Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu đánh giá đặc trưng cơ lý của đất sét trương nở bằng thí nghiệm trong phòng

Kết quả thí nghiệm, phân tích, đánh giá có thể giúp các kỹ sư nền móng hiểu thêm về đặc trưng cơ lý của loại đất này và xét đến các đặc điểm trương nở khi tính toán thiết kế nền móng côn

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học:GS TSKH NGUYỄN VĂN THƠ

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………

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành

giảng dạy, hướng dẫn, và góp ý quí báu của Quý thầy cô Bộ môn Địa cơ nền móng, Quý thầy cô Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Bách khoa - Đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh Sự giảng dạy tận tâm, nhiệt tình của Quý thầy đã truyền đạt cho học viên kiến thức khoa học quí giá về nền móng, về mối quan hệ chặt chẽ giữa việc khảo sát địa kỹ thuật và kỹ thuật xây dựng nền móng Sự hiểu biết này giúp tôi thêm tự tin và đạt hiểu quả cao trong công việc của mình

Tôi xin chân thành cám ơn anh em công nhân khoan khảo sát địa chất của Công ty CP Tư vấn Xây dựng Công trình Thủy Bộ (SUDEWAT), Công ty Tư vấn Xây dựng tổng hợp (NAGECCO), Công ty CP Khảo sát và Kiểm định Trường Sơn mặc dù điều kiện công trường khó khăn vì nắng mưa mà vẫn quan tâm thu thập mẫu thí nghiệm giúp tôi thực hiện luận văn

Tôi xin cám ơn anh em thí nghiệm viên Trương Thị Trâm Anh, Nguyễn Bảo Hiên, phòng LAS-XD 312, đã nhiệt tình, không quản thời gian giúp đỡ tôi hoàn thành các thí nghiệm phục vụ nhiệm vụ luận văn

Tôi trân trọng cám ơn thầy Nguyễn Văn Thơ, thầy Bùi Trường Sơn đã dành rất nhiều thời gian, tận tâm hướng dẫn và giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Tôi cám ơn vợ và hai con gái nhỏ của mình luôn động viên, là động lực cho tôi biết vượt khó

Tôi chân thành cám ơn những ý kiến đóng góp, phê bình của Quý thầy cô, các bạn học viên, các bạn đồng nghiệp cho những thiếu sót của luận văn

Tp Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 12 năm 2011

Học viên

Tạ Quang Nghiệp

TÓM TẮT

Hầu hết các mẫu đất sét có kết cấu tự nhiên, nửa cứng đến cứng trong khu vực nghiên cứu có tính trương nở từ thấp đến cao Độ trương nở và áp lực trương nở được xác định trực tiếp trên máy nén một trục không nở hông trong phòng Kết quả thí nghiệm cho thấy độ trương nở và áp lực trương nở phụ thuộc đáng kể vào hàm lượng hạt sét, chỉ số dẻo, loại khoáng vật sét Tương quan giữa độ trương nở và áp lực trương nở tỷ lệ tuyến tính Đặc điểm biến dạng thể hiện thông qua đường cong nén lún của loại đất sét trương nở khác biệt khi so với đường cong nén của các mẫu đất thông thường Kết quả nghiên cứu cần thiết cho kỹ sư thiết kế chọn lựa phương án móng hợp lý trên nền đất sét trương nở

THESIS: STUDYING AND ASSESSING PHYSIC-MECHANICAL PROPERTIES OF SWELLING CLAY SOILS BY LABORATORY

TESTING ABSTRACT

Most of samples of natural clay very stiff to hard in study area exhibits theirs swelling low to high Swelling potential and swelling pressure have been determined directly with oedometer The testing results show that they depend significantly on the amount of clay particles, plasticity index, and the type of clay minerals The relationship between swelling potential and swelling pressure is directly proportional linear Deformation characteristics of the clays swelling through one-dimensional compressive curves are different from those of normal samples The study results are essential for design engineer to choose proper foundation based on swelling clay soils

- -

Trang MỞ ĐẦU - 1

1 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - 1

2 Mục đích của đề tài - 2

3 Phương pháp nghiên cứu - 2

CHƯƠNG 1 MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÍNH TRƯƠNG NỞ CỦA ĐẤT - 3

1.1 Khoáng vật sét và các đặc trưng cơ bản của sét trương nở - 3

1.1.1 Đặc điểm khoáng vật sét - 4

1.1.2 Tính trương nở của đất sét - 6

1.1.3 Các đặc trưng sử dụng để đánh giá đất trương nở - 10

1.1.4 Các đề nghị khác nhau về phân loại đất trương nở - 13

1.2 Một số kết quả nghiên cứu về đất trương nở - 17

1.2.1 Đánh giá khả năng trương nở - 17

1.2.2 Xác định áp lực trương nở - 19

1.2.3 Dự đoán áp lực trương nở - 20

1.2.4 Phương pháp chỉ số trương nở - 20

1.2.5 Thí nghiệm hệ số trương nở đối với đất đắp - 21

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính trương nở của đất - 24

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính trương nở của đất đắp - 28

1.4.1 Ảnh hưởng của thành phần khoáng vật đến mức độ trương nở của đất loại sét - 28

1.4.3 Ảnh hưởng của độ ẩm ban đầu đến hệ số trương nở tự do và

chu kỳ trương nở - 30

1.4.4 Ảnh hưởng của hàm lượng hạt sét và hàm lượng sỏi sạn đến tính trương nở của đất loại sét - 31

1.5 Nhận xét và phương hướng đề tài - 33

CHƯƠNG 2 THÍ NGHIỆM CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA ĐẤT TRƯƠNG NỞ -34

2.1 Địa điểm và môi trường thí nghiệm - 34

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT SÉT TRƯƠNG NỞ BẰNG THÍ NGHIỆM TRONG

3.3 Các tương quan của thông số trương nở và tính chất vật lý - 52

3.4 Đặc điểm nén lún của đất sét phù sa cổ có tính trương nở - 54

3.5 Ảnh hưởng của thành phần khoáng sét đến đặc trưng trương nở - 57

SÉT BẰNG PHƯƠNG PHÁP X-RAY PHỤ LỤC 3 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐỘ TRƯƠNG

NỞ PHỤ LỤC 4 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH VẬN TỐC TRƯƠNG NỞ

MỞ ĐẦU 1 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Trong tự nhiên, đất loại sét chiếm diện tích đáng kể và nằm ngay trên bề mặt Hầu hết các công trình xây dựng đều sử dụng lớp đất này làm nền Đất loại sét chứa một lượng nước liên kết và có khả năng giữ ẩm cao Khi lượng giữ ẩm thay đổi, trong đa số các trường hợp, thể tích đất thay đổi theo do đặc tính trương nở hay co ngót Công trình xây dựng trên các lớp sét này chịu hai lực do áp lực trương nở: lực nở thẳng đứng sẽ gây ra hiện tượng đẩy trồi, nứt nẻ và có thể gây phá hoại, làm mất độ ổn định và làm hư hỏng các cấu kiện; lực ngang gây chuyển vị ngang ảnh hưởng đến sự làm việc của các loại công trình xây dựng như: tường chắn, tường tầng hầm

Ngoài lớp đất loại sét có độ ẩm xấp xỉ giới hạn nhão (đã nở hoàn toàn), những lớp đất loại sét có độ chặt lớn hơn hầu như không bị co ngót nhưng có thể có tính trương nở khi bị tẩm ướt

Theo Saurin, khu vực Thành phố Hồ Chí Minh và Đồng bằng Sông Cửu Long có lớp phù sa cổ dưới dạng sét loang lổ trạng thái nửa cứng – cứng Lớp đất này ở khu vực châu thổ nằm ở độ sâu tương đối lớn từ 30 – 50m nghiêng dần theo hướng Tây Bắc – Đông Nam và lộ ra trên bề mặt ở Bình Phước – Tây Ninh (còn gọi là dải đất xám)

Các kết quả khảo sát địa chất công trình trong đa số các hồ sơ khảo sát khi đánh giá đặc trưng cơ lý lớp đất này hầu như không đề cập đến yếu tố trương nở - co ngót Nhằm đánh giá đặc điểm trương nở cùa đất loại sét ở khu vực, chúng

tôi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu đánh giá đặc trưng cơ lý của đất sét trương nở bằng thí nghiệm trong phòng"

Kết quả thí nghiệm, phân tích, đánh giá có thể giúp các kỹ sư nền móng hiểu thêm về đặc trưng cơ lý của loại đất này và xét đến các đặc điểm trương nở khi tính toán thiết kế nền móng công trình, biện pháp thi công

2 Mục đích của đề tài

Trên cơ sở tổng hợp các kết quả nghiên cứu đánh giá đặc trưng cơ lý của đất trương nở, tiến hành thí nghiệm trên các mẫu đất lấy từ hiện trường của khu vực Kết quả thí nghiệm cho phép thiết lập các mối tương quan giữa các đặc điểm trương nở (độ trương nở, áp lực trương nở và các chỉ tiêu vật lý như hàm lượng hạt sét, chỉ số dẻo, độ sệt)

3 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp được chọn lựa cho đề tài là thí nghiệm trong phòng và xây dựng các tương quan

Trong nội dung luận văn chủ yếu xét đến các yếu tố trương nở liên quan đến biến dạng thể tích một chiều, các yếu tố độ bền, sức chống cắt chưa được thí nghiệm và đánh giá

CHƯƠNG 1 MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ

TÍNH TRƯƠNG NỞ CỦA ĐẤT

Các nhà khoa học trên thế giới và ở Việt Nam đã có nhiều đề tài nghiên cứu tính trương nở của đất sét và đất loại sét Đất trương nở được xếp vào dạng đất đặc biệt vì hành vi ứng xử đặc biệt của nó khi bị ẩm ướt hoặc tiếp xúc với nước là có sự tăng thể tích và gây ra áp lực trương nở Hiện tượng này có khi dẫn đến những hệ quả không có lợi cho các công trình xây dựng Hiểu được tính trương nở của đất giúp cho công tác khảo sát địa chất công trình, giúp chọn lựa phương án thiết kế hợp lý khi tính toán thiết kế nhằm đảm bảo độ ổn định của công trình xây dựng trên nền đất trương nở

Hình 1.1 Công trình đường hư hại do đất trương nở

1.1 Khoáng vật sét và các đặc trưng cơ bản của đất sét trương nở

“Đất là lớp ngoài cùng của đá được biến đổi trong thiên nhiên do ảnh hưởng của nước, không khí và sinh vật” Quá trình biến đổi đó được gọi là phong hóa Sản phẩm của phong hóa các loại đá chủ yếu là đất sét cùng với cát và các vật liệu rời khác

Sét là các nhóm khoáng vật thường gặp bao gồm các nhóm chính:

 Kaolinit (Al2O3.2SiO2.2H2O)  Montmorilonit còn gọi là bentonit nếu chứa nhiều Natri so với các

cation khác (Al2O3.4SiO2.2H2O+n H2O)  Illit hay mica ngậm nước: Muscovit (K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O) và

Biotit (K2O.4MgO.Al2O3.6SiO2.H2O)

1.1.1 Đặc điểm khoáng vật sét

Thành phần hoá học cơ bản của khoáng vật sét là Al2O3, SiO2, và H2O hoặc chi tiết hơn nữa là các ion: Al3+,Si4+, O2-, OH-, H+ Đáng chú ý là các ion Al3+, Si4+ thường bị thay một phần (thay thế đồng hình) trong tinh thể bởi các cation khác: Fe3+,Cr3+ Mg2+, Ca2+,…

Mạng tinh thể của kaolinit tương đối bền và ổn định Mỗi tập của mạng

tinh thể gồm một lớp các khối bốn mặt oxyt silic và một khối tám mặt hydroxyt alumin xen kẽ nhau Các lớp tiếp xúc của hai tập kế cận nhau tạo nên mạng tinh thể kaolinit rất khác nhau (hình 1.2)

Hình 1.2 Sơ đồ phân bố các lớp ở mạng tinh thể khoáng vật sét

Lớp trên của tập dưới được thành tạo bởi các nhóm hydroxyl, còn lớp dưới của tập trên nằm kề đó thì có các nguyên tử oxy Tên khác nhau của các lớp tiếp xúc với các tập kế cận làm cho mạng tinh thể rất chắc Mỗi liên kết ở bên trong của các tập cũng bền vững, đó là do có các lớp chuyển tiếp của các ion điện tích dương và âm Do đó mà mạng tinh thể không di động và vì vậy các tinh thể kaolinit tương đối lớn, chỉ có khả năng hấp thụ nước và trương nở không đáng kể

Montmorilonit (Al,Mg)2 [Si4O10] [OH]2 nH2O (tên của các mẫu sét lấy ở gần Montmorillon, nước Pháp) Tinh thể có nhiều hình dạng khác nhau Theo nghiên cứu qua kính hiển vi điện tử, chúng đều có đặc điểm là có độ phân tán cao và tính chất mơ hồ của đường nét Do mối liên kết giữa các mạng tinh thể yếu hơn, nên montmorilonit dễ hấp thụ nước vào giữa các mạng tinh thể và có khả năng trương nở mạnh Dấu hiệu đặc trưng của nhóm khoáng vật thuộc nhóm montmorilonit là lượng nước trong thành phần của chúng thay đổi mạnh tùy theo độ ẩm của môi trường xung quanh Kích thước thường nhỏ hơn 0,001mm làm tăng tỷ mặt ngoài, tăng hoạt tính mặt ngoài

Cấu trúc mạng tinh thể của montmorilonit nói chung gần giống cấu trúc mạng tinh thể của kaolinit (Hình 1.2), nhưng khác so với kaolinit là tập lớp riêng biệt của montmorilonit đối xứng nhau Mỗi tập mạng ở trên và dưới đều kết thúc bằng các lớp gồm những khối 4 mặt SiO2 và giữa các lớp này lại có một lớp gồm những khối tám mặt hydroxyt alumin Các tập lớp của montmorilonit quay các lớp đồng nhất (gồm các nguyên tử oxy) lại phía nhau Mối liên kết giữa các tập này yếu hơn mối liên kết giữa các tập mà các lớp nguyên tử khác tên quay ngược chiều với nhau như kaolinit Vì vậy nước dễ thấm vào trong mạng tinh thể của montmorilonit, làm cho mạng này giãn ra và có khả năng trương nở mạnh

Illit (Hydromica) KAl2[(Si, Al)4 O10] [OH] nH2O (do các nhà địa chất ở Illinois đặt tên) có tính chất trung gian giữa kaolinit và montmorilonit Illit hình

thành do khoáng vật mica tác dụng với nước Tinh thể thường gặp dạng phiến mỏng Khác với kaolinit, illit có các lớp oxyt silic xếp kề nhau và có ion kali liên kết giữa các lớp này nên có khả năng nở hạn chế khi ngậm nước

Kiến trúc mạng tinh thể của illit giống như kiến trúc mạng montmorilonit Tuy nhiên sự có mặt trong mạng illit có các ion kali phân bố ở giữa các tập lớp làm cho những tập này chắc hơn, tạo cho illit có độ bền lớn và không có tính di động Vì vậy các tinh thể illit thường lớn hơn tinh thể montmorilonit

1.1.2 Tính trương nở của đất sét

Đất được cấu tạo bởi ba thành phần chủ yếu hay còn gọi là ba pha: rắn, lỏng và khí Độ bền và tính chất của đất phụ thuộc vào độ bền và tính chất của phần hạt rắn, đặc điểm liên kết giữa các hạt, hàm lượng các nhóm khác nhau,

cũng như mức độ sắp xếp chặt sít

Hình 1.3 Mô hình các pha trong đất

Các liên kết của hạt rắn và khoáng vật thường chia thành năm loại như:

liên kết hóa trị, liên kết ion, liên kết kết tinh, liên kết keo nước, liên kết phân tử

Trong pha rắn, khi đề cập đến vấn đề trương nở của đất, chúng ta quan tâm đến phần khoáng vật sét Khoáng vật sét có kích thước rất nhỏ bằng phần

nghìn mm, chỉ nhìn thấy được dưới kính hiển vi điện tử Tính chất trương nở của đất do tính chất của khoáng vật sét quyết định khi tương tác với nước

Hình 1.4 Ảnh chụp kính hiển vi điện tử của tinh thể Montmorilonit (vùng

Wyoming, ảnh do R.D Holtz chụp)

Khoáng vật sét phổ biến trong các loại đất sét là kaolinit, hydromica (illit), và montmorilonit Trong đó, montmorilonit có độ trương nở mạnh nhất, kế đến là hydromica, và kaolinit hầu như không trương nở

Đất sét có khả năng trương nở thể tích Khả năng trương nở có thể được thí nghiệm với phương pháp cho phép nở một chiều hoặc ba chiều

Tính trương nở là đặc điểm tăng thể tích và áp lực trương nở do quá trình thủy hóa hoặc do tương tác với các dung dịch hóa học Đặc điểm hình thành tính trương nở của đất loại sét có quan hệ mật thiết đến nguồn gốc thành tạo và quá trình hóa đá

Hình 1.5 Mô hình đất trương nở

Tính trương nở thể hiện rõ rệt trong đất loại sét có liên kết ximăng yếu và bị nén lại (quá cố kết hay nén chặt do đầm) Các loại đất này hình thành chủ yếu trong điều kiện khí hậu khô và chứa một hàm lượng khoáng vật sét có mạng lưới tinh thể linh động (dạng montmorilonit) hay các chất hữu cơ Hầu hết các loại đất trương nở sau khi ngấm nước đều giảm độ chặt (dung trọng), chuyển từ trạng thái cứng, nửa cứng sang trạng thái dẻo, giảm độ bền đến vài lần

Sự trương nở của đất thường là do quá trình thẩm thấu và hấp phụ nước vào trong đất Khi ngấm nước, độ ẩm của đất tăng dần, bề dày của màng nước xung quanh hạt rắn tăng theo và đồng thời làm tăng bề dày tầng điện kép dẫn đến việc hình thành áp lực làm các hạt xô đẩy nhau Hiện tượng này làm phá hủy các liên kết cấu trúc giữa các hạt và làm tăng thể tích của toàn bộ khối đất

Trước khi trương nở Sau khi trương nở

Nước Sét

Thành phần khoáng vật của đất là một trong những yếu tố quan trọng gây ra tính trương nở Ảnh hưởng của thành phần cấu tạo đất loại sét lên quá trình trương nở có quan hệ với giá trị tỷ diện tích và hàm lượng, cũng như dạng ion trao đổi Mức độ ảnh hưởng của thành phần khoáng vật hạt sét lên tính trương nở có thể sắp xếp như sau: montmorilonit > hydromica > kaolinit Dãy các ion theo mức độ ảnh hưởng lên tính trương nở của đất sét: Li+, Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+, Al3+, Fe3+

Lý thú là đất loại sét trong tự nhiên trương nở với độ ẩm (Wsw) nhỏ hơn giới hạn nhão (WL) Theo E.A Sorochan: Wsw = (0,60-0,75).WL, còn đối với đất có kết cấu phá hoại (không nguyên dạng) thì Wsw > WL Hiệu ứng “không trương nở hoàn toàn” gặp trong trường hợp đất nén lại (quá cố kết) Do vậy, theo N.Ya Denhisov, đất quá cố kết luôn có khuynh hướng trương nở

Hình 1.6 Chế độ trương nở của đất loại sét với độ ẩm ban đầu khác nhau, Wo –

độ ẩm tối ưu 18%

Kết quả thí nghiệm cho thấy vận tốc trương nở ban đầu (2 giờ đầu) cao hơn ở các loại đất ít phân tán (hydromica, kaolinit) nhưng sau đó giảm và trở nên nhỏ hơn so với vận tốc trương nở của đất có độ phân tán cao hơn

(montmorilonit) Tương ứng, chu kỳ trương nở của đất phân tán cao thì lớn hơn chu kỳ trương nở của đất ít phân tán Ngoài ra, khoảng thời gian đầu (từ 1 – 5 giờ) đất ẩm hơn sẽ trương nở nhanh hơn, nhưng sau đó vận tốc trương nở giảm dần và nhỏ hơn vận tốc trương nở của đất có độ ẩm bé hơn (hình 1.6) Như vậy, độ ẩm và độ phân tán có ảnh hưởng đến hoạt động và quá trình trương nở

1.1.3 Các đặc trưng sử dụng để đánh giá đất trương nở

Sự tăng thể tích của đất trong quá trình ướt nước được gọi là sự trương nở Theo Sergeyev E.M và một số tác giả khác, khả năng trương nở có quan hệ với tính hút nước và tỉ diện lớn của các khoáng vật sét có trong đất dính Sự trương nở - kết quả sự thủy hợp của đất, nó được tạo nên chủ yếu do sự hình thành nước liên kết yếu ở trong đất Vỏ nước liên kết được hình thành xung quanh các hạt keo, sét, làm giảm lực dính giữa các hạt, phân ly chúng và gây ra sự tăng thể tích Sự trương nở có quan hệ chặt chẽ với tính dẻo của đất Trong quá trình trương nở, không chỉ thể tích của đất tăng lên, mà còn làm giảm tính dính cuả nó do sự làm giảm yếu đáng kể lực dính kết giữa các hạt đất riêng lẻ

Sự tăng thể tích của đất trong quá trình trương nở phát sinh ra áp lực, được gọi là áp lực trương nở Áp lực trương nở có thể quan sát và đo được nhờ tải trọng bên ngoài, mà tại đó chúng ta quan quan sát không thấy sự tăng thể tích của đất Khả năng trương nở của đất được biểu thị bởi các đặc trưng dưới đây:

Mức độ trương nở (sw)

Mức độ trương nở được xác định bởi sự thay đổi chiều cao (hoặc thể tích)

mẫu đất và được thể hiện bằng hằng số phần trăm theo các công thức sau:

- Nếu xác định bằng sự thay đổi theo chiều cao thì mức độ trương nở theo chiều cao (sw) được tính theo công thức:

,%

h

đđcsw



Trong đó:

hđ - chiều cao ban đầu hc - chiều cao cuối cùng sau khi trương nở - Nếu xác định bằng sự thay đổi thể tích thì mức độ trương nở theo thể

tích (V) được tính theo công thức:

,%

VVV 

Trong đó:

V - Lượng tăng thể tích mẫu đất do trương nở gây ra, (cm3) V - Thể tích ban đầu của mẫu trước khi thí nghiệm, (cm3) Nếu trong thí nghiệm để mẫu trương nở tự do ta sẽ có hệ số trương nở tự do; nếu trương nở dưới tác dụng của áp lực ngoài thì gọi là trương nở có áp

Hệ số trương nở

Trên đường cong trương nở tương tự đường cong nén cố kết, hệ số trương nở có thể xác định từ biểu thức Terzaghi, Cs được thay bằng Cv (Blight 1965)

tTH

Hệ số trương nở cải tiến

Gần đây chỉ số trương nở tự do cải tiến xác định theo phương pháp thí nghiệm của Sivapulliah Sitharam và Rao (1987) cho phép đánh giá tốt hơn về khả năng trương nở của đất sét Đất được sấy bằng lò nung với khối lượng khoảng 10g Khối đất được tán thành bột hoàn toàn và đưa vào trong bình chia bậc 100ml có chứa nước cất Sau 24 giờ đo được thể tích lắng đọng bị trương nở Chỉ số trương nở tự do cải tiến được xác định theo biểu thức:

VVVS

SSwst



(1.4) Trong đó:

V – Thể tích đất sau khi trương nở

VS – Thể tích pha rắn của đất

WS

SS

GWV 

(1.5) WS – Trọng lượng đất sấy khô

GS – Tỉ trọng hạt

w – Trọng lượng riêng nước

Các giai đoạn trương nở

Đất trương nở, theo Robert W Day, có ba giai đoạn riêng biệt như sau:

Trương nở sơ cấp: là giai đoạn đầu tiên của đất sét Trương nở sơ cấp xảy

ra từ lúc thời điểm bằng 0 đến khoảng 100 phút Trong suốt quá trình nở sơ cấp hệ số thấm của đất giảm rất nhanh là bởi sự khép lại của những vết nứt khi đất trương nở Ở thời điểm cuối của trương nở sơ cấp, những vết nứt chính có thể được khép lại và hệ số thấm khoảng 7x10-7 cm/s

Trương nở thứ cấp: giai đoạn 2 của trương nở là trương nở thứ cấp

Trương nở thứ cấp xảy ra từ 100 ÷ 20.000 phút sau khi mẫu bị ngập nước Trong giai đoạn trương nở thứ cấp hệ số thấm tiếp tục giảm bởi vì sét tiếp tục trương nở và những vi khe nứt đóng lại Hệ số thấm thấp nhất vào khoảng 1,5x10-8cm/s xảy ra ở khoảng 5000 phút khi mà hầu hết những vi khe nứt hầu như được khép kín Từ 5.000-20.000 phút hệ số thấm tăng nhẹ là bởi sự kết hợp trương nở thứ cấp tăng thêm (làm tăng hệ số rỗng) và sự giảm khí lỗ rỗng

Ổn định: Giai đoạn 3 bắt đầu khi đất sét ngừng trương nở khoảng 20.000

phút sau khi mẫu bị ngập nước Đất không còn trương nở được ghi lại từ 20.000-50.000 phút (kết thúc thí nghiệm) Hệ số thấm không đổi (3×10-8cm/s) khi đất sét ngừng trương nở

1.1.4 Các đề nghị khác nhau về phân loại đất trương nở

Phân loại đất trương nở theo tiêu chuẩn xây dựng Liên Xô và Cục cải tạo đất Mỹ

Đất trương nở có thể được phân loại theo nhiều tiêu chuẩn khác nhau, trong đó có hai bảng phân loại được sử dụng rộng rãi hơn là: phân loại của tiêu chuẩn xây dựng Liên Xô trước đây (СНиП II-Ь1-62 và СНиП 2-05-08-05) và phân loại của Cục cải tạo đất Mỹ, USBR (United States Bureau of Reclamation)

Cục cải tạo đất Mỹ phân loại đất trương nở theo đặc trưng vật lý của đất và độ thay đổ thể tích tương đối V nhằm nghiên cứu bản chất của đất, xem đất có thuộc loại đất trương nở không và phân loại đất trương nở theo bảng 1.1

Bảng 1.1 Phân loại đất trương nở theo USBR

Đặc trưng vật lý Độ trương nở

tương đối theo thể tích

V

Phân loại đất trương nở Hàm

lượng chất keo

Chỉ số dẻo Wn

Độ co ngótWk% % % % >28 >35 11 >30 Rất mạnh 20-31 25-41 7-12 20-30 Mạnh

<15 <18 >15 <10 Yếu Theo tiêu chuẩn và qui phạm xây dựng (СНиП II-Ь1-62) của Liên Xô, thuộc vào loại đất trương nở là những đất loại sét có tỉ số:

4,01 0



eeeLL

(1.6)

Trong đó:

eo - Hệ số rỗng của mẫu đất có độ ẩm và cấu trúc tự nhiên; eLL- Hệ số rỗng của mẫu đất đó tương ứng với độ ẩm ở giới hạn chảy (WLL), được xác định theo công thức:

wsLLLL

We





Trong đó:

 s – Trọng lượng riêng của đất w – Trọng lượng riêng của nước Các điều kiện ở công thức (1.6), (1.7) dựa theo một số đặc trưng vậy lý để đánh giá khả năng trương nở của đất

Đặc điểm trương nở của đất còn tùy thuộc vào trạng thái độ chặt – độ ẩm ban đầu của mẫu và môi trường xung quanh Do vậy, trong trong tiêu chuẩn và qui phạm xây dựng СНиП 2-05-08-05 của Liên Xô phân chia đất trương nở theo cấp căn cứ vào độ trương nở tương đối sw, ghi ở bảng 1.2

Bảng 1.2. Phân loại đất trương nở theo СНиП 2-05-08-05

Độ trương nở tương đối sw, % Phân loại

sw <4 Không trương nở 4 < sw <8 Trương nở yếu 8 < sw<12 Trương nở trung bình

Phân loại đất trương nở theo độ trương nở (sw) và áp lực trương nở (psw)

Phân loại đất trương nở theo độ trương nở áp lực trương nở thể hiện như ở như bảng 1.3

Bảng 1.3 Phân loại đất theo mức độ trương nở và áp lực trương nở

Loại đất Độ trương nở Áp lực trương nở (MPa)Không trương nở

Trương nở yếu Trương nở trung bình Trương nở mạnh

< 0,04 0,04 – 0,08 0,08 – 0,12

> 0,12

< 0,02 0,02 – 0,09 0,09 – 0,17

Trong đĩ:

Ip - Chỉ số dẻo C – Hàm lượng hạt sét (<0,002 mm) Phương pháp này do Seed, Woodward, và Lundgren (1962) đề nghị, dựa vào đất chế bị hỗn hợp bentonit, illit, kaolinit và cát mịn với những tỉ lệ khác nhau Hoạt tính của đất cĩ quan hệ như sau:

nC

12345

Trương nở = 25%Trương nở = 5%

PHẦN TRĂM HẠT SÉT (NHỎ HƠN 0.002mm)

Hình 1.7. Phân loại khả năng trương nở (Seed, Woodward, và Lundgren, 1982)

Mối quan hệ các chỉ tiêu cơ bản và khả năng trương nở được thể hiện ở bảng 1.4

Bảng 1.4. Quan hệ các chỉ tiêu cơ bản và khả năng trương nở (Robert W Day)

Khả năng trương nở thấp Rất Thấp Trung bình Cao Rất cao

10% 10 – 15% 15 – 25% 25 – 35% 35 – 100%Chỉ số dẻo 0 – 10 10 – 15 15 – 25 25 – 35 35 – 100

% trương nở ở 2,8 kPa 0 – 3 3 – 5 5 – 10 10 – 15 15+ % trương nở ở 6,9 kPa 0 – 2 2 – 4 4 – 7 7 – 12 12+ % trương nở ở 31 kPa 0 0 – 1 1 – 4 4 – 6 6+

Ba dòng dưới của bảng 1.4 liệt kê những giá trị điển hình mối quan hệ giữa độ trương nở đối với khả năng trương nở Ghi chú ở bảng 1.4 thể hiện vai trò của tải tác dụng lên độ trương nở Với tải 31 kPa, trương nở nhỏ hơn nhiều so với tải trọng ở 2,8 kPa Ví dụ như đối với đất trương nở, độ trương nở ở tải 2,8 kPa tiêu biểu từ 10% - 15% trong khi với tải 31 kPa trương nở chỉ 4% - 6% Ảnh hưởng của tải là quan trọng đối với những kết cấu có tải trọng nhẹ như là sân ximăng, vỉa hè,.…

1.2 Một số kết quả nghiên cứu về đất trương nở 1.2.1 Đánh giá khả năng trương nở

Chỉ tiêu đơn giản của đất có thể sử dụng để đánh giá khả năng trương nở Các thí nghiệm có thể thực hiện để xác định các đặc trưng cơ lý thông thường như:

 Giới hạn chảy dẻo  Độ trương nở tự do  Thành phần hạt

Giới hạn chảy, dẻo

Holtz và Gibb (1966) đã chứng minh rằng thông số chỉ số dẻo Ip và giới hạn nhão WL chỉ thị tính chất trương nở của hầu hết các loại sét bởi vì cả hai đều phụ thuộc vào hàm lượng sét và lượng nước hấp thụ Do đó, chỉ số dẻo có liên hệ với khả năng trương nở Mối quan hệ này thể hiện ở bảng 1.5

Bảng 1.5. Mối quan hệ giữa khả năng trương nở và chỉ số dẻo Ip

Chỉ số dẻo Ip (%) Khả năng trương nở

0-15 Thấp

20-55 Cao ≥35 Rất cao

Thành phần hạt

Mối quan hệ trực tiếp giữa thành phần hạt và khả năng trương nở của đất sét thể hiện ở hình 1.8 Khi hàm lượng đất sét tăng thì độ trương nở cũng tăng

Hình 1.8 Quan hệ giữa % trương nở và hàm lượng hạt sét (Seed, 1962)

Quan hệ của chỉ số dẻo Ip với khả năng trương nở có thể được thể hiện theo biểu thức:

p

IAp

)(

Trong đó:

A = 0,0838 B = 0,2558 Ip - chỉ số dẻo

1.2.2 Xác định áp lực trương nở

Trong ASTM, áp lực trương nở được là áp lực chống lại sự trương nở của mẫu hoặc là áp lực làm cho mẫu trở lại trạng thái ban đầu (hệ số rỗng, chiều cao) sau khi trương nở Nghĩa là xác định áp lực trương nở có thể thực hiện bằng hai cách: kiểm soát ứng suất hoặc kiểm soát biến dạng (Chen, 1998)

Hình 1.9. Biểu đồ cố kết trương nở có kiểm soát ứng suất

Thí nghiệm kiểm soát ứng suất sử dụng thiết bị oedometer Mẫu được

đặt vào dao vòng nén cố kết, cắt gọt hai đầu Mẫu có chiều cao 0,75 đến 1inch Mẫu được gia tải khoảng 500 đến 2000 psf Khi trương nở, ứng suất theo

phương đứng gia tăng và mẫu đất được gia tải nén đến chiều cao ban đầu Tải làm cho mẫu trở về chiều cao ban đầu thường được gọi là áp lực trương nở Đường cong kết quả thí nghiệm tiêu biểu thể hiện ở hình 1.9

1.2.3 Dự đoán áp lực trương nở

Komornit (1969) đưa ra biểu thức dự đoán áp lực trương nở

WW

Logpsw 2,1320,0208 L 0,00065d 0,0269 (1.11)

Trong đó:

psw - Áp lực trương nở (kG/cm2) WL - Giới hạn nhão (%)

W - Độ ẩm tự nhiên (%)  d - Dung trọng khô (g/cm3)

1.2.4 Phương pháp chỉ số trương nở

Vijayveriya và Gazzaly (1973) đề nghị phương pháp đơn giản để xác định khả năng trương nở của sét dựa vào chỉ số trương nở Chỉ số trương nở Is như sau:

Ls

WW

Trong đó: W - Độ ẩm tự nhiên

WL - Độ ẩm giới hạn nhão Quan hệ giữa Is và khả năng trương nở cho phạm vi rộng của giới hạn nhão ở hình 1.10

Hình 1.10 Quan hệ chỉ số trương nở và giới hạn nhão ( Chen,1988)

1.2.5 Thí nghiệm chỉ số trương nở đối với đất đắp

Thí nghiệm trong phòng thường để xác định khả năng trương nở của đất là thí nghiệm chỉ số trương nở Những điều khoản thí nghiệm được ghi trong tiêu chuẩn xây dựng thống nhất 1997 với tên gọi tiêu chuẩn xây dựng thống nhất 18-2, thí nghiệm chỉ số trương nở và trong ASTM 1998 Mục tiêu của thí nghiệm này là xác định chỉ số trương nở để phân loại đất thành: đất trương nở rất thấp, trung bình, cao, rất cao như trong hình 1.10

QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM Thí nghiệm chỉ số trương nở tiến hành với đất qua rây No 4 Quy trình thí nghiệm theo các bước sau:

1 Nếu như hạt lớn hơn lỗ rây No 4 có khả năng trương nở (như là đá sét, sét kết) những hạt này được nghiền ra rồi cho qua rây No 4

2 Đất sau đó được đầm với cối tiêu chuẩn có đường kính trong 10,2cm, đầm

làm 2 lớp với mỗi lớp là 15 chày với chày nặng 2,5 kg, chiều cao rơi

30,5cm

3 Sau khi đầm, chiều dày của lớp đất đầm nên là 5,1cm Sau khi lấy ra khỏi

cối, mẫu được cắt gọt vào dao vòng có đường kính là 10,2cm, chiều cao là

2,5cm 4 Mức độ bão hòa của mẫu thí nghiệm được xác định từ độ ẩm của vật liệu

định đầm 5 Nếu độ ẩm bão hòa vào khoảng 49-51% thì mẫu sẵn sàng thí nghiệm 6 Mẫu thí nghiệm được đặt vào thí nghiệm nén một trục với đá thấm được

đặt ở trên và dưới mẫu 7 Mẫu được gia tải thẳng đứng 6,89 kPa 8 Ghi lại số đọc ban đầu của đồng hồ đo chuyển vị đứng, mẫu được đổ ngập

nước 9 Sau khi mẫu trương nở xong, chỉ số trương nở (EI) được tính như sau

hhh

Hình 1.11 Biểu đồ phân loại khả năng trương nở (NAVFAC DM-7.1, 1982)

Trương nở sơ cấp hp: Để xác định chiều cao trương ở sơ cấp của mẫu, ghi số đọc đồng hồ tương ứng với thời gian Số đọc được chuyển thành phần trăm trương nở và vẽ trên biểu đồ ứng với thời gian từ lúc bắt đầu thí nghiệm trên biểu dồ bán logarith Hình dạng biểu đồ trương nở giống như thí nghiệm nén cố kết nhưng ngược chiều Sự giống nhau này, trương nở sơ cấp được xác định như là giao điểm của đường thẳng với đường cong trương nở

Sỏi sạn lẫn sét: Trong vài trường hợp chỉ số trương nở có thể sai bởi vì đất

có chứa sạn sỏi (GC) Nguyên nhân là hàm lượng sạn sỏi có nhiều trên rây No 4 nhưng chỉ số truơng nở thí nghiệm chỉ dùng đất qua rây No 4 Một phương pháp nhằm làm giảm chỉ số trương nở theo phần trăm hạt qua rây No 4 Chỉ số trương nở hiệu chỉnh EI(hc) tính theo công thức (Day 1993a):

100

)4)(%()

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính trương nở của đất

Kết cấu rời rạc và độ rỗng đất sét ảnh hưởng đáng kể lên tính trương nở

trước tiên là độ phân tán và đặc điểm cấu trúc liên kết (hình 1.12) Độ trương nở lớn nhất đặc trưng cho đất sét có độ phân tán cao Trong khi đó, sét pha và cát pha có tính trương nở ít hoặc không trương nở Độ trương nở tăng theo hàm lương hạt sét và hạt keo trong đất

Hình 1.12. Ảnh hưởng liên kết cấu trúc lên trương nở của đất lọai sét: ở trạng

thái tự nhiên (1) và phá họai (2) theo (V.I Osipov, 1979) a) Với liên kết đông tụ b) Trung gian c) Với tiếp xúc pha

Liên kết cấu trúc chặt chẽ giữa các hạt hình thành tính trương nở của đất Do đó, đất sét ở trạng thái kết cấu tự nhiên trương nở mạnh hơn đất có tiếp xúc đông tụ và trung gian, ít hơn nữa là tiếp xúc pha (thành phần) Đất sét hóa đá với tiếp xúc pha – đá sét (sét kết – argilic), bột sét kết và các lọai đá khác hầu như đánh mất tính trương nở Tuy nhiên, ở dạng kết cấu phá họai những lọai đất này thể hiện phần nào tính trương nở Sự phá họai kết cấu tự nhiên dẫn đến sự gia tăng tính trương nở của đất sét (ở cùng một độ chặt) Tính chất của sét thay đổi tính trương nở ở trạng thái phá họai so với trạng thái tự nhiên đặc trưng bởi độ nhạy trương nở, được bởi tính thuận nghịch hay độ bền với nước của liên kết cấu trúc Độ nhạy trương nở lớn nhất ứng với đất đá có liên kết ximăng ổn định với nước có chứa các khoáng dạng montmorillonit có giá trị trương nở lớn nhất ở trạng thái phá hoại

sw

Thời gian, giờ

Đất loại sét có tính trương nở trong dung dịch axit và kiềm Quan hệ

giữa độ ẩm trương nở tự do và độ pH của dung dịch thể hiện ở (hình 1.13) Từ kết quả này có thể thấy rằng cả trong môi trường axit và kiềm, mức độ trương nở đạt giá trị lớn nhất: tương ứng với pH = 3 (cho HCl) và pH = 11 (cho NaOH) Trong môi trường axit và kiềm, tập trung hơn trong phạm vi pH = 0,5÷3 (cho môi trường axít) và pH = 11 ÷ 13,8 (cho môi trường kiềm) tính trương nở của đất tương tự nhau và được xác định bởi số lượng các cation trao đổi

Hình 1.13. Quan hệ giữa độ ẩm trương nở tự do của đất sét montmorillonit (1), kaolinit (2) và độ pH của dung dịch (theo R.I Zolochevskaya, V.A Korolev, 1985)

Đất loại sét có kết cấu rời rạc và độ rỗng ban đầu cao (70 ÷ 80%) và

độ ẩm thấp khi tác dụng với nước thì không trương nở, ngược lại bị nén chặt do thủy hóa và xuất hiện lực liên kết mao dẫn kéo các hạt với nhau Đất sét có độ rỗng ban đầu 60% hầu hư không trương nở và không thay đổi độ rỗng trong quá trình thủy hóa Nhưng ở kết cấu chặt (n = 50%) đất sét này xuất hiện trương nở rõ rệt, đặc biệt trong phạm vi độ ẩm Wp và WL

Ứng xử tương tự khi thủy hóa đặc trưng bởi đất sét kaolinit và một phần illit (hydromica) với độ phân tán và thẩm thấu cao Đối đất sét montmorilonit có độ phân tán cao, độ trương nở được nhận thấy ở bất kỳ độ chặt ban đầu nào (hình 1.14)

Hình 1.14. Sự thay đổi thành phần cấu tạo đất sét montmorilonite khi trương nở

trong quan hệ với kết cấu phá hoại ban đầu V.A.Korolev, 1990

Giá trị áp lực trương nở trong đất loại sét trung bình dao động trong phạm vi từ 0 -:- 1,5 Mpa và đặc trưng chủ yếu bởi áp lực “thẩm thấu” trong dung dịch cation trao đổi

Hình 1.15. Sự gia tăng áp lực trương nở (psw) theo thời gian (t) khi trương nở của sét hồ tích (1), nguồn gốc biển (2), và hồ tích–băng tích (3) (theo A.I Vaitekynena,

Trong quá trình trương nở, giá trị áp lực trương nở trong đất sét gia tăng theo qui luật phi tuyến theo thời gian và dần dần đạt đến giá trị ổn định (hình 1.16) Vận tốc quá trình này được xác định bởi đặc điểm hóa lý của đất trương nở

Hình 1.16. Tương quan giữa áp lực thẩm thấu (POCM), áp lực mao dẫn - hút (PB) và áp lực trương nở (psw) của sét montmorilonite ở các độ ẩm khác nhau (V.A Konolev,

1990)

Sự hình thành áp lực trương nở Áp lực thẩm thấu trong trương nở đất

sét không trùng hoàn toàn với áp lực trương nở Các kết quả nghiên cứu cho thấy áp lực trương nở (psw) bằng hiệu số giữa áp lực thẩm thấu (pOCM) và áp lực mao dẫn hút ẩm (pB), xuất hiện như là hệ quả tương tác của lực mao dẫn và hấp phụ

BOCM

Việc kiểm tra quan hệ này trong đất sét với các thành phần khác nhau khẳng định tính đúng đắn (hình 1.16) Từ hình 1.16 thấy rõ rằng đất sét montmorilonit thể hiện áp lực trương nở ở độ ẩm thấp nhất trong khoảng độ ẩm hấp phụ lớn nhất (Wmca) đến độ hút ẩm phân tử (Wmme)

Tốc độ biến dạng và độ ẩm trương nở của đất loại sét trong quá trình nở theo chu kỳ (co-nở) của mẫu gia tăng từ chu kỳ này đến chu kỳ khác Điều này có liên quan đến kết cấu phá hoại ban đầu của mẫu (hình 1.17)

Mpa

Hình 1.17 Quan hệ giữa độ ẩm trương nở tự do và chu kỳ làm ẩm – khô của sét pha

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính trương nở của đất đắp 1.4.1 Ảnh hưởng của thành phần khoáng vật đến mức độ trương nở của đất loại sét

Nguyễn văn Thơ, Trần Thị Thanh chọn các loại đất có hàm lượng khoáng monmorilonit khác nhau để nghiên cứu đặc tính trương nở vật liêu đầm chặt Đó là các nhóm đất đã dùng đắp đập ở hồ Am Chúa, hồ Đu Đủ, hồ Sông Quao, hồ Cà Giây

Nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng sét đến mức độ trương nở tự do, các mẫu thí nghiệm của các nhóm đất ở những công trình trên đều được chế bị cùng dung trọng khô ban đầu d = 1,70 T/m3 và cùng độ ẩm ban đầu W = 16% Mỗi nhóm đất thí nghiệm xác định trị trung bình của sw và Wsw Các kết quả thí nghiệm được tổng hợp ở bảng 1.6 khẳng định hàm lượng khoáng vật montmorilonit càng nhiều thì độ trương nở của đất loại sét càng lớn

Bảng 1.6. Tổng hợp kết quả thí nghiệm trương nở tự do với những mẫu chế bị có cùng d - W của các loại đất ở một số công trình có hàm lượng khoáng

montmorilonit khác nhau(theo Nguyễn Văn Thơ và Trần Thị Thanh)

Dung trọng chế bị

Hệ số trương

nở tự do

Độ ẩm trương

nở

Trị trung bình

Ghi chú Ướt Khô

W w d sw Wsw sw Wsw % % T/m3T/m3% % % % Hồ Am

Chúa Khánh Hòa

25-30

16,00 16,10 16,00

1,97 1,97 1,97

1,70 1,70 1,70

12,20 11,90 11,80

24,40 24,36 24,15

11,97 24,30

WT=34,00% Wp=17,80% Wn=16,20%

cmax=1,81T/m3W0p=14,50%

Hồ Đu Đủ Bình Thuận 14-16

16,00 16,20 16,00

1,97 1,97 1,97

1,70 1,70 1,70

6,80 7,10 6,90

23,44 23,48 23,43

6,93 23,45

WT=35,90% Wp=19,70% Wn=16,20%

cmax=1,84T/m3

W0p=14,20% Hồ Sông

Quao Bình Thuận

(Bãi 2C)

10-15

16,10 15,90 16,00

1,97 1,97 1,97

1,70 1,70 1,70

5,95 6,50 6,10

23,00 23,19 23,10 6,45 23,10

WT=31,73% Wp=18,20% Wn=13,53%

cmax=1,78T/m3

W0p=16,00%

Hồ Cà Giây Bình Thuận (Bãi C)

8-12

16,00 15,20 15,90

1,97 1,97 1,97

1,70 1,70 1,70

6,20 5,90 6,70

21,00 21,60 20,80

6,26 21,03

WT=33,50% Wp=17,50% Wn=16,00%

cmax=1,80T/m3W0p=14,00%

1.4.2 Ảnh hưởng của dung trọng khô (d) của đất đắp đến các đặc trưng trương nở

Khi dùng đất loại sét để đắp đập, người ta thường tìm biện pháp đầm nén để đạt dung trọng khô cao nhằm tăng khả năng chống trượt, giảm lún, giảm tính thấm nước của đất đắp

Bảng 1.7. Kết quả thí nghiệm các đặc trưng trương nở theo trạng thái mẫu thí nghiệm các nhóm mẫu C2, C6 ở vùng hố CK7 (Ninh Thuận) theo Nguyễn Văn

Thơ và Trần Thị Thanh

Nhóm mẫu

Trạng thái mẫu thí nghiệm Đặc trưng trương nở

C2

14,00 14,00 14,00 14,00 14,00

2,18 2,06 1,96 1,84 1,74

1,91 1,81 1,72 1,61 1,53

23,50 20,00 16,50 12,00 8,43

0,70 0,40 0,35 0,15 0,10

27,50 29,00 30,57 32,27 34,20

C6

16,00 16,00 16,00 16,00 16,00

2,08 1,97 1,87 1,76 1,66

1,79 1,70 1,61 1,52 1,43

19,21 16,12 12,81 9,80 6,68

0,42 0,36 0,18 0,10 0,03

21,40 22,90 24,50 26,15 27,85

T3

15,50 15,50 15,50

2,03 1,93 1,82

1,76 1,67 1,58

13,90 10,00 6,75

0,50 0,25 0,10

31,91 33,51 35,20 Từ kết quả thí nghiệm của các nhóm mẫu C2,C6 và T3 trong bảng 1.7 cho thấy rằng: mức độ trương nở tự do (sw), áp lực trương nở (psw) tăng lớn cùng với tăng dung trọng khô (d) của các mẫu đất Ngoài ra, bảng kết quả thí nghiệm 1.6 cũng cho thấy: độ ẩm trương nở (Wsw) của đất đắp phụ thuộc vào dung trọng khô (d) của nó Dung trọng khô (d) giảm nhỏ thì độ ẩm trương nở (Wsw) lại tăng lớn

1.4.3 Ảnh hưởng của độ ẩm ban đầu đến hệ số trương nở tự do (sw) và chu kỳ trương nở (tsw)

Độ ẩm ban đầu của đất có ảnh hưởng đáng kể đến hệ số trương nở và thời gian trương nở Kết quả thí nghiệm được ghi ở bảng 1.8 cho thấy rằng: khi tăng độ ẩm ban đầu của mẫu, hệ số trương nở tự do (sw) giảm và rút ngắn thời gian

Dung trọng khô Độ ẩm ban đầu trương nở Hệ số trương nở Chu kỳ

d, T/m3 W, % sw, % t, giờ

T1



1,53 1,53 1,53

19,00 16,00 14,00

8,50 9,00 9,40

634 846 1164

T2



1,60 1,60 1,60

18,00 16,00 14,00

4,29 4,83 5,28

420 668 940

1.4.4 Ảnh hưởng của hàm lượng hạt sét (d<0,005 mm) và hàm lượng hạt sỏi sạn (d>2 mm) đến tính trương nở của đất loại sét

Ảnh hưởng của hàm lượng hạt sét (d<0,005 mm) đến hệ số trương nở tự do

(sw) của đất loại sét

Quan hệ giữa hệ số trương nở tự do (sw) với hàm lượng hạt sét thể hiện ở bảng 1.9 Kết quả bảng 1.9 cho thấy: hàm lượng hạt sét thay đổi từ 8,0% đến 33,0% thì hệ số trương nở tự do tằng từ 1,50% đến 26,31%

Bảng 1.9. Kết quả thí nghiệm xác định hệ số trương nở tự do tương ứng với hàm lượng hạt sét của nhóm mẫu C1 đến C9ở vùng hồ CK7 (Ninh Thuận) theo

Nguyễn Văn Thơ và Trần Thị Thanh

Nhóm mẫu đất

Hạt sét (d<0,005 mm)

Bảng 1.10 Kết quả thí nghiệm xác định hệ số trương nở tự do tương ứng với hàm

lượng hạt sỏi sạn của nhóm mẫu T1,T3, T5, T6 ở vùng hồ Thuận Ninh (Bình Thuận)

theo Nguyễn Văn Thơ và Trần Thị Thanh

Nhóm mẫu đất

Hạt sỏi sạn (d>2 mm)