3.1. Quy luật biến đổi tính chất cơ lý của đất phong hóa bazan Hoà Bình theo độ ẩm
Trong các đới của vỏ phong hoá đá bazan vùng Hòa Bình hầu hết các chỉ tiêu độ bền và đặc trưng biến dạng đều có sự khác nhau giữa điều kiện ở trạng thái tự nhiên với trạng thái bão hòa. Tuy nhiên, với đá sự suy biến đổi không lớn và giá trị nhỏ nhất trong quá trình biến đổi đó là không đáng kể. Do đó, đặt ra vấn đề nghiên cứu quy luật biến đổi các đặc trưng độ bền và biến dạng của đất trong các lớp đất thuộc hai đới phong hóa nằm trên để làm cơ sở lựa chọn các thông số đất nền cho tính toán thiết kế móng.
Quá trình nghiên cứu sự biến đổi các đặc trưng độ bền và biến dạng của đất được thực hiện trên các thiết bị cắt phẳng và nén một trục không nở hông tại phòng thí nghiệm trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội.
Số lượng mẫu thí nghiệm gồm 20 mẫu đất của đới phong hóa dở dang và 30 mẫu của đới phong hóa triệt để. Trong đó, các chỉ tiêu độ bền được xác định theo sơ đồ cắt nhanh không thoát nước. Mỗi mẫu đất các chỉ tiêu khối lượng thể tích, lực dính kết, góc ma sát trong và modun tổng biến dạng được tiến hành ở nhiều trạng thái ẩm khác nhau, bao gồm trạng thái tự nhiên và các độ ẩm bất kỳ khác.
Từ kết quả thí nghiệm đã rút ra môt số quy luật biến đổi các đặc trưng đất nền theo sự biến thiên của độ ẩm như Hình 4, 5, 6, 7.
Kết quả thí nghiệm cho biết sự biến đổi các đặc trưng biến dạng của đất chỉ xảy ra mạnh mẽ với cấp gia tải đầu tiên. Sự ảnh hưởng đó thể hiện ở cả 2 mặt giá trị lún cuối cùng và tốc độ lún đều tăng lên, trong khi các cấp gia tải thứ cấp sự biến đổi là không đáng kể. Quy luật biến đổi hệ số nén lún cấp đầu tiên được thể hiện qua các số liệu thực nghiệm và được biểu diễn theo hàm tương quan như trên hình 7.
3.2. Quy luật biến đổi độ ẩm theo thời gian
Nhìn chung, các đặc trưng độ bền, khối lượng thể tích và đặc trưng biến dạng của đất luôn có quan hệ mật thiết với độ ẩm của chúng. Đối với đất phong hóa bazan rất dễ biến đổi khi tiếp xúc với nước, kể cả trường hợp cột nước thấp. Điều đó cho thấy vai trò của mưa đến sự biến đổi tính chất cơ lý của đất phong hóa bazan.
Thực nghiệm cho thấy, khi nền trên vỏ phong hóa Bazan
Hình 4. Quy luật biến đổi khối lượng thể tích Hình 5. Quy luật biến đổi lực dính kết của đất
Hình 6. Quy luật biến đổi góc ma sát trong Hình 7. Quy luật biên đổi đặc trưng biến dạng
Hình 8. Minh hoạ biến thiên độ ẩm theo thời gian ở một độ sâu
Bảng 3.
Chỉ tiêu Đơn vị Sét pha lẫn dăm Sét pha sạn Thành phần hạt % >0.5mm % 15.6 0.5-0.25 mm % 3 7.3 0.25-0.1mm % 14.6 18.7 0.1-0.05mm % 25.9 21.3 0.05-0.01mm % 30.6 21.2 <0.005mm % 25.9 15.9 Độ ẩm tự nhiên % 36 27.9
Khối lượng thể tích tự nhiên T/m3 1.81 1.90 Khối lượng thể tích bão hoà T/m3 1.97 1.98 Khối lượng thể tích khô T/m3 1.39 1.53 Khối lượng riêng T/m3 2.70 2.69
Hệ số rỗng 0.949 0.771 Chỉ số dẻo % 15.6 11.4 Độ sệt 0.33 0.29 Lực dính kết C tự nhiên kG/cm2 0.45 0.369 Góc ma sát trong tự nhiên độ 6 9 Lực dính kết C bão hoà kG/cm2 0.239 0.195 Góc ma sát trong bão hoà độ 10 14 Hệ số nén lún a1-2 cm2/kg 0.022 0.019
Hình 9. Mô hình cấu tạo màng nước liên kết
Bảng 4.
Chỉ tiêu Đơn vị Sét pha lẫn dăm Sét pha sạn Thành phần hạt % >0.5mm % 18.9 0.5-0.25 mm % 6.2 12.2 0.25-0.1mm % 10.6 11.2 0.1-0.05mm % 32.7 15.6 0.05-0.01mm % 29.6 18.7 <0.005mm % 20.9 23.4 Độ ẩm tự nhiên % 36 29.7
Khối lượng thể tích tự nhiên T/m3 1.89 1.91 Khối lượng thể tích bão hoà T/m3 2.02 1.98 Khối lượng thể tích khô T/m3 1.39 1.53 Khối lượng riêng T/m3 2.72 2.71
Hệ số rỗng 0.949 0.771 Chỉ số dẻo % 16.1 13.4 Độ sệt 0.41 0.35 Lực dính kết C tự nhiên kG/cm2 0.55 0.65 Góc ma sát trong tự nhiên độ 14 17 Lực dính kết C bão hoà kG/cm2 0.209 0.146 Góc ma sát trong bão hoà độ 3 3 Hệ số nén lún a1-2 cm2/kG 0.025 0.023 có nước mặt và nước mặt sẽ làm tăng độ ẩm của đất nền,
ngược lại khi không mưa mà xuất hiện bay hơi của nước trong đất thì độ ẩm của đất giảm. Trong thực tế có thể xem diễn biến của mưa mang tính chu kỳ. Trong mỗi chu kỳ thì nửa chu kỳ làm tăng độ ẩm của đất ứng với thời gian mưa, nửa chu kỳ tiếp theo làm giảm độ ẩm của đất ứng với thời gian không mưa, nước bị bay hơi. Theo thời gian, độ ẩm của đất biến đổi theo độ sâu. Quy luật biến đổi độ ẩm của đất theo độ sâu phụ thuộc vào khả năng thấm và bay hơi. Ở độ sâu khác nhau độ trễ giữa 2 quá trình tăng độ ẩm và quá trình mưa là khác nhau, độ sâu càng lớn độ trễ càng lớn (hình 8).
Như vậy, bỏ qua các yếu tố bất thường và xem xét một cách chi tiết đầy đủ thì độ ẩm của đất nền biến đổi liên tục không ngừng dưới sự điều khiển của 2 tác nhân ngược chiều
nhau và nối tiếp nhau liên tục là mưa và không mưa. Giữa hai quá trình biến đổi độ ẩm và quá trình biến đổi của các tác nhân ảnh hưởng có sự lệch pha. Trong đó sự lệch pha biến đổi theo chiều sâu có quy luật cơ bản là: Nếu các tác nhân có chu kỳ và biên độ không đổi thì với mỗi loại đất nền nhất định sẽ có một độ sâu mà từ đó đến sâu hơn độ ẩm đất không đổi với nhiều quy luật khác nhau phụ thuộc vào nhiều yếu tố.
Do đó, nghiên cứu thực nghiệm xác định các thông số đánh giá sự biến đổi độ ẩm của đất theo chiều sâu là cơ sở cho việc xác lập các thông số nền để tính toán thiết kế nền móng.
Xem đất trong các đới phong hóa đá bazan là hệ phân tán, thì sự tăng độ ẩm của đất là quá trình làm tăng bề dầy màng nước liên kết bao quanh các hạt, khi độ ẩm của đất đạt