Luận văn thạc sĩ kỹ thuật địa chất 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

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu sức kháng cắt không thoát nước su và vận tốc truyền sóng trong đất bùn sét tại nhà máy điện gió Tân Thuận, Cà Mau.

• Tác giả: Trần Viết Công
• Người hướng dẫn: TS. Ngô Tấn Phong
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa
• 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: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Mở đầu

Nghiên cứu về sức kháng cắt không thoát nước (Su) và vận tốc truyền sóng trong đất bùn sét tại khu vực nhà máy điện gió Tân Thuận, Cà Mau là một chủ đề quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật địa chất. Đất bùn sét là loại đất yếu, thường gặp ở nhiều vùng đồng bằng tại Việt Nam, và có khả năng bị biến dạng lớn dưới tác động của tải trọng. Tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ thực tế rằng việc hiểu rõ các đặc trưng cơ lý của đất bùn sét là cần thiết để đảm bảo tính ổn định của các công trình xây dựng. Các nghiên cứu trước đây đã cho thấy rằng Su và vận tốc truyền sóng có mối liên hệ chặt chẽ với độ sâu và đặc điểm địa chất của khu vực. Do đó, mục tiêu của nghiên cứu này là xác định và phân tích các đặc trưng này nhằm cung cấp thông tin hữu ích cho các kỹ sư trong việc thiết kế và đánh giá rủi ro trong xây dựng.

II. Tình hình nghiên cứu

Chương này tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nước về sức kháng cắt không thoát nước (Su) và vận tốc truyền sóng trong đất bùn sét. Nhiều tác giả đã nghiên cứu mối tương quan giữa Su và các thông số khác của đất, đặc biệt là trong các khu vực có đặc điểm địa chất tương tự. Tác giả Phạm Văn Nhơn đã nghiên cứu tương quan Su với kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh tại Nhà Bè, TP. Hồ Chí Minh. Tương tự, tác giả Nguyễn Phương Bằng đã thiết lập mối quan hệ giữa Su từ thí nghiệm trong phòng và hiện trường cho đất bùn sét ở Quận 2, TP. Hồ Chí Minh. Những nghiên cứu này cho thấy rằng Su có thể được dự đoán thông qua các thông số khác, tuy nhiên, cần có các nghiên cứu cụ thể cho từng khu vực để áp dụng các kết quả này một cách chính xác.

III. Đặc trưng sức kháng cắt và vận tốc truyền sóng

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng sức kháng cắt không thoát nước (Su) của đất bùn sét có xu hướng tăng theo độ sâu. Các thí nghiệm trong phòng và hiện trường cho thấy Su có mối liên hệ chặt chẽ với vận tốc truyền sóng, với các thông số Vp (vận tốc sóng dọc) và Vs (vận tốc sóng ngang) cũng có sự biến đổi tương ứng theo độ sâu. Cụ thể, các thí nghiệm cắt cánh và xuyên tĩnh đã cung cấp dữ liệu cho việc phân tích hồi quy, từ đó thiết lập được các tương quan giữa Su và các thông số vận tốc. Điều này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về tính chất cơ lý của đất bùn sét mà còn cung cấp cơ sở dữ liệu cho các kỹ sư trong việc thiết kế và đánh giá ổn định công trình.

IV. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu đã áp dụng các phương pháp thực nghiệm như thí nghiệm cắt cánh, thí nghiệm xuyên tĩnh và thí nghiệm địa chấn để thu thập dữ liệu về sức kháng cắt và vận tốc truyền sóng trong đất bùn sét. Phương pháp phân tích hồi quy được sử dụng để thiết lập tương quan giữa Su và các thông số vận tốc. Các dữ liệu thu thập được từ các thí nghiệm hiện trường phản ánh đúng ứng xử của đất trong điều kiện tự nhiên, từ đó cung cấp kết quả chính xác hơn so với thí nghiệm trong phòng. Điều này là rất quan trọng trong việc đánh giá khả năng chịu lực và ổn định của các công trình xây dựng tại khu vực nghiên cứu.

V. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu về sức kháng cắt không thoát nước (Su) và vận tốc truyền sóng trong đất bùn sét tại khu vực nhà máy điện gió Tân Thuận đã cung cấp những thông tin giá trị cho các kỹ sư thiết kế. Kết quả cho thấy Su và vận tốc truyền sóng có mối quan hệ chặt chẽ với độ sâu và có thể được sử dụng để dự đoán các đặc trưng của đất trong các dự án xây dựng tương lai. Để mở rộng ứng dụng của nghiên cứu, cần thực hiện các nghiên cứu tương tự tại các khu vực khác như Cần Thơ, Sóc Trăng và Bạc Liêu nhằm cung cấp thêm dữ liệu cho các kỹ sư trong việc thiết kế và đánh giá rủi ro.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương 1. Lý thuyết về các thí nghiệm hiện trường như thí nghiệm cắt cánh, thí nghiệm xuyên tĩnh và thí nghiệm địa chấn được trình bày chi tiết trong chương 2. Về đặc trưng cơ lý của đất bùn sét được trình bày trong chương 3. Chương 4 trình bày về đặc trưng sức kháng cắt và vận tốc truyền sóng trong đất bùn sét.

Chương 5 thiết lập các tương quan về sức kháng cắt không thoát nước và vận tốc truyền sóng. Phần kết luận và kiến nghị trình bày về các kết quả nghiên cứu và đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước Hiện nay đã có nghiều tác giả trong và ngoài nước nghiên cứu về tương quan giữa sức kháng cắt không thoát nước (Su) với các thông số khác nhau của đất. Nhưng do tính đặc thù địa chất của mỗi vùng địa lý khác nhau về trạng thái, lịch sử ứng suất, mức độ đồng nhất của đất nên để ứng dụng được những kết quả nghiên cứu đó cho những khu vực khác nhau thì phải có sự nghiên cứu, đánh giá cho từng khu vực.

Tình hình nghiên cứu trong nước Tác giả Phạm Văn Nhơn [1] đã nghiên cứu tương quan sức kháng cắt không thoát nước (Su) với kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh của sét mềm bão hoà nước cho khu vực Nhà Bè TP. Hồ Chí Minh và dự án cảng Thị Vải. Tác giả đã đề xuất một số tương quan như sau: Su(UC) = 1,130z + 2,541 R2 = 0,462 (1. 5 Tác giả Nguyễn Phương Bằng [4] đã phân tích, thiết lập tương quan sức kháng cắt không thoát nước giữa thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm hiện trường cho đất bùn sét ở khu vực Quận 2, Tp.

Tác giả đã đề xuất một số tương quan như sau: Tương quan Su(DS) – Su(UU) với độ sâu của mẫu đất nghiên cứu z ≤ 14 m.6) Tương quan Su(DS) – Su(VS) với độ sâu của mẫu đất nghiên cứu z ≤ 16 m. Tác giả Trần Thị Phương [5] đã tổng hợp các số liệu thí nghiệm thực tế của sét mềm bão hòa nước ở khu vực các tỉnh phía Nam, Việt Nam, thiết lập quan hệ giữa sức kháng cắt không thoát nước từ thí nghiệm cắt cánh với các kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh, thí nghiệm nén ngang. Tác giả đã đưa ra giá trị Nkt thay đổi từ 14 đến 26 trung bình 18,5 với R2= 86%.09 Trong đó: - Nkt: Là hệ số xuyên; - 𝜎′ : Là ứng suất hữu hiệu (kPa).1 Các nghiên cứu đã công bố [1] [4] [5] Hệ số xác Khu vực STT Hàm tương quan định Tác giả nghiên cứu R2 1 𝑆̅u(UU) = −0,148 + 1,293𝑆̅u(DS) 0,982 6 Hệ số xác Khu vực STT Hàm tương quan định Tác giả nghiên cứu R2 Nguyễn 𝑆̅u(VS) = −29,96 + 8,505𝑆̅u(DS)− Quận 2, Tp, Phương 2 0,945 0,2408𝑆 (DS) HCM Bằng (2012) 3 Nkt = 0,504z + 6,13 0,885 Dự án Metro Phạm City, huyện Văn 4 = 1,02 z -0.6557 0,959 Nhà Bè, Tp, Nhơn HCM (2012) 5 Nkt = 14÷26 (TB=18,5) 0,860 Trần Thị Các tỉnh phía Phương Nam 6 = 1,6 z -1.09 0,90 (2015) Tác giả Bùi Trường Sơn [6] đã nghiên cứu về hệ số xuyên trong đất bùn sét cho các khu vực như nhà máy khí điện đạm Cà Mau, khu vực Tân Sơn Nhất-Bình Lợi và tác giả này đã đề xuất hệ số xuyên cho các khu vực như trong Bảng 1.2 Hệ số xuyên khu vực Cà Mau [6] Hệ số xuyên Phạm vi Trung bình Số lượng dữ liệu Nkt 10 ÷ 25 15,6 339 Nke 4,5 ÷ 16 9,8 325 Nu 6,5 ÷ 14 10 266 Nk 5,5 ÷ 17 10 172 Nkt(UU) - 21,4 7 Bảng 1.3 Hệ số xuyên khu vực Tân Sơn Nhất-Bình Lợi [6] Hệ số xuyên Phạm vi Trung bình Số lượng dữ liệu Nkt 14 ÷ 26 18,5 44 7 Nke 8 ÷ 24 13,1 44 Nu 12 ÷ 18 14,7 44 Nkt(UU) - 28,6 15 1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước Nghiên cứu của Wei Duan và các cộng sự [7] cho biết sự tương quan giữa vận tốc truyền sóng với các thông số địa kỹ thuật đối với đất sét ở tỉnh Giang Tô, Trung Quốc được thể hiện bởi các phương trình sau: Su = 0,162Vs1.9) Trong đó: - Su: Là cường độ kháng cắt không thoát nước (kPa); - Vs: Là vận tốc truyền sóng ngang (m/s).

Nghiên cứu của Mike Long và các cộng sự [8] cho biết sự tương quan giữa vận tốc truyền sóng với các thông số địa chất của đất sét ở Na Uy và Thụy Điển thể hiện bởi các phương trình sau: Vs = 65,00(qt)0,150(1+Bq)1,202 R2 =0,76 (1.11) Trong đó: - Vs: Là vận tốc truyền sóng ngang (m/s); - qt: Là sức kháng xuyên hiệu chỉnh (kPa); - e0: Là hệ số rỗng; - Bq: Tỉ số áp lực nước lỗ rỗng Nghiên cứu của tác giả Jean-Sebastien L’Heureux và Michael Long [9] cho biết sự tương quan giữa vận tốc truyền sóng với các thông số địa kỹ thuật của đất sét ở Na Uy thể hiện bởi các phương trình sau: Vs = 12,72𝑆 (, ) hoặc Su(CU) = 0,021𝑉 , R2 =0,85 (1. Nghiên cứu của Mike Long và Marco D’Ignazio [10] cho biết sự tương quan về vận tốc truyền sóng và sức kháng cắt không thoát nước của đất sét ở Bắc Âu được thể hiện bởi các phương trình sau: S𝑢(𝐹𝑉𝑇) = 0,062𝑉 , R2 = 0,69 (1. Nghiên cứu của tác giả R. Borges và cộng sự [11] cho biết sự tương quan giữa vận tốc truyền sóng và các thông số của CPTu ở khu vực rìa lục địa Brazil được thể hiện bởi các phương trình sau: Vs = 9,741qt0,369fs-0,1402 σ’vo0,1437 R2 =0,84 (1.17) Trong đó: - Vs: Là vận tốc truyền sóng ngang (m/s); - qt: Là sức kháng xuyên hiệu chỉnh (kPa); - fs: Là ma sát thành đơn vị (kPa); - σ’v0: Là ứng suất hữu hiệu (kPa).

Mayne và Glenn J. Các tác giả này đã đề xuất các phương trình tương quan như sau: 9 Vs = 1,75qc0,627 R2 =0,736 (1.19) Trong đó: - Vs: Là vận tốc truyền sóng ngang (m/s); - qc: Là sức kháng xuyên đầu mũi (kPa); - e0: Là hệ số rỗng. Tác giả Michael Long và Shane Donohue [13] đã nghiên cứu về đặc trưng vận tốc truyền sóng và số liệu xuyên tĩnh của đất sét biển ở Na Uy. Tác giả này đã đề xuất các tương quan như sau: Vs = 2,944qt0,613 R2 = 0,630 (1.21) Trong đó: - Vs: Là vận tốc truyền sóng ngang (m/s); - qt: Là sức kháng xuyên hiệu chỉnh (kPa); - e0: Là hệ số rỗng.

Tác giả Agaiby and Mayne [14] đã nghiên cứu tương quan giữa sức kháng cắt không thoát nước với vận tốc truyền sóng trong đất sét trên toàn thế giới và đã đề xuất hàm tương quan như sau: Su = 0,152𝑉 , R2 = 0,76 (1.22) Trong đó: - Su: Là cường độ kháng cắt không thoát nước của thí nghiệm nén ba trục (kPa); - Vs: Là vận tốc truyền sóng ngang (m/s).4 Một số tương quan giữa Su với Vs đã công bố [7] [9] Khu vực Thí nghiệm STT Hàm tương quan Tác giả nghiên cứu xác định Su Blake and , Ngoài khơi 1 Su = 1,87𝑉 Nén 3 trục Gilbert Hoa Kỳ (1997) 10 Khu vực Thí nghiệm STT Hàm tương quan Tác giả nghiên cứu xác định Su Nén 3 trục Ven biển ở Kulkarni và , không cố kết 2 -4 Su = 5.10 𝑉 Ấn Độ cộng sự.82) (2010) nước Nén 3 trục và Taboada và Sét ở vịnh 3 Vs = 31𝑆 , cắt cánh cộng sự. Campeche (2013) Đất trên Agaiby and , 4 Su = 0,152𝑉 toàn thế giới Nén 3 trục Mayne (R2=0.76) (2015) Su1 = 61,5 log(Vs/32,3) -5,2 Su2 = 88,1 log(Vs/28,8) - 15,2 Busan, Hàn Thí nghiệm Oh and Bang 5 Su3 = 86,4 log(Vs/30,2) - Quốc cắt cánh (2016) 11,9 Giang Tô, Thí nghiệm Wei Duan và 1,50 6 Su = 0,162Vs Trung Quốc nén 3 trục cộng sự (2018) Vs = 12,72𝑆 ,, hoặc Su,CU Thí nghiệm = 0,021𝑉 , nén 3 trục và Michael 7 Sét ở Na Uy Vs = 13,32𝑆 ,, hoặc Su,DS thí nghiệm Long (2017) = 0,027𝑉 , cắt nhanh Nhận xét: Hiện nay các nghiên cứu trong nước đã được công bố như tương quan giữa sức kháng cắt không thoát nước với kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh, thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn, thí nghiệm nén ngang. Các nghiên cứu về tương quan giữa các thông số khác nhau của đất với vận tốc truyền sóng trong đất bùn sét chưa được nghiên cứu hoặc chưa được công bố. Trên thế giới đã có nhiều tác giả nghiên cứu về tương quan giữa các thông số của đất với vận tốc truyền sóng trong đất bùn sét, nhưng do tính đặc thù địa chất của mỗi vùng địa lý khác nhau về trạng thái, lịch sử ứng suất, mức độ đồng nhất của đất nên để áp dụng được những kết quả nghiên cứu đó cho những khu vực khác nhau thì phải có sự nghiên cứu, đánh giá riêng cho từng khu vực.

Các thí nghiệm hiện trường Ngày nay, với sự phát triển của các kỹ thuật thí nghiệm hiện trường cho ra các kết quả thí nghiệm có độ tin cậy cao. Vì vậy, thí nghiệm hiện trường ngày càng phổ biến trong công tác khảo sát địa kỹ thuật với ưu điểm là các lớp đất được thí nghiệm trong điều kiện tự nhiên ít bị ảnh hưởng bởi sự xáo động do công tác khoan lấy mẫu, vận chuyển mẫu, bảo quản mẫu làm mất tính nguyên trạng của đất. Thí nghiệm cắt cánh hiện trường (VST) Thí nghiệm cắt cánh hiện trường nhằm mục đích xác định sức kháng cắt không thoát nước của đất, được sử dụng cho các loại đất dính mềm yếu, bão hòa nước. Thí nghiệm này không áp dụng đối với đất có khả năng thoát nước nhanh, đất trương nở, đất lẫn nhiều vỏ sò.

Thiết bị thí nghiệm Hiện nay có khá nhiều loại thiết bị thí nghiệm cắt cánh. Một trong số đó là thiết bị của hãng Geonor do Na Uy sản xuất thể hiện trong Hình 2. Bộ cắt cánh hiện trường bao gồm các bộ phận cơ bản sau: - Bộ phận tạo mô men cắt; - Cánh cắt: là một bộ phận để cắt đất, cánh cắt bao gồm bốn lưỡi cắt gắn với nhau dạng chữ thập, chiều cao cánh cắt bằng hai lần đường kính; - Lưỡi cắt là một trong bốn tấm thép của cánh cắt, có cấu tạo và kích thước quy định; - Cần nối: là cần được chế tạo bằng thép, có cấu thạo và kích thước theo quy định. Cần nối có tác dụng kết nối với bộ phận tạo mô men cắt.1 Cấu tạo thiết bị cắt cánh hiện trường Hình 2.2 Thiết bị thí nghiệm cắt cánh 2.

Quy trình thí nghiệm Quy trình thí nghiệm được thực hiện theo tiêu chuẩn TCVN 10184:2021 [15] Nguyên lý của thí nghiệm cắt cánh hiện trường là ấn vào trong đất một cánh cắt chữ thập bằng thép, trong quá trình ấn không được gây ra mô men xoắn.