Đặc trưng sức kháng cắt không thoát nước Su và vận tốc truyền sóng trong đất bùn sét khu vực nhà máy điện gió Tân Thuận, tỉnh Cà Mau

• Tác giả: Trần Viết Công
• Người hướng dẫn: TS. Ngô Tấn Phong
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật địa chất
• Đề tài: Đặc trưng sức kháng cắt không thoát nước (Su) và vận tốc truyền sóng trong đất bùn sét khu vực nhà máy điện gió Tân Thuận, tỉnh Cà Mau
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Mở đầu
• 1.1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.1.3. Nhiệm vụ nghiên cứu
• 1.1.4. Nội dung nghiên cứu
• 1.1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.1.6. Ý nghĩa của đề tài
• 1.1.7. Cấu trúc của luận văn
• 1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 2. CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ CÁC THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG
• 2.1. Thí nghiệm cắt cánh hiện trường (VST)
• 2.1.1. Thiết bị thí nghiệm
• 2.1.2. Quy trình thí nghiệm
• 2.1.3. Xử lý kết quả
• 2.2. Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPTu)
• 2.2.1. Thiết bị thí nghiệm
• 2.2.2. Quy trình thí nghiệm
• 2.2.3. Xử lý kết quả
• 2.3. Thí nghiệm địa chấn (P/S logging)
• 2.3.1. Thiết bị thí nghiệm
• 2.3.2. Quy trình thí nghiệm
• 2.3.3. Xử lý kết quả
• 3. CHƯƠNG 3: ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ ĐẤT BÙN SÉT KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 3.1. Khu vực nghiên cứu
• 3.1.1. Vị trí địa lý
• 3.1.2. Khối lượng công tác khảo sát
• 3.1.3. Đặc điểm địa tầng tại khu vực nghiên cứu
• 3.2. Đặc trưng cơ lý đất bùn sét
• 3.2.1. Tính chất cơ lý cơ bản
• 3.2.2. Thành phần hóa học
• 3.2.3. Hàm lượng hữu cơ
• 4. CHƯƠNG 4: ĐẶC TRƯNG SỨC KHÁNG CẮT VÀ VẬN TỐC TRUYỀN SÓNG
• 4.1. Sức kháng cắt không thoát nước của đất bùn sét
• 4.1.1. Thí nghiệm trong phòng
• 4.1.2. Thí nghiệm hiện trường
• 4.2. Đặc trưng vận tốc truyền sóng dọc Vp, sóng ngang Vs của đất bùn sét
• 4.2.1. Vận tốc sóng Vp, Vs
• 4.2.2. Mô đun cắt, hệ số poisson, mô đun đàn hồi
• 5. CHƯƠNG 5: THIẾT LẬP CÁC TƯƠNG QUAN VỀ SỨC KHÁNG CẮT KHÔNG THOÁT NƯỚC VÀ VẬN TỐC TRUYỀN SÓNG
• 5.1. Tương quan giữa Su(VST) với vận tốc truyền sóng dọc Vp
• 5.2. Tương quan giữa Su(VST) với vận tốc truyền sóng ngang Vs
• 5.3. Tương quan giữa Su(VST) với Vp và Vs
• Kết luận và kiến nghị
• Tài liệu tham khảo

I. Tổng quan về sức kháng cắt không thoát nước và ứng dụng

Sức kháng cắt không thoát nước (Su) là một thông số địa kỹ thuật quan trọng, đặc biệt đối với đất bùn sét. Nó thể hiện khả năng chịu cắt của đất khi không có sự thoát nước, thường gặp trong các bài toán ổn định nền móng tức thời. Việc xác định chính xác sức kháng cắt không thoát nước là yếu tố then chốt trong thiết kế và phân tích các công trình xây dựng trên nền đất bùn sét. Các phương pháp xác định bao gồm thí nghiệm trong phòng (nén không nở hông, nén ba trục) và thí nghiệm hiện trường (cắt cánh, xuyên tĩnh CPTu). Mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào điều kiện địa chất công trình và yêu cầu kỹ thuật của dự án. Theo luận văn của Trần Viết Công, việc nghiên cứu sức kháng cắt không thoát nước và vận tốc truyền sóng trong đất bùn sét khu vực nhà máy điện gió Tân Thuận, tỉnh Cà Mau là hết sức cần thiết. Mục tiêu là cung cấp dữ liệu tin cậy cho thiết kế và thi công các công trình điện gió tại khu vực này.

1.1. Tầm quan trọng của sức kháng cắt không thoát nước

Trong thiết kế nền móng công trình, sức kháng cắt không thoát nước (Su) đóng vai trò then chốt. Nó quyết định đến khả năng chịu tải của nền đất và sự ổn định của công trình. Đặc biệt, với đất bùn sét, Su thường thấp và biến đổi theo độ sâu, đòi hỏi các kỹ sư phải đánh giá kỹ lưỡng và lựa chọn giải pháp gia cố nền móng phù hợp. Việc đánh giá sai lệch Su có thể dẫn đến các sự cố công trình nghiêm trọng như lún lệch, trượt lở, thậm chí là sụp đổ. Vì vậy, việc nghiên cứu và xác định chính xác Su là vô cùng quan trọng, đặc biệt trong điều kiện địa chất phức tạp. Các phương pháp xác định Su bao gồm thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm hiện trường, mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng.

1.2. Ứng dụng trong xây dựng nhà máy điện gió

Xây dựng nhà máy điện gió trên nền đất bùn sét đặt ra nhiều thách thức về mặt địa kỹ thuật. Các trụ turbine gió có tải trọng lớn và gây ra các dao động phức tạp, đòi hỏi nền móng phải có độ ổn định cao. Việc xác định chính xác sức kháng cắt không thoát nước (Su) và vận tốc truyền sóng (Vs) của đất bùn sét là yếu tố quyết định đến sự thành công của dự án. Các kết quả nghiên cứu này không chỉ giúp thiết kế nền móng turbine gió một cách an toàn và hiệu quả, mà còn góp phần giảm thiểu rủi ro và chi phí xây dựng. Nghiên cứu của Trần Viết Công về đất bùn sét tại khu vực nhà máy điện gió Tân Thuận cung cấp một cơ sở dữ liệu quan trọng cho các dự án tương tự trong tương lai.

II. Thách thức trong xác định sức kháng cắt của đất bùn sét

Đất bùn sét là loại đất phức tạp, có độ ẩm cao, độ sệt lớn và tính chất cơ lý thay đổi theo thời gian. Điều này gây ra nhiều khó khăn trong việc xác định chính xác sức kháng cắt không thoát nước. Các thí nghiệm trong phòng có thể bị ảnh hưởng bởi quá trình lấy mẫu và bảo quản, làm thay đổi tính chất cơ lý của đất. Các thí nghiệm hiện trường tuy khắc phục được nhược điểm này, nhưng lại đòi hỏi thiết bị chuyên dụng và kỹ thuật viên có kinh nghiệm. Ngoài ra, sự không đồng nhất của đất bùn sét cũng là một yếu tố cần được xem xét. Do đó, việc lựa chọn phương pháp thí nghiệm phù hợp và đánh giá kết quả một cách cẩn trọng là vô cùng quan trọng để đảm bảo độ tin cậy của số liệu.

2.1. Ảnh hưởng của quá trình lấy mẫu và bảo quản

Quá trình lấy mẫu và bảo quản có thể gây ra sự xáo trộn trong cấu trúc của đất bùn sét, làm thay đổi các tính chất cơ lý của nó. Mẫu đất có thể bị mất nước, thay đổi ứng suất, hoặc bị nhiễm bẩn, dẫn đến kết quả thí nghiệm không chính xác. Để giảm thiểu ảnh hưởng này, cần sử dụng các phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu đặc biệt, như sử dụng ống lấy mẫu thành mỏng, bảo quản mẫu trong điều kiện độ ẩm và nhiệt độ ổn định, và thí nghiệm mẫu trong thời gian ngắn nhất có thể. Việc so sánh kết quả thí nghiệm trong phòng với kết quả thí nghiệm hiện trường là một cách để kiểm tra và đánh giá mức độ ảnh hưởng của quá trình lấy mẫu và bảo quản.

2.2. Khó khăn trong thí nghiệm hiện trường trên đất bùn sét

Các thí nghiệm hiện trường, như thí nghiệm cắt cánh (VST) và thí nghiệm xuyên tĩnh (CPTu), có thể cho kết quả tin cậy hơn so với thí nghiệm trong phòng, vì chúng được thực hiện trực tiếp trên đất tự nhiên, giảm thiểu ảnh hưởng của quá trình lấy mẫu và bảo quản. Tuy nhiên, các thí nghiệm này cũng có những hạn chế riêng. Thí nghiệm cắt cánh có thể bị ảnh hưởng bởi sự xáo trộn đất do cánh cắt gây ra, đặc biệt trong đất bùn sét có độ nhạy cao. Thí nghiệm xuyên tĩnh có thể bị ảnh hưởng bởi áp lực nước lỗ rỗng, và cần có các hiệu chỉnh phù hợp. Ngoài ra, việc vận hành và bảo trì thiết bị thí nghiệm hiện trường đòi hỏi kỹ thuật viên có tay nghề cao.

III. Phương pháp xác định sức kháng cắt không thoát nước hiệu quả

Để xác định sức kháng cắt không thoát nước (Su) của đất bùn sét một cách hiệu quả, cần kết hợp nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm hiện trường. Các thí nghiệm trong phòng, như nén không nở hông (UC) và nén ba trục (UU), cung cấp thông tin cơ bản về tính chất cơ lý của đất. Các thí nghiệm hiện trường, như cắt cánh (VST) và xuyên tĩnh (CPTu), cho phép đánh giá Su trong điều kiện tự nhiên. Việc so sánh và đối chiếu kết quả từ các phương pháp khác nhau giúp tăng độ tin cậy của số liệu. Ngoài ra, việc sử dụng các tương quan kinh nghiệm để ước tính Su từ các thông số khác, như vận tốc truyền sóng, cũng là một phương pháp hữu ích.

3.1. Thí nghiệm cắt cánh hiện trường VST chi tiết

Thí nghiệm cắt cánh hiện trường (VST) là một phương pháp phổ biến để xác định sức kháng cắt không thoát nước (Su) của đất bùn sét. Nguyên lý của thí nghiệm là xoay một cánh cắt có hình dạng nhất định trong đất và đo mô-men xoắn cần thiết để cắt đất. Su được tính toán dựa trên mô-men xoắn và kích thước của cánh cắt. VST có ưu điểm là đơn giản, nhanh chóng và ít gây xáo trộn đất. Tuy nhiên, kết quả VST có thể bị ảnh hưởng bởi sự dị hướng của đất và tốc độ xoay cánh cắt. Các tiêu chuẩn ASTM D2573 và TCVN 9365:2012 quy định chi tiết về quy trình và thiết bị thí nghiệm VST.

3.2. Ưu điểm của thí nghiệm xuyên tĩnh CPTu và phân tích

Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPTu) là một phương pháp địa kỹ thuật hiện đại, cho phép xác định nhiều thông số địa kỹ thuật của đất, bao gồm sức kháng cắt không thoát nước (Su). CPTu sử dụng một đầu xuyên hình nón được đẩy sâu vào đất với tốc độ không đổi, đồng thời đo sức kháng xuyên đầu mũi (qc), ma sát thành bên (fs) và áp lực nước lỗ rỗng (u). Dựa trên các thông số này, Su có thể được ước tính bằng các công thức tương quan khác nhau. CPTu có ưu điểm là cung cấp thông tin liên tục theo độ sâu, cho phép phát hiện các lớp đất yếu và đánh giá sự biến đổi của Su. Tuy nhiên, việc giải thích kết quả CPTu đòi hỏi kinh nghiệm và kiến thức chuyên môn.

IV. Vận tốc truyền sóng và mối liên hệ với sức kháng cắt

Vận tốc truyền sóng, đặc biệt là vận tốc truyền sóng ngang (Vs), có mối liên hệ chặt chẽ với sức kháng cắt không thoát nước (Su) của đất bùn sét. Vs phản ánh độ cứng của đất, và độ cứng càng cao thì Su càng lớn. Mối liên hệ này có thể được sử dụng để ước tính Su từ Vs, đặc biệt trong các dự án có số lượng mẫu thí nghiệm hạn chế. Các phương pháp đo vận tốc truyền sóng bao gồm thí nghiệm địa chấn (seismic cone penetration test - SCPTu, downhole seismic test, crosshole seismic test) và các phương pháp địa vật lý khác. Việc thiết lập các tương quan giữa Vs và Su đòi hỏi phải có dữ liệu thí nghiệm đầy đủ và phân tích thống kê cẩn thận.

4.1. Phương pháp đo vận tốc truyền sóng trong đất

Có nhiều phương pháp để đo vận tốc truyền sóng (Vs và Vp) trong đất, mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng. Thí nghiệm địa chấn (downhole, crosshole, surface wave) là các phương pháp phổ biến, cho phép xác định Vs và Vp theo độ sâu. Các phương pháp địa vật lý, như seismic refraction và MASW, cũng có thể được sử dụng để ước tính vận tốc truyền sóng, nhưng độ chính xác có thể thấp hơn. Việc lựa chọn phương pháp đo phù hợp phụ thuộc vào điều kiện địa chất công trình, yêu cầu độ chính xác và chi phí của dự án. Theo nghiên cứu của Trần Viết Công, thí nghiệm địa chấn (P/S logging) đã được sử dụng để đo vận tốc truyền sóng tại khu vực nhà máy điện gió Tân Thuận.

4.2. Tương quan giữa vận tốc truyền sóng và sức kháng cắt

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng có mối tương quan giữa vận tốc truyền sóng (Vs) và sức kháng cắt không thoát nước (Su) của đất. Mối tương quan này thường có dạng hàm mũ hoặc hàm tuyến tính, và các hệ số của hàm tương quan phụ thuộc vào loại đất, độ chặt và lịch sử ứng suất của đất. Việc sử dụng các tương quan kinh nghiệm để ước tính Su từ Vs có thể hữu ích trong các dự án có số lượng mẫu thí nghiệm hạn chế, hoặc để kiểm tra tính hợp lý của kết quả thí nghiệm trực tiếp. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng các tương quan này chỉ mang tính chất cục bộ và cần được kiểm chứng bằng dữ liệu thí nghiệm thực tế.

V. Nghiên cứu điển hình Điện gió Tân Thuận và bài học kinh nghiệm

Nghiên cứu của Trần Viết Công về đất bùn sét tại khu vực nhà máy điện gió Tân Thuận, tỉnh Cà Mau cung cấp một ví dụ điển hình về việc áp dụng các phương pháp địa kỹ thuật để đánh giá sức kháng cắt không thoát nước và vận tốc truyền sóng. Kết quả nghiên cứu cho thấy sức kháng cắt và vận tốc truyền sóng có xu hướng tăng theo độ sâu, phù hợp với quy luật nén chặt của đất. Các tương quan giữa Su, Vp và Vs đã được thiết lập, và có thể được sử dụng để ước tính Su từ Vs trong các dự án tương tự. Bài học kinh nghiệm từ dự án này là cần kết hợp nhiều phương pháp thí nghiệm khác nhau, và đánh giá kết quả một cách cẩn trọng để đảm bảo độ tin cậy của số liệu.

5.1. Kết quả nghiên cứu về sức kháng cắt tại Tân Thuận

Theo luận văn của Trần Viết Công, kết quả nghiên cứu cho thấy sức kháng cắt không thoát nước (Su) của đất bùn sét tại khu vực nhà máy điện gió Tân Thuận có tương quan chặt chẽ với độ sâu. Su từ các thí nghiệm trong phòng (UC, UU) và thí nghiệm hiện trường (VST, CPTu) đều tăng theo độ sâu. Các tác giả đã thiết lập các tương quan giữa Su và độ sâu, và so sánh kết quả với các nghiên cứu đã công bố khác. Sự phù hợp của các tương quan này với dữ liệu thực tế chứng tỏ tính tin cậy của kết quả nghiên cứu.

5.2. Đánh giá vận tốc truyền sóng và ứng dụng thực tế

Nghiên cứu cũng đánh giá vận tốc truyền sóng (Vp và Vs) của đất bùn sét tại khu vực nhà máy điện gió Tân Thuận. Kết quả cho thấy Vs và Vp cũng tăng theo độ sâu, và có mối tương quan chặt chẽ với sức kháng cắt không thoát nước (Su). Các tác giả đã thiết lập các tương quan giữa Su, Vp và Vs, và đề xuất sử dụng các tương quan này để ước tính Su từ Vs trong các dự án tương tự. Việc sử dụng vận tốc truyền sóng để đánh giá sức kháng cắt có thể giúp giảm thiểu chi phí và thời gian thí nghiệm, đặc biệt trong các dự án có quy mô lớn.

VI. Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo về đất bùn sét

Nghiên cứu về sức kháng cắt không thoát nước và vận tốc truyền sóng trong đất bùn sét khu vực nhà máy điện gió Tân Thuận, tỉnh Cà Mau đã cung cấp những thông tin hữu ích cho thiết kế và thi công các công trình xây dựng trên nền đất yếu. Kết quả nghiên cứu cho thấy cần kết hợp nhiều phương pháp thí nghiệm khác nhau và đánh giá kết quả một cách cẩn trọng để đảm bảo độ tin cậy của số liệu. Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc mở rộng phạm vi nghiên cứu sang các khu vực lân cận khác, như Cần Thơ, Sóc Trăng, Bạc Liêu,… và cho toàn khu vực đồng bằng sông Cửu Long. Ngoài ra, cần nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của các yếu tố môi trường, như biến đổi khí hậu và mực nước biển dâng, đến tính chất cơ lý của đất bùn sét.

6.1. Tổng kết kết quả nghiên cứu chính về tính chất đất

Nghiên cứu đã thành công trong việc xác định các đặc trưng cơ lý cơ bản của đất bùn sét tại khu vực nhà máy điện gió Tân Thuận, bao gồm dung trọng, độ ẩm, giới hạn dẻo, giới hạn chảy, độ rỗng và thành phần hạt. Các tác giả cũng đã xác định sức kháng cắt không thoát nước (Su) bằng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm thí nghiệm trong phòng (UC, UU) và thí nghiệm hiện trường (VST, CPTu). Vận tốc truyền sóng (Vp và Vs) cũng đã được đo bằng thí nghiệm địa chấn. Các kết quả này cung cấp một cơ sở dữ liệu quan trọng cho các dự án xây dựng trong khu vực.

6.2. Đề xuất các hướng nghiên cứu mở rộng tiềm năng

Để nâng cao hiểu biết về đất bùn sét và cải thiện chất lượng thiết kế các công trình xây dựng trên nền đất yếu, cần tiếp tục nghiên cứu theo các hướng sau: (1) Mở rộng phạm vi nghiên cứu sang các khu vực khác trong đồng bằng sông Cửu Long; (2) Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến tính chất cơ lý của đất bùn sét; (3) Phát triển các phương pháp gia cố nền móng hiệu quả và kinh tế cho đất bùn sét; (4) Nghiên cứu ứng dụng các kỹ thuật địa vật lý tiên tiến để đánh giá tính chất cơ lý của đất.

Tổng quan nghiên cứu

Đất bùn sét là loại đất yếu phổ biến tại nhiều khu vực ở Việt Nam, đặc biệt là đồng bằng sông Cửu Long, với chiều dày lớp đất có thể lên đến khoảng 40 m. Tại khu vực nhà máy điện gió Tân Thuận, tỉnh Cà Mau, đất bùn sét có vai trò quan trọng trong việc đánh giá tính ổn định và thiết kế công trình xây dựng. Sức kháng cắt không thoát nước (Su) và vận tốc truyền sóng (Vp, Vs) là những đặc trưng cơ lý then chốt để phân tích và dự báo ứng xử của đất dưới tải trọng. Tuy nhiên, việc xác định chính xác các thông số này gặp nhiều khó khăn do đặc tính phức tạp của đất bùn sét và sự ảnh hưởng của điều kiện địa phương.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xác định đặc trưng sức kháng cắt không thoát nước và vận tốc truyền sóng trong đất bùn sét tại khu vực nhà máy điện gió Tân Thuận, tỉnh Cà Mau, đồng thời thiết lập các tương quan giữa các thông số này với độ sâu lớp đất. Nghiên cứu được thực hiện trên cơ sở tổng hợp và phân tích dữ liệu từ 18 lỗ khoan khảo sát với độ sâu 80 m mỗi lỗ, kết hợp các thí nghiệm hiện trường như cắt cánh (VST), xuyên tĩnh (CPTu), địa chấn (P/S logging) và thí nghiệm trong phòng. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp dữ liệu kỹ thuật chính xác cho thiết kế và thi công các công trình xây dựng trên nền đất yếu, đồng thời góp phần hoàn thiện cơ sở dữ liệu địa kỹ thuật cho khu vực đồng bằng sông Cửu Long.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về đặc trưng cơ lý của đất bùn sét, trong đó tập trung vào:

• Sức kháng cắt không thoát nước (Su): Là cường độ kháng cắt của đất trong điều kiện không cho phép nước thoát ra ngoài khi chịu tải, phản ánh khả năng chịu lực của đất bùn sét mềm yếu.
• Vận tốc truyền sóng dọc (Vp) và sóng ngang (Vs): Thể hiện tính đàn hồi và đặc tính động của đất, được sử dụng để tính toán mô đun cắt (G0), mô đun đàn hồi (E) và hệ số Poisson (ν).
• Mô hình hồi quy tuyến tính và phi tuyến: Được áp dụng để thiết lập tương quan giữa Su, Vp, Vs và độ sâu lớp đất, giúp dự báo các thông số cơ lý dựa trên dữ liệu thí nghiệm hiện trường và trong phòng.
• Các phương pháp thí nghiệm hiện trường: Bao gồm thí nghiệm cắt cánh (VST), xuyên tĩnh (CPTu) và địa chấn (P/S logging), nhằm thu thập dữ liệu chính xác trong điều kiện tự nhiên của đất.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu bao gồm:

• Khảo sát hiện trường: 18 lỗ khoan với tổng chiều sâu 1440 m, thực hiện thí nghiệm cắt cánh 75 lần, thí nghiệm xuyên tĩnh 18 lần và thí nghiệm địa chấn 18 lần.
• Thí nghiệm trong phòng: Hơn 500 mẫu đất được phân tích các chỉ tiêu vật lý cơ bản như độ ẩm, dung trọng, thành phần hạt, giới hạn chảy, giới hạn dẻo, thí nghiệm nén một trục, nén ba trục (UU, CU), cắt phẳng, cố kết và xác định hàm lượng hữu cơ.

Phương pháp phân tích sử dụng:

• Phân tích hồi quy: Áp dụng chương trình Excel để thiết lập các mô hình tương quan giữa Su với vận tốc truyền sóng (Vp, Vs) và độ sâu lớp đất bùn sét.
• Phân tích thống kê: Tổng hợp, đánh giá các kết quả thí nghiệm hiện trường và trong phòng nhằm xác định xu hướng biến đổi của các thông số theo độ sâu.
• Xử lý dữ liệu thí nghiệm: Theo các tiêu chuẩn quốc tế và Việt Nam như TCVN 10184:2021, ASTM D5778-07, ASTM D4428/D4428M-14, ASTM D7400-08 để đảm bảo độ chính xác và tin cậy của kết quả.

Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 9/2023 đến tháng 1/2024, tập trung khảo sát và phân tích tại khu vực nhà máy điện gió Tân Thuận, tỉnh Cà Mau.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Sức kháng cắt không thoát nước (Su) tăng theo độ sâu: Kết quả thí nghiệm trong phòng (UC, UU) và hiện trường (VST, CPTu) cho thấy Su có xu hướng tăng từ khoảng 5 kPa ở độ sâu nông lên đến hơn 30 kPa ở độ sâu lớn hơn 40 m. Mối tương quan tuyến tính giữa Su và độ sâu có hệ số xác định R² đạt khoảng 0,85, cho thấy sự ổn định của xu hướng này.

2. Vận tốc truyền sóng dọc (Vp) và ngang (Vs) cũng tăng theo độ sâu: Vp dao động từ khoảng 100 m/s ở lớp đất mặt đến hơn 300 m/s ở lớp sâu, trong khi Vs tăng từ khoảng 50 m/s lên đến 150 m/s tương ứng với độ sâu. Mối tương quan giữa vận tốc truyền sóng và độ sâu có R² trên 0,80, phản ánh sự tăng chặt chẽ của đất nền theo chiều sâu.

3. Tương quan chặt chẽ giữa Su và vận tốc truyền sóng: Phân tích hồi quy cho thấy Su có mối quan hệ tốt với Vs, với mô hình Su = 0,15 Vs (R² = 0,78), phù hợp với các nghiên cứu quốc tế. Tương quan này giúp dự báo Su từ dữ liệu vận tốc truyền sóng, thuận tiện cho khảo sát địa kỹ thuật.

4. Đặc trưng cơ lý của đất bùn sét: Đất có độ ẩm trung bình 68,7%, dung trọng tăng từ 14,5 kN/m³ đến 16,5 kN/m³ theo độ sâu, giới hạn chảy trung bình 68,1%, giới hạn dẻo 31,6%, thể hiện tính chất mềm yếu đặc trưng của đất bùn sét vùng đồng bằng sông Cửu Long.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của sự tăng Su và vận tốc truyền sóng theo độ sâu được giải thích bởi mức độ nén chặt và giảm độ rỗng của đất nền khi xuống sâu, làm tăng khả năng chịu lực và tính đàn hồi của đất. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu trong nước và quốc tế về đất bùn sét tại các vùng đồng bằng ven biển.

Việc thiết lập tương quan giữa Su và Vs không chỉ giúp giảm thiểu chi phí và thời gian khảo sát mà còn nâng cao độ chính xác trong thiết kế công trình trên nền đất yếu. So sánh với các nghiên cứu tại Na Uy, Trung Quốc và các khu vực đồng bằng sông Cửu Long khác, mô hình tương quan của luận văn có độ tin cậy cao và phù hợp với điều kiện địa chất đặc thù của khu vực Tân Thuận.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ phân bố Su, Vp, Vs theo độ sâu, bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý và mô hình hồi quy, giúp trực quan hóa xu hướng và mối quan hệ giữa các thông số.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng mô hình tương quan Su - Vs trong khảo sát địa kỹ thuật: Khuyến nghị các đơn vị thiết kế và thi công sử dụng mô hình hồi quy đã thiết lập để dự báo sức kháng cắt không thoát nước từ dữ liệu vận tốc truyền sóng, giúp tiết kiệm chi phí thí nghiệm và tăng hiệu quả khảo sát. Thời gian áp dụng: ngay lập tức; Chủ thể: các công ty tư vấn địa kỹ thuật.

2. Mở rộng nghiên cứu sang các khu vực lân cận: Tiến hành khảo sát và phân tích tương tự tại các tỉnh Cần Thơ, Sóc Trăng, Bạc Liêu để hoàn thiện cơ sở dữ liệu đất bùn sét vùng đồng bằng sông Cửu Long, phục vụ cho các dự án xây dựng quy mô lớn. Thời gian: 1-2 năm; Chủ thể: các viện nghiên cứu và trường đại học.

3. Phát triển hệ thống dữ liệu địa kỹ thuật số: Xây dựng cơ sở dữ liệu điện tử tích hợp các thông số cơ lý, vận tốc truyền sóng và sức kháng cắt không thoát nước, hỗ trợ tra cứu và phân tích nhanh cho các dự án xây dựng. Thời gian: 6-12 tháng; Chủ thể: cơ quan quản lý nhà nước và các tổ chức nghiên cứu.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực chuyên môn: Tổ chức các khóa đào tạo về kỹ thuật thí nghiệm hiện trường và phân tích dữ liệu cho kỹ sư địa chất, nhằm nâng cao chất lượng khảo sát và áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn. Thời gian: liên tục; Chủ thể: các trường đại học và trung tâm đào tạo chuyên ngành.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư địa kỹ thuật và thiết kế công trình: Luận văn cung cấp dữ liệu và mô hình tương quan giúp họ đánh giá chính xác đặc tính đất bùn sét, từ đó thiết kế móng và các giải pháp xử lý nền móng phù hợp.

2. Các nhà đầu tư và chủ dự án xây dựng: Hiểu rõ đặc trưng đất nền giúp họ dự báo rủi ro, tối ưu chi phí xây dựng và lựa chọn công nghệ thi công hiệu quả.

3. Các viện nghiên cứu và trường đại học: Tài liệu là nguồn tham khảo quý giá cho các nghiên cứu tiếp theo về đất yếu, đặc biệt trong vùng đồng bằng sông Cửu Long.

4. Cơ quan quản lý và quy hoạch đô thị: Thông tin về đặc tính đất bùn sét hỗ trợ trong việc lập quy hoạch, đánh giá tác động môi trường và quản lý rủi ro thiên tai liên quan đến nền đất yếu.

Câu hỏi thường gặp

1. Sức kháng cắt không thoát nước (Su) là gì và tại sao quan trọng?
   Su là cường độ kháng cắt của đất khi không cho phép nước thoát ra ngoài, phản ánh khả năng chịu lực của đất bùn sét mềm yếu. Nó quan trọng vì ảnh hưởng trực tiếp đến thiết kế móng và ổn định công trình.

2. Phương pháp thí nghiệm nào được sử dụng để xác định Su và vận tốc truyền sóng?
   Luận văn sử dụng thí nghiệm cắt cánh (VST), xuyên tĩnh (CPTu), địa chấn (P/S logging) và các thí nghiệm trong phòng như nén một trục, nén ba trục để xác định các thông số này.

3. Tại sao vận tốc truyền sóng lại liên quan đến sức kháng cắt không thoát nước?
   Vận tốc truyền sóng phản ánh tính đàn hồi và mức độ nén chặt của đất, do đó có mối quan hệ chặt chẽ với Su, giúp dự báo Su từ dữ liệu vận tốc sóng một cách hiệu quả.

4. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng cho các khu vực khác không?
   Do đặc thù địa chất từng vùng khác nhau, kết quả cần được hiệu chỉnh hoặc nghiên cứu bổ sung khi áp dụng cho các khu vực khác như Cần Thơ, Sóc Trăng, Bạc Liêu.

5. Làm thế nào để sử dụng mô hình tương quan Su - Vs trong thực tế?
   Kỹ sư có thể đo vận tốc truyền sóng tại hiện trường bằng thiết bị địa chấn, sau đó áp dụng mô hình hồi quy để ước lượng Su, từ đó phục vụ thiết kế móng và đánh giá ổn định nền đất.

Kết luận

• Đã xác định được đặc trưng sức kháng cắt không thoát nước (Su) và vận tốc truyền sóng (Vp, Vs) trong đất bùn sét tại khu vực nhà máy điện gió Tân Thuận, tỉnh Cà Mau với độ sâu khảo sát đến 80 m.
• Su và vận tốc truyền sóng đều tăng theo độ sâu, phản ánh mức độ nén chặt và tính chất cơ lý của đất nền.
• Thiết lập thành công các mô hình hồi quy tương quan giữa Su với vận tốc truyền sóng và độ sâu, có độ tin cậy cao (R² > 0,75).
• Kết quả nghiên cứu góp phần hoàn thiện cơ sở dữ liệu địa kỹ thuật cho vùng đồng bằng sông Cửu Long, hỗ trợ thiết kế và thi công công trình trên nền đất yếu.
• Đề xuất mở rộng nghiên cứu và ứng dụng mô hình tương quan trong khảo sát địa kỹ thuật thực tế, đồng thời phát triển hệ thống dữ liệu và đào tạo chuyên môn cho kỹ sư địa chất.

Tiếp theo, cần triển khai nghiên cứu mở rộng tại các khu vực lân cận và xây dựng cơ sở dữ liệu tích hợp để nâng cao hiệu quả ứng dụng. Các đơn vị tư vấn và thiết kế được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu nhằm tối ưu hóa chi phí và đảm bảo an toàn công trình.