Chương 2 LỊCH SỬ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1 Phương pháp nghiên cứu địa chất – địa mạo
Phương pháp nghiên cứu địa chất – địa mạo là phương pháp rất quan trọng trong nghiên cứu trầm tích Đệ Tứ. Trên cơ sở phân tích các đặc điểm về địa hình, cấu trúc địa chất thông qua việc nghiên cứu mô tả các mặt cắt địa hình, địa chất để xác định được nguồn gốc, lịch sử hình thành của các thành tạo địa chất cấu tạo nên dạng địa hình. Trong phạm vi đề tài đối với phương pháp này học viên chủ yếu dựa
vào các bản đồ địa chất, bản đồ địa hình, bản đồ địa chất cấu tạo, các mặt cắt địa chất, các mô tả địa chất liên quan đến vùng nghiên cứu đã được công bố từ trước đó để làm cơ sở cho việc phân chia các đối tượng địa chất, xác định được phạm vi theo không gian và thời gian của các đối tượng địa chất được nghiên cứu trong đề tài này. Đây chính là tiền đề quan trọng cho những nghiên cứu của đề tài tiếp sau.
Mặt khác trong phương pháp này học viên còn sử dụng phân tích xác định các chỉ tiêu của trầm tích qua các tham số Md, So, Sk dựa trên việc phân tích thành phần độ hạt.
Nguyên tắc cơ bản của phương pháp này là phân trầm tích thành các cấp hạt khác nhau bằng bộ rây tiêu và dùng pipet. Toàn bộ kết quả phân tích được xử lý đồng bộ theo phương pháp đồ thị Trask (hình 2.1). Hàm lượng phần trăm các cấp hạt được cộng tích lũy từ lớn đến nhỏ, sau đó biểu diễn lên đồ thị hai trục.
Trục hoành là kích thước hạt theo chiều giảm dần theo thang logarit, trục tung là hàm lượng phần trăm tích lũy các cấp hạt. Đường cong tích lũy được xây dựng trên cơ sở nối các điểm rời rạc được xác định từ kích thước hạt và hàm lượng phần trăm tích lũy, nhằm xác định các thông số trầm tích như kích thước hạt trung bình (Md), độ chọn lọc (So), hệ số bất đối xứng (Sk). Trên đường cong tích luỹ này sẽ xác định được giá trị d25: cấp hạt tương ứng 25%; d50 (Md): cấp hạt tương ứng 50% và d75: cấp hạt tương ứng 75%.
Các thông số So, Sk được tính theo công thức:
So =
75 25
d
d Sk = 2
50 75 25.
d d d
Đường cong phân bố độ hạt thường tuân theo luật phân bố chuẩn hoặc chuẩn logarit, chúng có thể thay đổi từ 1 đỉnh (môi trường thủy động lực đơn giản, đồng nhất) đến 2 hoặc 3 đỉnh (môi trường thủy động lực phức tạp và hay thay đổi).
Hình 2.1: Đường cong tích lũy độ hạt
Md (kích thước hạt trung bình): được tính trên biểu đồ đường cong tích lũy tại giá trị độ hạt ở hàm lượng tích lũy 50%. Giá trị Md phản ánh quãng đường di chuyển vật liệu, năng lượng sóng và tốc độ dòng chảy, khoảng cách so với nguồn cung cấp. Mối quan hệ này mang tính chất tỷ lệ thuận: Md càng lớn thì động lực môi trường càng lớn và vật liệu trầm tích càng gần đá gốc; ngược lại Md càng nhỏ, động lực môi trường càng yếu và vật liệu trầm tích có thể càng xa nguồn cung cấp.
So (hệ số chọn lọc): phản ánh năng lượng thủy động lực (chủ yếu là sóng và dòng chảy), tính đồng nhất và tính ổn định của môi trường thủy động lực tạo nên các thực thể trầm tích. Với giá trị So trong khoảng lớn hơn 1 đến 1,58: trầm tích có độ chọn lọc tốt, chứng tỏ môi trường có chế độ thủy động lực mạnh và khá đồng nhất trong suốt quá trình trầm tích. Nếu So = 1,59 – 2,12: trầm tích có độ chọn lọc
hơn. Nếu So > 2,12: trầm tích có độ chọn lọc kém, chứng tỏ môi trường bị xáo trộn (khi mạnh, khi yên tĩnh).
Sk (hệ số đối xứng): đặc trưng cho tính đối xứng của đường cong phân bố.
Nếu Sk> 1, trầm tích hạt lớn chiếm ưu thế; Sk < 1, trầm tích hạt nhỏ chiếm ưu thế.
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu địa kỹ thuật
a. Phương pháp khoan khảo sát ngoài thực địa
Bao gồm công tác khảo sát ngoài thực địa, mô tả các điểm khảo sát, các lỗ khoan cùng với việc thu thập mẫu phục vụ cho công tác nghiên cứu trong phòng.
Nhìn chung công tác nghiên cứu địa chất Đệ tứ thì công tác nghiên cứu mẫu lỗ khoan chiếm vị trí vô cùng quan trọng, bởi lẽ phần lớn diện tích nghiên cứu bị phủ và công tác nghiên cứu chủ yếu dựa vào mẫu lỗ khoan máy và khoan tay. Trong công tác mô tả lỗ khoan cần chú trọng việc mô tả thành phần, màu sắc, độ hạt, tính phân lớp, thành phần hữu cơ, các di tích thực vật, ranh giới giữa các lớp. Các đặc tính này là cơ sở ban đầu giúp cho việc phân chia các trầm tích được thuận lợi hơn.
Hơn nữa để đảm bảo có những cơ sở và thông tin đáng tin cậy cho đặc tính của từng loại trầm tích thì việc thực hiện thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) tại hiện trường cùng với các hố khoan máy là việc làm cần thiết và quan trọng.
b. Phương pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của trầm tích
Để thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu các tính chất cơ lý của trầm tích và mối liên quan đến vấn đề phát triển cơ sở hạ tầng, việc xác định các chỉ tiêu cơ lý của trầm tích bằng các thí nghiệm trong phòng là việc làm hết sức quan trọng và cần thiết. Các chỉ tiêu được xác định theo các tiêu chuẩn Việt Nam và quốc tế đang được áp dụng cho các công trình tại Việt Nam. Các mẫu thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của trầm tích là những mẫu nguyên trạng được lấy trong lỗ khoan bằng ống nhựa với chiều dài 20 - 40 cm hoặc ống thành mỏng với chiều dài 100 cm.
Các chỉ tiêu cơ lý cần xác định để phục vụ cho việc nghiên cứu trầm tích Holocen phục vụ cho việc phát triển cơ sở hạ tầng quận Hải An, thành phố Hải Phòng gồm: xác định thành phần hạt, xác định các chỉ tiêu vật lý, xác định các chỉ tiêu cơ học thông thường và xác định các chỉ tiêu cơ học đặc biệt qua các thí
nghiệm như nén cố kết, nén 1 trục không nở hông, nén 3 trục không cố kết không thoát nước (UU) và nén 3 trục cố kết – không thoát nước (CU).
c. Phương pháp thống kê
Dựa vào nguyên lý và tiêu chuẩn thống kê địa chất trong xây dựng TCXD 74:1987 để tổng hợp các số liệu thu thập được, tính toán, phân tích sự biến đổi của các yếu tố, chỉ tiêu cơ lý hoặc các tính chất trầm tích, tìm ra quy luật biến đổi, từ đó có thể dự đoán các quá trình, hiện tượng địa chất có thể xảy ra.
d. Phương pháp mô hình toán
Trên cơ sở các kết quả đạt được của luận văn, học viên đã sử dụng 3 mô hình toán để tính toán các kết quả đã nghiên cứu với các bài toán thực tế khi có công trình tác dụng trực tiếp vào nền đi ̣a chất để từ đó đưa ra những kiến nghi ̣ hợp lý
giú p cho viê ̣c phát triển cơ sở ha ̣ tầng bền vững tại quâ ̣n Hải An.
Sử du ̣ng phương pháp cô ̣ng lún từng lớp
Kiểm tra độ lún của công trình dân du ̣ng được xây dựng trong pha ̣m vi khu vực nghiên cứu bằng phương pháp cô ̣ng lún từng lớp
Bản chất của phương pháp là chia nền đất dưới đáy móng thành nhiều lớp phân tố và tính lún cho từng lớp phân tố.
Hình 2.2 Sơ đồ tính lún theo phương pháp cô ̣ng lún từng lớp
Độ lún cuối cùng bằng tổng đô ̣ lún của các lớp phân tố và được tính theo công sau:
zicp i n
i i n
i h
S E
S
1 1
với
2
) 1 (
zi zi
zicp
Ei: mô đun biến dạng của lớp đất chứa phân tố i và được tính theo công thức:
1 1 2 .1
2
a k e E k
E n o
β: Hệ số không thứ nguyên,
1 1 2
2
: hệ số nở hông của lớp đất ở phân tố i k: hệ số phụ thuộc vào eo(tra bảng) hi: chiều dày lớp phân tố i
zi: áp lực gây lún của lớp phân tố i
Việc tính lún chỉ dừng la ̣i khi xảy ra điều kiê ̣n zi 0.1đ theo TCVN 9362:2012
Sử dụng phương pháp tính lún nhanh của đất nền yếu dưới tác du ̣ng của tải trọng nền đường đắp
Phương pháp này ho ̣c viên sử du ̣ng để đánh giá đô ̣ lún của lớp đất yếu trong phạm vi khu vực nghiên cứu khi tiến hành đắp đất làm đường giao thông.
Việc tính lún tổng cộng theo phương pháp cô ̣ng lún từng lớp cần phải chia lớ p đất thành nhiều lớp đất phân tố trong pha ̣m vi tính lún, gây mất thời gian. Chính vì thế ho ̣c viên đã sử du ̣ng phương pháp tính lún nhanh của đất nền yếu dưới tác dụng của tải tro ̣ng nền đường đắp theo công thức vi phân, quy luâ ̣t phân bố ứng suất gây lú n σz theo chiều sâu z và diện tích củ a biểu đồ phân bố ứng suất dz
z
z , từ đó
dự tính được giá trị đô ̣ lún cố kết Sc vàđô ̣ lún tổng cô ̣ng S [13].
Vớ i m là số lớp đất yếu trong pha ̣m vi tính lún.
Ứng suất gây lún của tải tro ̣ng nền đắp được tính bằng cô ̣ng tác du ̣ng của ứng suất gây ra do tải trọng băng tiết diện hình chữ nhâ ̣t và tải trọng băng tiết diê ̣n hình tam giác như hình 2.2.
Hình 2.3 Sơ đồ tính lún theo phương pháp tính lún nhanh Ứng suất gây lún của tải tro ̣ng nền đắp được tính theo công thức:
Bằng các phép biến đổi vi phân, cuối cùng đô ̣ lún cố kết Sc được tính theo công thứ c:
Trong đó tỷ số I/P được tính theo công thức:
z: chiều sâu tính toán
b: một nửa chiều rộng nền đường a = hđ . m
hđ: chiều cao nền đường đắp 1/m: độ dốc taluy nền đắp
p = hđ.γđ với γđ là dung trọng của đất đắp nền.
Phân tích ổn đi ̣nh đất đắp nền đường bằng phần mềm SLOPE/W
SLOPE/W là một trong những chương trình của công ty GEO-SLOPE, CANADA, chuyên về tính ổn định của mái dốc. Chương trình cho phép tính toán mái dốc trong mọi điều kiện có thể xảy ra trong thực tế như: xét đến áp lực nước lỗ rỗng, neo trong đất, vải địa kỹ thuật, tải trọng ngoài, tường chắn…
Chương trình SLOPE/W được xây dựng dựa trên một số lý thuyết tính ổn định mái dốc như: Phương pháp Ordinary (hay còn gọi là phương pháp Fellenius), phương pháp Bishop đơn giản hoá, phương pháp Janbu đơn giản hoá, phương pháp Spencer, phương pháp Morgen-price, phương pháp cân bằng tổng quát Gle, phương pháp ứng suất phần tử hữu hạn. Đặc điểm khác biệt cơ bản giữa các phương pháp khác nhau là giả thiết liên quan đến lực tiếp tuyến và pháp tuyến giữa các dải. Hơn nữa rất nhiều hàm số biểu diễn quan hệ giữa các lực tác động giữa các cạnh của các dải cũng được sử dụng đối với các phương pháp Gle và phương pháp Morgenstern- price mà các phương pháp này rất chặt chẽ về mặt toán học. SLOPE/W đưa ra rất nhiều các phương pháp tính toán khác nhau để cho người dùng có thể lựa chọn phương pháp phù hợp nhất với bài toán của mình. Phương pháp Bishop đơn giản hoá tính theo điều kiện cân bằng mômen ít gây xoắn vặn các thỏi đất, nên ít ảnh hưởng tới lực cắt giữa các thỏi, do vậy phương pháp này cho kết quả không sai khác nhiều so với phương pháp Morgenstern-Price và Gle. Do vậy, hiện nay phương pháp Bishop đơn giản hoá thường được dùng trong tính toán ổn định nền đường.
Theo quy định của 22TCN262-2000, khi áp dụng phương pháp kinh nghiệm kiểm toán ổn định theo các cách phân mảnh cổ điển với mặt trượt tròn, hệ số ổn định nhỏ nhất Kmin = 1.2. Khi áp dụng phương pháp Bishop để nghiệm toán ổn định thì hệ số ổn định nhỏ nhất lấy theo phương pháp này là Kmin = 1.4. Từ các phân tích trên học viên đã sử du ̣ng phần mềm SLOPE/W với phương pháp tính Bishop đơn giản hóa để tính ổn đi ̣nh cho mái đất đắp nền đường trên đất yếu ta ̣i khu vực nghiên cứu.
Chương 3