Nghiên cứu xác định độ nhạy xói ngầm của một số loại đất cát nền cống dưới đê vùng đồng bằng sông Hồng

Bài viết Nghiên cứu xác định độ nhạy xói ngầm của một số loại đất cát nền cống dưới đê vùng đồng bằng sông Hồng nghiên cứu sự khởi đầu của xói ngầm rất quan trọng cho việc đánh giá ổn định thấm của tầng cát dưới nền cống qua đê.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-3869-8 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐỘ NHẠY XÓI NGẦM CỦA MỘT SỐ LOẠI ĐẤT CÁT NỀN CỐNG DƯỚI ĐÊ VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG Đinh Xuân Trọng1, Đỗ Thị Thùy Dung1, Lê Quý Kiên1 Viện Thủy công, email: xuantronghsc@gmail.com GIỚI THIỆU CHUNG Xói ngầm liên quan đến dịch chuyển hạt mịn khỏi kết cấu đất hạt thơ tác dụng dịng thấm Sự dịch chuyển làm tăng độ rỗng đất, tạo nên tập trung dòng chảy nhiều trường hợp, ống xói hình thành gây an tồn cơng trình Sự khởi đầu diễn biến q trình xói ngầm phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tỷ lệ hạt mịn hạt thô, đường cong phân bố kích thước hạt, hình dạng hạt, độ rỗng đất, trạng thái ứng suất, gradient thủy lực, vận tốc dịng chảy, góc thấm, mức độ khơng hạt [1] Nghiên cứu khởi đầu xói ngầm quan trọng cho việc đánh giá ổn định thấm tầng cát cống qua đê PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Hiện nay, có ba cách tiếp cận để nhận diện thời điểm bắt đầu xói ngầm, Marot cộng (2014): (1) Qua thay đổi gradient thủy lực; (2) Từ gia tăng hệ số thấm; (3) Dựa vào độ đục dịng thấm khỏi mẫu thí nghiệm Cách tiếp cận thứ ba, dựa độ đục dòng thấm khối lượng đất dịng thấm mang theo khỏi mẫu thí nghiệm, lựa chọn để phân tích tượng xói ngầm cát cống qua đê Để thực kịch thí nghiệm, thiết bị thí nghiệm thấm ngang nghiên cứu thiết lập Thiết bị cho phép kiểm soát độc lập trạng thái ứng suất gradient thủy lực, đồng thời định lượng khối lượng đất bị xói mịn lưu lượng thấm Chi tiết thiết bị thí nghiệm trình bày báo Đinh Xuân Trọng, 2018 Hình Cấu tạo mơ hình thí nghiệm xói 1- mẫu đất; 2- ngăn cấp nước; 3- ngăn thu đất nước thấm; 4- ngăn chứa thiết bị nén; 5- thiết bị nén tạo ứng suất thẳng đứng; 8a- bình điều áp; 8b- bình cấp nước; 9- bình cân áp lực; 10- bình thu gom đất bị xói; 11- bình đo lượng nước thấm Tiến hành thí nghiệm mơ hình vật lý cho số loại đất cát số tuyến đê điển hình vùng đồng sơng Hồng có hệ số khơng hạt (Cu) dao động từ 2,5 ÷ 10,0 Các loại đất lựa chọn sau: - Đất loại 1: Lớp cát hạt nhỏ, có chỗ cát hạt bụi đê Hữu Hồng, tỉnh Hà Nam - Đất loại 2: Lớp cát hạt mịn đê Tả Hồng, tỉnh Hưng Yên - Đất loại 3: Lớp cát hạt nhỏ đê Hữu Luộc, tỉnh Thái Bình 150 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 - Đất loại 4: Lớp cát hạt trung lẫn bụi đê Tả Đuống, tỉnh Bắc Ninh - Đất loại 5: Lớp cát bụi đê Hữu Hồng, Hà Nội Bảng Chỉ tiêu lý mẫu đất Hàm lượng nhóm hạt (%) Hạt bụi Hạt cát Cuội, sỏi Hệ số đồng Hệ số Nhỏ Lớn Mịn Nhỏ Vừa Thô thấm Kt 0,005 - 0,01 - 0,05 - 0,1 - 0,25 Cu < 0,005 0,5 - 2,0 > 2,0 0,01 0,05 0,1 0,25 0,5 mm mm mm mm mm mm mm mm cm/s 0,6 0,6 2,2 12 72,1 12,1 0,4 2.54 2,64x10-4 2 10 20 66 0 5,6 1,2x10-3 2,2 3,4 8,7 10,5 63,3 11,2 0,7 6,8 1,9x10-3 2,98 6,16 6,68 15,06 48,62 18,88 1,62 7,5 5,0.10-4 7,5 14,3 25,2 37,8 7,8 1,4 9,2 1,8x10-3 Hạt sét Loại Số đất mẫu 6 6 Đất thí nghiệm chế bị từ cát tự nhiên với thành phần hạt, dung trọng tương tự đất thực tế Mỗi loại đất thí nghiệm cho 05 mẫu tương ứng với 05 giá trị gradient J khác (0,25 - 0,50 - 0,75 - 1,00 - 1,25 1,50) Mẫu đất thí nghiệm có kích thước (rộng x cao x dài) = (300300600) mm Khối lượng đất bị xói xác định 02 phương pháp: (1) Sàng cân hạt có đường kính lớn 0,05mm; (2) Đo máy đo độ đục hạt lơ lửng hạt có đường kính nhỏ 0,05mm m I   log10  x  Ef     Trong đó: mx - khối lượng đất bị xói tích lũy (kg); Ef - lượng tiêu hao dịng chảy gây xói: E f  P(t ).t  Q.P.t ∆P - chênh lệch áp lực mặt cắt đầu cuối mẫu; ∆t thời gian xói, nghiên cứu ∆t = 21.600s Độ nhạy xói đất phân thành cấp, Marot cộng (2014): - Đất có tính xói cao: Iα < 1; - Đất có tính xói vừa: ≤ Iα < 2; - Đất kháng xói nhẹ: ≤ Iα < 3; KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU - Đất có tính kháng xói vừa: ≤ Iα < 4; Sau thí nghiệm thử, hiệu chỉnh thiết - Đất có tính kháng xói: ≤ Iα < 5; bị đo đạc; thí nghiệm thực - Đất có tính kháng xói cao: Iα ≥ 5; Theo Marot cộng (2014), độ nhạy xói Kết đo khối lượng xói tính tốn xác đất đánh giá dựa số cường độ định độ nhạy xói mẫu đất, loại đất thể xói Iα xác định theo công thức: bảng Bảng Kết đo đạc tính tốn độ nhạy xói đất Loại đất Mẫu J N1.1 N1.2 N1.3 N1.4 0,25 0,50 0,75 1,00 mx Ef (kg) (kg) 0,108 5,1 0,422 19,4 0,950 41,7 1,648 70,0 Iα 1,67 1,66 1,64 1,63 Phân Loại Mẫu loại đất đất N3.4 N3.5 N3.6 Đất xói vừa N4.1 J 1,00 1,25 1,50 0,25 mx (kg) 1,425 2,978 4,631 0,035 Ef (kg) 1051,3 1593,5 2245,3 118,58 Iα 2,87 Đất xói 2,73 nhẹ 2,69 3,53 N1.5 1,25 3,162 106,2 1,53 N4.2 0,50 0,215 461,81 3,33 N1.6 1,50 5,119 148,9 1,46 N4.3 0,75 0,684 1009,3 3,17 151 Phân loại đất Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-3869-8 N2.1 0,25 0,065 14,7 2,36 N2.2 0,50 0,288 56,2 2,29 N2.3 0,75 0,857 127,3 2,17 N2.4 1,00 1,533 208,9 2,13 Đất xói nhẹ N5.1 0,25 0,011 189,54 4,24 N2.5 1,25 3,034 318,9 2,02 N5.2 0,50 0,047 738,72 4,20 N2.6 1,50 4,879 446,8 1,96 N3.1 0,25 0,043 73,0 3,23 N3.2 0,50 0,246 280,0 3,06 N3.3 0,75 0,815 609,2 2,87 Bảng (Tiếp theo) N4.4 1,00 1,231 1738,8 3,15 Đất N4.5 1,25 2,328 2659,5 3,06 kháng xói N4.6 1,50 3,647 3706,6 3,01 vừa Đất xói nhẹ Đất kháng N5.4 1,00 0,264 2799,4 4,03 xói N5.5 1,25 0,402 4260,6 4,03 N5.3 0,75 0,125 1624,9 4,11 N5.6 1,50 0,564 5945,4 4,02 Hình Biểu đồ q trình xói theo thời gian tương ứng với cấp gradien KẾT LUẬN Từ kết thí nghiệm thấy độ nhạy xói đất phụ thuộc chủ yếu vào thành phần cấp phối hạt, đặc trưng hệ số không hạt Cu gradient thấm J Với năm mẫu đất có Cu biến đổi từ 2,54 ÷ 9,2, độ nhạy xói Iα thay đổi từ 1,5 ÷ 4,2 tương ứng với loại đất xói vừa, xói nhẹ, đất kháng xói vừa đất kháng xói Điều chứng tỏ rằng, mức độ không hạt đất lớn, hạt đất dễ bị trôi tác dụng dòng thấm ngược lại, hệ số Cu nhỏ, đất có tính kháng xói tốt Gradien tham số ảnh hưởng lớn đến độ nhạy xói đất, gradient thấm tăng, độ nhạy xói Iα giảm dần, đất dễ bị xói ngầm Các biểu đồ hình cho thấy, gradient tăng, mối quan hệ khối lượng xói thời gian tương đối tuyến tính Kết nghiên cứu phản ánh độ nhạy xói ngầm số loại đất cát cống đê vùng đồng sơng Hồng Các loại đất có tính xói nhẹ đến kháng xói TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đinh Xuân Trọng (2018), “Thiết lập mơ hình thí nghiệm nghiên cứu tượng xói ngầm đáy cống qua đê cát có xét đến ảnh hưởng cọc bê tơng cốt thép”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thủy lợi, 45, 80-89 152 ... bị xói ngầm Các biểu đồ hình cho thấy, gradient tăng, mối quan hệ khối lượng xói thời gian tương đối tuyến tính Kết nghiên cứu phản ánh độ nhạy xói ngầm số loại đất cát cống đê vùng đồng sơng Hồng. .. năm mẫu đất có Cu biến đổi từ 2,54 ÷ 9,2, độ nhạy xói Iα thay đổi từ 1,5 ÷ 4,2 tương ứng với loại đất xói vừa, xói nhẹ, đất kháng xói vừa đất kháng xói Điều chứng tỏ rằng, mức độ không hạt đất lớn,... kháng xói: ≤ Iα < 5; bị đo đạc; thí nghiệm thực - Đất có tính kháng xói cao: Iα ≥ 5; Theo Marot cộng (2014), độ nhạy xói Kết đo khối lượng xói tính tốn xác đất đánh giá dựa số cường độ định độ nhạy