Đặc điểm cường độ và biến dạng của đất dạng hoàng thổ và cấu trúc nền Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh

Ứng dụng cho quy hoạch, tính toán thiết kế và xử lý nền móng công trình trong khu Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh.Thực hiện thí nghiệm xác định các thuộc tính cơ học cơ bản.

Science & Technology Development, Vol 16, No.M2- 2013 Đặc điểm cường độ biến dạng đất dạng hoàng thổ cấu trúc Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh Trương Minh Hồng  gu n Xn Xinh Bùi Th Thủ Lợi Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM (Bài nhận ngày 20 tháng 03 năm 2013, nhận đăng ngày 13 tháng năm 2014) TÓM TẮT Khảo sát đặc điểm cường độ, biến dạng, lún sụp lớp đất mặt.Thảo luận đất thông qua mô hình cấu trúc.Ứng dụng cho quy hoạch, tính tốn thiết kế xử lý móng cơng trình khu ại học uốc gia thành phố Chí Minh.Thực thí nghiệm xác định thuộc tính học thí nghiệm đặc biệt n n trường n n o dom t r với trạng thái chưa bão h a bão h a; th o dõi biến dạng, biến đổi lực dính, C (kgf/cm ), góc ma sát, φ (độ), trạng thái khác th o thời gian Phân tích cấu trúc kính hiển vi Xây dựng mơ hình dựa tài liệu khảo sát khóa Cường độ, biến dạng, dạng hồng thổ, nền, lún sụp, cấu trúc, mơ hình MỞ ĐẦU Khu quy hoạch Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh quy hoạch xây dựng với diện tích 643,7 Khu quy hoạch nằm địa phận thị xã Dĩ An tỉnh Bình Dương quận Thủ Đức thành phố Hồ Chí Minh (Hình 1) Khu vực có địa hình cao từ – 33 m, độ dốc tự nhiên từ 3,2 – o 7,5 Địa hình có cao độ 15 m phía Bắc khu vực nghiên cứu Trong khu vực Thủ Đức có nhiều loại đất đá khác trầm tích Pleistocene, Holocene, đá andesite xuất bề mặt Đặc biệt lớp đất mặt có màu vàng-xám vàng, thành phần bột cát cao, có nhiều lỗ rỗng, trạng thái chặt, khơng phân lớp, điều kiện địa hình cao khô, mực nước ngầm thấp từ -10 đến -19 m khu vực nghiên cứu Về nguồn gốc chưa r có phải trầm tích gió hay khơng, có nhiều nghiên cứu nguồn gốc hình thành Trang 38 lớp đất này, Hồng Ngọc Kỷ Vũ Đình Lưu, 2005 cho đất hình thành gió “đất hoàng thổ” hay gọi theo văn kiện giới Karalik, 1990, ukhorova, 1985 “loess”, nhiều ý kiến khác nguồn gốc lớp đất Nhưng chúng lại có đặc điểm giống đất hồng thổ, nên tạm dùng thuật ngữ “đất dạng hồng thổ” viết Để có nhận thức xác tổng thể đất, đặc điểm ứng xử học lớp đất này; đó, nghiên cứu thực VẬT LIỆU VÀ PH ƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU T ng iệ iện t ường lấ ẫu Vị trí tiến hành khảo sát nằm khu vực Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM có toạ độ (x:0697351; y: 1201942), tiến hành TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 16, SỐ M2 - 2013 khảo sát, thí nghiệm tháng 4/2012 Thí nghiệm vi xuyên xác định sức kháng xuyên đất trước sau bão hoà nước từ độ sâu – 100 cm Thí nghiệm nén trường hố đào, khối đất dạng hình trụ đường kính 30 cm, gia tải 0,71 kG/cm2 giữ cố định suốt trình làm thí nghiệm (Hình 1) Thí nghiệm chia làm hai giai đoạn: giai đoạn nén với trạng thái tự nhiên trạng thái bão hoà Sau thời gian 90 phút thấy độ lún không tăng, tiến hành đổ nước vào hố đào Sau đổ nước vào hố đào, ta thấy độ lún tăng nhanh, sau phút khối đất bị lún sụp bị phá huỷ hoàn toàn Mẫu đất lấy nguyên dạng vị trí khảo sát bảo quản cẩn thận cho thí nghiệm phòng T ng iệ t ong p òng Thí nghiệm nén oedometer với mẫu ngun trạng mẫu chế bị kết hợp xác định cường độ chống cắt khơng nước Nén mẫu trạng thái độ ẩm tự nhiên sau tiến hành đổ nước làm bão hồ mẫu vòng 24 Và giữ ổn định cấp áp lực Phân tích thành phần hạt phương pháp pipette Thí nghiệm đầm nện Proctor Sau mẫu đầm nện độ ẩm khác nhau, lấy dao vòng tiến hành thí nghiệm cắt trực tiếp Sau xác định độ ẩm tốt tương ứng với dung trọng khô lớn nhất, ta tiến hành đầm nện mẫu lại với độ ẩm tốt vừa xác định được, lưu mẫu giữ độ ẩm sau thời gian tuần tuần Sau thời gian lưu mẫu, ta tiến hành thí nghiệm cắt trực tiếp Phân tích cấu trúc mẫu đất kính hiển vi Hình (a) Vị trí khu quy hoạch Đại học Quốc Gia Tp HCM; (b) Vị trí thí nghiệm nén trường với vòng tròn màu cam; (c) Thí nghiệm nén khơ tự nhiên bão hòa (d) Sơ đồ thí nghiệm nén trường Trang 39 Science & Technology Development, Vol 16, No.M2- 2013 KẾT QUẢ K t t q ả ng iệ í iện t ường ệm é ập ố đà ệ ườ ác định độ lún ướt lớp đất từ biểu thức (1) đồ thị quan hệ độ lún theo thời gian (Hình 2) Hình Độ lún trường ứng với trạng thái chưa bão hòa bão hòa theo thời gian ác định độ lún ướt tương đối lớp đất mặt theo biểu thức (1) , đạt, lu = 0,05  lu  h '  hn ho (1) ÷ 1,74 mm sau khối đất thí nghiệm bị lún sụp phá hoại hoàn toàn Độ lún ướt tương đối lu = 0,05 > 0,01 theo tài liệu [2] nên khối đất thí nghiệm có tính lún ướt Với: h’: Chiều cao khối đất chịu nén tải trọng P (cm) hn: chiều cao khối đất chịu nén sau đổ nước (cm) ho: chiều cao khối đất ban đầu (cm) q ả í ệm x ê ệ ườ Giai đoạn lún khơ-chưa bão hòa trường thời gian phút sau gia tải, độ lún đạt 0,5 mm, sau chậm dần đạt thêm 0,2 mm 90 phút kể từ gia tải Giai đoạn lún ướt (tính từ thời điểm đổ nước vào): thời gian giây sau đổ nước độ lún tăng nhanh ; đến phút sau, độ lún tăng nhanh đạt 1,52 Trang 40 Hình Sức kháng xuyên theo độ sâu Đối với thí nghiệm vi xuyên, đất cát hạt bụi trạng thái tự nhiên có kết cấu chặt vừa có sức kháng xun 40 kgf/cm2 ; sau q trình bão hồ kết cấu đất thay đổi, sức kháng xuyên, qc giảm mạnh Hình [4] TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 16, SỐ M2 - 2013 K t t ng iệ q ảp í t ong p òng p ầ Biểu đồ thành phần hạt mẫu đất mặt trình bày đại diện cho kết phân tích Hình Lớp đất mặt, hạt có đường kính lớn 0,05 mm chiếm hàm lượng 83,42%, hạt có kích thước nhỏ 0,05 chiếm 16,58 %, hạt đường kính nhỏ 0,002 mm chiếm 2,7% Thông qua đồ thị Hình 4, xác định hệ số khơng đồng nhất, Cu= D60/D10 = 2,25, hệ số cấp phối, Cc = D302/(D60.D10) = 0,5, đất thuộc loại cát bụi tương đối đồng nhất, cấp phối hạt xấu Hình Biểu đồ thành phần hạt q ả í ệm é ed me e Hình Đường cong nén oedometer điều kiện khác Trang 41 Science & Technology Development, Vol 16, No.M2- 2013 Tại cấp áp lực đổ nước bão hồ mẫu, có giảm nhanh hệ số rỗng, đặc trưng đường thẳng kéo dài đồ thị (Hình 5) Sau thời gian bão hồ mẫu tiếp tục gia tải, nhận thấy giá trị hệ số rỗng giảm nhanh so với mẫu chịu nén trạng thái tự nhiên ngoại trừ mẫu bão hòa cấp kgf/cm2, đường biểu diễn đồ thị e – log ’có độ dốc lớn Kết tính tốn hệ số q cố kết (OCR), nhìn chung, lớp đất nằm mực nước ngầm có OCR cao lớp đất bên mực nước ngầm (Hình 6) Hình Hệ số cố kết, OCR, theo độ sâu q ả í ệm đầm ệ í ệm ắ p Hình (a) Mẫu sau đầm nện; (b) Cắt lấy dao vòng; (c) Mẫu bọc kín; (d) Mẫu giữ nước Trang 42 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 16, SỐ M2 - 2013 Hình Dung trọng khô, d, độ ẩm, W; dmax = 1,87 g/cm3 ứng với Wop = 10,8% Bảng Kết thí nghiệm cắt trực tiếp mẫu đầm nện Độ ẩm W (%) Dung trọng khô, d, (g/cm³) Lực dính Góc ma sát (Độ) C (kgf/cm²) 0,86 1,63 3,95 1,66 7,22 1,75 0,586 33o11’ 8,42 1,77 0,404 38o59’ 9,57 1,82 0,400 43o29’ 10,64 1,87 0,188 44o56’ 12,70 1,82 0,119 43o02’ Dung trọng khô lớn dmax = 1,87 g/cm3 kết sức kháng cắt sau đầm nện lớn ứng với góc ma sát lớn nhất,  = 44o56’ Tuy nhiên, giá trị lực dính, C, mẫu có dung trọng khơ lớn lại giảm nghiêm trọng; giá trị lực dính giảm độ ẩm tăng dần (Bảng 1) Giá trị lực dính, C, mẫu đạt dung trọng khơ lớn gia tăng theo thời gian lưu mẫu, giá trị góc ma sát, , lại giảm, Bảng Bảng Kết thí nghiệm cắt sau thời gian lưu mẫu Các tham số Ban đầu Khối lượng thể tích ướt w (g/cm3) 2,07 Độ ẩm W (%) 10,64 Khối lượng thể tích khơ d (g/cm3) Sau tuần 10,09 Sau tuần 10,09 1,87 Lực dính C (kgf/cm ) 0,188 Góc ma sát  (độ) 44 56 o 0,191 o 44 31 0,563 o 33 17 Trang 43 Science & Technology Development, Vol 16, No.M2- 2013 q ả ụp ả mẫ đấ dư í ể Đối với mẫu cát chưa rửa (Hình 9a), có lớp bụi, sét bám xung quanh hạt cát làm không thấy r viền cạnh hạt mẫu cát rửa với nước (Hình 9c) Quan sát so sánh với bảng phân loại độ cầu (Hình 9e), thấy hạt cát có độ cầu chủ yếu tương đối góc cạnh góc cạnh Một số hạt cát rửa nicol có màng màu đen bao xung quanh, không thấy màu giao thoa hạt khống Mơ n cấu t úc Sơ đồ khối khu quy hoạch Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh lập dựa tài liệu khoan khảo sát 16 hố khoan, phân chia lớp đất khu quy hoạch thành lớp đất đá Trong xuất lớp đá andesit phong hố lớp đá móng andesit có sức kháng nén cao 151,25 – 516,98 kgf/cm2 Hình Mẫu cát chưa rửa qua rây 0,1mm: (a) Nicol, 10x, (b) Nicol, 10x Mẫu cát rửa qua rây 0,1mm: ( c) Nicol, 5x (d) Nicol, 5x, (e) Bảng phân loại độ cầu THẢO LUẬN VÀ KẾT LUẬN Do hàm lượng sét mẫu đất nhỏ khoảng 2,7%, thành phần hạt chủ yếu hạt cát bụi nên lực liên kết hạt với tạo chủ yếu lực dính kết hạt sét phần hạt cát có độ góc cạnh nên Trang 44 tạo lực dính giả với trạng thái khô Kết làm cho cường độ chịu lực đất tăng cao Nhưng thấm ướt, nước lấp đầy lỗ rỗng, đồng thời hoà tan muối kết tinh, liên kết giả hạt cát bị phá v ; hạt TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 16, SỐ M2 - 2013 sét trở nên linh động tạo nên thể tồn lỗ rỗng, đặc biệt lượng nước gia tăng cao Kết quả, phá v liên kết hạt làm đất kết cấu cứng ban đầu Đặc biệt chịu ứng suất, thể tích lỗ rỗng giảm nhanh chóng tạo nên lún sụp đột ngột Lưu ý đặc điểm biến đổi C,  q trình sau đầm nện tính tốn điều khiển tốc độ thi công Tại khu vực khảo sát, ta thấy lớp đất mực nước ngầm có OCR cao lớp đất nằm bên mực nước ngầm Nguyên nhân, mực nước ngầm tác động ánh sáng mặt trời nước bị bay hơi, kết tinh muối làm gia tăng trình gắn kết Đối với lớp đất dính nằm đới mao dẫn xảy tượng kết vón sắt Chính q trình gắn kết tự nhiên làm gia tăng cường độ lớp đất làm tăng giá trị hệ số cố kết, OCR Điều giải thích cho giảm dần hệ số cố kết, OCR, từ xuống Các lớp đất có sức chịu tải tiêu chuẩn từ trung bình đến cao, Rtc = 1,04 – 2,49 kgf/cm2, o o góc ma sát trong, = 15 24’ - 24 08’, lực dính C = 0,022 – 0,361 kgf/cm , đất tính nén lún vừa av12 = 0,02 – 0,03 cm /kgf Lớp đất sử dụng làm cho cơng trình lớp 3, 4, lớp có bề dày lớn gần mặt đất Lớp đất cát bụi mặt có bề dày dao động 0,5 – m có tính lún ướt nên cần lưu ý, có biện pháp khắc phục tiến hành xây dựng thi công Lớp đất lẫn sạn sỏi laterit dày từ – m xuất độ sâu từ 1,6 – 14,5 m tốt cho móng H ỚNG NGHIÊN CỨU Nghiên cứu vật liệu Thí nghiệm trường phòng với điều kiện khác nhau, xây dựng quy trình thí nghiệm đất hồng thổ hợp lý Trang 45 Science & Technology Development, Vol 16, No.M2- 2013 Hình 10 Mơ hình cấu trúc khu quy hoạch Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh LỜI CẢM ƠN: Các tác giả xin chân thành cảm ơn trường ph ng để hoàn thành công việc Ban tổ C ng Ty Địa Kỹ Thuật Xây Dựng Hệ M t Trời, Phòng Thí chức h i nghị khoa học Trường Đại Học Khoa Học tự nhiên- Nghiệm Địa Chất Cơng Trình-Địa Chất Thủy Văn, Khoa Địa Khoa Địa Chất tạo điều kiện công bố k t Chất, tạo điều kiện thực khoan lấy m u, thí nghiệm Trang 46 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 16, SỐ M2 - 2013 Characteristics of strength-deformation of loess-like deposits and ground structure in Vietnam National University-Ho Chi Minh city Truong Minh Hoang Nguyen Xuan Xinh Bui Thi Thuy Loi University of Science, VNU-HCM ABSTRACT Researched the strength, deformation, sudden settlement by water of the surface soil layer Discussed about the ground base on a structure model Applied for planning, calculating design and foundation in the Vietnam National University - Hochiminh City at Thu Duc district Carried out to test the basic geotechnical properties and the special tests such as in situ compression and oedometer tests with unsaturation and saturation; monitored deformation, and changes of cohesion, C (kgf/cm ), friction angl , φ (d gr ) in various conditions ith the time Analysed the structure of soil under the microscope Built the ground structure model base on the surveied data Key words: Strength, deformation, loess-like deposits, ground, sudden settlement, strucutre, model TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồng Ngọc Kỷ, Vũ Đình Lưu, Loess nguồn gốc gió Việt Nam Đơng Nam Á, Tạp chí Địa chất (2005) [2] Tiêu chuẩn xây dựng, tiêu chuẩn thiết kế nền, nhà cơng trình, Tạp chí x y ựng, 45 – 78, NXB Xây dựng Hà Nội (1979) [3] Tiêu chuẩn ngành: Quy trình đầm nén đất, đá dăm phòng thí nghiệm [4] Cao Văn Chí, Trịnh Văn Cương, Cơ học đất, NXB ây dựng Hà Nội (2002) [5] Lê uân Mai, Đỗ Hữu Đạo, Cơ học đất, N B ây dựng [6] Susann Jehring, Engineering Geology problems in loess deposits [7] http://www.geo.tufreiberg.de/oberseminar/os06_07/Susann_Jeh ring.pdf [8] D Entwisle, K Northmore, T Milodowski, I Jefferson, The Engineering geology of Loessic Deposits ion South East England Civil Engineering Department, Birmingham University [9] http://ebookbrowse.com/6-david-entwislethe-engineering-geology-of-loessicbrickearth-deposits-in-south-east-englandpdf-d66697440 Trang 47 ... quy trình thí nghiệm đất hoàng thổ hợp lý Trang 45 Science & Technology Development, Vol 16, No.M2- 2013 Hình 10 Mơ hình cấu trúc khu quy hoạch Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh LỜI CẢM ƠN: Các... mẫu giữ độ ẩm sau thời gian tuần tuần Sau thời gian lưu mẫu, ta tiến hành thí nghiệm cắt trực tiếp Phân tích cấu trúc mẫu đất kính hiển vi Hình (a) Vị trí khu quy hoạch Đại học Quốc Gia Tp HCM;... cấu t úc Sơ đồ khối khu quy hoạch Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh lập dựa tài liệu khoan khảo sát 16 hố khoan, phân chia lớp đất khu quy hoạch thành lớp đất đá Trong xuất lớp đá andesit