Chương 1. Đặc điểm đất bùn sét ở Quận 2, Tp. Lý thuyết phân tích hồi qui mô hình tương quan Su áp dụng trong đề tài nghiên cứu. Thiết lập sự tương quan Su theo kết quả thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm hiện trường cho đất bùn sét ở Quận 2, Tp.
Kết luận và kiến nghị. -4- CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM ĐẤT BÙN SÉT Ở QUẬN 2, TP. Vị trí khu vực nghiên cứu: Khu vực quận 2 nằm ở phía đông của thành phố Hồ Chí Minh, trên tả ngạn sông Sài Gòn. Phía bắc giáp quận Thủ Đức, quận 9, và quận Bình Thạnh qua sông Sài Gòn và sông Rạch Chiếc.
Phía nam giáp quận 7, và huyện Nhơn Trạch tỉnh Đồng Nai qua sông Sài Gòn và sông Đồng Nai. Phía tây giáp quận 4, quận 1, và quận Bình Thạnh qua sông Sài Gòn. Phía đông giáp quận 9, và huyện Nhơn Trạch tỉnh Đồng Nai qua sông Đồng Nai. Bản đồ Quận 2, Tp.
HCM (nguồn: http://www.vn/tin-chi-tiet/20/307/ban-do-quan-2-cua-tp-hcm) 2. Đặc điểm đất bùn sét ở Quận 2, Tp. Khái niệm đất bùn sét: -5- Đất bùn sét chính là lớp đất mặt loại sét trong tự nhiên ở trạng thái chảy, chịu tác dụng của các hoạt động vi sinh vật và thực vật tạo thành. Trong đất bùn sét, pha lỏng chiếm tỉ lệ lớn hơn hẳn pha rắn, chứa thành phần hữu cơ và có các tính chất sau: Hệ số rỗng e > 1,5 [1]; Hình 2.
Đất bùn sét Độ sệt LI > 1 [3]. Nguồn gốc thành tạo đất bùn sét ở Tp. HCM: Đến đầu Holocene, một đợt biển tiến vào đất liền ở đồng bằng sông Cửu Long và một phần khu vực Đông Nam Bộ, chứng tỏ hoạt động kiến tạo đã làm cho mặt đất bị hạ thấp, tạo nên loạt trầm tích đầm lầy ven biển. Biển tiến vào khu vực thông qua các lạch triều, hiện nay vết tích của lạch triều cổ này chính là hệ thống kênh rạch khá dày đặc trong khu vực thành phố Hồ Chí Minh và các vùng lân cận.
Trầm tích ở khu vực này để lại lớp sét pha, cát pha màu xám xanh, xám đen chứa nhiều tàn tích thực vật chưa phân hủy hoàn toàn. Tiếp đó biển rút đi vào Holocene muộn, thời kì này khu vực trở lại tính chất đầm lầy ven biển có nhiều thực vật phát triển tạo nên lớp bùn sét, bùn sét pha, bùn cát pha, … màu xám đen, nâu đen do chứa nhiều hữu cơ [5]. Đặc điểm của đất bùn sét ở Quận 2, Tp. HCM: Tổng hợp kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý đất, ta có Bảng 2.1 trình bày các giá trị trung bình đặc trưng địa kỹ thuật của đất bùn sét ở Quận 2, Tp.
HCM như bên dưới. Các đặc trưng địa kỹ thuật của đất bùn sét ở Quận 2, Tp. HCM Độ Dung Trọng Tỉ Hệ Số Chỉ Số Độ Góc Ma Lực Dính Ẩm Tự Nhiên Trọng Rỗng Dẻo Sệt Sát Trong ̅ ̅w ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ (%) (g/cm3) (g/cm3) (%) (độ) (kG/cm2) 79,90 1,50 2,63 2,17 31,76 1,33 4,01 0,06 Phân tích các giá trị ở Bảng 2.1 ta thấy: o Đất bùn sét nghiên cứu có đặc tính chung của đất bùn sét như mô tả ở mục 2.1 là có hệ số rỗng ̅ = 2,17 > 1,5 và độ sệt ̅ = 1,33 > 1. o Các giá trị được gạch dưới, và in đậm trong Bảng 1 thể hiện rõ tính chất của đất bùn sét nghiên cứu là đất yếu.
Do đó, nếu công trình phải xây dựng trên lớp đất yếu này thì người kỹ sư thiết kế cần thận trọng trong tính toán, thiết kế để phòng tránh sự cố công trình có thể xảy ra. Mô hình nội suy Kriging cho chiều dày lớp bùn sét ở Quận 2, Tp. Giới thiệu: Kriging là một nhóm các kỹ thuật phân tích địa thống kê để nội suy giá trị của một trường ngẫu nhiên (ví dụ như Chú thích: cao độ z của địa hình) tại điểm không Điểm đo được được đo đạc thực tế từ những điểm đo được gần đó [6]. Điểm cần nội suy giá trị Mô hình nội suy Kriging được lựa chọn để nghiên cứu phân bố độ sâu lớp Hình 2.
Mô hình nội suy giá trị bùn sét vì những ưu điểm sau: o Hiệu quả trong việc phân nhóm dữ liệu phân tích vì có thể xử lý các nhóm dữ liệu như là các điểm đơn lẻ. o Cho biết ước lượng của sai số (sai số Kriging), và ước lượng của biến. -7- o Dựa vào sai số ước lượng có thể mô phỏng biến ngẫu nhiên gần giống với thực tế. Bản thân phương pháp Kriging cũng có nhiều kiểu mô hình phân tích cho phép người sử dụng lựa chọn như: o Mô hình Ordinary Kriging.
o Mô hình Simple Kriging. o Mô hình Universal Kriging. o Mô hình Indicator Kriging. o Mô hình Probability Kriging.
o Mô hình Disjunctive Kriging. Tác giả đã chọn mô hình Ordinary Kriging để áp dụng phân tích trong luận văn này vì tính thông dụng của nó, và phù hợp với việc tính toán giá trị nội suy cho chiều dày lớp bùn sét. Phương pháp Ordinary Kriging [8]: Ordinary Kriging còn được gọi là Kriging chưa biết trước giá trị trung bình. Việc phân tích mô hình này dựa chủ yếu vào giả thuyết hàm ngẫu nhiên ổn định (dừng) thật sự.
Một hàm ngẫu nhiên thỏa mãn giả thuyết ổn định thật sự nếu: Kỳ vọng toán tồn tại và không phụ thuộc vào điểm tựa (phân bố) x: E[Z(x)] = m, với x. Đối với bất kì vectơ nào, sự chênh lệch [Z(x+h) – Z(x)] có một phương sai D[Z(x+h) – Z(x)] xác định cũng độc lập với x, nhưng phụ thuộc vào h.1) Cũng như các phương pháp Kriging khác, mô hình Ordinary Kriging được tính toán, phân tích dựa vào hàm cấu trúc variogram và covariance. -8- Hàm cấu trúc variogram [ (h)]: Variogram được định nghĩa như là một nửa kỳ vọng toán của biến ngẫu nhiên [Z(x) – Z(x+h)]2, ta có: (h) = E[Z(x) – Z(x+h)]2 (2.2) hay có thể xem (h) như là một nửa phương sai của [Z(x) – Z(x+h)]: (h) = D[Z(x) – Z(x+h)] (2.4) trong đó: Z(x), Z(x+h) – hai đại lượng ở hai điểm nghiên cứu cách nhau một đoạn h. Variogram thực nghiệm được xác định như sau: (h) = ∑ Z(x) – Z(x+h)]2 (2.5) với: N(h) – số lượng cặp điểm nghiên cứu.
Các variogram thực nghiệm thường là đường dích dắc dao động kề đường cong lý thuyết. Do đó, có thể áp dụng các phương pháp khác nhau để mô phỏng về dạng đường cong lý thuyết.7) trong đó: m – kỳ vọng toán của hàm.8) Nếu covariance tồn tại thì variogram tồn tại thông qua mối quan hệ sau: -9- (h) = C(0) – C(h) (2. Biểu diễn mối quan hệ covariance và variogram Mô hình Ordinary Kriging: Giả sử có n giá trị , , …, ở các điểm quan sát x1, x2, …, xn phân bố ở lân cận điểm cần ước lượng x0 (hoặc khối ước lượng v0). Giá trị ước lượng tuyến tính cho x0 (hoặc cho v0) tốt nhất có dạng: ∑ (2.11) trong đó: – các lượng gia truyền; – các thông số quan sát được ở điểm lân cận (hoặc khối) cần ước lượng.
Để phép ước lượng đạt tối ưu cần phải thỏa mãn những điều kiện sau: (a) Không có sai số hệ thống: nghĩa là sai số trung bình phải xấp xỉ bằng 0, vậy dưới dạng khối có thể viết: [ ] (2.12) [∑ ] ∑ ̅ ̅ ∑ ̅ -10- ∑ trong đó: ̅ – kỳ vọng toán trung bình khu vực. Vậy điều kiện (a) thỏa mãn khi: ∑ (2.14) hay ] cực tiểu (2.15) Biến đổi ta được: ∑ ̅ ̅ (2.16) Để phương sai đạt cực tiểu thì , suy ra: ∑ ̅ ̅ (2.17) Vậy phép ước lượng đạt tối ưu khi thỏa mãn công thức (2.17) như trình bày ở trên. Thu thập dữ liệu hố khoan cho mô hình nội suy Kriging: Tổng hợp từ các báo cáo khảo sát địa chất công trình, có 28 hố khoan đã thu thập được. Vị trí của 28 hố khoan khảo sát địa chất công trình được thể hiện trên Hình 2.
Dữ liệu tọa độ hố khoan và chiều dày lớp bùn sét của 28 hố khoan khảo sát địa chất công trình đã thu thập được trình bày trong Phụ lục 1. Trong đó, tọa độ hố khoan sử dụng là hệ tọa độ WGS-84. Quan sát đặc trưng thống kê của tập dữ liệu thể hiện trong Hình 2.6b cho thấy dữ liệu có phân bố chuẩn (vì các điểm dữ liệu phân bố dọc theo một đường thẳng). -11- Chú thích: vị trí hố khoan khảo sát địa chất công trình Hình 2.
Sơ đồ vị trí các điểm dữ liệu Histogram of Chiều Dày Lớp Bùn Sét Normal 9 Mean 11.618 8 N 28 7 6 Frequency 5 4 3 2 1 0 0 8 16 24 Chiều Dày (m) a) Histogram -12- Probability Plot of Chiều Dày Lớp Bùn Sét Normal - 95% CI 99 Mean 11.888 80 70 Percent 60 50 40 30 20 10 5 1 -10 0 10 20 30 Chiều Dày (m) b) Đồ thị Q-Q Plot của các điểm dữ liệu Hình 2. Đặc trưng thống kê của tập dữ liệu kiểm tra bằng phần mềm Minitab version 16. Kết quả mô hình nội suy Ordinary Kriging cho chiều dày lớp bùn sét ở Quận 2, Tp. HCM: Mô hình nội suy Ordinary Kriging cho chiều dày lớp bùn sét ở Quận 2, Tp.
HCM được thực hiện bằng chương trình phần mềm GMS version 7.1 với cơ sở dữ liệu như trình bày ở mục 2. Biểu đồ variogram được thiết lập cho mô hình Ordinary Kriging như Hình 2. Mô hình semivariogram được chọn là hàm Spherical với các thông số như sau: Azimuth angle = 0; Nugget = 0,34371546; Contribution = 43,535; Range = 0,05169; Anis 1 =1,00. Biểu đồ variogram Ordinary Kriging của chiều dày lớp bùn sét Kết quả mô hình nội suy Ordinary Kriging của chiều dày lớp bùn sét khu vực Quận 2, Tp.
HCM bao gồm: Mô hình nội suy Ordinary Kriging (Hình 2.8a); và Sai số mô hình nội suy Ordinary Kriging (Hình 2. Theo kết quả nội suy ở Hình 2.8a, ta thấy chiều dày lớp bùn sét có xu hướng tăng dần từ phía đông nam (khu vực Cát Lái, phường Thạnh Mỹ Lợi) sang tây bắc (phường Thảo Điền), bề dày lớp bùn sét thay đổi tương ứng từ 0m đến lớn hơn 28m. -14- a) Kết quả nội suy Ordinary Kriging b) Sai số nội suy Ordinary Kriging Hình 2. Kết quả mô hình nội suy Ordinary Kriging của chiều dày lớp bùn sét khu vực Quận 2, Tp.
Đánh giá kết quả nội suy Kriging: Việc đánh giá kết quả nội suy để kiểm tra sự phù hợp của mô hình Kriging sẽ được tiến hành bằng cách so sánh kết quả nội suy với kết quả khoan khảo sát địa chất công trình của những công trình thực tế trong khu vực nghiên cứu như ở Bảng 2.
