Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu đánh giá đặc trưng biến dạng và độ bền của đất loại sét có xét đến đặc điểm lún ướt

TÊN ĐỀ TÀI “Nghiên cứu đánh giá đặc trưng biến dạng và độ bền của đất loại sét có xét đến đặc điểm lún ướt” NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Một số kết quả nghiên cứu đánh giá đặc trưng cơ lý của

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS BÙI TRƯỜNG SƠN

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày … tháng … năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1 ………

- -oOo -

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: NGUYỄN TRÍ NGỌC Phái: Nam

Ngày sinh : 07/11/1987 Nơi sinh: BÌNH THUẬN Chuyên ngành : Địa Kỹ thuật Xây dựng MSHV : 12090376

I TÊN ĐỀ TÀI “Nghiên cứu đánh giá đặc trưng biến dạng và độ bền của đất loại sét có xét đến

đặc điểm lún ướt”

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

Một số kết quả nghiên cứu đánh giá đặc trưng cơ lý của đất trên vỏ phong hóa ở các tỉnh Nam Trung Bộ và Miền Đông Nam Bộ

Đặc điểm lún ướt và đặc trưng cơ lý của đất trên vỏ phong hóa theo kết quả thí nghiệm trong phòng

Đánh giá đặc trưng cơ lý của đất loại sét có xét đến tính lún ướt

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/01/2014 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 7/12/2014 IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS BÙI TRƯỜNG SƠN

Nội dung Luận văn Thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

tốt luận văn này Em xin gởi lời cảm ơn đến Trung Tâm Nghiên Cứu và Ưng Dụng Địa Chất đã tạo điều kiện cho em làm thí nghiệm phục vụ cho đề tài

Xin gửi lời cảm ơn đến những người bạn thân đã luôn ở bên cạnh, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận văn

Tp Hồ Chí Minh, ngày 07, tháng12, năm 2014

Nguyễn Trí Ngọc

TÓM TẮT LUẬN VĂN

ĐỀ TÀI:

“NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG VÀ ĐỘ BỀN CỦA

ĐẤT LOẠI SÉT CÓ XÉT ĐẾN ĐẶC ĐIỂM LÚN ƯỚT”

TÓM TẮT:

Đất lún ướt là loại đất có tính chất đặc biệt gây ra các hiện lún lệch cho công trình khi nền đất bị tẩm ướt Đất lún ướt đã được ghi nhận ở khu vực miền Đông Nam Bộ và Tây Nguyên Nhằm đánh giá khả năng lún ướt, cung cấp các thông tin hữu ích về các đặc trưng cơ lý của loại đất đặc biệt này, tác giả đã thực hiện lấy mẫu và phân tích thí nghiệm Phương pháp thực địa lấy mẫu được thực

từ 0,4- 1,9m Thực hiện thí nghiệm trong phòng xác định các tính chất vật lý, đặc

hai đường cong), cắt trực tiếp với mẫu đất ở trạng thái tự nhiên và bão hòa Từ kết quả thí nghiệm cho thấy áp lực lún ướt ban đầu đa phần có giá trị nhỏ hơn 100KPa,

sát trong giảm từ 6,9 đến 28,6% (trung bình 18,2%) sau khi bị tẩm ướt Kết quả tính toán áp dụng cho thấy, móng công trình khi bị tẩm ướt bị lún thêm và có khả năng phá hoại do sự suy giảm đáng kể khả năng chịu tải khi bị tẩm ướt

ABSTRACT:

Collapsible soils are the soils which special properties cause the subsidence for work when the ground is soaked wet Collapsible soils have been reported in the southeastern region and the Central Highlands In order to evaluate the possibility of collapsed compression, provide useful information about the physical and mechanical characteristics of this particular type of soil, the author has done sampling and laboratory analysis Field sampling method was implemented in the area of Thu Duc, Binh Duong, Dong Nai samples are taken at depth from 0,4-1,9m Laboratory tests were implemented to determine the physical properties, particularly Oedometer test (it was executed by one curve and two curves method), direct shear test was executed in natural and saturation state From results of laboratory tests show that the most value of initial pressure collapsed compression are smaller than 100kPa, the value of modular deformation at 100-200KPa decreased 41.2%, the preconsolidation pressure pc decreased 39%, the value of cohesion significantly decreased from 68.6 to 96.8% (average 86%), friction angle decreased from 6,9 to 28.6% (average 18.2%) after being soaked wet The results of applying calculation showed that, the foundation when being soaked wet has ability to sinking further and destructive due to the significant decrease in load capacity

DANH MỤC CÁC BẢNG Chương 1

Bảng 1.1 Tổng hợp một số tiêu chuẩn đánh giá lún ướt của một số tác giả 5

Bảng 1.2 Trị số môđun tổng biến dạng của đất hoàng thổ và dạng hoàng thổ 6

Bảng 1.3 Tính chất lún ướt của đất loại sét phong hóa của Bazan Đắc Lắc 7

Bảng 1.4 Bảng so sánh một số tính chất của Hệ tầng loess Thủ Đức với đất hoàng thổ tiêu biểu trên thế giới 9

Bảng 1.5 Kết quả độ lún ướt tương đối các mẫu đất Thủ Đức Tp HCM và ở Gia Lai – KonTum 10

Bảng 1.6 Kết quả sức chống cắt theo mức độ bão hòa 10

Bảng: 1.7 Kết quả sức chịu tải theo mức độ bão hòa 11

Bảng 1.8 Mô đun biến dạng của đất ngay trước và sau khi lún ướt theo thí nghiệm nén cố kết 11

Bảng 1.9 Tổng hợp cơ lý mẫu lõi đào khu vực Linh Trung, Thủ Đức 12

Chương 2 Bảng 2.1 Độ lún ướt tương đối và mức độ nguy hiểm đối với nền công trình 17

Bảng 2.2 Phân loại đất lún ướt theo chỉ số lún ướt s 20

Bảng 2.3 Trị số trung bình môđun tổng biến dạng của đất có đặc điểm lún ướt theo số liệu thí nghiệm bằng tải trọng thử của Liên Xô 23

Chương 3 Bảng 3.1 Vị trí các mẫu khảo sát 35

Bảng 3.2 Khối lượng công tác thí nghiệm trong phòng 36

Bảng 3.3a Bảng tổng hợp thành phần hạt các mẫu đất thí nghiệm 38

Bảng 3.3b Bảng tổng hợp các tính chất vật lý các mẫu đất thí nghiệm 39

Bảng 3.4 Phân loại đất lún ướt theo Feda dựa vào chỉ số lún ướt ic 44

Bảng 3.5 Bảng tổng hợp chỉ số lún ướt s và chỉ số dẻo IP 45

Bảng 3.6 Tổng hợp hệ số độ lún K các mẫu đất theo Denisov 47

Bảng 3.7 Tổng hợp hệ số độ lún KD các mẫu đất theo Priklonski 47

Bảng 3.11a Kết quả nén lún mẫu đất tự nhiên phương pháp 2 đường cong 59

Bảng 3.11b Kết quả nén lún mẫu đất bão hòa phương pháp 2 đường cong 59

Bảng 3.12 Tỷ lệ tăng giảm của hệ số nén lún và mô đun tổng biến dạng 60

Bảng 3.13 Bảng tổng hợp các chỉ số từ kết quả nén mẫu tự nhiên và nén bão hòa 61

Bảng 3.14 Kết quả sức chống cắt mẫu tự nhiên và mẫu khi bão hòa 64

Bảng 3.15 Sức chịu tải của nền tự nhiên và khi bão hòa 67

Bảng 3.16 Thông số địa chất khu vực xây dựng công trình 70

Bảng 3.17 Hệ số rỗng ứng với từng cấp áp lực nén nẫu tự nhiên 70

Bảng 3.18 Ứng suất do tải trọng ngoài và trọng lượng bản thân 74

Bảng 3.19 Xác định độ lún cho móng đơn 74

DANH MỤC CÁC HÌNH Chương 1

Hình 1.1 Đánh giá lún ướt theo Holtz và Hilf các mẫu khu vực Thủ Đức, Q9 8

Hình 1.2 Sức kháng xuyên theo độ sâu ở trạng thái tự nhiên và bão hòa 13

Chương 2 Hình 2.1 Đường cong nén lún đất lún ướt với việc tẩm ướt dưới tải trọng Pi 15

Bảng 2.1 Độ lún ướt tương đối và mức độ nguy hiểm đối với nền công trình 17

Hình 2.2 Cấu trúc đất trước và sau khi thấm ướt 18

Bảng 2.2 Phân loại đất lún ướt theo chỉ số lún ướt s 20

Hình 2.3 Đường cong quan hệ giới hạn chảy (WL) và dung trọng khô (γd) 21

Hình 2.4 Biểu đồ quan hệ giữa độ bão hòa và hệ số lún ướt Sr - am 25

Hình 2.5 Tương quan giữa hệ số lún ướt tương đối và ứng suất 25

Hình 2.6 Biểu đồ qua hệ e-P theo phương pháp 1 đường cong 29

Hình 2.7 Biểu đồ qua hệ e-p theo phương pháp 2 đường cong 30

Hình 2.8 Thiết bị thí nghiệm nén 31

Hình 2.9 Mẫu sau khi nén bão hòa 31

Hình 2.10 Mẫu chuẩn bị trước khi ngâm bão hòa 32

Hình 2.11 Mẫu trong giai đoạn ngâm bão hòa 33

Hình 2.12 Tiến hành cắt mẫu 33

Hình 2.13 Mẫu sau khi cắt 34

Chương 3 Hình 3.1 Mẫu TĐ1 tại khuôn viên trường ĐHKHTN Linh Trung Thủ Đức 36

Hình 3.2 Mẫu BD2 gần ký trúc xá A, Đông Hòa, Dĩ An, Bình Dương 37

Hình 3.3 Mẫu ĐN2 Cầu vượt cao tốc Long Thành - Dầu Giây và QL1, Đồng Nai 37 Hình 3.4 Thí nghiệm thành phần hạt bằng phương pháp tỷ trọng kế 40

Hình 3.5 Biểu đồ thành phần hạt của đất ở khu vực Thủ Đức 40

Hình 3.6 Biểu đồ thành phần hạt của đất ở khu vực Bình Dương 41

Hình 3.7 Biểu đồ thành phần hạt của đất ở khu vực Đồng Nai 41

vi

Hình 3.8 Biểu đồ độ ẩm và độ bão hòa các mẫu đất 42

Hình 3.9 Xác định giới hạn chảy và giới hạn dẻo một số mẫu 43

Hình 3.10 Biểu đồ quan hệ chỉ số lún ướt s và chỉ số dẻo IP 46

Hình 3.11 Biểu đồ quan hệ khối lượng riêng khô ρρd và giới hạn chảy WL 46

Hình 3.12 Biểu đồ quan hệ giữa am và P các mẫu được lấy ở Thủ Đức 50

Hình 3.13 Biểu đồ quan hệ giữa am và P các mẫu được lấy ở Bình Dương 51

Hình 3.14 Biểu đồ quan hệ giữa am và P các mẫu được lấy ở Đồng Nai 52

Hình 3.15 Biểu đồ giá trị áp lực lún ướt ban đầu 53

Hình 3.16 Quan hệ giữa hệ số lún ướt tương đối và hàm lượng hạt sét 55

Hình 3.17 Quan hệ giữa hệ số lún ướt tương đối và khối lượng riêng khô 56

Hình 3.18 Quan hệ giữa hệ số lún ướt tương đối và giới hạn chảy 57

Hình 3.19 Quan hệ giữa hệ số lún ướt tương đối và giới hạn dẻo 57

Hình 3.20 Quan hệ giữa hệ số lún ướt tương đối và chỉ số dẻo 58

Hình 3.21 Biểu đồ sự thay đổi mô đun tổng biến dạng khi nén mẫu tự nhiên và nén bão hòa 61

Hình 3.22 Biểu đồ sự thay đổi áp lực tiền cố kết pc khi nén mẫu tự nhiên và nén bão hòa 62

Hình 3.23 Biểu đồ sự thay đổi chỉ số nén khi nén mẫu tự nhiên và nén bão hòa 63

Hình 3.24 Biểu đồ sự thay đổi chỉ số nở khi nén mẫu tự nhiên và nén bão hòa 63

Hình 3.25 Biểu đồ góc ma sát trong khi cắt mẫu tự nhiên và cắt mẫu bão hòa 65

Hình 3.26 Biểu đồ lực dính c khi cắt mẫu tự nhiên và cắt mẫu bão hòa 65

Hình 3.27 Biểu đồ sức chống cắt khi cắt mẫu tự nhiên và cắt mẫu bão hòa tại cấp áp lực 1kG/cm2 66

Hình 3.28 Biểu đồ sức chống cắt khi cắt mẫu tự nhiên và cắt mẫu bão hòa tại cấp áp lực 2kG/cm2 66

Hình 3.29 Biểu cắt trực tiếp mẫu tự nhiên và mẫu bão hòa (mẫu TĐ1) 66

Hình 3.30 Biểu cắt trực tiếp mẫu tự nhiên và mẫu bão hòa (mẫu ĐN2) 66

Hình 3.31 Biểu đồ sức chịu tải của nền khi tự nhiên và khi bão hòa 68

Hình 3.32 Sơ đồ bố trí móng 73

Hình 3.33 Biểu đồ phân bố ứng suất trong móng 73

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

R

tcw

viii

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT TRÊN VỎ PHONG HÓA CÁC TỈNH MIỀN ĐÔNG NAM BỘ VÀ TÂY NGUYÊN 3 1.1 ĐẶC ĐIỂM MỘT SỐ LOẠI ĐẤT TRÊN VỎ PHONG HÓA 3

1.1.1 Khái niệm vỏ phong hóa 3

1.1.2 Một số loại đất trên các loại đá khác nhau 3

1.1.2.1 Đất sườn tàn tích, tàn tích trên nền đá bazan trẻ βQII-IV 3

1.1.2.2 Đất sườn tàn tích, tàn tích trên nền đá bazan cổ βNII-QI 3

1.1.2.3 Đất trên đá trầm tích lục nguyên (bột kết, cát kết) 4

1.1.2.4 Đất trên nền đá phun trào (đaxit, biolit, anđezit) 4

1.1.2.5 Đất trên đá biến chất (gơnai) 4

1.1.2.6 Đất trên nền đá xâm nhập sâu (granit, granodierit) 4

1.2 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐẤT TRÊN VỎ PHONG HÓA CÓ ĐẶC TÍNH LÚN ƯỚT (LÚN SẬP) 4

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 4

1.2.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 7

1.3 NHẬN XÉT CHƯƠNG 13

CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM LÚN ƯỚT VÀ ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA CHÚNG THEO KẾT QỦA THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG 15

2.1 ĐẶC ĐIỂM LÚN ƯỚT CỦA ĐẤT LOẠI SÉT 15

2.1.1 Các khái niệm về đất lún ướt 15

2.1.2 Cơ chế lún ướt 17

2.1.3 Nhận biết và phân loại đất lún ướt 19

2.1.4 Các đặc điểm của đất lún ướt 21

2.1.4.1 Độ ẩm tự nhiên 21

2.1.4.2 Độ rỗng, hệ số rỗng 21

2.1.4.3 Giới hạn chảy, dẻo 22

2.1.4.4 Hệ số thấm 22

x

2.1.4.5 Tính nén lún 23

2.1.4.6 Độ bền và tính biến dạng 23

2.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI TÍNH LÚN ƯỚT 23

2.2.1 Ảnh hưởng của thành phần khoáng vật đến tính lún ướt 23

2.2.2 Ảnh hưởng của hàm lượng hạt sét và hệ số rỗng e0 24

2.2.3 Ảnh hưởng của độ rỗng đến tính lún ướt 24

2.2.4 Ảnh hưởng của độ bão hòa Sr đến tính lún ướt 24

2.2.5 Ảnh hưởng của tải trọng đến độ lún ướt 25

2.3 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG ĐÁNH GIÁ TÍNH LÚN ƯỚT 26

2.3.1 Phương pháp thí nghiệm nén lún 26

2.3.1.1 Phương pháp thí nghiệm một đường cong nén [8] 26

2.3.1.2 Phương pháp thí nghiệm hai đường cong nén 29

2.3.2 Phương pháp thí nghiệm xác định sức chống cắt 31

2.4 NHẬN XÉT CHƯƠNG 34

CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT LOẠI SÉT CÓ XÉT ĐẾN TÍNH LÚN ƯỚT 35

3.1 SƠ LƯỢC ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHU VỰC LẤY MẪU 35

3.1.1 Số lượng và vị trí các mẫu khảo sát 35

3.1.2 Đặc điểm địa chất vực khảo sát 38

3.2 ĐẶC ĐIỂM LÚN ƯỚT THEO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG 38

3.2.1 Đặc điểm đặc trưng vật lý của đất sử dụng thí nghiệm 38

3.2.2 Phân loại đất lún ướt theo kết quả thí nghiệm trong phòng 44

3.2.2.1 Phân loại đất có khả năng lún ướt theo các chỉ tiêu vật lý 44

3.2.2.2 Phân loại đất lún ướt theo kết quả nén lún 48

3.2.3 Các mối quan hệ giữa đặc trưng vật lý và đặc trưng lún ướt 54

3.2.3.1 Quan hệ giữa hệ số lún ướt tương đối và hàm lượng hạt sét 55

3.2.3.2 Quan hệ giữa hệ số lún ướt tương đối và khối lượng riêng khô 56

3.2.3.3 Quan hệ giữa hệ số lún ướt tương đối và giới hạn chảy 57

3.2.3.4 Quan hệ giữa hệ số lún ướt tương đối và giới hạn dẻo 57

3.2.3.5 Quan hệ giữa hệ số lún ướt tương đối và chỉ số dẻo 58

3.3 ĐẶC ĐIỂM THAY ĐỔI ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG VÀ ĐỘ BỀN CỦA ĐẤT KHI BỊ TẨM ƯỚT 58

3.3.1 Đặc điểm thay đổi đặc trưng biến dạng 58

3.3.2 Đặc điểm thay đổi đặc trưng độ bền 63

3.4 TÍNH TOÁN ÁP DỤNG ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐẤT CÓ XÉT ĐẾN TÍNH LÚN ƯỚT DƯỚI MÓNG NÔNG 69

1

MỞ ĐẦU
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu đánh giá đặc trưng biến dạng và độ bền của đất loại sét có xét đến đặc điểm lún ướt giúp nhận biết được sự thay đổi về các tính chất cơ lý của mẫu đất trước và sau khi bão hòa nước đóng góp cho việc tính toán thiết kế cũng như giúp đánh giá, giải thích phần nào những sự cố về mất ổn định của các công trình xây dựng trong vùng đất có đặc điểm lún ướt

Có thể làm tiền đề, cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo ở những khu vực có đặc điểm cấu tạo địa chất tương tự Khi khảo sát, tính toán thiết kế công trình trên các vùng đất có đặc điểm lún ướt cần có giải pháp xử lý hợp lý để tránh những sự cố công trình

Do ở khu vực nhiệt đới ẩm nên khu vực miền Đông Nam Bộ và Tây Nguyên xảy ra mạnh mẽ hiện tượng phong hóa Đặc điểm cấu tạo địa chất khu vực này tạo nên lớp vỏ phong hóa khác nhau phụ thuộc vào đá gốc, địa hình và một số yếu tố khác Ngoài ra, do mực nước ngầm nằm khá sâu dưới mặt đất tự nhiên nên các lớp đất ở gần bề mặt thường có độ bão hòa thấp Ở đây, vỏ phong hóa chủ yếu được cấu tạo bởi các lớp đất loại sét Các yếu tố trên cho thấy các lớp đất này có thể có tính háo nước và khi tẩm ướt, đặc trưng cơ lý của chúng có thể bị thay đổi đáng kể Đề

tài “Nghiên cứu đánh giá đặc trưng biến dạng và độ bền của đất loại sét có xét đến đặc điểm lún ướt” nhằm mục đích đánh giá khả năng lún ướt của đất của khu vực

này Kết quả nghiên cứu có thể cung cấp các thông tin hữu ích trong việc đánh giá các đặc trưng cơ lý của loại đất đặc thù của khu vực này

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Thí nghiệm đánh giá các chỉ tiêu về biến dạng và độ bền của đất loại sét một số khu vực được đánh giá là có đặc điểm lún ướt Từ đó, xem xét mức độ ảnh hưởng của đặc điểm lún ướt tới các thông số biến dạng và độ bền và đưa ra kiến nghị trong việc khảo sát và tính toán thiết kế công trình trên nền đất có đặc điểm lún ướt

NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

- Tổng hợp tài liệu báo cáo nghiên cứu khoa học trong và ngoài nước về đất trên lớp vỏ phong hóa và đất có đặc điểm lún ướt

- Thực địa lấy mẫu ở một số vị trí được cho là đất có đặc điểm lún ướt ở khu vực Miền Đông Nam Bộ

- Thí nghiệm trong phòng xác định các chỉ tiêu vật lý, các chỉ tiêu về biến dạng, độ bền và các chỉ tiêu đặc biệt dành cho đất lún ướt của mẫu đất nguyên dạng: đặc trưng sức chống cắt không thoát nước qua thí nghiệm cắt trực tiếp; đặc trưng

tính lún ướt của đất qua thí nghiệm nén lún

- Đưa ra những kết luận về đặc trưng biến dạng và độ bền của đất khi xét đến đặc điểm lún ướt

- Đưa ra những kiến nghị trong công tác khảo sát, tính toán thiết kế cho các công trình khi xây dựng trên nền đất có đặc điểm lún ướt

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Đối tượng nghiên cứu là đất loại sét trên vỏ phong hóa và đất có mang những đặc điểm lún ướt

- Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở việc thí nghiệm trong phòng với một vài loại đất, nên kết quả nghiên cứu còn mang tính định hướng

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết:

+ Nghiên cứu về sự hình thành các vùng các khu vực có vỏ phong hóa là đất loại sét và đất có đặc điểm lún ướt

+ Nghiên cứu cơ chế lún ướt (lún sập) và đặc điểm các tính chất của đất có

tính lún ướt

- Nghiên cứu thí nghiệm trong phòng:

+ Các thí nghiệm xác định các chỉ tiêu vật lý của đất + Thí nghiệm cắt trực tiếp thực hiện cho hai trường hợp mẫu tự nhiên và mẫu khi bão hòa

+ Thí nghiệm nén lún thực hiện theo hai phương pháp một đường cong và hai đường cong nén nhằm xác định đặc tính lún ướt của mẫu đất

3

CHƯƠNG 1 MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT TRÊN VỎ PHONG HÓA CÁC TỈNH MIỀN ĐÔNG NAM BỘ

VÀ TÂY NGUYÊN1.1 ĐẶC ĐIỂM MỘT SỐ LOẠI ĐẤT TRÊN VỎ PHONG HÓA 1.1.1 Khái niệm vỏ phong hóa

Vỏ phong hóa gồm tổ hợp đất đá được hình thành ở lớp trên cùng của vỏ lục địa Trái Đất, do tác dụng của các yếu tố phong hoá làm phá huỷ các loại đá gốc trầm tích, macma và biến chất trong một thời gian rất dài Theo ảnh hưởng của khí hậu, vỏ phong hóa ở các đới khí hậu khác nhau có những đặc trưng khác nhau Tuỳ mức độ tác dụng của các nhân tố phong hoá vật lý (cơ học), hoá học, sinh học mà thành phần của vỏ phong hóa khác nhau Trong trường hợp phong hoá cơ học đóng vai trò chủ yếu thì trong vỏ phong hóa còn giữ được cấu trúc của đá mẹ; còn trong trường hợp có mức độ tác dụng cao của phong hoá hoá học, sinh học thì trong vỏ phong hóa không còn thấy được dấu vết cấu trúc ban đầu của đá mẹ Khi đó, trong đất thường chứa một hàm lượng sét đáng kể

1.1.2 Một số loại đất trên các loại đá khác nhau [1]

Đất sườn tàn tích trên vỏ phong hóa ở khu vực Tây Nguyên và Đông Nam Bộ bao gồm:

1.1.2.1 Đất sườn tàn tích, tàn tích trên nền đá bazan trẻ βQII-IV

Do được hình thành muộn, thời gian chưa đủ để phong hóa triệt để thành đất Chiều dày lớp phong hóa thường nhỏ hơn 5m, gồm đất sét, á sét chứa nhiều đá tảng đủ kích thước và dăm sạn

1.1.2.2 Đất sườn tàn tích, tàn tích trên nền đá bazan cổ βNII-QI

Loại đất này phân bố rộng rãi ờ Tây Nguyên và Đông Nam Bộ Ở điều kiện tự nhiên, đất có khối lượng riêng hạt rắn lớn, dung trọng khô thấp, hệ số rỗng lớn, các chỉ tiêu cơ học (c, φ, E) thuộc loại trung bình Tính chất cơ lý của chúng thay đổi theo vị trí địa lý và địa hình Chiều dày tầng phong hóa từ 20-30m, chia thành ba lớp kể từ mặt đất xuống như sau:

Lớp 1 (edQ): Đất sét – á sét màu nâu đỏ, hàm lượng kết vón không đáng kể (khoảng 5%) Độ ẩm thay đổi nhiều theo mùa mưa và mùa khô

Lớp 2 (eQ): Đất sét – á sét màu loang lỗ Hàm lượng vón kết laterit và dăm bazan thay đổi trong phạm vi rộng, có thể đạt tới 60-70% hạt có đường kính >2mm Tùy từng nơi, các vón kết laterit có dạng tròn đặc sít hoặc vô định hình

Lớp 3(eQ): Đất sét và á sét màu tím gan gà, đốm trắng, phớt các màu khác nhau Lớp này có dung trọng khô thấp hơn hai lớp trên

1.1.2.3 Đất trên đá trầm tích lục nguyên (bột kết, cát kết)

Đặc điểm của loại đất này là: nếu phân bố ở trên những vùng đồi thoải thì lớp mặt có nhiều hàm lượng hạt kết vón Nếu chúng được phân bố ở các sườn núi dốc thì hàm lượng vón kết laterit không đáng kể Các chỉ tiêu cơ lý tương đối tốt

1.1.2.4 Đất trên nền đá phun trào (đaxit, biolit, anđezit)

Chỉ tiêu cơ lý thuộc loại trung bình Chiều dày lớp phong hóa bé

1.1.2.5 Đất trên đá biến chất (gơnai)

Tính chất cơ lý thường biến đổi trong phạm vi rộng Phân thành nhiều lớp không đồng nhất

1.1.2.6 Đất trên nền đá xâm nhập sâu (granit, granodierit)

Trong lớp edQ thường có tảng lăn, thậm chí là cỡ lớn Dung trọng khô thấp Trong các loại đất phong hóa từ các loại đá khác nhau, chúng tôi nhận thấy đất sườn tàn tích, tàn tích trên nền đá bazan cổ βNII-QI là đối tượng cần nghiên cứu và có nhiều khả năng mang đặc tính lún ướt

1.2 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐẤT TRÊN VỎ PHONG HÓA CÓ ĐẶC TÍNH LÚN ƯỚT (LÚN SẬP)

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Đất lún ướt được phân phối rộng rãi trong hầu hết các nơi trên thế giới (ví dụ như Hoa Kỳ, Brazil, Ai Cập, Nam Phi và Trung Quốc) đặc biệt là ở vùng khô hạn và bán khô hạn

Theo Clemence và Finbarr (1981) [2] báo cáo, diện phân bố đất hoàng thổ

(đất có tính lún ướt) khoảng 17% ở Hoa Kỳ, khoảng 17% ở châu Âu, 15% ở Nga và

5

Siberia, và khu vực rộng lớn của Trung Quốc Hoàng thổ cũng gặp ở Nam Mỹ (Argentina và Uruguay) và Nam Phi

Theo Beckwith và Derbyshire (1995) [2] các loại đất lún ướt bao gồm các

vật liệu có thể xảy ra các hiện tượng lún sụp Các tài liệu này bao gồm đất phong hóa hoặc bồi tích do gió, do nước, đất tàn tích và bồi tích, lở tích Tuy nhiên, Bell và Bruyn (1997) báo cáo rằng phần lớn các loại đất lún ướt tự nhiên là đất bồi tích phong hóa

Theo Jennings và Knight (1975) [2] loại đất có nhiều khả năng lún ướt là: đất

trầm tích có cấu trúc rời xốp; đất trầm tích do gió và đất phong hóa từ đá granit và đá phun trào axit Đất lún ướt thường được đặc trưng bởi cấu trúc rời xốp và có hình dạng hạt cồng kềnh kích thước hạt cát với một lượng nhỏ hạt sét, phổ biến thường có vật liệu xi măng dính kết nhẹ như canxi cacbonat, muối

Rất nhiều nhà nghiên cứu đã dựa vào các mối quan hệ chỉ tiêu vật lý của đất làm tiêu chí phân loại đất lún ướt

Bảng 1.1 Tổng hợp một số tiêu chuẩn đánh giá lún ướt của một số tác giả [2], [3]

Người nghiên cứu

Denisov (1951)

Hệ số lún

0

L

eK

e

=

K = 0,5-0,75 mức độ lún ướt cao

K= 1,0 sét pha không lún ướt K=1,5-2,0 đất không lún ướt

KD<0 đất có khả năng lún ướt cao

KD<0,5 đất không lún ướt KD<1,0 đất trương nở

Markin 0

01

01

Trị số trung bình môđun tổng biến dạng của đất hoàng thổ và dạng hoàng thổ có đặc điểm lún ướt theo số liệu thí nghiệm bằng tải trọng thử của Liên Xô được thể hiện như bảng 1.2 [5]

Bảng 1.2 Trị số môđun tổng biến dạng của đất hoàng thổ và dạng hoàng thổ

1.2.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Các nghiên cứu chủ yếu là phân vùng, phân loại và nặng về lĩnh vực địa chất học Các nghiên cứu đều rời rạc chưa hệ thống và trong địa kỹ thuật chưa có những nghiên cứu cụ thể để ứng dụng Một số nghiên cứu đáng chú ý như sau:

Tính chất lún ướt đất loại sét thuộc loại vỏ phong hóa bazan được Phạm Văn Chìu xác định Sau khi nén đến cấp tải trọng 2kG/cm2 ổn định, tác giả cho tẩm ướt đất và quan sát lượng lún bổ sung Kết quả nghiên cứu được trình bày ở bảng 1.3

Bảng 1.3 Tính chất lún ướt của đất loại sét phong hóa của Bazan Đắc Lắc [6]

Số hiệu

lún ướt

Căn cứ vào kết quả minh họa ở bảng trên rõ ràng loại sét của tàn tích bazan có tính lún ướt và đặc trưng bằng chỉ số lún ướt tương đối am= 0,011-0,045 Tuy có tính lún ướt nhưng đất thuộc vỏ phong hóa Tây Nguyên và Việt Nam nói chung đều không thể xếp vào đất hoàng thổ thực thụ, mà chỉ là đất dạng hoàng thổ [6]

Thí nghiệm xác định sức chống cắt của đất đỏ bazan có kết cấu tự nhiên Khi tăng độ ẩm trong đất các đặc trưng chống cắt (c, ϕ) giảm rõ rệt và khi độ ẩm vượt quá giới hạn dẻo thì sức chống cắt giảm đến trị số gần như ổn định Ở trạng thái khô (Sr≤0,5) đất có sức chống cắt lớn: ϕ =41015’-27010’, c=1,35-0,68 kG/cm2 Khi bão hòa G≥0,8, sức chống cắt giảm rõ rệt ϕ =190-200, c=0,18-0,2 kG/cm2 [1]

Trong đề tài “Biên hội bản đồ địa chất, bản đồ địa chất thủy văn và bản đồ địa chất công trình TP Hồ Chí Minh tỷ lệ 1/50.000”, ở chuyên đề số 26 “Thuyết minh bản đồ sức chịu tải của nền đất và phân bố đất lún ướt” [7] Tập thể tác giả đã

sử dụng kết quả phân tích mẫu đất lấy trong các lỗ khoan thu thập được trong phạm vi quận Thủ Đức và quận 9, nơi có các biểu hiện của đất lún ướt được ghi nhận trong thực tế và trong các tài liệu nghiên cứu trong vùng để đánh giá tính lún ướt của đất theo các tiêu chuẩn thông dụng: Đánh giá theo Priklonski (1952); đánh giá theo Tiêu chuẩn xây dựng SNiP II-15-74 của Liên Xô (hay TCVN 9362-2012); đánh giá theo Holtz và Hilf (1961) Các mẫu đất được chọn nằm từ mặt đất đến độ sâu khoảng 3-5m, sâu nhất đến 20-22m Thành phần thạch học chủ yếu là sét pha và cát pha Đất được coi là lún ướt khi có 2/3 hoặc hơn tiêu chí lún ướt đáp ứng Kết quả đạt được khoảng 86,3% các điểm kiểm tra đạt 2/3 hoặc hơn các tiêu chí đánh giá trên Trong đó đánh giá theo Holtz và Hilf kết quả khoảng 60% các điểm kiểm tra nằm dưới đường cong (nằm dưới đường cong thể hiện tính lún ướt) thấp hơn hai tiêu chí đánh giá còn lại

Hình 1.1 Đánh giá lún ướt theo Holtz và Hilf các mẫu khu vực Thủ Đức, Q9

Đất loess là loại đất thuộc dạng đất hoàng thổ và loại đất này có đặc tính lún ướt Hoàng Ngọc Kỷ cho rằng có hệ tầng loess Thủ Đức tiêu biểu cho lớp phủ trên đồng bằng Miền Đông Nam Bộ, thấy lộ ra tại Thủ Đức và nhiều nơi trên địa bàn

Không có tính lún

Có khả năng lún ướt

9

thành phố như Củ Chi, Hóc Môn, một số quận trong nội thành như Tân Bình, Phú Nhuận, Gò Vấp, Quận 12 Xa hơn về phía Tây Bắc thuộc tỉnh Tây Ninh có địa hình +10m đến +40m cũng được phủ lớp sét này Còn về phía Đông Bắc thuộc tỉnh Bình Dương và Bình Phước, về Phía Đông và Đông Nam thuộc tỉnh Đồng Nai và Bà Rịa – Vũng Tàu trên đồi có độ cao +5m đến +70m cũng được phát hiện lớp phủ này

Bảng 1.4 Bảng so sánh một số tính chất của Hệ tầng loess Thủ Đức với đất hoàng

thổ tiêu biểu trên thế giới [8]

Tổng hợp chung trên

thế giới

Thủ Đức Việt Nam

Tây Bắc Trung

Quốc

Châu Âu (Liên Xô

cũ)

2 Màu sắc vàng, đỏ Trắng, Đỏ, vàng, nâu, xám Vàng đỏ nâu Vàng, đỏ, nâu

(%) - Sét<0,005mm - Bột 0,1-0,005 - Cát >0,1mm

5-30 30-50

<5

30-40 10-30 30-40

20-30 40-70 0-20

10-20 50-70 <1 8

Thành phần hóa học cơ bản (%)

SiO2 Al2O3

CaO

27-90 4-20

>6

70-85 5-10 0,1-0,5

50-80 >10 7,5-10,5

70-80 8-10

5-8

+1000

Đến +4000

Đến +5000

12 Trên các vĩ tuyến Trung bình - cao Thấp Trung bình bình, cao Trung

Gió xoáy và gió

15 Tuồi địa chất N2-Q Q3-Q4 Q1-3 – Q4 N2-Q

Đức (QIII-IV)

Ma Lan (QIII-IV)

Vandai (QIV)

Theo Trà Thanh Phương [9], [10]: với kết quả nghiên cứu đặc điểm của đất lún ướt có thể rút ra một số kết quả đạt được như sau:

+ Đất có đặc tính lún ướt được đã thực hiện thí nghiệm kiểm chứng trên loại đất loess và đất có tính loess ở Thủ Đức Tp HCM và ở Gia Lai – KonTum

Bảng 1.5 Kết quả độ lún ướt tương đối các mẫu đất Thủ Đức Tp HCM và ở Gia

Lai – KonTum

am 0,0454 0,0348 0,0550 0,0295 0,1417 0,1227 0,0822 0,0572

+ Ở độ bão hòa Sr =100% lực dính c, góc ma sát trong ϕ giảm một nửa

Bảng 1.6 Kết quả sức chống cắt theo mức độ bão hòa [9]

Số hiệu mẫu TN

ρ g/cm3

030 0,85 1,284 1,688 20,52 21000 0,90 2-3

2-5 1,89 0,677 1,035 1,392 19

040 0,32 0,647 1,028 1,382 19030 0,32 2-11

2-13 1,82 1,104 1,508 1,912 22

000 0,20 1,237 1,624 2,012 21010 0,85

Số hiệu mẫu TN

ρ g/cm3

11

1-9 1-11 1,81 1,044 1,389 1,733 19

000 0,70 0,844 1,189 1,533 11050 0,50 2-3

2-5 1,89 0,748 1,095 1,443 19

030 0,40 0,254 0,499 0,641 8010 0,21 2-11

2-13 1,82 1,171 1,541 1,912 20

020 0,80 0,822 1,043 1,267 13030 0,60

+ Sức chịu tải của nền RtcSri ứng với độ bão hòa Sri có kết quả như bảng sau:

Bảng: 1.7 Kết quả sức chịu tải theo mức độ bão hòa [9]

Nhận thấy khi độ bão hòa Sr =100% sức chịu tải Rtc giảm hơn một nửa + Từ kết quả thí nghiệm nén cố kết mô đun biến dạng của đất có kết quả được trình bày như bảng sau:

Bảng 1.8 Mô đun biến dạng của đất ngay trước và sau khi lún ướt theo thí nghiệm

nén cố kết [10]

Tính chất đất

γd e0

TĐ Gs=2,68

16,5 0,624

GC1 Gs=2,73

12,6 1,160

GC4 Gs=2,70

13,5 1,000

H’RA Gs=2,70

12,6 1,142

Theo kết quả trên, nhận thấy môđun biến dạng ở trạng thái bão hòa giảm khoảng 39-89%, trung bình khoảng 68%

Theo Huỳnh Ngọc Sang [11], với kết quà 4 mẫu đất ở Linh Trung, Thủ Đức khi nén theo sơ đồ 2 đường cong (nén tự nhiên và nén bão hoà) mẫu đất biểu hiện tính lún ướt (lún sập) rất rõ Tính chất cơ học cuả đất khi bị làm bão hoà nước biến đổi theo chiều hướng xấu đi rất nhiều so với chính loại đất đó trong điều kiện độ ẩm tự nhiên Góc ma sát trong ϕ giảm trung bình 29,1%, nhưng lực dính c giảm trung bình 53,4% và mô đun tổng biến dạng giảm trung bình 71,9% như kết quả trình bày ở bảng 1.9

Bảng 1.9 Tổng hợp cơ lý mẫu lõi đào khu vực Linh Trung, Thủ Đức

S TT Tên chỉ tiêu

Kí hiệu

Đơn vị tính

Trung bình các mẫu LT1 LT2 LT3 LT4

1 Thành phần hạt

Sạn

Cát % 50,30 45,20 48,70 34,20 Bụi % 42,50 45,00 43,60 40,60 Sét % 7,20 9,80 7,70 25,20 2 Độ ẩm tự nhiên W % 12,47 19,17 19,98 19,65 3 KL riêng tự nhiên ρ g/cm32,07 1,965 2,009 1,867 4 KL riêng khô ρdg/cm3 1,841 1,649 1,674 1,560 5 Tỷ trọng Gsg/cm3 2,68 2,671 2,712 2,70 6 Hệ số rỗng e 0,456 0,620 0,620 0,731 7 Độ lỗ rỗng n % 31,32 38,37 38,27 42,22 8 Độ bão hòa Sr% 73,30 82,60 87,40 72,60 9 Giới hạn chảy WL% 29,54 28,39 28,33 34,24 10 Giới hạn dẻo Wp% 23,00 22,00 22,85 18,54 11 Chỉ số dẻo Ip% 6,54 6,39 5,48 15,70 12 Độ sệt IL -1,61 -0,44 -0,52 0,07 13 Góc ma sát trong ϕ Độ 22

006' 23028' 18034' 17007' ϕw 13023' 13023' 15016' 14009' 14 Lực dính c kG/cm2 0,203 0,203 0,224 0,266

cw0,091 0,105 0,095 0,126

cm2/kG 0,028 0,026 0,018 0,020 Bão hòa a1-20,168 0,133 0,086 0,032

Thí nghiệm vi xuyên tại khu Linh Trung, Thủ Đức, đất cát bụi ở trạng thái tự nhiên kết cấu chặt vừa có sức kháng xuyên trên 40kG/cm2, sau quá trình bão hòa kết cấu đất thay đổi, sức kháng xuyên giảm mạnh như hình 1.2 [12]

Hình 1.2 Sức kháng xuyên theo độ sâu ở trạng thái tự nhiên và bão hòa

1.3 NHẬN XÉT CHƯƠNG

Trên thế giới có rất nhiều nhà nghiên cứu về đất có đặc tính lún ướt, đất lún ướt phân bố khá rộng rãi trên khắp các châu lục, đặc tính lún ướt thể hiện ở trên nhiều loại đất được ghi nhận trong đất hoàng thổ, là loại đất có tính lún ướt với các mức độ khác nhau Ngoài ra, chúng còn được quan sát thấy ở các loại đất khác như đất thổ nhưỡng, cát nhiễm muối, đất nhân tạo, bồi tích do gió, do nước, đất tàn tích, đất phong hóa từ đá granit, hay đá phun trào axit Có rất nhiều nhà khoa học đã đưa ra các mối tương quan các chỉ tiêu vật lý để nhận dạng đất lún ướt

Ở Việt Nam các nghiên cứu cho thấy, đặc tính lún ướt đã được ghi nhận trên đất phong hóa bazan, đất lún ướt được tìm thấy ở Thủ Đức, Đồng Nai, Bình Phước, một số tỉnh Tây Nguyên Các nghiên cứu vẫn nặng về lĩnh vực địa chất học như

phân vùng, phân loại, nhận biết đất lún ướt, còn trong địa kỹ thuật chưa có nhiều nghiên cứu cụ thể để ứng dụng Nhìn chung, các nghiên cứu còn rời rạc chưa hệ thống các kết quả phần lớn chỉ mang tính định tính, các yếu tố định lượng còn hạn chế

Mẫu đất tự nhiên các đặc tính độ bền biến dạng giảm đáng kể khi bị tẩm ướt như sức kháng xuyên, lực dính c (giảm 53,4%), góc ma sát trong ϕ (giảm 29,1%), mô đun tổng biến dạng E (giảm 71,9%) Mẫu chế bị các giá trị sức chống cắt (c, ϕ), mô đun biến dạng E, sức chịu tải tiêu chuẩn Rtc đều giảm đáng kể khi mẫu bão hòa (giảm hơn 50%)

Do đó, định hướng của luận văn là tiến hành lấy mẫu thí nghiệm nhằm đánh giá đặc trưng cơ lý của đất trên vỏ phong hóa ở một số khu vực và sự thay đổi của chúng khi bị tẩm ướt

15

CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM LÚN ƯỚT VÀ ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA CHÚNG THEO KẾT QỦA THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG 2.1 ĐẶC ĐIỂM LÚN ƯỚT CỦA ĐẤT LOẠI SÉT

2.1.1 Các khái niệm về đất lún ướt

Lún ướt là hiện tượng lún đặc biệt, được hiểu là sự lún thêm đáng kể của đất xảy ra rất mau lẹ, khi đất bị làm ướt (bão hòa nước) dưới tải trọng giữ nguyên; vì vậy, còn được gọi là "lún sập" [13]

Tính lún ướt (lún sập) của đất là đặc tính nén chặt của đất khi bị tẩm ướt bởi nước trong điều kiện nén (không nở hông) dưới tác dụng của tải trọng Trong trường hợp tổng quát, tính lún ướt có thể xuất hiện khi tẩm ướt đất và không xuất hiện tải trọng ngoài Tuy nhiên, tính lún ướt thường được xác định khi tẩm ướt đất dưới tải trọng Pi Khi đó, đường cong nén lún có dạng như hình 2.1

Hình 2.1 Đường cong nén lún đất lún ướt với việc tẩm ướt dưới tải trọng Pi

Trong quá trình thí nghiệm, để xác định tính lún ướt có thể chia làm 3 giai đoạn:

1 – Biến dạng mẫu đất do nén sơ bộ trước khi tẩm ướt với tải trọng tăng từ 0 đến Pi, hệ số rỗng giảm từ e0 – ei

2 – Lún ướt – nén chặt bổ sung khi tẩm ướt dưới tải trọng Pi hệ số rỗng khi đó giảm từ ei đến e’i

3 – Biến dạng sau lún ướt được quy định bởi việc nén tới các cấp áp lực P > Pi Theo đường cong nén lún xét các hệ số đặc trưng cho tính lún ướt của đất: hệ số rỗng lớn ∆e = ei – e’i và hệ số lún ướt tương đối (am) được xác định bằng biểu thức sau:

01

m

ea

e

∆=

+ (2.1) Trong đó:

∆e Biến thiên hệ số rỗng của đất trong quá trình lún ướt e0 Hệ số rỗng ban đầu của đất

Đất lún ướt là loại đất có kiến trúc không ổn định Thật vậy, khi có những tác động vật lý bổ sung nào đó thì kiến trúc đất bị phá hủy đột ngột dẫn đến sự làm xấu đi đáng kể các tính chất cơ lý của chúng, làm tăng độ lún, giảm độ bền

Đất lún ướt còn được gọi là “đất nén chưa đến chặt” Nói một cách khác ở một chiều sâu nào đó đất chịu một áp lực thiên nhiên là P, đúng ra phải có hệ số rỗng tương ứng là e nhưng lại có e1>e tức là chưa nén chặt so với áp lực P Sở dĩ có tính nén chưa đến chặt là do ảnh hưởng sự phát sinh lực dính của các mối liên kết cấu trúc (do thành phần sét tạo ra) – lực này kiềm hãm sự nén chặt cũng giống như do tác dụng của nước lỗ rỗng gây nên sự chậm trễ của quá trình cố kết trọng lực

Hệ số lún ướt tương đối của đất: tỉ số giữa lượng lún do lún ướt của mẫu đất thí nghiệm dưới tải trọng nén nào đó và chiều cao ban đầu của mẫu đất, ký hiệu là am, biểu thị bằng số thập phân và lấy chính xác đến 0,001 Với đất có trị số am ≥ 0,01 dưới tải trọng nào đó, thì được coi là đất có tính lún ướt dưới tải trọng đó [13] Theo Jennings và Knight tùy thuộc vào mức độ lún ướt mà xếp đất vào mức độ nguy hiểm khác nhau (bảng 2.1) [14]

17

Bảng 2.1 Độ lún ướt tương đối và mức độ nguy hiểm đối với nền công trình

kiện hoàn toàn no nước, đất thể hiện tính chất lún ướt Áp lực lún ướt ứng ban đầu ứng với:

+ Khi thí nghiệm trong phòng bằng máy nén – áp lực gây ra độ lún ướt tương đối am=0,01

+ Khi thí nghiệm hiện trường có làm ướt đất trước – áp lực giới hạn tỷ lệ thuận trên biểu đồ độ lún của bàn nén tải trọng

+ Khi làm ướt đất trong các hố thí nghiệm - áp lực tự nhiên ở độ sâu mà bắt đầu từ đấy dưới trọng lượng bản thân của đất, đất bị lún ướt [13]

2.1.2 Cơ chế lún ướt

Cơ chế lún ướt đã được nghiên cứu bởi một số nhà nghiên cứu (Casagrande năm 1932; Jennings và Knight 1957; Holtz và Hilf 1961; Burland 1965; Dudley 1970; Barden và đồng nghiệp 1973; Mitchell 1993) Hiện tượng lún ướt chủ yếu liên quan đến cấu trúc mở của đất Casagrande (1932) đã chứng minh rằng một phần hạt mịn của đất tồn tại như vật liệu kết dính cho các hạt lớn, phần hạt mịn này trải qua quá trình nén ép sẽ chèn vào những khoảng trống nhỏ giữa các hạt lớn lân cận làm tăng độ bền của đất Ở độ ẩm tự nhiên, khi tăng áp lực do tải trọng công trình, đất bị nén ép ở mức độ nhỏ và cấu trúc các liên kết cứng của đất thường không thay đổi Khi đất bị thấm ướt sẽ làm độ ẩm tăng cao, lúc này các hạt mịn bột sét đóng vai trò liên kết cứng bị suy yếu hoặc bị dịch chuyển do hòa tan hay rửa trôi ở một số vị trí Cuối cùng, các chất kết dính đạt đến một giai đoạn mà chúng không

còn chống lại được áp lực gây biến dạng và cấu trúc sụp đổ như mô tả trong hình 2.2 [2]

Hình 2.2 Cấu trúc đất trước và sau khi thấm ướt

Holtz và Hilf (1961) mô tả cơ chế lún ướt là do áp lực mao dẫn gần bằng không và mức độ bão hòa tăng đến 100% Burland (1965) mô tả cơ chế lún ướt trong điều kiện ổn định tại các điểm tiếp xúc giữa các hạt Do làm ướt, áp lực nước lỗ rỗng âm tại các điểm tiếp xúc giảm, làm cho các hạt bị trượt và biến dạng Dudley (1970) giải thích rằng khi đất bị khô dưới giới hạn co ngót, phần nước còn lại tại các điểm tiếp xúc các hạt nằm dưới sự nén ép Do đó, áp lực nước dư thừa trở thành áp lực âm, sức căng thực sự hiệu quả trở nên lớn hơn tổng ứng suất của tải Điều này rõ ràng làm tăng độ bền của đất

Dudley (1970), Barden và đồng nghiệp (1973) và Mitchell (1993) giải thích hiện tượng lún ướt trong điều kiện các vật liệu gắn kết tại các điểm tiếp xúc của các hạt đất Họ đã xác định bốn điều kiện cần thiết gây hiện tượng lún ướt:

1 Xuất hiện khe hổng, một phần cấu trúc không bền vững, bão hòa nước một phần 2 Sự nén ép đủ lớn để tạo cấu trúc giả ổn định

3 Sét kết dính hoặc vật liệu gắn kết khác đủ mạnh để ổn định cấu trúc khi khô

Đất lún ướt thường không bão hòa, sự giảm độ hút dính là một trong những nguyên nhân chủ yếu gây ra lún ướt Tadepalli (1990) đã tiến hành thí nghiệm trong một oedometer được thiết kế đặc biệt có đo độ hút dính, kết quả cho thấy thể tích đất biến đổi cùng với sự giảm độ hút dính và biến đổi thể tích chấm dứt khi độ hút dính giảm tụt tới không [15]

Dựa vào các nghiên cứu trên, thấy hiện tượng lún ướt là một phức hợp gồm nhiều yếu tố như kết cấu, độ ẩm ban đầu, dung trọng khô và điều kiện tải Điều quan trọng là những yếu tố được xem xét đồng thời trong việc đánh giá hành vi của đất lún ướt

2.1.3 Nhận biết và phân loại đất lún ướt

Điều trước tiên khi đánh giá đất có tính lún ướt là xem xét mẫu đất ở địa điểm khu vực cụ thể Ở những khu vực đất có tính lún ướt mạnh thì khi khảo sát cần chú ý tới đặc tính lún ướt của loại đất này để bổ sung các thí nghiệm khi cần thiết Trong trường hợp khu vực khảo sát là mới, không có thông tin địa chất thì dấu hiệu đất lún ướt được xác định thông qua một số tiêu chí phân loại dựa trên các thông số như: khối lượng riêng khô, giới hạn Atterberg, độ ẩm, hệ số rỗng, hàm lượng hạt sét và độ rỗng Một số tiêu chí phân loại cơ bản như sau:

Feda (1966) [2] đề xuất chỉ số lún ướt (ic) liên quan đến độ ẩm tự nhiên (W), độ bão hòa (Sr), giới hạn dẻo (Wp) và chỉ số dẻo (IP) theo công thức sau:

(2.2)

Nếu đất có Sr<60% và chỉ số lún ướt >0,85, thì đây là dấu hiệu của đất lún ướt
Theo Tiêu chuẩn xây dựng SNiP II-15-74 của Liên Xô (cũ) hay tiêu chuẩn TCVN 9362-2012 của Việt Nam xếp vào đất lún ướt khi độ bão hòa Sr<80% các đất có chỉ số lún ướt s nhỏ hơn giá trị như trong bảng 2.2 [16]

Bảng 2.2 Phân loại đất lún ướt theo chỉ số lún ướt s

Chỉ số lún ướt s được xác định theo công thức sau:

001

Giả thiết giá trị trung bình của Gs là 2,65, giá trị giới hạn của dung trọng khô γd cho các giới hạn chảy khác nhau được tính theo phương trình (2.8) và lập thành đường cong quan hệ giới hạn chảy (WL) và dung trọng khô (γd) Với đất nếu có dung trọng khô nằm dưới đường cong giới hạn như ở hình 2.3 thì đất có khả năng lún ướt

21

Hình 2.3 Đường cong quan hệ giới hạn chảy (WL) và dung trọng khô (γd)

Ngoài các tiêu chí trên còn nhiều tiêu chí phân loại khác của các tác giả như bảng 1.1 ở chương 1

Tóm lại các tiêu chí dùng để nhận biết đất lún ướt bên trên là dựa vào các mối quan hệ của các thông số vật lý của đất Trường hợp muốn xác định mức độ lún ướt và khẳng định đất có tính lún ướt hay không thì cần thí nghiệm nén lún để xác định, điều này sẽ được đề cập ở phần sau

2.1.4 Các đặc điểm của đất lún ướt

Những tính chất cơ lý cơ bản của đất lún ướt bao gồm:

2.1.4.1 Độ ẩm tự nhiên

Độ ẩm tự nhiên thường thấp, trung bình đất hoàng thổ thường không quá 25% Trong đới khí hậu không đủ ẩm, độ ẩm của đất hoàng thổ là thấp nhất từ 5-6 đến 12-14%, ở những đới khi hậu ẩm hơn thì độ ẩm tự nhiên của đất cao hơn Do độ ẩm thấp nên phần lớn trường hợp độ bão hòa không vượt quá 0,5, có khi đạt 0,6-0,7 và ít khi cao hơn

Trong đó:

n’: Thể tích lỗ rỗng bình thường n’’: Thể tích lỗ rỗng đại

n : Thể tích lỗ rỗng m : Thể tích cốt đất Hệ số rỗng đại:

+ Hoặc đất không phải là hoàng thổ +Hoặc đất là hoàng thổ nhưng bị khử nước, đã mất các dấu hiệu nhận biết đặc trưng

Hệ số rỗng đại càng cao thì các lỗ rỗng đại càng chiếm thể tích lớn và kết cấu của đất càng kém chặt Ở đất hoàng thổ trị số hệ số rỗng đại biến đổi từ 0,03-0,07 đến 0,37-0,40

2.1.4.3 Giới hạn chảy, dẻo

Đất có đặc điểm lún ướt có giới hạn chảy, dẻo thường thấp, khi bị ướt dễ dàng chuyển sang trạng thái chảy; không ổn định trong nước, bị tan rã cũng như rửa trôi dễ dàng Tốc độ tan rã của nó trong phòng thí nghiệm được tính bằng phút

2.1.4.4 Hệ số thấm (k)

Hệ số thấm k của đất không có giá trị nhất định: lúc đầu, nước mới thấm qua mẫu đất thì k bằng khoảng 1,0m/ngày đêm và lớn hơn, còn khi nước đã chuyển động ổn định qua mẫu đất ấy thì k giảm xuống 0,3-0,4m/ngày đêm Hệ số thấm theo phương thẳng đứng cao hơn nhiều so với phương ngang, biến đổi đáng kể theo thời gian

23

2.1.4.5 Tính nén lún

Ở độ ẩm tự nhiên và độ chặt tự nhiên, khi chịu tác dụng của tải trọng vừa phải, đất bị nén trung bình hoặc ít Hệ số nén lún trong khoảng tải trọng từ 1 đến 2kG/cm2 biến đổi từ phần trăm đến phần ngàn cm2/kG

Bảng 2.3 Trị số trung bình môđun tổng biến dạng của đất có đặc điểm lún ướt theo

số liệu thí nghiệm bằng tải trọng thử của Liên Xô [5]

2.1.4.6 Độ bền và tính biến dạng

Độ bền và tính biến dạng của đất có tính lún ướt phụ thuộc đáng kể vào độ ẩm và độ chặt, với độ ẩm vừa phải đất có sức chống cắt tương đối cao Góc ma sát trong 280-300 và cao hơn Lực dính 0,8-1,2 kG/cm2 khi tăng độ ẩm, độ bền các liên kết kiến trúc và của đất đều giảm mạnh

2.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI TÍNH LÚN ƯỚT 2.2.1 Ảnh hưởng của thành phần khoáng vật đến tính lún ướt

Thành phần khoáng vật sét quyết định bởi thành phần đá gốc và điều kiện sinh thành Bình thường, kết quả phong hóa các đá phun trào hình thành montmorilonite Những đá macma bazơ và siêu bazơ tương đối giàu Mg, trong điều kiện mưa nhiều, thoát nước tốt thì Mg bị mang đi, vì vậy cùng loại đá đó lại sinh thành kaolinite Như vậy có thể thấy rằng đá mẹ có thành phần khác nhau sau khi

phong hóa sẽ hình thành những khoáng vật sét khác nhau Nhưng sự sinh thành này còn có quan hệ chặt chẽ với môi trường thành tạo Dù đá mẹ giống nhau nhưng trong những điều kiện khác nhau có thể thành tạo những khoáng vật sét khác nhau Những khoáng vật sét khác nhau thì có tính chất cơ lý khác nhau

2.2.2 Ảnh hưởng của hàm lượng hạt sét và hệ số rỗng e0

Khi khô (Sr<60%) đất lún ướt có trạng thái cứng, độ bền kiến trúc lớn và khi thấm ướt đất trở nên nhão, độ bền giảm Do đó có thể nhận xét rằng thành phần sét đóng vai trò quan trọng trong đất có tính lún ướt Ở một hệ số rỗng ban đầu từ 0,45-0,50 đôi khi đến 0,60 thành phần chủ yếu của đất là cát bụi chiếm 65% - 68% thì vai trò của hạt sét là:

Khi hàm lượng sét ít (<17%): độ lún ướt ít, vì lực dính c (chủ yếu do đất sét) nhỏ không đủ sức kìm hãm quá trình tự nén chặt của đất, làm giảm hệ số rỗng ban đầu

Hàm lượng sét trung bình (18-27%): Lượng hạt sét vừa đủ tạo lực dính c, đủ sức kìm hãm sự tự nén chặt của đất Do đó trong trường hợp này hệ số rỗng thường lớn, dẫn đến độ lún ướt tương đối cao

Hàm lượng sét lớn (28-40%): Trong trường hợp này các hạt sét, bụi, cát tạo nên một thành phần không đều hạt, tự làm kín các lỗ rỗng Lực dính trong đất rất cao ngay trong trường hợp bão hòa nước và do tỷ lệ sét cao nên đất luôn ở trong trạng thái ẩm có độ bão hòa cao Sr>80% Do đó khi thấm ướt Sr=100% độ lún ướt tương đối nhỏ [9]

2.2.3 Ảnh hưởng của độ rỗng đến tính lún ướt

Trong các tác nhân ảnh hưởng lên tính lún ướt là độ rỗng (độ chặt) Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy độ rỗng càng lớn tính lún ướt càng cao với cùng các điều kiện khác Tương ứng với điều này, tương quan giữa hệ số lún ướt tương đối và độ chặt có dạng phi tuyến

2.2.4 Ảnh hưởng của độ bão hòa Sr đến tính lún ướt

Ảnh hưởng lên tính lún ướt lớn nhất là độ ẩm thông qua độ bão hòa Nước thâm nhập vào lỗ rỗng của đất khi tẩm ướt đóng vai trò bôi trơn làm yếu các hạt không định hướng khi chịu nén, làm suy yếu độ bền cấu trúc các liên kết Độ ẩm tự

25

nhiên càng lớn thì tính lún ướt càng giảm Trong đa số các trường hợp, tính lún ướt xuất hiện với độ bão hòa Sr < 0,6-0,75

Hình 2.4 Biểu đồ quan hệ giữa độ bão hòa và hệ số lún ướt Sr - am

2.2.5 Ảnh hưởng của tải trọng đến độ lún ướt

Tương quan giữa hệ số lún ướt tương đối và ứng suất mà ở đó tiến hành tẩm ướt có thể được biểu diễn bằng biểu đồ hình:

Hình 2.5 Tương quan giữa hệ số lún ướt tương đối và ứng suất

Ở đó có thể quan sát 3 phương án của quan hệ