Báo cáo nghiên cứu khoa học: " XÁC LẬP TƯƠNG QUAN GIỮA TÍNH CHẤT CƠ LÝ ĐẤT THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG VÀ XUYÊN TIÊU CHUẨN VÙNG NAM SÔNG HƯƠNG" pot

153 TẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, Số 48, 2008 XÁC L ẬP TƯƠNG QUAN GIỮA TÍNH CHẤT CƠ LÝ ĐẤT THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG VÀ XUYÊN TIÊU CHU ẨN VÙNG NAM SÔNG HƯƠNG Nguyễn Thanh, Hồ Tiến Trường Ðại học Khoa học, Đại học Huế TÓM TẮT Trong bài báo này, nhóm tác giả muốn giới thiệu kết quả nghiên cứu tương quan hồi quy cặp giữa các tính chất vật lý, tính chất cơ học của đất trầm tích sông - biển, sông - biển - đầm lầy Holocen hạ - trung cũng như trầm tích sông biển Pleistocen trung - thượng vùng đồng bằng Nam Sông Hương. Ðại bộ phận các phương trình hồi quy cặp có mức độ liên hệ tương quan từ không chặt (r = 0,34) đến rất chặt (r = 0,91). Phương trình hồi quy có mức độ liên hệ chặt, rất chặt có thể sử dụng để xác định các giá trị tính chất cơ lý đất thông qua số liệu thí nghiệm xuyên tiêu chun ở hiện trường. 1. Đặt vấn đề Trong nghiên c ứu, khảo sát địa chất công trình phục vụ cho xây dựng công trình và khai thác kinh t ế lãnh thổ vấn đề thí nghiệm xác định tính chất cơ lý của đất đá và xử lý, t ổng hợp kết quả thí nghiệm để cung cấp các giá trị tính chất cơ lý tin cậy cho công tác thi ết kế và thi công công trình là vô cùng quan trọng. Số liệu xác định tính chất cơ lý chính xác và ph ản ánh đúng bản chất, trạng thái của đất đá không những đảm bảo ổn định công trình, mà còn tránh được sự lãng phí trong thiết kế nền móng do không sử d ụng hết tính năng của đất nền hoặc hạn chế sự cố khi xây dựng công trình với tải trọng v ượt quá xa sức chịu tải vốn có của đất đá cấu tạo nền. Một vấn đề khoa học rất thời sự và c ấp thiết khác là nghiên cứu, thành lập các phương trình hồi quy giữa các tính chất c ơ lý đất đá với nhau hoặc giữa tính chất cơ lý đất đá thí nghiệm trong phòng với số liệu thí nghi ệm đất đá ở hiện trường nói chung. Trong bài báo này, nhóm tác gi ả dành sự quan tâm hàng đầu cho việc xây dựng ph ương trình hồi quy cặp giữa tính chất cơ lý đất trầm tích đa nguồn gốc Q đồng bằng tích t ụ Nam Sông Hương thành phố Huế với giá trị xuyên tiêu chuNn ngoài hiện trường. 2. Khái quát về trầm tích Q và tình hình khảo sát, thí nghiệm tính ch ất cơ lý đất đồng bằng Nam Sông Hương, thành phố Huế a. Ð ịa tầng trầm tích Q vùng Nam Sông Hương, thành phố Huế Theo tài li ệu Ðịa chất và Khoáng sản tờ Hướng Hoá - Huế - Ðà Nẵng [9], trầm tích Q đồng bằng tích tụ Nam Sông Hương vùng Huế bao gồm các thành tạo từ dưới lên trên d ưới đây: 154 - Trầm tích hỗn hợp sông - biển Pleistocen trung - thượng bậc dưới, hệ tầng Qu ảng Ðiền (am 1 32 1 − Q qđ). Thành t ạo này gồm cát lẫn sạn sỏi bên dưới, chuyển dần lên cát pha, sét pha, sét b ị laterit hoá, loang lỗ và phân bố thành những dải hẹp, không liên tục ven rìa đồng b ằng hoặc bị phủ dưới trầm tích trẻ hơn (hướng ra phía biển). - Tr ầm tích biển Pleistocen thượng bậc trên, hệ tầng Ðà Nẵng (m 2 3 1 Q đn). - Tr ầm tích biển hệ tầng Ðà Nẵng (tương đương hệ tầng Phú Xuân) chủ yếu phân b ố rải rác ven rìa đồng bằng và được cấu tạo từ cát bụi, ít hơn có cát pha màu vàng ngh ệ, lẫn ít sỏi đá ong nhỏ. - Tr ầm tích sông - biển - đầm lầy Holocen hạ - trung, hệ tầng Phú Bài ambQ 2 1-2 pb. Thành t ạo trầm tích đang xét không xuất lộ trên mặt đất, mà chỉ bắt gặp trong các lỗ khoan và được cấu tạo từ bùn cát pha, bùn sét pha màu xám đen lẫn vỏ sò, tàn tích thực v ật và than bùn. - Tr ầm tích sông biển Holocen hạ - trung, hệ tầng Phú Bài (amQ 2 1-2 pb). Trầm tích amQ 2 1-2 pb lộ ra trên phần lớn diện tích Nam Sông Hương và có thành phần chủ yếu là sét pha, ít h ơn có sét, cát pha, đôi nơi gặp cát chứa sỏi thạch anh. - Tr ầm tích sông Holocen thượng (aQ 2 3 ). B ồi tích Holocen thượng thuộc tướng bãi bồi, tướng lòng sông hiện đại, phân bố d ọc theo hệ thống sông, đặc biệt là bãi bồi sông Hương. Thành phần thạch học chủ yếu là cát l ẫn sỏi, cát pha, ít hơn có sét pha. b. Tình hình kh ảo sát địa chất công trình, thí nghiệm tính chất cơ lý đất trong phòng và ngoài tr ời. Trên lãnh thổ đồng bằng Nam Sông Hương, thành phố Huế để ph ục vụ công tác thiết kế thi công nhiều công trình, nhất là nhà cao tầng, trong 10 năm g ần đây đã có nhiều cơ quan khác nhau tiến hành khoan khảo sát địa chất công trình, thí nghi ệm xuyên tiêu chuNn, xuyên tĩnh và thí nghiệm xác định tính chất cơ lý đất trong phòng [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8]. Các s ố liệu thí nghiệm trong phòng và ngoài hi ện trường là cơ sở dữ liệu để nhóm tác giả nghiên cứu, thành lập phương trình hồi quy c ặp giữa giá trị tính chất cơ lý đất thí nghiệm trong phòng với số liệu xuyên tiêu chuNn. 3. Thành lập phương trình hồi quy cặp giữa tính chất cơ lý đấ t thí nghiệm với số liệu SPT hiện trường và đánh giá mức độ liên h ệ giữa chúng T ừ giá trị các tính chất cơ lý đất thí nghiệm các mẫu lấy tại cùng độ sâu đã tiến hành thí nghi ệm SPT với số liệu tương ứng, nhóm tác giả lập bảng tổ hợp “số liệu cặp” v ề tính chất cơ lý đất thí nghiệm và kết quả xuyên tiêu chuNn (bảng 2.1). Ðồng thời đưa lên h ệ toạ độ xoy để xác lập đồ thị quan hệ giữa tính chất cơ lý đất. 155 Bảng 2.1. Bảng tổ hợp “số liệu cặp” về tính chất đất thí nghiệm và xuyên tiêu chn thí nghiệm và giá trị SPT tương ứng (hình 2.1a-h) TT SPT N 30 Tính ch ất cơ lý của đất Tính chất cơ học của đất Độ Nm t ự nhiên W Kh ối l ượng th ể tích t ự nhiên γ w H ạn độ Aterberg L ực dính k ết C tgϕ Hệ số nén lún a 1-2 Modun bi ến d ạng E 1-2 GH ch ảy Wl GH d ẻo Wp Búa % g/cm 3 % % Kg/cm 2 độ cm 2 / Kg Kg/cm 2 1 7 33,00 1,89 38,10 21,60 0,22 0,25 0,04 29,23 2 4 40,60 1,71 45,40 32,00 0,21 0,23 0,08 16,05 3 9 35,50 1,86 40,20 23,60 0,23 0,23 0,05 24,78 4 4 30,23 1,86 33,41 21,79 0,08 0,20 0,04 25,21 5 6 23,39 1,93 26,59 15,78 0,15 0,26 0,04 23,61 6 8 25,59 1,98 29,79 17,54 0,13 0,22 0,03 34,48 7 5 28,70 1,86 36,40 20,70 0,19 0,23 0,05 21,55 8 4 36,74 1,80 41,01 24,80 0,04 0,21 0,06 18,91 9 5 29,78 1,77 33,23 20,88 0,05 0,20 0,06 19,25 10 5 49,76 1,64 53,20 39,90 0,09 0,26 0,07 19,61 11 4 24,52 1,93 31,10 17,30 0,06 0,28 0,03 33,67 12 7 32,51 1,80 40,20 24,10 0,05 0,27 0,02 47,08 13 6 38,73 1,78 41,40 30,90 0,15 0,22 0,06 20,22 14 8 36,15 1,81 42,31 25,95 0,09 0,19 0,05 21,16 15 5 27,37 1,85 30,73 18,06 0,11 0,20 0,04 22,97 16 7 31,61 1,82 35,94 21,18 0,10 0,19 0,04 24,94 17 5 26,10 1,87 29,88 17,59 0,38 0,29 0,04 28,56 18 6 30,91 1,84 38,89 22,80 0,16 0,31 0,04 28,97 19 4 39,98 1,74 45,40 28,50 0,18 0,26 0,03 36,13 20 8 43,03 1,74 46,10 34,67 0,20 0,27 0,05 24,28 21 9 18,25 1,88 21,64 13,06 0,12 0,22 0,02 48,30 22 11 22,93 1,92 27,97 16,54 0,17 0,28 0,02 38,86 23 14 22,15 1,96 27,53 16,30 0,20 0,26 0,02 41,81 24 8 23,59 1,95 28,29 16,72 0,37 0,28 0,02 49,79 25 6 27,16 1,89 31,39 18,68 0,04 0,29 0,04 25,59 26 7 31,23 1,83 35,22 20,78 0,29 0,24 0,05 23,90 27 4 32,75 1,79 36,17 23,30 0,19 0,22 0,04 28,76 156 28 6 33,40 1,85 40,30 26,30 0,21 0,23 0,04 27,14 29 7 35,40 1,87 44,30 23,60 0,34 0,24 0,04 28,72 30 8 32,50 1,90 38,60 22,30 0,38 0,22 0,04 30,70 31 7 35,99 1,77 40,40 24,20 0,24 0,22 0,08 15,42 32 6 38,90 1,83 43,60 27,30 0,32 0,30 0,04 29,40 33 5 39,00 1,78 44,90 28,60 0,34 0,25 0,04 30,19 34 12 29,64 1,94 38,74 22,60 0,27 0,28 0,03 34,54 35 11 37,45 1,79 46,04 29,85 0,17 0,30 0,04 26,37 36 17 21,88 2,02 27,78 16,44 0,15 0,29 0,02 42,16 37 15 22,18 1,98 28,70 16,94 0,18 0,30 0,03 33,88 38 18 27,91 1,89 35,15 20,74 0,46 0,27 0,03 36,23 39 13 20,53 2,01 27,35 16,20 0,15 0,32 0,02 41,39 40 15 18,84 2,00 26,47 15,72 0,27 0,27 0,03 35,13 41 12 22,01 1,95 29,08 17,15 0,13 0,26 0,02 44,75 42 17 18,83 2,02 26,19 15,56 0,18 0,26 0,02 39,47 43 14 21,68 1,92 28,57 16,87 0,26 0,27 0,02 43,87 44 10 29,14 1,83 37,30 22,00 0,13 0,26 0,05 23,27 45 11 28,00 1,97 38,00 22,60 0,33 0,36 0,02 43,73 46 13 34,01 1,83 42,30 27,30 0,20 0,30 0,04 28,98 47 14 37,45 1,70 43,30 32,20 0,29 0,26 0,04 35,73 48 16 31,44 1,74 39,30 27,60 0,30 0,24 0,03 40,47 49 14 31,59 1,74 37,60 26,60 0,33 0,26 0,03 37,69 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 295 19 25,31 1,96 35,60 27,30 0,15 0,49 0,02 72,38 y = 0,0425x 2 - 2,2532x + 49,282 R 2 = 0,5819 5,00 15,00 25,00 35,00 45,00 55,00 65,00 75,00 1 11 21 31 41 SPT (N30) §é ¶m (%) a) y = 0,0133x 2 - 0,661x + 41,317 R 2 = 0,1129 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00 55,00 60,00 65,00 1 11 21 31 41 SPT (N30) Giíi h¹n ch¶y (%) c) 157 y = -0,0003x 2 + 0,0214x + 1,6336 R 2 = 0,2598 1,30 1,40 1,50 1,60 1,70 1,80 1,90 2,00 2,10 2,20 1 11 21 31 41 SPT (N30) Khèi l−îng thÓ tÝch tù nhiªn (g/cm 3 ) b) y = 0,015x 2 - 0,6464x + 28,742 R 2 = 0,1294 5,00 15,00 25,00 35,00 45,00 1 11 21 31 41 SPT (N30) Giíi h¹n dÎo (%) d) y = 0,0001x 2 - 0,0067x + 0,0928 R 2 = 0,593 0,00 0,05 0,10 0,15 1 11 21 31 41 SPT (N30) HÖ sè nÐn lón a 1-2 (cm 2 /Kg) e) y = 0,0316x 2 + 2,0088x + 14,351 R 2 = 0,6073 0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 1 11 21 31 41 SPT (N30) M«®un biÕn d¹ng E 1-2 (Kg/cm 2 ) f) y = -0,0002x 2 + 0,0188x + 0,0974 R 2 = 0,8268 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 1 11 21 31 41 SPT (N30) Tg ϕ ϕ ϕ ϕ g) y = -0,0004x 2 + 0,0161x + 0,06 R 2 = 0,3302 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 1 11 21 31 41 SPT (N30) Lùc dÝnh kÕt (Kg/cm 2 ) h) Hình 2.1 a-h. Phương trình hồi quy cặp giữa tính chất cơ lý đất với SPT (N 30 ) Sau khi nhận dạng phương trình hồi quy cặp và với sự trợ giúp của máy tính (ECM) có s ử dụng phần mềm Excel, tập thể tác giả đã lập 8 phương trình hồi quy cặp gi ữa độ Nm tự nhiên, khối lượng thể tích tự nhiên, giới hạn chảy, giới hạn dẻo, hệ số nén lún, mo đun tổng biến dạng, hệ số ma sát và lực dính kết của đất nền với giá trị SPT (N 30 ). Các dạng phương trình hồi quy cặp nói trên và hệ số (hay tỷ số) tương quan của chúng được minh họa trong bảng 2.2. Bảng 2.2. Các phương trình hồi quy cặp giữa tính chất cơ lý với SPT và hệ số tương quan TT Dạng phương trình hồi quy cặp Hệ số r tương quan 1 W = - 0,0425N 2 30 - 2,2532N 30 + 49,282 0,76 2 w γ = - 0,0003N 2 30 + 0,0214 N 30 + 1,6336 0,51 158 3 W L = 0,0133N 2 30 - 0,661N 30 + 41,317 0,34 4 W p = 0,015N 2 30 - 0,6464 30 = 28,742 0,36 5 a 1 - 2 = 0,0001N 2 30 - 0,00067N 30 + 0,0928 0,77 6 E 0 = 0,0316N 2 30 + 2,0088N 30 + 14,351 0,78 7 tg ϕ = - 0,0002 N 2 30 + 0,0188N 30 + 0,0974 0,91 8 C = -0,0004 N 2 30 +0,0161N 30 + 0,06 0,57 Từ dẫn liệu trình bày ở bảng 2.2, dễ dàng nhận thấy hệ số (tỷ số) tương quan bi ến đổi từ mức độ liên hệ không chặt (r = 0,34) đến cấp độ rất chặt (r = 0,91). Trong đó, liên hệ không chặt (r = 0,34 - 0,36) rơi vào phương trình hồi quy cặp giữa giới hạn ch ảy, giới hạn dẻo với giá trị SPT, còn liên hệ chặt vừa ứng với khối lượng thể tích tự nhiên, l ực dính kết của đất với N 30 . Liên hệ chặt (r = 0,76 - 0,78) và rất chặt (r = 0,91) l ại đặc trưng cho quan hệ giữa độ Nm, hệ số nén lún, mođun tổng biến dạng và hệ số ma sát v ới giá trị SPT của đất loại sét. Mức độ liên hệ giữa giới hạn chảy, giới hạn dẻo với giá tr ị SPT thấp hơn cả, theo đánh giá của chúng tôi, là do tính bất đồng nhất cao về thành ph ần vật chất, cấu trúc và trạng thái của bản thân đất nền cũng như do độ chính xác trong thí nghi ệm xác định hai đặc trưng của tính dẻo này. Tuy vậy, đối với những tính ch ất cơ lý đất có liên hệ chặt và rất chặt với N 30 có thể sử dụng phương trình hồi quy để xác định giá trị tính chất cơ lý như độ Nm, hệ số nén lún, mođun tổng biến dạng và h ệ số ma sát khi có số liệu về kết quả xuyên tiêu chuNn ở hiện trường. 4. K ết luận T ừ những nội dung đã dẫn ở trên, có thể rút ra một vài kết luận chủ yếu sau đây: 1. Tr ầm tích Q vùng Nam Sông Hương có sự bất đồng nhất và biến đổi mạnh đã có ảnh hưởng nhất định đến liên hệ tương quan với giá trị xuyên tiêu chuNn. 2. K ết quả nghiên cứu phương trình hồi quy cặp giữa tính chất cơ lý đất và SPT (N 30 ) cho thấy hệ số (tỷ số) tương quan dao động trong phạm vi rất rộng từ không chặt (r = 0,34 - 0,36) đến chặt vừa (r = 0,51 - 0,57), tới chặt (r = 0,76 - 0,78) và rất chặt (r = 0,91). 3. Ở mức độ cho phép có thể sử dụng các phương trình hồi quy giữa tính chất cơ lý đất với N 30 có tỷ số tương quan chặt và rất chặt để xác định giá trị tính chất cơ lý yêu c ầu khi có giá trị SPT trong khảo sát địa chất công trình lãnh thổ Nam Sông Hương này. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. B ộ Xây Dựng - Viện Nghiên cứu Kiến trúc Quốc gia, Báo cáo khảo sát địa ch ất công trình Trung tâm hành chính tập trung thành phố Huế - Khu quy ho ạch Kiểm Huệ, Huế, (2007). 159 2. Công ty Cổ phần Tư vấn Thiết kế tổng hợp, Báo cáo khảo sát địa chất công trình khách s ạn Garden, Huế, (2006). 3. Công ty C ổ phần Tư vấn Thiết kế tổng hợp, Báo cáo khảo sát địa chất công trình Tr ụ sở UBDS & TE tỉnh Thừa Thiên Huế, Huế, (2007). 4. Công ty C ổ phần Tư vấn Thiết kế tổng hợp, Báo cáo khảo sát địa chất công trình Tr ụ sở làm việc Cục thuế Thừa Thiên Huế, Huế, (2007). 5. Công ty C ổ phần Tư vấn Thiết kế tổng hợp, Báo cáo khảo sát địa chất công trình B ệnh viện quốc tế Trung ương Huế, Huế, (2008). 6. Công ty TNHH T ư vấn & Dịch vụ KHKT Xuân Tâm, Báo cáo khảo sát địa ch ất công trình Nhà văn phòng cho thuê của Thừa Thiên Huế, Huế, (2007). 7. Công ty T ư vấn triển khai công nghệ và Xây dựng Mỏ - Ðịa chất, Báo cáo kh ảo sát địa chất công trình Khách sạn Hùng Vương Huế, Huế, (2002). 8. Công ty Xây l ắp Thừa Thiên Huế, Phòng thí nghiệm LAS-XD114, Báo cáo kh ảo sát địa chất công trình Khách sạn Ðông Dương, Huế, (2008). 9. C ục Ðại chất và Khoáng sản Việt Nam, Bản đồ Ðịa chất và Khoáng sản tờ H ướng Hoá - Huế - Ðà Nẵng tỷ lệ 1:200.000, NXB. Cục Ðịa chất và Khoáng s ản Việt Nam, Hà Nội, (1999). THE DETERMINATION OF THE CORRELATION BEETWEEN THE PHYSICO – MECHANICAL PROPERTIES OF LABORATORY TEST AND THE VALUES OF SPT IN THE SOUTH HUONG RIVER AREA Nguyen Thanh, Ho Tien College of Sciences, Hue University SUMMARY In this paper, the authors would like to introduce the results of the investigation for establishing regresstion equations between the values of physico - mechanical properties and the standard penetration test values of soils forming mixed alluvial - marine middle - uper Pleistocene and alluvial - marine, alluvial - swampy - marine lower - middle Holocene deposits in the south Huong river area. The greatest part of regression equations was specified by the correlation coefficient or ratio of non - tight and high values. The regression equations of tightly correlation degree may be used to define any value of physico - mechanical properties of soils through the field standard penetration test parameters. . CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, Số 48, 2008 XÁC L ẬP TƯƠNG QUAN GIỮA TÍNH CHẤT CƠ LÝ ĐẤT THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG VÀ XUYÊN TIÊU CHU ẨN VÙNG NAM SÔNG HƯƠNG Nguyễn Thanh, Hồ Tiến Trường Ðại học Khoa. đề khoa học rất thời sự và c ấp thiết khác là nghiên cứu, thành lập các phương trình hồi quy giữa các tính chất c ơ lý đất đá với nhau hoặc giữa tính chất cơ lý đất đá thí nghiệm trong phòng. giá trị tính chất cơ lý đất thí nghiệm trong phòng với số liệu xuyên tiêu chuNn. 3. Thành lập phương trình hồi quy cặp giữa tính chất cơ lý đấ t thí nghiệm với số liệu SPT hiện trường và đánh