của đất, ký hiệu là K th , là tốc độ nước tự do chảy qua lỗ hổng giữa

các hạt đất, tuân theo định luật chảy tầng của Darcy, ứng với trị số gradien thủy lực

bằng 1, đơn vị là cm/s.

Tùy thuộc vào từng loại đất mà có phương pháp xác định Kth khác nhau:

- Đối với đất dính: Áp dụng phương pháp cột nước thay đổi

- Đối với đất rời: Áp dụng phương pháp cột nước không đổi

8.1. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ THẤM CỦA ĐẤT THEO PHƯƠNG PHÁP CỘT NƯỚC

THAY ĐỔI

Phương pháp này xác định hệ số thấm của đất dính bằng cách cho nước thấm qua

tiết diện của mẫu đất theo phương thẳng đứng, từ dưới lên trên hoặc từ trên xuống,

dưới tác dụng của cột nước áp lực thay đổi. Sau đó, áp dụng định luật chảy tầng của

Darcy để tính hệ số thấm của đất.

8.1.1. Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm

- Thiết bị thí nghiệm thấm với cột nước thay đổi (thường gọi là hộp thấm Nam

Kinh) (hình 8.1)

- Nhiệt kế, đồng hồ bấm giây, thước kẹp, cân kỹ thuật, nước cất, dao gọt đất,...













h



h1

h2







c



b



a



Hình 8.1: Sơ đồ thí nghiệm thấm với cột nước thay đổi và hộp thấm Nam Kinh

 Bình cấp nước dụng tích 5000cm3;  Hộp thấm;  Ống đo áp;  Ống dẫn nước

a; b; c: Các khóa van nước