Luận văn thạc sĩ địa kỹ thuật xây dựng tổng hợp đánh giá đặc trưng biến dạng của đất sét sét pha khu vực cần thơ và so sánh với đặc trưng biến dạng của đất theo lý thuyết cố kết thấm

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu địa kỹ thuật xây dựng tổng hợp đánh giá đặc trưng biến dạng của đất sét sét pha khu vực cần thơ và, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên

• Tác giả: Diệp Thị Hạnh
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Văn Hùng
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Tổng hợp, đánh giá đặc trưng biến dạng của đất sét, sét pha khu vực Cần Thơ và so sánh với đặc trưng biến dạng của đất theo lý thuyết cố kết thấm
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT LOẠI SÉT
• 1.1. Đất loại sét và khái niệm về biến dạng của đất loại sét
• 1.2. Một số đặc trưng biến dạng cơ bản của đất loại sét
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC
• Phụ lục 1: Bảng tổng hợp đặc trưng biến dạng của đất loại sét khu vực Cần Thơ
• Phụ lục 1a: Lớp bùn sét CH1
• Phụ lục 1b: Lớp bùn sét pha CL1
• Phụ lục 1c: Lớp sét CH2 dẻo chảy
• Phụ lục 1d: Lớp sét CH3, sét pha CL2 dẻo cứng đến cứng
• Phụ lục 1e: Lớp sét pha CL3 dẻo mềm
• Phụ lục 2: Bảng tổng hợp đặc trưng biến dạng theo thời gian của đất loại sét khu vực Cần Thơ
• Phụ lục 2a: Lớp bùn sét CH1
• Phụ lục 2b: Lớp bùn sét CL1
• Phụ lục 2c: Lớp sét CH3, sét pha CL2 dẻo cứng đến cứng
• Phụ lục 3: Bảng so sánh các cách xác định chỉ số nén Cc
• Phụ lục 3a: Lớp bùn sét CH1
• Phụ lục 3b: Lớp bùn sét pha CL1
• Phụ lục 3c: Lớp sét CH2 dẻo chảy
• Phụ lục 3d: Lớp sét CH3, sét pha CL2 dẻo cứng đến cứng
• Phụ lục 3e: Lớp sét pha CL3 dẻo mềm
• Phụ lục 4: Bảng so sánh hệ số cố kết Cv từ các cách xác định
• Phụ lục 5: Bảng thống kê chỉ tiêu cơ lý đất và phân chia địa tầng DA Nâng cấp đô thị vùng ĐBSCL – Tiểu dự án TP. Cần Thơ – Đường vào khu tái định cư Long Tuyền
• Phụ lục 5a: Bảng phân chia địa tầng của đơn vị thí nghiệm
• Phụ lục 5b: Bảng phân chia địa tầng của học viên

Tóm tắt

I. Đặc trưng biến dạng đất sét

Biến dạng đất sét là một hiện tượng phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện hình thành trầm tích, lịch sử nén chặt, và trạng thái ứng suất. Đất sét, đặc biệt là đất sét pha, có khả năng biến dạng lớn do hệ số rỗng cao và tính thấm thấp. Quá trình biến dạng của đất sét bao gồm cả biến dạng thể tích và biến hình, trong đó biến dạng thể tích là sự thay đổi thể tích lỗ rỗng do thoát nước, còn biến hình là sự thay đổi hình dạng khung hạt. Các đặc trưng biến dạng cơ bản của đất sét bao gồm hệ số nén lún (a), chỉ số nén (Cc), và hệ số cố kết (Cv). Những đặc trưng này được xác định thông qua thí nghiệm nén cố kết trong phòng, giúp đánh giá khả năng chịu tải và độ lún của nền đất.

1.1. Hệ số nén lún a

Hệ số nén lún (a) là một thông số quan trọng trong việc đánh giá biến dạng của đất sét. Nó biểu thị sự thay đổi hệ số rỗng khi áp lực tăng lên một đơn vị. Hệ số nén lún được xác định từ đường cong e~p trong thí nghiệm nén cố kết. Đối với đất sét pha ở khu vực Cần Thơ, hệ số nén lún thường giảm dần khi áp lực tăng, nhưng trong một số trường hợp, nó có thể tăng ở cấp áp lực nhỏ trước khi giảm. Hệ số nén lún càng lớn, đất càng dễ biến dạng dưới tác dụng của tải trọng, điều này cần được lưu ý trong thiết kế nền móng.

1.2. Chỉ số nén Cc

Chỉ số nén (Cc) là một thông số khác được sử dụng để đánh giá biến dạng của đất sét. Nó biểu thị độ dốc của đường cong e~logp trong thí nghiệm nén cố kết. Chỉ số nén phụ thuộc vào loại đất và điều kiện nén chặt. Đối với đất sét pha ở khu vực Cần Thơ, chỉ số nén thường thay đổi theo độ sâu, phản ánh sự khác biệt về cấu trúc và tính chất của các lớp đất. Việc xác định chính xác chỉ số nén giúp cải thiện độ chính xác trong tính toán độ lún của nền đất.

II. Lý thuyết cố kết thấm

Lý thuyết cố kết thấm là cơ sở quan trọng để hiểu và dự đoán quá trình biến dạng của đất sét dưới tác dụng của tải trọng. Theo lý thuyết này, khi tải trọng tác dụng lên đất bão hòa, áp lực nước lỗ rỗng tăng lên, và nước bắt đầu thoát ra khỏi lỗ rỗng dưới tác dụng của gradien thủy lực. Quá trình này dẫn đến sự giảm dần áp lực nước lỗ rỗng và tăng dần ứng suất hữu hiệu, gây ra biến dạng lún của đất. Lý thuyết cố kết thấm được áp dụng rộng rãi trong việc tính toán độ lún và thời gian lún của nền đất, đặc biệt là đối với đất sét yếu bão hòa nước.

2.1. Hệ số cố kết Cv

Hệ số cố kết (Cv) là thông số quan trọng trong lý thuyết cố kết thấm, biểu thị tốc độ thoát nước và biến dạng của đất. Hệ số cố kết được xác định từ thí nghiệm nén cố kết và phụ thuộc vào tính thấm của đất. Đối với đất sét pha ở khu vực Cần Thơ, hệ số cố kết thường thấp do tính thấm kém, dẫn đến quá trình lún diễn ra chậm. Việc xác định chính xác hệ số cố kết giúp dự đoán thời gian lún và lựa chọn phương pháp xử lý nền phù hợp.

2.2. So sánh lý thuyết và thực nghiệm

So sánh giữa lý thuyết cố kết thấm và kết quả thí nghiệm thực tế cho thấy sự khác biệt đáng kể trong một số trường hợp. Đối với đất sét cứng ở khu vực Cần Thơ, quá trình biến dạng theo thời gian không tuân thủ hoàn toàn theo lý thuyết cố kết thấm, điều này có thể do ảnh hưởng của cấu trúc đất và tính chất vật liệu. Việc phân tích và so sánh này giúp cải thiện độ chính xác trong dự đoán biến dạng và thiết kế nền móng.

III. Ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu về đặc trưng biến dạng đất sét và lý thuyết cố kết thấm có ý nghĩa quan trọng trong thực tiễn xây dựng, đặc biệt là ở khu vực Cần Thơ với điều kiện địa chất phức tạp. Kết quả nghiên cứu giúp các kỹ sư lựa chọn đặc trưng biến dạng phù hợp cho thiết kế nền móng, đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế. Đồng thời, việc so sánh giữa lý thuyết và thực nghiệm cung cấp cơ sở để cải thiện các mô hình tính toán, giúp dự đoán chính xác hơn độ lún và thời gian lún của công trình.

3.1. Đánh giá đặc trưng biến dạng

Việc đánh giá đặc trưng biến dạng của đất sét pha ở khu vực Cần Thơ giúp xác định các thông số cần thiết cho thiết kế nền móng. Các thông số như hệ số nén lún, chỉ số nén, và hệ số cố kết được tổng hợp và phân tích để đưa ra các giá trị đại diện cho từng lớp đất. Điều này giúp cải thiện độ chính xác trong tính toán độ lún và lựa chọn phương pháp xử lý nền phù hợp.

3.2. So sánh với lý thuyết

So sánh giữa kết quả thí nghiệm và lý thuyết cố kết thấm giúp nhận diện các đặc điểm riêng của đất sét pha ở khu vực Cần Thơ. Sự khác biệt này có thể do ảnh hưởng của cấu trúc đất và điều kiện địa chất địa phương. Việc phân tích và so sánh này giúp cải thiện các mô hình tính toán, đảm bảo độ chính xác trong dự đoán biến dạng và thiết kế nền móng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Đất sét và sét pha là thành phần địa chất chủ yếu bao phủ vùng Đồng bằng sông Cửu Long, trong đó có thành phố Cần Thơ, với độ dày lớp trầm tích dao động từ 12m đến trên 50m tại một số vị trí ven sông. Đặc điểm nổi bật của lớp đất này là hệ số rỗng lớn, dẫn đến biến dạng lún nền đất rất đáng kể khi chịu tải trọng công trình. Theo ước tính, biến dạng lún của đất sét bão hòa nước có thể ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định và tuổi thọ của các công trình xây dựng, đặc biệt là các công trình hạ tầng cơ sở và nhà cao tầng.

Vấn đề nghiên cứu tập trung vào việc tổng hợp và đánh giá các đặc trưng biến dạng của đất sét và sét pha khu vực Cần Thơ, đồng thời so sánh với các đặc trưng biến dạng dựa trên lý thuyết cố kết thấm cổ điển. Mục tiêu cụ thể là xác định các chỉ số biến dạng như hệ số nén lún, chỉ số nén, hệ số cố kết, module biến dạng và các đặc trưng biến dạng theo thời gian của đất sét tại nhiều độ sâu khác nhau trong khu vực nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các mẫu đất lấy từ các công trình khảo sát địa chất tại thành phố Cần Thơ và vùng lân cận, với dữ liệu thu thập trong khoảng thời gian nhiều năm trước và bổ sung thí nghiệm mới trong phòng thí nghiệm.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp cơ sở dữ liệu đặc trưng biến dạng đất sét phù hợp với điều kiện địa chất đặc thù của Cần Thơ, giúp các kỹ sư địa kỹ thuật lựa chọn thông số thiết kế chính xác, từ đó nâng cao hiệu quả kinh tế và an toàn công trình. Các chỉ số biến dạng được đánh giá cũng góp phần cải thiện độ tin cậy trong tính toán độ lún tức thời và lâu dài, đồng thời hỗ trợ trong việc xử lý nền đất yếu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình cơ bản trong địa kỹ thuật xây dựng liên quan đến biến dạng đất sét, bao gồm:

• Lý thuyết cố kết thấm Terzaghi: Mô tả quá trình thoát nước và biến dạng nén chặt của đất sét bão hòa dưới tải trọng tĩnh, với các thông số quan trọng như hệ số cố kết đứng (Cv), áp lực tiền cố kết (pc), và tỷ số quá cố kết (OCR).

• Mô hình biến dạng đàn hồi và dẻo của đất: Phân biệt biến dạng tức thời, biến dạng đàn hồi không nở hông, biến dạng dẻo và biến dạng thứ cấp, sử dụng các đại lượng như module biến dạng tổng quát (Eo), module đàn hồi (Ee), hệ số Poisson (ν), và chỉ số nén (Cc).

Các khái niệm chính được áp dụng gồm:

• Hệ số nén lún (a): Thể hiện sự thay đổi hệ số rỗng theo áp lực nén, dùng để tính độ lún nền.

• Chỉ số nén (Cc), chỉ số nở (Cs), chỉ số nén thứ cấp (Cα): Các chỉ số đặc trưng cho khả năng biến dạng nén và nở của đất sét dưới các điều kiện tải trọng khác nhau.

• Áp lực tiền cố kết (pc) và tỷ số quá cố kết (OCR): Phản ánh lịch sử ứng suất và trạng thái cố kết của đất, ảnh hưởng đến biến dạng đàn hồi và dẻo.

• Module biến dạng (Eo, Eu, Eoed): Đại lượng đặc trưng cho khả năng chống lại biến dạng của đất dưới tải trọng, được xác định qua thí nghiệm nén đơn, nén cố kết và bàn nén hiện trường.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm:

• Số liệu thí nghiệm nén cố kết trong phòng (Oedometer test) trên mẫu nguyên dạng đất sét và sét pha lấy từ nhiều công trình khảo sát tại Cần Thơ và vùng lân cận.

• Dữ liệu thí nghiệm vật lý đất như tỷ trọng, độ ẩm, hệ số rỗng, giới hạn chảy và dẻo.

• Số liệu bổ sung từ các phòng thí nghiệm khác và các nghiên cứu trước đây.

Phương pháp phân tích:

• Tính toán các đặc trưng biến dạng như hệ số nén lún (a), hệ số nén thể tích (mv), chỉ số nén (Cc), chỉ số nở (Cs), chỉ số nén thứ cấp (Cα), hệ số cố kết (Cv), áp lực tiền cố kết (pc), tỷ số OCR, module biến dạng (Eo, Eu, Eoed) dựa trên kết quả thí nghiệm và các công thức lý thuyết.

• Vẽ các biểu đồ quan hệ e~p, e~logp, e~logt để xác định các chỉ số đặc trưng và áp lực tiền cố kết theo phương pháp Casagrande.

• So sánh các kết quả thí nghiệm với lý thuyết cố kết thấm cổ điển và các công thức tính toán thực nghiệm.

• Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2014, với việc thu thập và tổng hợp số liệu trong nhiều năm trước đó, đồng thời thực hiện một số thí nghiệm bổ sung để nâng cao độ tin cậy.

Cỡ mẫu thí nghiệm dao động từ 30 đến 50 cm² diện tích mặt cắt, chiều cao mẫu từ 2 đến 2,5 cm, được lấy từ nhiều độ sâu khác nhau nhằm phản ánh đặc trưng biến dạng theo chiều sâu. Phương pháp chọn mẫu nguyên dạng nhằm giữ nguyên trạng thái tự nhiên của đất, đảm bảo tính đại diện và độ chính xác của kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Đặc trưng biến dạng theo độ sâu và loại đất: Kết quả tổng hợp cho thấy đặc trưng biến dạng của đất sét và sét pha tại Cần Thơ biến đổi rõ rệt theo độ sâu. Ví dụ, hệ số nén lún a dao động trong khoảng từ 0,001 đến 0,1 cm²/kG tùy loại đất và độ sâu, phản ánh tính nén lún từ vừa đến lớn. Chỉ số nén Cc của các lớp đất sét cứng có giá trị trung bình khoảng 0,3 đến 0,5, trong khi các lớp bùn sét mềm có Cc lớn hơn 0,5, cho thấy khả năng biến dạng lún cao hơn.

2. Biến dạng theo thời gian không tuân thủ hoàn toàn lý thuyết cố kết thấm: Một số mẫu đất sét cứng trong thí nghiệm nén cố kết không tuân theo quy luật cố kết thấm cổ điển, đặc biệt trong giai đoạn biến dạng thứ cấp. Chỉ số nén thứ cấp Cα có giá trị dao động từ 0,005 đến 0,02, cao hơn so với các giá trị lý thuyết cho đất quá cố kết, cho thấy sự khác biệt về cơ chế biến dạng theo thời gian.

3. So sánh hệ số cố kết Cv và áp lực tiền cố kết pc: Hệ số cố kết đứng Cv được xác định trong khoảng từ 10⁻⁷ đến 10⁻⁵ m²/s, phù hợp với các giá trị điển hình của đất sét bão hòa. Áp lực tiền cố kết pc thay đổi theo độ sâu, với tỷ số OCR dao động từ 1 (đất cố kết thường) đến trên 3 (đất quá cố kết), phản ánh lịch sử ứng suất phức tạp của đất nền khu vực.

4. Module biến dạng tổng quát Eo thay đổi theo cấp áp lực: Module biến dạng tổng quát Eo được xác định từ 2 đến 20 MPa tùy loại đất và cấp áp lực, cho thấy đất sét cứng có khả năng chống biến dạng tốt hơn đất sét mềm. Mối quan hệ giữa Eo và lực dính không thoát nước cu được xác nhận qua các công thức thực nghiệm, ví dụ E ≈ (250 ÷ 500) cu đối với đất sét cố kết thường.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của sự biến đổi đặc trưng biến dạng theo độ sâu và loại đất là do điều kiện hình thành trầm tích, lịch sử nén chặt và trạng thái ứng suất hiện tại khác nhau. Đất sét mềm có hệ số rỗng lớn và ít chịu nén trước nên có chỉ số nén Cc cao, dẫn đến biến dạng lún lớn hơn. Ngược lại, đất sét cứng có lịch sử nén chặt hơn, thể hiện qua áp lực tiền cố kết pc cao và tỷ số OCR lớn, làm giảm biến dạng đàn hồi và dẻo.

Sự không tuân thủ hoàn toàn quy luật cố kết thấm trong biến dạng theo thời gian có thể do ảnh hưởng của các yếu tố như thành phần khoáng vật, độ nhớt của nước liên kết và cấu trúc vi mô của đất sét. Điều này làm cho biến dạng thứ cấp diễn ra phức tạp hơn so với mô hình lý thuyết cổ điển.

So sánh với các nghiên cứu trước đây tại Đồng bằng sông Cửu Long cho thấy kết quả nghiên cứu tại Cần Thơ có sự tương đồng về mặt xu hướng nhưng có sự khác biệt về giá trị cụ thể do điều kiện địa chất đặc thù và phương pháp lấy mẫu, thí nghiệm khác nhau. Việc sử dụng số liệu tổng hợp từ nhiều nguồn và thí nghiệm bổ sung giúp nâng cao độ tin cậy và tính đại diện của kết quả.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ e~p, e~logp, e~logt, bảng tổng hợp các chỉ số biến dạng theo độ sâu và loại đất, giúp trực quan hóa sự biến đổi đặc trưng biến dạng và hỗ trợ phân tích sâu hơn.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng đặc trưng biến dạng đất sét theo từng lớp và độ sâu trong thiết kế móng: Kỹ sư thiết kế nên sử dụng các chỉ số biến dạng cụ thể của từng lớp đất sét tại Cần Thơ để tính toán độ lún và chọn loại móng phù hợp, nhằm đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế. Thời gian áp dụng ngay trong các dự án xây dựng mới.

2. Tăng cường thí nghiệm nén cố kết nguyên dạng tại hiện trường: Đề xuất thực hiện thêm các thí nghiệm nén cố kết trên mẫu nguyên dạng lấy từ các công trình mới để cập nhật và hoàn thiện cơ sở dữ liệu đặc trưng biến dạng đất, giúp nâng cao độ chính xác trong tính toán. Chủ thể thực hiện là các phòng thí nghiệm địa kỹ thuật trong vòng 1-2 năm tới.

3. Phát triển mô hình tính toán biến dạng đất phù hợp với đặc trưng địa phương: Nghiên cứu và xây dựng mô hình tính toán biến dạng đất sét tại Cần Thơ dựa trên dữ liệu thực nghiệm, đặc biệt chú trọng đến biến dạng thứ cấp và các yếu tố ảnh hưởng khác, nhằm cải thiện dự báo độ lún công trình. Thời gian nghiên cứu 2-3 năm, phối hợp giữa viện nghiên cứu và trường đại học.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực kỹ thuật cho cán bộ địa kỹ thuật: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về thí nghiệm và phân tích đặc trưng biến dạng đất sét cho kỹ sư địa kỹ thuật tại địa phương, giúp nâng cao chất lượng khảo sát và thiết kế nền móng. Chủ thể thực hiện là các trường đại học và trung tâm đào tạo chuyên ngành, triển khai liên tục.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư địa kỹ thuật và thiết kế móng: Luận văn cung cấp dữ liệu và phân tích chi tiết về đặc trưng biến dạng đất sét tại Cần Thơ, giúp kỹ sư lựa chọn thông số thiết kế chính xác, giảm thiểu rủi ro và chi phí xây dựng.

2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành Địa kỹ thuật xây dựng: Tài liệu là nguồn tham khảo quý giá về lý thuyết cố kết, phương pháp thí nghiệm và phân tích biến dạng đất sét, hỗ trợ nghiên cứu và học tập chuyên sâu.

3. Chủ đầu tư và quản lý dự án xây dựng: Hiểu rõ đặc trưng biến dạng đất nền giúp đánh giá rủi ro kỹ thuật và lập kế hoạch thi công phù hợp, đảm bảo tiến độ và chất lượng công trình.

4. Cơ quan quản lý và quy hoạch đô thị: Thông tin về đặc trưng biến dạng đất sét hỗ trợ trong việc quy hoạch sử dụng đất, đánh giá khả năng chịu tải của nền đất và phát triển hạ tầng bền vững tại khu vực Cần Thơ.

Câu hỏi thường gặp

1. Đặc trưng biến dạng đất sét tại Cần Thơ có điểm gì khác biệt so với các vùng khác?
   Đất sét tại Cần Thơ có hệ số rỗng lớn, biến dạng lún cao và đặc trưng biến dạng theo thời gian không hoàn toàn tuân theo lý thuyết cố kết thấm cổ điển. Điều này do điều kiện trầm tích, lịch sử nén chặt và thành phần khoáng vật đặc thù của vùng.

2. Làm thế nào để xác định áp lực tiền cố kết (pc) trong thí nghiệm?
   Áp lực tiền cố kết được xác định phổ biến bằng phương pháp Casagrande dựa trên đường cong e~logp, xác định điểm cong nhất và vẽ các đường tiếp tuyến để tìm pc, phản ánh lịch sử ứng suất của đất.

3. Tại sao biến dạng thứ cấp của đất sét lại quan trọng trong thiết kế móng?
   Biến dạng thứ cấp diễn ra sau khi cố kết sơ cấp kết thúc, có thể gây lún tiếp tục trong thời gian dài, ảnh hưởng đến ổn định và an toàn công trình. Do đó, đánh giá chỉ số nén thứ cấp Cα giúp dự báo chính xác hơn độ lún lâu dài.

4. Phương pháp thí nghiệm nén cố kết có ưu điểm gì?
   Thí nghiệm nén cố kết cho phép xác định các đặc trưng biến dạng quan trọng như hệ số nén lún, chỉ số nén, hệ số cố kết và biến dạng theo thời gian trên mẫu nguyên dạng, phản ánh chính xác tính chất cơ lý của đất sét.

5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế xây dựng?
   Kết quả nghiên cứu cung cấp các thông số biến dạng đất sét theo từng lớp và độ sâu, kỹ sư thiết kế có thể sử dụng để tính toán độ lún, lựa chọn loại móng và biện pháp xử lý nền phù hợp, từ đó tối ưu chi phí và đảm bảo an toàn công trình.

Kết luận

• Đặc trưng biến dạng của đất sét và sét pha tại Cần Thơ biến đổi theo độ sâu và loại đất, với hệ số nén lún và chỉ số nén thể hiện tính nén lún từ vừa đến lớn.
• Biến dạng theo thời gian của đất sét cứng không hoàn toàn tuân thủ lý thuyết cố kết thấm cổ điển, đặc biệt trong giai đoạn biến dạng thứ cấp.
• Các chỉ số như áp lực tiền cố kết, tỷ số OCR và hệ số cố kết đứng được xác định phù hợp với điều kiện địa chất đặc thù của khu vực.
• Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu quan trọng cho thiết kế móng và xử lý nền đất yếu tại Cần Thơ, góp phần nâng cao hiệu quả và an toàn công trình.
• Đề xuất thực hiện thêm thí nghiệm nguyên dạng, phát triển mô hình tính toán và đào tạo kỹ thuật nhằm ứng dụng rộng rãi kết quả nghiên cứu trong thực tế xây dựng.

Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng thu thập số liệu thí nghiệm, hoàn thiện mô hình tính toán biến dạng đất và triển khai đào tạo chuyên sâu cho cán bộ kỹ thuật. Độc giả và các chuyên gia được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao chất lượng thiết kế và thi công công trình tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Đồng bằng sông Cửu Long trong đó có thành phố Cần Thơ được bao phủ bởi lớp trầm tích Đệ Tứ hiện đại (QIV - Holocene) dưới dạng bùn sét, sét pha bão hòa nước. Bề dày lớp đất này dao động trong phạm vi rộng từ 12m đến 30m, đặc biệt ở ven sông Hậu, sông Cần Thơ có nơi trên 50m. Đặc điểm của lớp sét yếu bão hòa nước là hệ số rỗng rất lớn và vì thế biến dạng lún của đất rất lớn. Dưới lớp sét yếu này là lớp sét và sét pha cát cứng hơn ở trạng thái từ dẻo mềm, dẻo cứng đến nửa cứng, đôi khi có vài lớp cát nhưng độ chặt không lớn hoặc chiều dày nhỏ, hiếm khi xuất hiện sỏi sạn.

Các loại móng sâu thường đặt lên trên lớp đất này. Có thể nói thành phố Cần Thơ nói riêng và đồng bằng sông Cửu Long nói chung có điều kiện địa chất không thuận lợi cho việc xây dựng do sức chịu tải của các lớp gần bề mặt không lớn và biến dạng nhiều. Để các công trình xây dựng trên vùng đất này được an toàn có hiệu quả về kinh tế thì việc tìm hiểu, phân tích, đánh giá các đặc trưng biến dạng của đất nền là điều cần thiết phải thực hiện. Việc đánh giá giá trị đặc trưng biến dạng đại diện cho từng loại đất và từng độ sâu, đồng thời so sánh với lý thuyết cố kết thấm đã có để tìm ra các đặc điểm riêng về biến dạng của đất nền ở thành phố Cần Thơ sẽ giúp cho việc tính toán lún của các công trình được chính xác và hiệu quả hơn.

Hơn nữa, đối với sét yếu bão hòa nước, độ lún của công trình trên chúng thường đóng vai trò chủ yếu trong tính toán thiết kế, đặc biệt đối với các công trình cơ sở hạ tầng vì vậy, việc đánh giá đặc trưng biến dạng của đất càng cần thiết hơn. Từ những suy nghĩ trên, học viên chọn thực hiện đề tài “ Tổng hợp, đánh giá các đặc trưng biến dạng của đất sét, sét pha khu vực Cần Thơ và so sánh với các đặc trưng biến dạng của đất sét theo lý thuyết cố kết thấm”. Kết quả nghiên cứu tổng hợp có thể là tài liệu tham khảo cho các kỹ sư thiết kế và kỹ sư Địa kỹ thuật. Điều này mang nhiều ý nghĩa thực tiễn cho thành phố Cần Thơ là nơi có nhiều công trình cơ sở hạ tầng cần được triển khai trong thời gian tới.

-2- Mục tiêu đề tài - Tổng hợp đặc trưng biến dạng của đất loại sét ở khu vực Cần Thơ và qui luật thay đổi của chúng theo điều kiện phân bố. - Phân tích, đánh giá các đặc trưng biến dạng của đất ở khu vực từ đó tổng kết và so sánh với đặc trưng biến dạng của đất theo lý thuyết cố kết thấm để tìm ra những điểm chung và riêng về biến dạng của đất loại sét ở Cần Thơ. Mục đích đề tài Giúp tìm hiểu sâu hơn các đặc trưng biến dạng của đất loại sét ở Cần Thơ từ đó ứng dụng trong việc tính toán độ lún tức thời, lâu dài, thời gian lún và việc xử lý nền chính xác hơn để đạt hiệu quả về kinh tế. Nhiệm vụ nghiên cứu - Tổng hợp một số tài liệu nghiên cứu về đặc trưng biến dạng của đất loại sét.

- Tính toán và thống kê các số liệu thí nghiệm nén cố kết của đất từ các công trình khảo sát địa chất ở thành phố Cần Thơ và vùng lân cận (do học viên thực hiện từ các năm trước và của các phòng thí nghiệm khác). - Khảo sát một số vị trí mới ở thành phố Cần Thơ và tiến hành lấy mẫu thí nghiệm cơ lý và đặc biệt là thí nghiệm nén cố kết trên mẫu nguyên dạng. - Tổng hợp, thống kê các đặc trưng biến dạng của đất loại sét trong khu vực. Từ các số liệu tổng hợp được vẽ các biểu đồ e ~ p ; e ~ logp; chỉ số OCR ~ độ sâu; Cc Cc ~ độ sâu; ; giá trị Eo12 ;mv12; Cv ;Cc ; Cs ; pc ; Cc  ; Cα ….

theo từng loại 1  e0 đất và theo độ sâu; tỷ số Cα/Cc ; Cs/Cc của từng loại sét ở Cần Thơ. Đánh giá đường cong biến dạng của đất trên lý thuyết và với số liệu thí nghiệm thực tế. - Đánh giá sự khác biệt của số liệu thí nghiệm thu thập được với lý thuyết về nén lún, đưa ra nhận xét về đặc trưng biến dạng của đất loại sét ở Cần Thơ. Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: -3- + Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về các đặc trưng biến dạng của đất loại sét.

+ Nghiên cứu cơ sở lý thuyết cố kết của đất nền. - Nghiên cứu thí nghiệm trong phòng: + Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu vật lý của đất. + Thí nghiệm nén cố kết để xác định đặc trưng biến dạng của đất. Phạm vi nghiên cứu - Địa điểm thu thập tài liệu và khảo sát là các công trình nằm trên địa bàn Thành Phố Cần Thơ và lân cận.

- Thí nghiệm và tính toán các đặc trưng biến dạng của đất loại sét. -4- CHƢƠNG 1 MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ ĐẶC TRƢNG BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT LOẠI SÉT 1. Đất loại sét và khái niệm về biến dạng của đất loại sét Đất là vật liệu phong hóa nằm trên cùng của vỏ trái đất gồm hai loại cơ bản là đất rời và đất loại sét. Đất loại sét có chứa các hạt khoáng sét, xung quanh có màng nước liên kết vật lý do sức hút tĩnh điện có tính nhớt bao bọc.

Các hạt đất tạo thành một khung kết cấu nhất định, đồng thời giữa các hạt đất có lỗ rỗng chứa đầy nước. Khi tải trọng tác dụng lên đất bão hòa thì ngay khi gia tải, toàn bộ tải trọng đó sẽ do nước trong lỗ rỗng đó tiếp thu và làm tăng áp lực nước lỗ rỗng, hình thành áp lực nước lỗ rỗng thặng dư. Dưới tác dụng của gradien thủy lực tăng lên, nước lỗ rỗng bắt đầu bị ép ra. Khi nước thoát ra, áp lực nước lỗ rỗng thặng dư sẽ giảm đi và tải trọng ngoài sẽ chuyển dần sang khung hạt.

Vì đất sét có tính thấm nhỏ nên quá trình thoát nước lỗ rỗng diễn ra chậm chạp, phần tải trọng tác dụng lên khung hạt cũng tăng lên chậm và biến dạng lún của đất cũng xảy ra từ từ. Ngoài ra, chính yếu tố nhớt của khung kết cấu cũng làm cho nó không thể biến dạng ngay tức thời khi chịu nén mà quá trình nén lún phải trải qua một thời gian nhất định trước khi đi đến ổn định hoàn toàn. Biến dạng của đất là sự thay đổi hình dạng và thể tích dưới tác dụng của tải trọng ngoài hay do sự thay đổi trạng thái ứng suất. Biến dạng của đất gồm hai dạng chính: - Biến dạng thể tích là độ thay đổi thể tích khi chịu tải thường do các ứng suất pháp tuyến gây ra.

Biến dạng thể tích dương diễn tả sự giảm thể tích, biến dạng thể tích âm diễn tả sự tăng thể tích. Trong đất sự thay đổi thể tích chủ yếu do thay đổi thể tích phần rỗng vì biến dạng hạt rất bé nên thường được bỏ qua. Chỉ có ứng suất hữu hiệu mới làm thay đổi kết cấu khung hạt và làm thay đổi thể tích lỗ rỗng (nước trong lỗ rỗng thoát ra). -5- - Biến hình là sự thay đổi hình dạng khung hạt không kèm theo biến dạng thể tích hoặc có nhưng rất bé.

Biến dạng này do ứng suất tiếp tuyến gây ra. Ứng suất tiếp tuyến thực chất là do độ chênh lệch ứng suất pháp gây ra nên không chịu ảnh hưởng của áp lực nước lỗ rỗng [1]. Biến dạng cũng có thể chia ra làm các loại: - Biến dạng tức thời do sự co lại của các bọt khí - Biến dạng do thu hẹp lỗ rỗng từ việc đầm chặt làm thay đổi thể tích đất. - Biến dạng đàn hồi không làm thay đổi thể tích đất.

- Biến dạng từ biến do các hạt sắp xếp lại vị trí hoặc trượt lên nhau hoặc do sự thay đổi độ nhớt hay độ đặc của nước liên kết vật lý. - Biến dạng dẻo khi trong đất xảy ra vùng biến dạng dẻo do mất ổn định. Một số đặc trƣng biến dạng cơ bản của đất loại sét Để thể hiện tính biến dạng của đất, có thể sử dụng một số đặc trưng cơ bản như sau: 1. Hệ số nén lún a (coefficient of compressibility) Hệ số nén lún a biểu hiện sự thay đổi hệ số rỗng khi áp lực p tăng lên một đơn vị.1) dp Hệ số nén lún a được xác định từ kết quả của thí nghiệm nén cố kết trong phòng.

Trong thí nghiệm nén cố kết, ở mỗi cấp tải sau khi lún ổn định hệ số rỗng tương ứng sẽ được xác định, từ đó vẽ được đường cong quan hệ e~p (hình 1. Trên mỗi đoạn của đường cong (ví dụ từ A đến B ứng với p 1 đến p2) nếu p2 không lớn hơn p1 nhiều thì ta xem đường cong ấy như là đoạn thẳng và định nghĩa hệ số nén a là độ dốc của đoạn thẳng đó (tgα). Đường cong nén lún e ~ p trong điều kiện không nở hông Đẳng thức (1.3) chính là biểu thức toán học của định luật nén lún: Trong phạm vi thay đổi không lớn của áp lực, hệ số rỗng của đất giảm đi theo quan hệ tỷ lệ thuận với lượng tăng áp lực nén [2].1, có thể thấy rằng hệ số nén lún a không phải là hằng số mà nó phụ thuộc vào cấp áp lực tính toán. Thông thường hệ số nén lún a giảm dần khi áp lực p tăng.

Tuy nhiên, trong vài trường hợp đối với đất sét yếu bão hòa nước, ở cấp áp lực khá nhỏ thì a sẽ tăng khi p tăng sau đó mới giảm. Hệ số nén lún a dùng để xác định độ lún của nền đất. Giả sử ở cấp áp lực p1 mẫu đất có chiều cao là H1, thể tích V1, sau khi tăng áp lực đến p2 mẫu đất có chiều cao là H2, thể tích là V2. Độ lún của mẫu đất không nở hông là: -7- S  H1  H 2 (1.4) Vr V  Vs V Ta có: e    Vs  (1.5) Vs Vs 1 e Thể tích hạt Vs của một mẫu đất là không đổi và do không nở hông nên tiết diện mẫu A cũng không đổi : V1 V A.9) 1  e1 Nếu áp lực ban đầu là p1 = 0 và H1 = H, độ lún của nền có thể xác định bằng biểu thức sau: a a S p.