Luận văn thạc sỹ NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI HỆ SỐ THẤM CỦA ĐẤT ĐẮP CỦA CÁC ĐẬP Ở ĐÔNG NAM BỘ

Dựa vào các kết quả thí nghiệm về đất đắp (trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường) để có thể xác định hệ số thấm theo từng điều kiện khác nhau, kết hợp với một số điều kiện thực tế trên những công trình đất đắp ở khu vực Đông Nam Bộ. Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm để rút ra các biện pháp làm tăng độ ổn định về thấm cho các đập đất đầm nén bằng vật liệu khai thác tại chỗ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

MỤC LỤC

Trang LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài 3

2 Mục tiêu 4

CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN MIỀN ĐÔNG NAM BỘ,

TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU THẤM TRONG ĐẤT ĐẮP

3.3 Thí nghiệm thấm với sơ đồ cột nước thay đổi 33

CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH HỆ SỐ THẤM (K) CỦA MỘT

SỐ LOẠI ĐẤT ĐẮP Ở ĐÔNG NAM BỘ

4.2 Xác định hệ số thấm của đất đắp với các hệ số đầm nén khác nhau

4.2.2 Thí nghiệm xác định hệ số thấm của đất ở các hệ số đầm

4.3.3 Khái quát về việc đánh giá tính năng của vật liệu đất lẫn

dăm sạn và việc bố trí sử dụng hợp lý chúng trong xây dựng

LỜI NÓI ĐẦU

Miền Đông Nam Bộ bao gồm các tỉnh Tây Ninh, Bình Phước, Bình Dương,Đồng Nai, Bà Rịa Vũng Tàu là vùng kinh tế trọng điểm của nước ta, nhu cầu vềnước cho vùng này là rất lớn và ngày càng cấp bách Từ sau ngày thống nhất đấtnước, một loạt hồ chứa nước đã ra đời để đáp ứng cho nhu cầu dùng nước tănglên nhanh chóng, với các mục đích cấp nước cho nông nghiệp công nghiệp vàdân sinh ngoài ra còn là cắt giảm lũ cho vùng hạ du, đẩy mặn, xả phèn, tiêu thoátnước thải độc hại

Phần lớn các hồ chứa đã và đang xây dựng trong vùng này đều có đập tạo

hồ đắp bằng đất khai thác tại chỗ, vì phương pháp này kinh tế và tiện dụng Tuynhiên các đập bằng đất đắp có nhược điểm là sự cố về thấm khá cao, như thấmmất nước, thấm gây sạt lở mái đập, nghiêm trọng hơn là thấm qua đập đất còngây nên mất ổn đinh đập và đổ vỡ ở một số đập Tỷ lệ sự cố về thấm ở các đậplớn nước ta là 31,11 % [7]

Các nguyên nhân thường gặp dẫn tới sự cố về thấm là:

- Cấu tạo địa chất nền đập không đồng nhất, có các đứt gãy địa chất;

- Vật liệu đất đắp tại chỗ ở Miền Đông Nam Bộ và Nam Trung Bộ có thànhphần hạt thô nhiều, tỷ lệ bụi và sét thấp, lại có tính trương nở và tan rã cao khibão hòa nước

- Công tác thiết kế chưa tốt, thường chủ quan không đánh giá hết sự phứctạp của việc sử lý nền đập, sử lý tiếp giáp thân đập với nền, sử lý các đứt gãy địachất gặp khi thi công đập ;

- Công tác thi công chưa tốt;

Để hạn chế những tác hại do thấm qua đập đất gây ra, đã có rất nhiều tiến

bộ khoa học kỹ thuật được áp dụng trong thiết kế và thi công đập đất trongnhững năm gần đây, như khoan phụt chống thấm, làm tường hào Cement -

Bentonite chống thấm và đã phát huy tác dụng chống thấm tốt trong thực tếkhai thác sử dụng công trình.

Với mong muốn góp chút ít hiểu biết bé nhỏ của mình vào mục tiêu nângcao hệ số an toàn về thấm cho các đập đắp bằng đất tại chỗ, luận văn này sẽnghiên cứu sự biến đổi hệ số thấm K theo các loại đất không có lẫn hạt thô và cólẫn hạt thô ở những tỷ lệ khác nhau; nghiên cứu sự thay đổi hệ số thấm theo hệsố đầm nén đồng thời nghiên cứu sự thay đổi hệ số thấm của đập đất trong quátrình đập làm việc ; Qua đó hy vọng giúp cho người thiết kế, người quản lý cóthể lường trước và có biện pháp phòng tránh các sự cố về thấm qua đập đất ởvùng nghiên cứu

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần Thị Thanh đã chỉbảo và hướng dẫn khoa học tận tình trong suốt quá trình làm luận văn

Xin chân thành cảm ơn GS.TSKH Nguyễn Văn Thơ đã cho tác giả một số ýkiến quí báu trong lúc làm luận văn

Xin gửi tới các cán bộ, bộ môn Địa kỹ thuật Xây dựng - Viện Khoa họcThủy lợi Miền Nam lời cảm ơn từ đáy lòng về những giúp đỡ chí tình, cho tácgiả trong lúc làm thí nghiệm, cũng như cung cấp tài liệu trong quá trình làmluận văn

CHƯƠNG I

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Miền Đông Nam Bộ có địa hình dốc và lượng mưa lại phân bố rất khôngđều, tập trung chủ yếu vào mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10 nên thường gây ra

lũ lụt ; Vào mùa khô thì ngược lại hầu như không mưa lại kết hợp với số giờnắng rất cao nên tình trạng hạn hán thiếu nước cho sinh hoạt và sản xuất trở nêngay gắt

Để đảm bảo nhu cầu dùng nước cho vùng kinh tế trọng điểm này, nơi mànhịp độ tăng trưởng kinh tế gần hai thập kỷ qua luôn đạt mức hai chữ số, nhànước và nhân dân đã phải xây dựng nhiều công trình hồ chứa nước nhằm đápứng nhu cầu dùng nước đang gia tăng không ngừng này

Nhìn chung các hồ chứa đã xây dựng ở vùng này đều phát huy tác dụngtốt, tuy nhiên trong quá trình vận hành đã xuất hiện một số vấn đề bất cập , điểnhình là các vấn đề về thấm mất nước qua thân đập, thấm qua nền đập, thấm qualớp tiếp xúc giữa thân đập và nền đập, lưu lượng thấm vượt quá lưu lượng chophép, thấm đe dọa sự an toàn của đập

Về mặt địa chất, miền Đông Nam Bộ có nguồn gốc hình thành và cấu tạođịa chất không đồng nhất, loại đất thường gặp để đắp đập là đất Bazan lẫn dămsạn, sét và sét pha lẫn nhiều dăm sạn Với nguồn vật liệu địa phương tương đốiđáp ứng cho nhu cầu xây dựng công trình, khi xây dựng đập đất thường sử dụngcác loại đất này làm vật liệu đắp đập Theo các kết quả đã nghiên cứu và nhậnthấy : Các loại đất này thường có hệ số thấm (K) khá lớn

Một số công trình sau một thời gian vận hành đã phải nâng cấp vì có hiệntượng thấm ở hạ lưu hoặc hiện tượng mất nước như đập hồ Dầu Tiếng (TâyNinh), đập Đá Bàn (Đồng nai), .

Vì vậy, nghiên cứu về sự biến đổi hệ số thấm (K) trong đất đắp ở khu vựcĐông Nam Bộ sẽ giúp tìm ra và đánh giá đúng mức nguyên nhân gây thấm đểgiúp các nhà thiết kế và quản lý có các lựa chọn giải pháp thích hợp ngăn ngừa

sự cố liên quan tới thấm một cách hữu hiệu

2 Mục tiêu

Dựa vào các kết quả thí nghiệm về đất đắp (trong phòng thí nghiệm vàngoài hiện trường) để có thể xác định hệ số thấm theo từng điều kiện khác nhau,kết hợp với một số điều kiện thực tế trên những công trình đất đắp ở khu vựcĐông Nam Bộ Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm đểrút ra các biện pháp làm tăng độ ổn định về thấm cho các đập đất đầm nén bằngvật liệu khai thác tại chỗ

3 Nội dung nghiên cứu

- Điều tra, khảo sát và đánh giá hiện trạng thấm qua đập đất trong vùng

- Nghiên cứu sự thay đổi hệ số thấm của đất đắp theo hệ số đầm nén

- Nghiên cứu sự thay đổi hệ số thấm đối với đất đắp không lẫn dăm sạn;

- Nghiên cứu sự thay đổi hệ số thấm đối với đất đắp có lẫn dăm sạn theo cáctỷ lệ khác nhau

- Nghiên cứu sự thay đổi hệ số thấm theo thời gian của đất đắp;

- Tổng hợp và phân tích và phân tích các kết quả;

4 Phương pháp nghiên cứu

- Điều tra, khảo sát thực tế ở một số công trình;

- Thu thập và nghiên cứu các tài liệu có liên quan;

- Định tính các hiện tượng thấm, các giả thuyết về thấm bằng lý luận vàkiến thức cơ bản;

- Kiểm chứng các phân tích lý thuyết bằng một số thí nghiệm trong phòng

và thí nghiệm ngoài hiện trường trên công trình Hồ chứa nước Sông Ray - tỉnh

Bà Rịa Vũng Tàu (đang xây dựng)

- So sánh, đánh giá các kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, kiếnnghị các biện pháp giảm hệ số thấm - tăng ổn định thấm cho công trình đất đắp,

mà cụ thể là các đập đắp bằng đất tại chỗ miền Đông Nam Bộ

- Nghiên cứu của đề tài dựa trên nền tảng của hai nguồn số liệu: (i) nguồntài liệu thu thập hồi cứu từ các cơ quan , ban ngành ở địa phương, các đơn vị đãthực hiện đề tài trên địa bàn; (ii) nguồn tài liệu khảo sát đo đạc và phân tích dohọc viên trực tiếp thực hiện trên vùng nghiên cứu;

- Sử dụng các thiết bị thí nghiệm của Viện Khoa học Thuỷ lợi Miền Namvới sự hướng dẫn của PGS.TS, Trần Thị Thanh và sự giúp đỡ của các cán bộ Bộmôn Địa kỹ thuật Xây dựng - Viện Khoa học Thuỷ lợi Miền Nam

CHƯƠNG II ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN MIỀN ĐÔNG NAM BỘ

TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU THẤM TRONG ĐẤT ĐẮP

2.1 Các đặc điểm tự nhiên , kinh tế xã hội vùng nghiên cứu:

Miền Đông Nam Bộ có vị trí tự nhiên tiếp giáp với biên giới Campuchia ởhướng Tây, hướng Đông giáp biển Đông, hướng Nam giáp thành phố Hồ ChíMinh và Long An, hướng Bắc giáp Bình Thuận và Lâm Đồng Miền Đông Nam

bộ là vùng phát triển mạnh mẽ về kinh tế xã hội, với các thế mạnh chủ yếu gồmcông nghiệp, dịch vụ, du lịch, chăn nuôi và cây công nghiệp Vùng này được quihoạch là vùng kinh tế trọng điểm ở các tỉnh phía Nam nước ta, thực tế nhữngnăm gần đây tốc độ tăng trưởng kinh tế luôn duy trì ở tỷ lệ cao hơn tỷ lệ bìnhquân chung của cả nước Tốc độ tăng dân số mà chủ yếu là tăng dân số cơ họccũng rất cao

Chính vì vậy nhu cầu dùng nước cho phát triển kinh tế xã hội và dân sinh làrất lớn, giải pháp chủ yếu thỏa mãn nhu cầu dùng nước đang tăng lên khôngngừng này là xây dựng các hồ chứa nước trong vùng nghiên cứu

2.1.1 Đặc điểm địa hình:

Địa hình có xu hướng chung là thấp dần theo hướng Bắc – Đông Bắcxuống Nam - Tây Nam, với độ dốc không lớn (<5%) Địa hình vừa có dạng núicao, dạng đồi trung du và đồng bằng Vùng núi cao thuộc Bình phước và Đồngnai thượng, xuống vùng chuyển tiếp tương đối bằng phẳng xen kẹp các đồi thấpở Tây Ninh, Bình Dương và Bà Rịa

Các sông chảy qua vùng là sông Sài Gòn và hệ thống sông Đông Nai, vớihướng chảy là Tây Bắc - Đông Nam và hướng Bắc - Nam Nhìn chung đây là

các sông nhỏ và vừa, có lưu vực không lớn và chế độ chảy thay đổi mạnh mẽtheo mùa khô hay mùa mưa, vùng cửa sông chịu ảnh hưởng mạnh của thủy triều.

2.1.2 Đặc điểm khí hậu:

Chế độ gió: có hai loại gió mùa thịnh hành chi phối vùng Đông Nam Bộ làgió mùa Tây Nam từ tháng 5 đến tháng 9 và gió mùa Đông Bắc từ tháng 11 đếntháng 4 năm sau Đông Nam Bộ hầu như không chịu ảnh hưởng trực tiếp của gióbão, ảnh hưởng lớn nhất của bão tới đây chủ yếu là gây ra mưa lớn tập trung sinh

ra lũ

Chế độ mưa: Lượng mưa bình quân năm vùng nghiên cứu khoảng 2.000mm/năm; Mưa phân bố theo mùa tập trung từ tháng 6 đến tháng 12, cùng với giómùa Tây Nam, lượng mưa trong mùa này chiếm tới khoảng 80% lượng mưanăm, mưa tập trung cao dễ gây lũ lụt Ngược lại mùa khô từ tháng 1 đến tháng 5rất khô hạn, thiếu nước nghiêm trọng cho sản xuất và sinh hoạt

Miền Đông nam Bộ có mạng lưới trạm thủy văn khá dày, vùng lưu vựcSông Ray có trạm Xuân Lộc ở thượng nguồn và vùng hạ lưu có trạm Vũng Tàu

là các trạm cấp I của Tổng cục khí tượng thủy văn, số liệu quan trắc có từ khithành lập vào những năm 1920, 1930 Tại trạm Xuân Lộc, nhiệt độ không khí

quân năm là 3 mm/ngày; Lượng mưa bình quân năm khoảng 2000 mm/năm

2.1.3 Đặc điểm địa chất:

A/ Sự hình thành địa tầng Đông Nam Bộ:

Đông Nam Bộ về cấu tạo địa tầng được coi như khu vực nằm kẹp giữa địamáng Cửu Long và địa khối KonTum

Cấu tạo địa tầng cổ nhất ở địa khối KonTum là các đá kết tinh

Paleoproterozoi thuộc loạt Ngọc Linh Đá biến chất của địa khối được xếp vào

hệ tầng ChưSê

Từ thời kỳ Cácbon sớm đếm Pecmi giữa, phía Tây Nam địa khối KonTumhình thành các hệ tầng đá lục nguyên xen phun trào Sau đó là thời kỳ yên tĩnh.Trong Mezozoi, từ địa khối KonTum đến Tây Nam Bộ có mặt trầm tích củagiai đoạn Nori-Jura-Krêta, nguồn gốc lục địa xen lẫn thành tạo biển, chủ yếutrong kỷ Jura trên hầu hết miền nam Việt Nam Chúng bị các xâm nhập granitoidxuyên cắt hình thành các đới nâng, ví dụ là đới nâng Đà Lạt cho tới nay.

Ngược về các chuyển động ban đầu, đới hút chìm dần tạo nên các nếp nhănhình vòng cung, nếp lồi thành những dải quần đảo, nếp lõm tạo các hào địamáng, dọc dưới sông Mê Kông là một hào kiến tạo như vậy, gọi là địa máng CửuLong

Sát vách Đông Bắc của địa máng Cửu Long, uốn nếp dương gây các vết nứtngầm trong vỏ Trái đất và theo đó macma xâm nhập xuyên lên, một khu vực tậptrung các xâm nhập nông như vậy tạo thành đới nâng Đà Lạt Trước Kainozoi,uốn nếp này gần như chưa được đẩy lên khỏi mặt biển

Vào Neogen, một chuyển động dồn dập đẩy phần miền Đông Nam Bộ trởthành đất liền với các hoạt động núi lửa, thay đổi khí hâu, bốc hơi và mưa…chúng khiến các điều kiện hình thành trầm tích thời kỳ này hoạt động mạnh.Trầm tích Neogen vì thế có mặt ở khắp nơi tại miền Nam với bề dày lớn Tiếptheo là thời kỳ cực yên tĩnh trên đất liền suốt kỷ Paleogen và trầm tích hìnhthành yếu ớt, bị rửa trôi thường xuyên Từ Đệ tứ sớm đến nay là giai đoạn địnhhình lục địa, miền Đông Nam Bộ bắt đầu có khí hậu nóng ẩm, dòng chảy mặt

nhân đẩy dòng chảy các nhánh sông, chảy về biển Đông dịch sang phía Tây ( các

ổn định dần, vì thế rất ít khi ta thấy được tập địa tầng thềm sông đầy đủ tại ĐôngNam Bộ

Về thạch học địa tầng, tại đây còn đan xen các dạng trầm tích: sông, biển,gió, sản phẩm phong hóa v.v…Vỏ bazan đông nguội nhanh chóng và phong hóadần thành đất đỏ trong các kỳ ngưng nghỉ của phun trào bazan, còn trên mặtthềm sông cao như ở Bình Dương, Củ Chi, đất giàu sắt-nhôm lại laterite hóacứng, thậm chí tại Tây Ninh, lớp laterite hóa sâu còn trải trên diện rộng.

B/ Cấu tạo địa chất Đông Nam Bộ

Với lịch sử hình thành khá phức tạp có sự xâm nhập xuyên cắt giữa các khốiđịa chất có cấu tạo khác nhau, kết hợp với trầm tích và bồi tích từ nhiều nguồngốc, nên miền Đông Nam Bộ có cấu tạo địa chất khá phức tạp Nhưng tựu trunglại có thể chia ra các loại chủ yếu theo nguồn gốc là đất Aluvi và đất sườn tàntích hoặc đất tàn tích trên các loại đá gốc khác nhau

Các loại đất thường gặp ở Đông Nam Bộ có thể chia ra làm 4 nhóm sau:

Nhóm 1: Đất trầm tích sông cổ và trẻ (aQ) phân bố ở các thung lũng sông [19]:

Gồm Aluvi cổ phân bố ở các thung lũng sông lớn: Sông Pô Cô, Sông ĐồngNai ; Aluvi hiện đại gồm các trầm tích lòng sông bãi bồi và các bậc thềm.Chúng thường cấu tạo bởi các loại đất sét hoặc á sét phân bố trên các bậc thềmsông với độ dày thường nhỏ hơn 5 m Ở điều kiện tự nhiên , đất có dung trọng

thường từ (15 ÷ 35)% có thể sử dụng để đắp đập đồng chất hoặc lõi đập ở đậpkhông đồng chất Trong thực tế , đất Aluvi phát triển ở các bậc thềm dọc sôngsuối miền núi rất hẹp, trữ lượng ít Phần lớn diện tích được canh tác nên chỉ khaithác được một ít trong lòng hồ trước khi ngập nước

Nhóm 2: Sườn tàn tích (edQ) và tàn tích (eQ) trên đá Bazan trẻ (BQ

II-IV ); [16]

Phân bố rộng rãi ở Xuân Lộc, Long Khánh, Vĩnh Cửu … tỉnh Đồng Nai,lớp này thường có chiều dày khá mỏng (nhỏ hơn 5m) và thường có lẫn đá tảngchưa phong hóa hết bên trong Vì thời gian phong hóa ngắn nên đá chưa bịphong hóa triệt để thành đất, do đó lớp đất này thường có lẫn đá dăm sạn, đá cụcvới mức độ rắn chắc không đều phần dưới lớp phủ này là đá Bazan lỗ rỗng xenkẹp đặc xít, và chiều dày rất không đều , xem hính 2-1 Tính chất của tầng phủ

edQ không phân chia trong bảng 2.1

Sườn tàn tích không phân chia: Sét pha cát bột màu Nâu đen, nâu vàng, xám xanh lẫn dăm cục, tảng đá gốc với mức độ cứng chắc không đều

(chiều dày từ 1 đến 5 m)

Đá Ba Zan lỗ rỗng xen kẹp Ba Zan đặc xít, phân bố Không có qui luật, phần trên bị nứt nẻ mạnh

Hình 2 -1: Kiểu mặt cắt sườn tàn tích trên đá Ba Zan trẻ.

Nhóm 3: Sườn tàn tích (edQ) và tàn tích (eQ) trên đá Bazan cổ (BN 2

-Q 1 ); [16]

Có nhiều ở tỉnh Bình Phước và hầu hết Tây Nguyên, xuất hiện rải rác ởĐồng Nai, Bà Rịa Vũng Tàu bề dày phong hoá thường khá lớn, từ 10 đến 30 m,tuỳ thuộc vào vị trí địa lý và địa hình Đá gốc thường là đá Bazan đặc xít xen ít

Bazancó lỗ rỗng Các đơn nguyên theo thứ tự từ trên xuống xem hình 2-2 vàtính chất cơ lý của các lớp này như sau:

Bảng 2.1 Tính chất cơ lý đất sườn tàn tích trên đá Ba Zan trẻ

>10

19.4÷39.512.2÷20.811.9÷18.24.3÷10.78.5÷20.43.8÷26.7

- Lớp 1 (edQ): Sét màu nâu đỏ lẫn khoảng 5% sạn Laterit, dạng hình cầucứng chắc, chiều dày trung bình từ (2 ÷ 5) m, ở dạng tự nhiên đất có độ ẩm và hệsố rỗng cao, độ chặt thấp

- Lớp 2 (eQ): Sét màu nâu đỏ lẫn khoảng (20÷ 60) % sạn Laterit, Lateritcứng chắc, kích cỡ từ (1÷ 3)cm, chiều dày trung bình từ (2 ÷ 4) m lớp này cómặt không thường xuyên trên mặt cắt, xuất hiện nhiều ở nơi có địa hình cao nhưBình Phước, Lâm Đồng (cao trình >190 m) Ở những nơi thấp hơn chỉ có mặt rảirác ở một số mặt cắt, như ở Đồng Nai, Bà Rịa - Vũng Tàu Lớp 2 khác lớp 1 ởthành phần sỏi sạn nhiều hơn, nên độ ẩm nhỏ hơn, độ chặt cao hơn

Lớp 3: (eQ): sét màu nâu đỏ nhạt, nâu vàng, xanh xám, tím, đốm trắng lẫn

ít dăm đá phong hoá sót , chiều dày lớp này trung bình từ (10 ÷ 20) m Độ ẩmđất rất cao, độ rỗng rất lớn Tính chất cơ lý của đất nguyên dạng ở bảng 2.2

Gồm 4 lớp:

1 Sườn tàn tích: Sét, sét pha màu nâu đỏ lẫn khoảng 5% sạn Laterite nhỏ (dày 2 - 5 m)

2 Tàn tích: Sét, sét pha màu nâu đỏ lẫn 20 -50 %

Dăm sạn Laterite (dày 1-3 m)

3 Tàn tích: sét, sét pha màu đỏ nhạ, đỏ tím đốm xám trắng (dày 10 -20 m)

4 Tàn tích: Dăm BaZan phong hóa lẫn ít sét màu xám xanh, xám nâu

(Tổng chiều dày trung bình từ 10 -30 m)

Sườn tàn tích không phân chia: Sét pha cát bột màu Nâu đen, nâu vàng, xám xanh lẫn dăm cục, tảng đá gốc với mức độ cứng chắc không đều

(chiều dày từ 1 đến 5 m)

Đá Ba Zan lỗ rỗng xen kẹp Ba Zan đặc xít, phân bố Không có qui luật, phần trên bị nứt nẻ mạnh.

Hình 2 -2: Kiểu mặt cắt sườn, tàn tích trên đá Ba Zan cổ (kiểu đầy đủ)

Bảng 2.2 Tính chất cơ lý đất sườn tàn tích trên đá Bazan cổ lớp 1,2,3

>10

40÷4918.5÷26.114÷203.5÷5.400

18÷27.810÷21.59÷19.55.5÷15.57.5÷22.515÷32.5

31.8÷45.815.2÷22.611.5÷18.93.2÷5.42.5÷3.80.0

Mặt cắt đại diện bao gồm các lớp như sau :

+ Lớp 1 (edQ): Sét màu nâu đỏ, ít đốm trắng lẫn (30 ÷ 70)% dăm sạn laterit,chiều dày trung bình từ (2 ÷ 3) m

+ Lớp 2 (eQ): Sét xám trắng, loang lổ nâu đỏ lẫn (15 ÷ 30 )% dăm sạnlaterit, nằm dưới lớp 1, chiều dày trung bình từ (3 ÷ 5) m

+ Lớp 3 : Sét màu vàng, xám trắng, xám nâu, nằm dưới lớp2, chiều dàytrung bình từ (3 ÷ 5) m

Tính chất cơ lý của đất nguyên dạng xem bảng 2.3

2.1.4/ Cấu tạo địa chất ở một số hồ chứa cụ thể vùng Đông Nam Bộ: a/ Cấu tạo địa chất khu vực hồ Sông Ray - tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu [15] :

Địa tầng đất đá khu vực hồ chứa nước Sông Ray gồm 15 đơn nguyên đất làcác loại đất tàn tích, sườn tích có nguồn gốc từ các loại đá gốc sau: Ba Zan, trầmtích lục nguyên, phun trào cổ pha cuối (Andezit ) đá xâm nhập - phun trào pha

chính Theo thứ tự từ trên xuống gồm có các lớp như sau (sự xuât hiện của cáclớp thường là không đầy đủ):

- Các lớp phủ 1a,1b, 1c,1d : Bồi tích hiện đại và lũ tích chiều dày mỏng từ

Bảng 2.3 Tính chất cơ lý đất sườn, tàn tích trên đá trầm tích

lục nguyên sét bột kết , cát bột kết J 1-2 - lớp 1, 2, 3

>10

18÷306÷128÷126÷1110÷2010÷28

32÷5415÷1916÷214÷73÷85÷17

44.8÷53.918.6÷25.812.9÷22.32.5÷5

10 Độ sệt, B <0.0÷0.25 <0.0÷0.25 <0.0÷0.25

Gồm 4 lớp:

1 Sườn tàn tích: Sét màu nâu đỏ, đốm trắng lẫn khoảng

30 - 70% sạn Laterite (dày 2 - 3 m)

2 Tàn tích: Sét màu xám trắng loang lổ nâu đỏ lẫn

15 - 30% dăm sạn Laterite (dày 3-5 m)

3 Tàn tích: sét màu vàng, xám nâu, xám trắng lẫn ít Dăm, đá phong hóa (dày 3 - 5 m)

4 Tàn tích: Dăm cục đá gốc phong hóa lẫn sét , sét Pha màu vàng nâu, xám nâu, xám đen

(Tổng chiều dày trung bình từ 5 - 15 m)

Đá sét bột kết, cát bột kết cứng chắc,

÷ 5 m chiều dày tương đối lớn từ 4m ÷ 10 m

- Đất tàn tích từ phun trào cổ pha cuối (Andezit) : lớp 5a

Đất tàn tích từ đá xâm nhập phun trào pha chính: Lớp 5 và 5b Á sét nhẹ trung màu xám trắng - vàng xanh nhạt lẫn dăm sạn Laterite chiều dày từ 3 ÷ 5 m.

Đất tàn tích từ đá là sản phẩm cuốn theo của phun trào xâm nhập cổ: Lớp5c

Địa tầng địa chất tại đây thuộc loại phức tạp: Bề mặt đá nền có độ dốc thayđổi cục bộ từ 2 % đến 5%, có nhiều đứt gãy địa chất dưới dạng các vỉa dăm.Thạch học các lớp đất cũng rất khác biệt từ á cát -á sét nhẹ đến sét - sét cát.Hàm lượng dăm sạn và hạt thô trong đất cũng phân bố không đều, nhất là cácloại đất tàn tích từ đá gốc như: lớp 4, 4a, 5, 5a và 5b

Địa chất thủy văn: Dị thường địa chất thủy văn cũng đi kèm theo dị thườngđịa tầng, ngay trong cùng một lớp đất hệ số thấm cũng thay đổi 3 ÷ 5 lần ; Giữa

b/ Cấu tạo địa chất khu vực hồ Đồng xoài ( tỉnh Bình Phước ) [4]:

Hệ Jura thống hạ - Điệp Draylinh (J 1 Dl): Là loại trầm tích biển điển hình

với các thành phần trầm tích chủ yếu là các loại sét bột cát kết chứa vôi màu xámsáng đến xám tối, phong hoá có màu tím nâu, xám xanh

Hệ Đệ tứ thống Pleitoxen, phụ thống Thượng - Hệ tầng Mộc Hoá (aQ m 2 mh)

Là trầm tích hình thành trong môi trường pha sông biển Thành phần trầmtích chủ yếu là các loại sét, á sét màu xám nâu, xám vàng Thành phần phân bốgần mặt đất phát triển vỏ phong hoá với laterit với các vón kết ô xít sắt có cáckích thước khác nhau Bề dày hệ tầng này thường mỏng chỉ 1 ÷ 5 m

Hệ đệ tứ thống Holoxen, phụ thống thượng - các trầm tích nhiều nguồn gốc (aQ IV 3 )

Trong vùng nghiên cứu lớp bồi tích (aQIV3) không nhiều thường tồn tại theodạng các dải dọc theo các sông suối Thành phần chủ yếu là sét, á sét màu nâu,xám nâu, xám vàng

Địa tầng gồm các cấu tạo địa chất sau:

- Bồi tích hiện tại của sông suối : sét xám vàng - xám nâu Đất có tính dẻocao

- Sườn tích, tàn tích của đá gốc sét bột kết Thành phần chính của loại này làsét có tính dẻo cao và hỗn hợp dăm sạn laterit và sét

- Đá gốc sét bột kết lẫn ít cát kết gồm trên mặt là lớp phong hoá mạnh vàdưới là lớp lớp phong hoá nhẹ cho đến vừa

2.1.5 Khả năng sử dụng các loại đất trong công trình đập đất :

Nhận xét:

Đất sử dụng cho công trình đập đất tạo hồ chứa được coi là tốt nếu: Công trình ổn định về trượt, lật, ổn đinh thấm, không bị thấm mất nước, ít phải sửa chữa Vì vậy đất sử dụng làm vật liệu đắp tốt, cho các công trình đất đắp thì cần đòi hỏi đất có tính chống cắt tốt, có dung trọng lớn, không bị tan rã hay trương nở, có hệ số thấm nhỏ.

Từ các đặc tính nêu trên của các loại đất, ta có thể thấy rằng khả năng sửdụng các loại đất trên trong công tác đắp đất như sau [16]:

a/ Các loại đất không thuận lợi sử dụng trong công tác đất đắp:

- Aluvi trẻ dọc theo các thung lũng sông suối có khối lượng ít, một số ởtrạng thái nhão, độ ẩm tự nhiên quá lớn, đôi khi cần phải bóc bỏ để xử lý nềnđập

- Đất sườn tàn tích, tàn tích trên nền Bazan trẻ có dung trọng nhỏ, tính thấmlớn, chiều dày quá mỏng và thường lẫn các tảng đá sót Trong thực tế chỉ thấy sửdụng đắp cho một số đập nhỏ ở địa phương để làm hồ chứa nước và thường cũng

không hiệu quả Một số hồ khi khai thác sử dụng bị mất nước quá nhiều, chỉ đạt1/3 - 2/3 dung tích thiết kế.

b/ Các loại đất sử dụng tốt trong công tác đất đắp [16]:

- Đất Aluvi cổ:

Phân bố rộng rãi khu vực Đông Nam Bộ với khối lượng lớn, chúng có dungtrọng cao, sức chống cắt lớn, nhưng không gần các nơi có dạng địa hình có khảnăng xây dựng đập, nên thường được dùng để san lấp mặt bằng (mặt bằng nhàmáy điện Phú Mỹ) và làm phần móng hạ trong kết cấu áo đường mềm khu vựcĐông Nam Bộ (lớp 2 có thành phần hạt thô thoả mãn yêu cầu cho đắp nềnđường)

- Đất sườn tích, tàn tích trên nền Bazan cổ:

Với trữ lượng lớn và phân bố thường gần các công trình đập nên thườngđược cân nhắc xem xét làm vật liệu cho đắp đập Loại đất này tuy dung trọngkhông lớn lắm nhưng bù lại có sức chống cắt cao, chống thấm tốt nên đã có rấtnhiều công trình đất đắp sử dụng hiệu quả loại đất này (Công trình thuỷ điệnThác Mơ, Vĩnh Sơn, ) Chủ yếu sử dụng đất lớp 1, lớp 2 để đắp; do lớp 3 códung trọng quá nhỏ lại nằm dưới sâu nên khó khai thác

- Đất sườn tàn tích - tàn tích trên nền đá lục nguyên sét bột kết - cát bột kết:

Phần hạt mịn (đường kính hạt D < 2 mm) trên cả ba lớp đất tương đối đồngđều, chúng chỉ khác thành phần hạt thô (D > 2 mm), chúng có dung trọng cao,sức chống cắt cao, phân bố gần các nơi có công trình đập nên dùng rất tốt trongcông tác đắp đất (công trình thuỷ điện Trị An đã dùng cả ba lớp của loại đất này,phần móng hạ của hệ thống giao thông quanh công trình đã dùng lớp đất 1) Khisử dụng loại đất này cần lưu ý tính trương nở từ trung bình đến cao của loại đấtnày khi đắp đập

- Đất sườn tàn tích - tàn tích trên nền đá phun trào (Andezit, Đaxit, Riolit):

Do khối lượng ít, nhưng các tính chất cơ lý đạt yêu cầu sử dụng nên có thểdùng phụ thêm trữ lượng cho công tác đắp đập Khi dùng hai loại đất khác nhautrong thân đập cần có các thí nghiệm chuyên môn để cứng minh được sự phatrộn không ảnh hưởng đến tính chất ổn định của thân đập.

- Đất sườn tàn tích - tàn tích trên nền đá xâm nhập sâu (Granit, Granodiorit):

Chỉ sử dụng các lớp 1 và 2 vì chúng thoả mãn khả năng chống thấm, dungtrọng của chúng thay đổi trong phạm vi rộng, tuỳ thuộc vào thành phần khoángvật của đá gốc và điều kiện phong hoá Một số công rtình đã sử dụng loại đất nàylàm vật liệu đất đắp Đây là loại đất cần có các yêu cầu kỹ thuật và kiểm tra giámsát chặt chẽ thì mới đạt hiệu quả mong muốn

2.2 Hiện trạng và xu hướng phát triển các công trình hồ chứa nước:

hồ Đồng Xoài ở Bình Phước, hồ Đá Đen ở tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu Hầu hết cáccông trình hồ chứa hay đập dâng nước thuỷ điện đã xây dựng kể trên đều làmbằng đất đắp tại chỗ , vì đó là biện pháp kinh tế và khả thi nhất Tới nay các côngtrình trên vẫn vận hành hiệu quả và phát huy tác dụng tốt, tuy nhiên quá trìnhkhai thác sử dụng đã bộc lộ nhiều sự cố cần xử lý khắc phục Điển hình là cáchiện tượng thấm qua thân đập, thấm qua vai đập, thấm qua nền và thấm tại lớp

tiếp xúc giữa nền và đập, thấm với lưu lượng lớn quá mức cho phép Nhà nước

đã phải xử lý các sự cố về thấm trên bằng nhiều biện pháp, đó là khoan phụtchống thấm , làm tường tâm chống thấm , đắp phản áp ở vùng hạ lưu rất tốnkém nhưng hiệu quả chống thấm nhiều khi không đạt như mong muốn

2.2.2 Xu hướng phát triển :

Tới nay nhu cầu dùng nước đang tăng lên rất nhanh tỷ lệ với sự bùng nổkinh tế trong vùng Đông Nam Bộ, Nhà nước đang ra sức xây dựng mới một loạtcác hồ chứa đa mục tiêu phục vụ cho phát triển kinh tế xã hội vùng Đó là cáchồ: Lộc Quang (Bình Phước), Cầu Mới (Đồng Nai), Đá Đen và Sông Ray ở BàRịa Vũng Tàu và hàng loạt các công trình thuỷ điện có đập ngăn nước bằng đấtđắp: Cần Đơn, Sork Phú Miêng,

Xu hướng dùng đất khai thác tại chỗ vẫn đang là ưu thế hiện nay vì tínhkinh tế và khả thi của nó; Các công trình hiện nay đã đúc rút được nhiều kinhnghiệm từ những sự cố trước kia, cộng thêm sự phát triển về nghiên cứu và lýluận về đất đắp mà các đập đất ngày nay đã được cải thiện rất nhiều về cấu trúc,sử dụng vật liệu, xu hướng thiết kế các đập đất không đồng chất, có nhiều khốiđắp và có lõi chống thấm đã trở nên phổ biến nhờ trình độ thiết kế , thi công đãtiến bộ hơn rất nhiều so với thập niên 80, khi Việt Nam bắt đầu xây dựng hồ DầuTiếng, hồ chứa đầu tiên ở miền Đông Nam Bộ

2.3 Tổng quan về nghiên cứu thấm trong đập đất:

2.3.1 Đặc tính thấm của đất

Đất được coi như là có khả năng thấm nước nếu có chứa các lỗ rỗng liên tục

để nước có thể thâm nhập vào Thấm có áp là dạng chuyển động của nước tự dodưới tác dụng của lực trọng trường; Thấm mao dẫn là dạng chuyển động củanước dưới tác dụng của sức căng mặt ngoài

Đặc tính thấm của đất đã được rất nhiều nhà khoa học trên thế giới nghiêncứu Bằng nghiên cứu thực nghiệm nhà bác học Darcy đã tìm ra qui luật chuyểnđộng của nước trong ống chứa đầy cát (năm 1856); Định luật này biểu diễn mốiquan hệ giữa vận tốc , hệ số thấm và gradient thủy lực của dòng thấm trong vậtliệu có các lỗ rỗng kích thước nhỏ theo công thức sau:

Trong đó :

V: Vận tốc thấm;

K: Hệ số thấm, phụ thuộc vào loại đất ;

J: Gradient thủy lực của dòng thấm;

Định luật này được gọi là định luật Darcy , nó được sử dụng như định luật

cơ bản của dòng thấm có áp, nó thể hiện quan hệ tuyến tính giữa vận tốc dòngthấm và độ dốc thủy lực, đặt nền móng cho các nghiên cứu về thấm phát triểnsau này

a/ Gradient thủy lực ban đầu của dòng thấm trong môi trường đất:

Đối với các loại đất có hàm lượng hạt mịn (sét) tương đối cao trong thànhphần cấu tạo như : Sét, sét pha cát, cát pha sét, do ảnh hưởng của màng nước liênkết yếu xung quanh các hạt sét nên tính thấm sẽ phức tạp hơn Nước trọng lựctrong lỗ rỗng của đất bị các vỏ nước xung quanh các hạt đất cản trở sự di chuyển,

do đó chỉ khi dưới tác dụng của một gradient thủy lực có độ lớn nhất định thìnước trong đất mới có thể bắt đầu dịch chuyển; Gradient này được gọi làgradient thủy lực ban đầu [1] ;

Trong đất sét và sét pha vận tốc thấm được xác định như sau :

Theo (2.2) ta có thể thấy dòng thấm chỉ xảy ra khi độ dốc thủy lực lớn hơn

Với cát sạch lý tưởng gradient thủy lực ban đầu bằng không , phương trình(2.2) trở thành (2.1)

Đường 1- Quan hệ vận tốc thấm theo gradient thủy lực trong đất cát

Đường 2 – Quan hệ vận tốc thấm theo gradient thủy lực trong đất sét

Sau Darcy nhiều nhà khoa học khác như J.Duypuy, F.Senlem,N.E.Jucopxki, Pavlopxki [21] nghiên cứu về qui luật dòng thấm và đều khẳngđịnh lại sự đúng đắn của định luật Darcy và có thể lấy làm cơ sở lý luận cho môitrường có lỗ rỗng nhỏ, cỡ hạt bé và trạng thái chảy là chảy tầng

Xét về mặt năng lượng cơ học thì năng lượng của dòng thấm tuân theophương trình Bernulli:

Trong môi trường hạt lớn, lỗ rỗng lớn dẫn đến vận tốc thấm khá lớn nênđịnh luật Darcy không còn thích hợp vì trạng thái dòng chảy lúc này là chảy rối.Thấm trong môi trường hạt lớn là thấm phi tuyến

Giới hạn quá độ từ chảy tầng sang chảy rối được xác định theo quan hệ



Vd

Viện sỹ N.N.Pavlopxki là người đầu tiên đề ra việc dùng trị số Reynold ápdụng cho dòng thấm tong môi trường đất để xác định giới hạn ứng dụng của địnhluật Darcy Theo Pavlopxki, định luật Darcy chỉ thỏa mãn khi Re = 7 ÷ 9 ;

Trong đó Re – là số Reynold tính theo công thức :

V: Lưu tốc thấm;

D: Đường kính hiệu dụng của hạt đất ;

C: Hệ số kể đến tính thấm nước của đất

Theo V.I Avarin, đối với đất cát và cuội sỏi định luật Darcy ứng dụng được

b/ Về qui luật dòng thấm trong môi trường hạt lớn đã có nhiều tác giả

nghiên cứu với các kết quả được thống kê trong bảng 2.1;

Năm 1881 Krober G [14] công bố nghiên cứu thí nghiệm đối với môitrường hạt lớn (hạt có d = 0.57 ÷ 5.63 cm) với công thức :

d J

) 90

 , (2.4)Trong đó:

Trên cơ sở thí nghiệm Forcheimer P phát triển kết quả nghiên cứu củaKrober G đối với các loại đất có đường kính khác nhau, và rút ra công thức kinhnghiệm :

J = α v + β v2 , (2.5)

Trong đó: α , β là các hằng số tùy thuộc vào từng loại đất đã cho

Khi dòng thấm có lưu tốc bé thì có thể bỏ qua số hạng thứ hai vế phải vàcông thức trên trở thành định luật Darcy Khi lưu tốc lớn có thể bỏ qua số hạngđầu của vế phải và có được công thức :

) 90

m<1 và phụ thuộcđường kính hạt đất

loại đất đã cho

đất

A – Hệ số kinhnghiệm

Công thức (2.6) tương tự với kết quả nghiên cứu của Pavlovxki:

2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính thấm của đất

Đặc trưng thấm trong đất bao gồm thấm mao dẫn và thấm dưới tác dụng do

áp lực cột nước gây ra Thấm mao dẫn phụ thuộc vào các yếu tố như sức căngmặt ngoài, đường kính lỗ rỗng , áp lực khí lỗ rỗng … trong trường hợp thấm do

sét;

Các bài toán khảo sát thấm của nền móng công trình xây dựng thường làlớp nước ngầm gần mặt đất hoặc nước thấm qua thân đập Do nhiệt độ trongkhu vực khảo sát dao động nhỏ, độ nhớt của nước thay đổi rất ít , trọng lượngriêng của nước gần như hằng số, nên có thể bỏ qua sự ảnh hưởng của nhiệt độđến vận tốc thấm [11]

Trong môi trường lỗ rỗng thực tế , các lỗ rỗng không đồng nhất về cấu tạo

và cả tính chất của nó Không phải tất cả các lỗ rỗng đều có khả năng chứa nước

và dẫn nước Hằng số quan trọng nhất của môi trường lỗ rỗng là độ lỗ rỗng hoạtđộng Độ lỗ rỗng hoạt động là tập hợp các lỗ rỗng trong đất có thể cho chất lỏngchảy qua dưới tác dụng của trọng lực [6]

Thông thường hệ số thấm tăng đồng biến với sự tăng kích cỡ lỗ rỗng , tuynhiên hình dạng của lỗ rỗng cũng có ảnh hưởng đáng kể đến tính thấm của đất.Kết quả cho thấy không tìm được quan hệ đơn giản giữa tính thấm và cỡ hạt,ngoại trừ đất tương đối thô với các hạt tròn cạnh Công thức ước lượng hệ số

hạt dạng kết bông không thể lập được quan hệ đơn giản như thế [14]

Trong đất đồng chất, sự thấm đối với mọi điểm đều như nhau Trong đấtkhông đồng chất, đặc tính thấm phụ thuộc vào vị trí của từng điểm

Đất đồng chất thiên nhiên được chia ra thành đất đẳng hướng và đất khôngđẳng hướng Trong đất đẳng hướng đặc tính thấm không phụ thuộc vào phươngchuyển động của dòng thấm và ngược lại đối với đất không đẳng hướng [12].Đất được tạo nên bởi các hạt có dạng cầu tương tự hình bình hành hoặc hìnhtrụ có kích thước giống nhau gọi là đất đồng chất nhưng không đẳng hướng

Kết luận:

Điều kiện tự nhiên của Đông Nam Bộ khá phức tạp, khí hậu nhiệt đới giómùa với hai mùa mưa và khô tương phản Địa hình dạng chuyển tiếp từ núi caoxuống đồng bằng và ven biển với hệ thống sông suối có độ dốc tương đối lớn,tập trung dòng chảy nhanh Điều kiện địa chất rất phức tạp là phần rìa của lưỡi

Ba Zan lại bị giao cắt và xâm nhập mãnh liệt của các thành tạo địa chất khác, các

lớp đất xuất hiện không ổn định, chiều dày cũng rất thay đổi, thành phần chứadăm sạn lại khác nhau nhiều ngay trên một khu vực nhỏ.

Các sự khác biệt đó gây ra nhiều khó khăn trong quá trình thiết kế, thi công

và vận hành khai thác sử dụng các đập đất tạo hồ chứa nước trong vùng ĐôngNam Bộ

CHƯƠNG III

CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ THẤM ( K )

3.1 Các phương pháp xác định hệ số thấm đất đắp:

A/ Xác định hệ số thấm của đất bằng thí nghiệm:

Hệ số thấm là một trong những đại lượng đặc trưng cho tính thấm của đất,

nó phụ thuộc vào tính chất của môi trường thấm (hình dạng, kích thước, tìnhtrạng sắp xếp của các hạt, độ chặt của các hạt, độ nhớt của chất lỏng )

Để xác định hệ số thấm của đất thường sử dụng hai phương pháp: Thínghiệm trong phòng và thí nghiệm hiện trường

a/ Thí nghiệm xác định hệ số thấm trong phòng:

Sử dụng thấm kế để xác định hệ số thấm của mẫu thí nghiệm, do tính thấmtrong đất loại cát và đất loại sét khác nhau nên sơ đồ thí nghiệm của mỗi loạicũng khác nhau Nhược điểm của các phương pháp này là do chỉ tiến hành vớicác mẫu nhỏ nên không đại diện với độ chính xác cao được cho toàn vùngnghiên cứu

Việc chọn phương pháp xác định hệ số thấm tùy thuộc vào đặc tính củatừng loại đất :

- Thí nghiệm theo sơ đồ cột nước không đổi: Thích hợp cho đất có hệ số

- Thí nghiệm thấm theo sơ đồ cột nước giảm dần : Thích hợp cho các loại

- Thí nghiệm hộp thấm Rowe: Thích hợp cho đất có tính thấm rất kém; xácđịnh được cả hệ số thấm theo phương đứng và phương ngang;

b/ Thí nghiệm xác định hệ số thấm ngoài hiện trường:

Để xác định hệ số thấm thường dùng một hệ thống giếng ở vùng đất nghiêncứu trong đó chọn một giếng chính ở trung tâm để hút nước và đo lưu lượngnước hút, còn những giếng phụ xung quanh dùng để đo độ hạ thấp mực nước

ngầm Phương pháp này cho kết quả sát với thực tế vì nó đại diện được tính vĩ

mô của vùng thấm

B/ Các phương pháp nghiên cứu thấm qua đập đất:

a/ Nghiên cứu lý luận:

Sử dụng các định luật cơ bản về thấm cùng những công cụ toán học để xácđịnh các đặc trưng của dòng thấm

Phương pháp cơ học chất lỏng: Sử dụng toán học xác định các đặc trưng cơ

bản của dòng thấm như : Lưu lượng, vận tốc, gradient, đường bão hòa tại bất cứđiểm nào trong môi trường thấm Khi tính toán không dùng nhiều giả thuyết nênkết quả có độ chính xác cao Nhược điểm của phương pháp này là chỉ áp dụngđược cho những bài toán tương đối đơn giản

Phương pháp thủy lực học: Kết quả tính toán là những đặc trưng trung bình

của dòng thấm và phải dựa vào nhiều giả thuyết nên độ chính xác kém hơn Ưuđiểm là giải quyết được nhiều bài toán phức tạp với mức độ chính xác đạt yêucầu

b/ Nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình:

Thí nghiệm bằng máng kính: Dựa vào thí nghiệm trên mô hình máng kính

để xác định các thông số của dòng thấm như: Lưu lượng, vận tốc, đường bão hòa phương pháp này đơn giản nên có độ chính xác không cao

Thí nghiệm bằng khe hẹp: Dựa vào sự tương tự giữa chuyển động của

những chất lỏng có độ nhớt lớn trong khe hẹp với sự chuyển động của nướctrong môi trường rỗng để xác định những đặc trưng của dòng thấm trên cơ sở đođạc những đặc trưng của dòng chảy

Phương pháp tương tự điện - thủy động: Dùng tính tương tự giữa dòng

điện và dòng thấm để giải quyết những bài toán thấm trên mô hình dòng điện.Phương pháp này khá tiện lợi và chính xác đồng thời có khả năng giải quyết

những bài toán thấm phức tạp, thấm phẳng và thấm không gian Phương phápnày ngày càng được sử dụng rộng rãi.

3.2 Thí nghiệm thấm với sơ đồ cột nước cố định [11]:

Thấm kế với cột nước cố định có sơ đồ như ở hình 3.1

Mẫu đất được đặt trong một ống trụ, có lưới thép sợi và lớp cuội lọc ở phíatrên và phía dưới Một số áp kế tại các điểm nối tiếp gắn ở thành bên ống trụ chosố đọc của từng cặp cột nước áp lực thu được Nước thấm qua mẫu đất được cấp

từ thùng hay bể nước với thiết kế duy trì được cột nước cố định , lưu lượng đotheo lượng nước ở thùng hứng Cần làm thoát hết bọt khí trong đường ống trướckhi làm thí nghiệm để loại trừ các sai số do ảnh hưởng của bọt khí Trước hếtcung cấp nước đã thoát khí cho bể chứa nước có cột nước cố định và tạo chânkhông cho mẫu trước khi bắt đầu thí nghiệm

Tiến hành thí nghiệm: Mở van A và B, đóng van C, dùng van A để khống

chế vận tốc thấm Dòng thấm diễn ra liên tục cho đến khi đạt trạng thái ổn định

– khi các mực nước trong các ống áp kế không thay đổi Lúc này, đo lưu lượngdòng thấm trong khoảng thời gian đã cho và ghi lại các mức của hai áp kế Sau

đó, vận tốc thấm sẽ thay đổi và lập lại trình tự thí nghiệm Phải tiến hành thínghiệm với các vận tốc thấm và cột nước khác nhau để tính giá trị k trung bình.Sử dụng định luật Darcy để xác định giá trị k

Từ phương trình

Trong đó:

L- Khoảng cách giữa các điểm gắn áp kế (mm) ;

3.3 Thí nghiệm thấm với sơ đồ cột nước thay đổi:

Thí nghiệm với cột nước giảm dần dùng để xác định hệ số thấm của đấthạt mịn như đất sét, sét pha và cát pha Với các loại đất này, vận tốc của dòng

nước qua chúng quá nhỏ không có khả năng đo chính xác được bằng thấm kế vớicột nước cố định [11]

Mẫu đất nguyên dạng được đặt trong ống trụ, thường có đường kính 100

mm, có thể là ống lấy mẫu U100 hay ống cắt mẫu khoan như khi dùng trong thínghiệm xác định dung trọng ngoài trời Mẫu có thể chuẩn bị bằng cách đầm chặttrong một khuôn đúc tiêu chuẩn, lưới thép sợi và lớp cuội lọc được đặt ở đỉnh vàđáy của mẫu Đáy của ống trụ đặt trong bể nước tạo được dòng chảy tràn ở mứccố định, còn đỉnh ống trụ nối tiếp với một ống đo áp bằng thủy tinh đã biếtđường kính

Thí nghiệm tiến hành với việc làm đầy ống đo áp bằng nước không chứakhông khí và cho thấm qua mẫu đất Trong lúc thí nghiệm, sau các khoảng thờigian, ghi lại chiều cao của nước trong ống đo áp Thí nghiệm lặp lại với các ống

đo áp có đường kính khác nhau Theo các kết quả thí nghiệm , tính toán xác địnhgiá trị K trung bình Phải báo cáo cả trọng lượng đơn vị ban đầu và khi kết thúcthí nghiệm, cùng với độ ẩm của mẫu đất

Xuất phát từ định luật Đarcy :

q = k A i Trong đó :

Các ống đo áp có đường

kính khác nhau

Diện tích = a

h 1

Nước không chứa

không khí đưa tới

làm đầy ống đo áp

Lưới thép sợi và h 2

Hình 3-2 Thí nghiệm thấm với cột nước giảm dần, xác định hệ số thấm của đất có tính dính.

A - Diện tích mặt cắt ngang của mẫu đất;

Sắp xếp lại rồi tích phân phương trình trên ta được:

kA h

2 1

t t A

h h aL

3.4 Thí nghiệm hộp thấm Rowe:

Hộp Rowe được Rowe và Barden (1966) đưa ra để tiến hành thí nghiệm cốkết, sau đó được cải tiến để xác định tính thấm Thiết bị đo được khả năng thấmtheo phương đứng hay phương ngang với độ tin cậy cao Đó là loại thí nghiệmcột nước không đổi mô phỏng các đặc tính của đất như: Hệ số rỗng, áp lực nước

lỗ rỗng và ứng suất hiệu quả của đất, gần sát với các giá trị hiện trường

Xác định hệ số thấm theo phương đứng [11]:

Bố trí thiết bị như hình 3-3 Đặt một mẫu đất nguyên dạng vừa vặn tronghộp thấm nằm giữa các đĩa rỗng và được gia áp cho cố kết tới áp lực hiệu quảphù hợp với điều kiện ở hiện trường bằng kích nén thủy lực Chỗ thoát nước ởđáy được nối với hệ thống tạo áp lực không đổi; Nó mô phỏng được các mức áplực nước lỗ rỗng ở ngoài trời Một hệ thống tạo áp lực thứ hai nối tiếp với thiết bịthoát nước ở phía trên và tạo ra được áp lực thấp hơn chút ít so với tại chỗ thoátnước ở đáy Độ chênh áp lực được giám sát bằng một hộp kích chênh áp haydùng một cặp thiết bị biến áp ở giữa các ống dẫn nước vào và ra Thường duy trì

ít nhất 10% giá trị ứng suất hiệu quả tác động lên mẫu đất

Áp lực

cố kết