IV. Nội dung luận văn
3.2. Giới thiệu mụ hỡnh vật lý
3.2.1. Mụ tả mụ hỡnh
Mụ hỡnh thớ nghiệm được thực hiện trờn mỏng cú khung bằng sắt, cỏc thành bờn của mỏng được lắp đặt bằng kớnh cường lực dày 1cm cú thể tớch 2,4m3 với kớch thước (2.0 x 1.0 x 1.2)m; mỏy bơm tạo chõn khụng chuyờn dựng, cỏc thiết bị quan trắc ỏp lực nước lỗ rỗng, quan trắc lỳn, giỏ đỡ thiết bị quan trắc, thiết bị làm mỏt mỏy bơm, mụ hỡnh được thớ nghiệm tại phũng thớ nghiệm Địa kỹ thuật trường Đại học Thủy lợi - Hà Nội.
Mẫu đất thớ nghiệm được lấy ở độ sõu từ (4-5)m trở xuống nơi cú tầng đất yếu dày bựn sột, sột pha của khu vực nghiờn cứu.
Hỡnh 3.1. Sơ họa sơđồ thớ nghiệm
Mụ hỡnh thớ nghiệm mụ phỏng cho một phõn tố đất tại khu vực nghiờn cứu xử
nghiờn cứu (1,0m). Vị trớ bố trớ cỏc thiết bị quan trắc ỏp lực nước lỗ rỗng và lỳn là ở
trờn mặt và dưới cỏc độ sõu 0,5m; 0,75m tại vị trớ bấc thấm và giữa hai bấc thấm với sơ đồ bố trớ thiết bị quan trắc thớ nghiệm nhưở hỡnh 3-2, hỡnh 3-3. Thiết bị quan trắc ỏp lực nước lỗ rỗng là đầu đo Piezometer kiểu dõy rung, thiết bị quan trắc lỳn là cỏc
đồng hồđược gắn trờn cỏc bàn đo lỳn, tải trọng gia tải là một lớp cỏt dày 20cm vừa cú nhiệm vụ tiờu thoỏt nước và một ỏp lực chõn khụng duy trỡ 43kPa.
Hỡnh 3-2. Sơ đồ bố trớ 3 vị trớ đo ỏp lực nước lỗ rỗng
Hỡnh 3-3. Sơđồ bố trớ 4 đồng hồđo lỳn
3.2.2. Mụ tả thiết bị
Thiết bị thớ nghiệm mụ hỡnh gồm: Đầu đo ỏp lực nước lỗ rỗng (Piezometer),
đầu đọc số liệu (Datalogger), thiết bị đo biến dạng, màng làm kớn khớ, mỏy bơm tạo chõn khụng, bấc thấm, hệ thống thu nước đấu nối với bấc thấm và mỏy bơm.
3.2.2.1. Đầu đo ỏp lực nước lỗ rỗng (Piezometer)
Thiết bị đo ỏp lực nước lỗ rỗng là thiết bị chuyờn dựng được lắp đặt trong nền
đất tại một độ sõu bất kỳ cần xỏc định ỏp lực nước lỗ rỗng trong quỏ trỡnh xử lý nền. Thiết bị quan trắc ỏp lực nước lỗ rỗng phổ biến gồm hai loại: đầu đo ỏp lực nước lỗ rỗng kiểu dõy rung và đo ỏp lực nước lỗ rỗng kiểu ống đứng.
Đầu đo ỏp lực nước lỗ rỗng kiểu dõy rung sử dụng một màng cảm biến, ỏp lực nước lỗ rỗng sẽ làm thay đổi sức căng trờn bề mặt cảm biến, sự thay đổi sức căng bề
mặt này được chuyển hoỏ thành tớn hiệu tần số sung điện từ rồi được mỏy đo chuyển hoỏ thành đơn vị số đọc. Đầu đo ỏp lực nước lỗ rỗng kiểu dõy rung cú thể
quan trắc được ngay cả sự thay đổi nhỏ của ỏp lực nước lỗ rỗng và nhiệt độ. Khi sử
dụng đầu đo ỏp lực nước lỗ rỗng được nối với đầu đọc datalogger và số liệu sẽđược ghi vào trong bộ nhớ mỏy.
Trước khi lắp đặt đầu đo ỏp lực nước lỗ rỗng cần được ngõm trong nước tối thiểu 24 giờđể nước ngấm qua lớp gốm (đỏ), khớ thoỏt hết ra ngoài.
Đo ỏp lực nước lỗ rỗng kiểu ống đứng gồm một đầu lọc được khoan lắp đặt ngay tại vị trớ muốn đo ỏp lực nước lỗ rỗng, đầu lọc này được nối với cỏc ống PVC theo chiều thẳng đứng lờn đến mặt đất. Áp lực nước lỗ rỗng khi thay đổi sẽ làm thay
đổi mực nước trong ống, khi đo sẽ sử dụng cuộn dõy đo mực nước thả vào trong
ống để xỏc định chiều cao mực nước trong ống.
Trong mụ hỡnh vật lý này sử dụng đầu đo ỏp lực nước lỗ rỗng kiểu dõy rung của hóng Geokon (Mỹ)
3.2.2.2. Đầu đọc số liệu (Datalogger)
Dataloggers là thiết bị đọc tớn hiệu và ghi lại số liệu vào bộ nhớ khi kết nối hoạt động với đầu đo ỏp lực nước lỗ rỗng, thiết bị của hóng Geokon, mó hiệu LC 2x4, cú thểđọc được số liệu của 4 đầu đo cựng lỳc.
Hỡnh 3-5. Đầu đọc số liệu Datalogger - Geokon LC 2x4
Khi cần ghi lại số liệu của đầu đo ỏp lực nước lỗ rỗng thỡ kết nối cỏc đầu dõy của đầu đọc đỳng với cỏc cổng tớn hiệu của đầu đo datalogger.
Để kớch hoạt datalogger cần kết nối với mỏy tớnh sau đú cú thể ngắt kết nối nhưng datalogger vẫn giữ hoạt động theo chếđộđó cài đặt khi kớch hoạt.
Hỡnh 3-7. Kết nối với mỏy tớnh kớch hoạt datalogger
Thiết bị này cú thể điều chỉnh thời gian ghi lại số liệu của đầu đọc piezometer theo yờu cầu của người sử dụng, cú thể đo cỏch đều hoặc đo biến thiờn theo thời gian, thời gian đo cỏch đều nhỏ nhất là 10 giõy ghi lại số liệu một lần.
Hỡnh 3-8. Chọn kiểu ghi số liệu vào datalogger và định dạng kiểu xuất số
liệu
Khi kết nối mỏy tớnh với datalogger, cú thể xem trực tiếp số liệu của cỏc piezometer, nhiệt độ piezometer, nhiệt độ, hiệu điện thế của datalogger đang đọc tại
thời điểm kết nối về sau, cỏc thụng tin này cú thể xem trờn đồ thị tự động vẽ trực tiếp từ cỏc số liệu đang đọc.
Số liệu cú thể ghi vào 1 file hoặc ghi vào nhiều file riờng biệt hoặc ghi vào nhiều file riờng biệt rồi ghộp vào một file. Cú thể chọn chế độ ghi đố hoặc ghi đầy thỡ dừng lại khụng ghi nữa.
Khi cần lưu số liệu vào mỏy tớnh thỡ cần kết nối mỏy tớnh với datalogger, file xuất ra dưới dạng .dat và cú thểđọc bằng notepad. Để tiện cho việc xử lý số liệu cú thểđọc
3.2.2.3. Thiết bịđo biến dạng
Quan trắc biến dạng nhằm xỏc định độ lỳn, độ dịch chuyển của nền đất trong quỏ trỡnh xử lý, cỏc thiết bị quan trắc cho cỏc cụng trỡnh đo biến dạng đứng ngoài hiện trường là bàn quan trắc lỳn (settlement plates), đo lỳn sõu (extensometer). Quan trắc biến dạng trong mụ hỡnh vật lý là quan trắc biến dạng theo phương thẳng
đứng (độ lỳn) của nền trong quỏ trỡnh xử lý. Thiết bịđo lỳn gồm bàn đo lỳn cú kớch thước 15cmx15cm và đồng hồđo lỳn loại đo biến dạng 5cm cựng bộ gỏ đỡđể quan trắc độ lỳn mặt và lỳn sõu tại cỏc vị trớ cần nghiờn cứu.
3.2.2.4. Màng làm kớn khớ
Màng kớn khớ là màng địa kỹ thuật cú giới hạn chảy và giới hạn rỏch lớn dựng
để bao kớn toàn bộ vựng xử lý. Trong quỏ trỡnh bơm hỳt nước và khụng khớ được thoỏt ra tạo nờn một vựng ỏp suất nhỏ hơn ỏp suất khớ quyển trong lớp đất gia tải nằm dưới màng, từ đú hỡnh thành một tải trọng gia tải do sự chờnh lệch về ỏp suất khụng khớ ở trờn và dưới màng này.
3.2.2.5. Bấc thấm và hệ thống ống đấu nối đến mỏy bơm
Loại bấc thấm dựng thớ nghiệm trong mụ hỡnh là loại bấc thấm phổ biến được sản xuất hàng loạt tại nhà mỏy cú kớch thước 10cm x 4mm. Đầu cỏc bấc thấm nối với hệ
thống ống hỳt, hệ thống này được nối trực tiếp đến mỏy bơm tạo gia tải chõn khụng.
Hỡnh 3-10. Mặt bằng hệ thống thu nước
3.2.2.6. Mỏy bơm chõn khụng
Mỏy bơm chõn khụng là loại mỏy bơm chuyờn dụng cú thể cho cả khớ và nước
đi qua trong quỏ trỡnh bơm hỳt.
Hỡnh 3-12. Mỏy bơm chõn khụng
Mỏy bơm làm việc theo nguyờn lý tuần hoàn, nước đi từ cửa vào đến cửa ra sẽ
tạo ra một ỏp lực chõn khụng cú thể gia tải trờn một diện tớch hơn 1000m2, quỏ trỡnh hoạt động được làm mỏt bằng sự thay đổi lượng nước tuần hoàn trong thựng chứa mỏy bơm, ỏp lực chõn khụng được duy trỡ trong suốt quỏ trỡnh bơm hỳt vỡ vậy luụn luụn cú một mỏy bơm dự phũng được chuẩn bị trong quỏ trỡnh xử lý. Để quản lý và kiểm tra được ỏp lực chõn khụng tại vị trớ mỏy bơm và trong nền cần đặt cỏc đồng hồ đo ỏp lực chõn khụng tại cỏc vị trớ này.
3.2.3. Trỡnh tự thớ nghiệm
Chuẩn bị mỏng thớ nghiệm: Mỏng thớ nghiệm được gia cố kớn, khớt và gia cường khả năng chịu lực khi tạo ỏp lực chõn khụng, cỏc mặt trong thành bờn của mỏng được dỏn tấm nilụng mỏng nhằm làm sạch mặt kớnh để tiện kết hợp quỏ trỡnh quan trắc trực quan quỏ trỡnh lỳn mặt khỏc làm giảm sự ma sỏt giữa đất và thành mỏng để hổ trợ khả năng chịu lực của cỏc tấm kớnh cường lực trong quỏ trỡnh bơm hỳt, mặt ngoài mỏng được kẻ thang ụli (mm) để quan sỏt.
Chuẩn bị mẫu thớ nghiệm: Mẫu thớ nghiệm được chế bị theo loại đất yếu cần nghiờn cú cỏc chỉ tiờu cơ lý ban đầu tương đồng.
Sau khi chế bị mẫu tiến hành lấy mẫu xỏc định cỏc chỉ tiờu cơ lý trước khi thớ nghiệm.
Hỡnh 3-13. Gia cụng chế bị mẫu
Ngõm mẫu để mẫu bóo hũa và ổn định dưới trọng lượng bản thõn
Cắm bấc thấm cú kớch thước 100x4 mm với khoảng cỏch với khoảng cỏch nghiờn cứu đó xỏc định là 1m.
Lắp đặt thiết bị quan trắc lỳn và ỏp lực nước lỗ rỗng tại cỏc vị trớ nghiờn cứu.
Hỡnh 3-14. Lắp đặt thiết bị quan trắc lỳn
Rải lớp cỏt vàng hạt thụ 20cm làm mặt thoỏt nước và lắp hệ thống thu nước
Bọc màng làm kớn khu xử lý, làm kớn tại cỏc vị trớ lắp đặt thiết bị quan trắc xuyờn qua màng. Hỡnh 3-15. Làm kớn khu xử lý Lắp đặt cỏc đồng hồđo lỳn, chõn khụng và kết nối cỏc đầu đo piezometer đến đầu đọc số liệu datalogger. Hỡnh 3-16. Lắp đặt cỏc đồng hồđo lỳn và chõn khụng Đồng hồ đo lún 1 Đồng hồ đo lún 2 Đồng hồ đo lún 4 Đồng hồ đo chân không Đồng hồ đo lún 3
Kết nối đầu đo datalogger với mỏy tớnh để cài đặt cỏc thụng số của từng đầu
đo piezometer và kớch hoạt đầu đo số liệu datalogger.
Kết nối hệ thống ống thu nước từ cỏc đầu bấc thấm đến mỏy bơm tạo chõn khụng.Tiến hành chạy mỏy bơm hoạt động mụ hỡnh và quan trắc số liệu
Hỡnh 3-17. Chạy mỏy bơm và quan trắc số liệu lỳn và ỏp lực nước lỗ rỗng
3.3. Cỏc chỉ tiờu của đất trước khi thớ nghiệm
Tr−ớc khi tiến hành bơm hút chân không, tác giả lấy mẫu đất trong mô hình
để phân tích các chỉ tiêu cơ lý của mẫu đất ban đầu. Bảng 3.2 d−ới đây là kết quả
các chỉ tiêu cơ lý của mẫu đất tr−ớc khi tiến hành bơm hút chân không.
Bảng 3.2: Cỏc chỉ tiờu của đất trước thớ nghiệm
TT Chỉ tiờu Ký Đơn Trị số 1 Độẩm tự nhiờn W % 44,19 2 Dung trọng tự γw kN/m3 17,48 3 Dung trọng khụ γk kN/m3 12,1 4 Tỷ trọng hạt Gs 2,67 5 Hệ số rỗng e 1,21 6 Độ lỗ rỗng n % 54,69 Máy hút chân không
7 Độ bóo hũa S % 97,75 8 Giới hạn chảy LL % 33,04 9 Giới hạn dẻo PL % 21,95 10 Chỉ số dẻo PI % 11,09 11 Chỉ số chảy LI 2,01 12 Hệ số cố kết Cv cm2/s 17,46x10-4 13 Chỉ số nộn Cc 0,33 14 Chỉ số nở Cs 0,06 15 Chỉ số nộn lại Cr 0,06 16 Áp lực tiền cố kết pc kN/m2 43 17 Hệ số thấm kt cm/s 4,725x10-6 18 Hệ số ộp co a m2/kN 11,48x10-4 19 Mụ đun đàn hồi E kN/m2 1020 20 Ứng suất cắt cỏnh Su kN/m2 1,8
Mục đớch chớnh của việc thớ nghiệm mụ hỡnh là nghiờn cứu quỏ trỡnh diễn biến của ỏp lực nước lỗ rỗng và biến dạng của nền trong quỏ trỡnh cố kết bằng bơm hỳt chõn khụng, ngoài ra cần phải xỏc định cỏc chỉ tiờu cơ lý của mẫu đất sau thớ nghiệm để đỏnh giỏ tớnh hiệu quả của phương phỏp.
3.4. Kết quả thớ nghiệm đo lỳn và ỏp lực nước lỗ rỗng với ỏp lực hỳt chõn khụng p0=43kPa