Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng bentonite đến tính thấm của tường đất bentonite trong xử lý nền đất yếu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN VĂN PHÚC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG BENTONITE ĐẾN TÍNH THẤM CỦA TƯỜNG ĐẤT – BENTONITE TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số: 60.58.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2013 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS Lê Bá Vinh Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA………… ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN VĂN PHÚC MSHV: 10090336 Ngày, tháng, năm sinh: 05-03-1984 Nơi sinh: HÀ TĨNH Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã ngành: 60.58.60 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG BENTONITE ĐẾN TÍNH THẤM CỦA TƯỜNG ĐẤT – BENTONITE TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU II NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Luận văn bao gồm nội dung sau: Chương 1: Mở đầu Chương 2: Nghiên cứu tổng quan ứng dụng tường đất - bentonite Chương 3: Nghiên cứu thí nghiệm xác định ảnh hưởng hàm lượng bentonite đến tính thấm đất trộn bentonite Chương 4: Phân tích, tính tốn ảnh hưởng tường đất – bentonite tới độ cố kết đất phương pháp bơm hút chân không kết hợp bấc thấm phương pháp phần tử hữu hạn Kết luận kiến nghị III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02/07/2012 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 21/06/2013 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS LÊ BÁ VINH Tp HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS Lê Bá Vinh PGS.TS Võ Phán TRƯỞNG KHOA….……… LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc Sĩ hoàn thành nỗ lực thân tác giả, trình truyền thụ kiến thức hướng dẫn không ngừng Quý Thầy, Cô; động viên khích lệ từ gia đình, bạn bè suốt q trình học tập rèn luyện Tơi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS Lê Bá Vinh tận tình hướng dẫn hết lịng giúp đỡ tơi suốt thời gian thực luận văn Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tồn thể Q Thầy, Cơ Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng thầy tham gia giảng dạy truyền đạt kiến thức, tạo điều kiện tốt suốt trình học tập thực luận văn Niềm động viên tinh thần lớn tác giả Cha Mẹ, Anh, Chị, Em, người khơng ngại khó khăn ln động viên, khích lệ lúc khó khăn nhất, sức mạnh tinh thần để vững tin thực mục tiêu Luận Văn Thạc Sĩ q cao q tơi muốn dành tặng cho gia đình Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến người bạn, đồng nghiệp trường Giao Thông Vận Tải TP HCM TEDI SOUTH sẵn sàng giúp đỡ, động viên tơi suốt q trình học tập thực luận văn Tp HCM, tháng 06 năm 2013 Trần Văn Phúc TÓM TẮT LUẬN VĂN Tường đất – bentonite biện pháp cơng trình xử lý chống thấm hiệu sử dụng rộng rãi để giảm thấm, ngặn chặn nước ngầm bị ô nhiễm, sửa chửa chống thấm cho thân, đê đập, làm hệ thống tường kín khí giải pháp bơm hút chân không Với số loại đất rời có hệ số thấm lớn trộn thêm vào lượng bentonite định làm hệ số thấm giảm đáng kể Luận văn tập trung vào thay đổi hệ số thấm hỗn hợp cát trộn bentonite với hàm lượng khác (từ 2%, 4%, 6%, 8%, 10%) theo trọng lượng khô cát Hệ số thấm khảo sát qua thí nghiệm thấm theo phương pháp cột áp giảm dần kiểm tra lại qua thí nghiệm thấm buồng nén trục Các kết thí nghiệm trình bày cho thấy ảnh hưởng bentonite tới hệ số thấm cát Hệ số thấm cát giảm từ 1.42x10-4 cm/s (hàm lượng bentonite 0%) xuống 9.3x10-8 cm/s (hàm lượng bentonite 10%) Từ quan hệ hệ số thấm hàm lượng bentonite yêu cầu hệ số thấm hệ thống tường kín khí xử lý đất bơm hút chân không, tác giả đề xuất hàm lượng bentonite hợp lý cho hệ thống tường đất bentonite SUMMARY OF THESIS The soil – bentonite wall is a efficiency solution in seepage control is widely used to reduce infiltration and prevent groundwater contamination, repair and waterproof for body and foundation of dam, build the airtight wall system in vacuum method When mixed bentonite with some class of granular soil have high permeability, permeability will decrease significantly This thesis mainly focuses on the permeability behavior of sand – bentonite mixture with different bentonite content (at 2%, 4%, 6%, 8%, 10%) by the dry weight of the sand Permeability coefficient was studied by falling head test method and evaluation by permeability test in triaxial cell Results of laboratory investigations are presented to show the influence of bentonite on permeability of sand The permeability coefficient of sand decrease from 1.42x10-4 cm/s (with 0% bentonite content) to 9.3x10-8 cm/s (with 10% bentonite content) From the relation between permeability and bentonite content and requirements of the airtight wall system in the soil treatment by vacuum method, the author proposed a reasonable content bentonite for soil – bentonite wall LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả Trần Văn Phúc -i- MỤC LỤC CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề nghiên cứu 1.2 Mục tiêu nghiên cứu: 1.3 Phương pháp nghiên cứu 1.4 Phạm vi nghiên cứu CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CỦA TƯỜNG ĐẤT BENTONITE 2.1 Cấu trúc bentonite 2.2 Các ứng dụng tường đất – bentonite: .7 2.3 Phương pháp thi công tường đất – bentonite 10 2.3.1 Chuẩn bị thi công 10 2.3.2 Các bước trình thi công 10 2.3.3 Các cố thi công biện pháp khắc phục .11 2.3.4 Yêu cầu kĩ thuật sau thi công 13 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG BENTONITE ĐẾN TÍNH THẤM CỦA ĐẤT TRỘN BENTONITE 14 3.1 Cơ sở lý thuyết tính thấm đất 14 3.1.1 Định luật Darcy 14 3.1.2 Các phương pháp xác định hệ số thấm phòng thí nghiệm 17 3.2 Xác định hệ số thấm đất trộn bentonite từ thí nghiệm cột áp giảm dần: 21 3.2.1 Phương pháp thí nghiệm: .21 3.2.2 Dụng cụ thí nghiệm 22 3.2.3 Vật liệu thí nghiệm 25 - ii - 3.2.4 Đúc mẫu thử 27 3.2.5 Các bước thí nghiệm đầm nén Proctor tiêu chuẩn 31 3.2.6 Thí nghiệm thấm theo phương pháp cột áp giảm dần 35 3.3 Thí nghiệm xác định hệ số thấm buồng nén ba trục .43 3.4 So sánh kết thí nghiệm hệ số thấm theo phương pháp cột áp giảm dần buồng nén ba trục 49 3.5 Ảnh hưởng yếu tố khác tới hệ số thấm đất trộn bentonite 51 3.5.1 Ảnh hưởng thành phần hạt: .51 3.5.2 Ảnh hưởng hệ số rỗng: 52 3.5.3 Ảnh hưởng tính đầm chặt: .54 3.6 Thí nghiệm nén nở hông để xác định cường độ nén nở hông qu mẫu đất trộn bentonite 55 CHƯƠNG PHÂN TÍCH, TÍNH TỐN ẢNH HƯỞNG CỦA TƯỜNG ĐẤT BENTONITE TỚI ĐỘ CỐ KẾT CỦA ĐẤT NỀN TRONG PHƯƠNG PHÁP BƠM HÚT CHÂN KHÔNG KẾT HỢP BẤC THẤM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 4.1 64 Cơng trình thực tế: 64 4.1.1 Mơ tả đặc điểm cơng trình .64 4.1.2 Mô tả địa chất cơng trình: 66 4.1.3 Thiết kế cơng trình 66 4.2 Phương pháp mơ tính tốn phần tử hữu hạn .67 4.3 Tính tốn cơng trình sử dụng chương trình SIGMA/W .71 4.3.1 Điều kiện biên phương pháp phần tử hữu hạn .72 4.3.2 Bài tốn mơ 72 4.4 Kết tính tốn: 75 4.4.1 Mơ hình tốn mơ phỏng: 75 - iii - 4.4.2 Xem xét ảnh hưởng tường đất bentonite địa chất có lớp thấu kính cát .76 4.4.3 Xem xét ảnh hưởng chiều dày tường đất bentonite đến chuyển vị ngang tường đất bentonite 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .90 Kết luận .90 Kiến nghị 91 PHỤ LỤC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THẤM CỦA LÕI KHOAN TƯỜNG ĐẤT - BENTONITE Ở HIỆN TRƯỜNG ... TÀI: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG BENTONITE ĐẾN TÍNH THẤM CỦA TƯỜNG ĐẤT – BENTONITE TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU II NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Luận văn bao gồm nội dung sau: Chương 1: Mở đầu Chương 2: Nghiên. .. Nghiên cứu tổng quan ứng dụng tường đất - bentonite Chương 3: Nghiên cứu thí nghiệm xác định ảnh hưởng hàm lượng bentonite đến tính thấm đất trộn bentonite Chương 4: Phân tích, tính tốn ảnh hưởng tường. .. CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG BENTONITE ĐẾN TÍNH THẤM CỦA ĐẤT TRỘN BENTONITE 3.1 Cơ sở lý thuyết tính thấm đất 3.1.1 Định luật Darcy Xét dòng thấm chảy qua khối đất