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

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

Cơng trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Ngô Tấn Phong

TS. Tô Viết Nam Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Kiều Lê Thủy Chung Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Nguyễn Thành Sơn

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 23 tháng 01 năm 2024

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. Chủ tịch: TS. Đặng Thương Huyền

2. Thư ký: TS. Trần Xuân Nghiệm

3. Ủy viên: Phản biện 1: TS. Kiều Lê Thủy Chung 4. Ủy viên: Phản biện 2: TS. Nguyễn Thành Sơn 5. Ủy viên: TS. Ngô Tấn Phong

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT VÀ DẦU KHÍ

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: TRẦN VIẾT CÔNG MSHV: 2170639 Ngày, tháng, năm sinh: 01- 06 – 1983 Nơi sinh: Hà Tĩnh Chuyên ngành: Kỹ thuật địa chất Mã số: 8520501

I. TÊN ĐỀ TÀI: Đặc trưng sức kháng cắt khơng thốt nước (Su) và vận tốc truyền sóng trong đất bùn sét khu vực nhà máy điện gió Tân Thuận, tỉnh Cà Mau. (Characteristics of Undrained Shear Strength (Su) and Shear Wave Velocity in Soft Clay at Tan Thuan Wind Power Plant Area, Ca Mau Province).

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN

- Xác định các đặc trưng cơ lý cơ bản của đất bùn sét;

- Xác định đặc trưng sức kháng cắt khơng thốt nước (S<small>u</small>) của đất bùn sét và sự biến đổi của S<small>u</small> theo độ sâu;

- Xác định các đặc trưng về vận tốc truyền sóng V<small>p</small>, V<small>s</small> của đất bùn sét và sự biến đổi của V<small>p</small>, V<small>s</small> theo độ sâu;

- Thiết lập tương tương quan giữa các thông số S<small>u</small>, V<small>p</small>, V<small>s</small>. II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 04 – 09 - 2023

III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 23 - 01 - 2024

IV.CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. NGÔ TẤN PHONG – TS. TÔ VIẾT NAM Tp. HCM, ngày 23 tháng 01 năm 2024

TS. NGÔ TẤN PHONG TS. TÔ VIẾT NAM TS. NGÔ TẤN PHONG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT VÀ DẦU KHÍ

TS. BÙI TRỌNG VINH

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến q thầy, cơ Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM, đặc biệt là quí thầy, cơ Khoa Kỹ thuật Địa chất và Dầu khí đã hết sức tận tụy trong quá trình đào tạo, giúp cho em có mơi trường học tập tốt để hồn thành chương trình và có được những kiến thức chun ngành bổ ích.

Em xin được bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy TS. Ngô Tấn Phong và thầy TS. Tơ Viết Nam đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ em hoàn thành luận văn này.

Ngoài ra, em xin được cảm ơn công ty cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2 và KS. Bùi Đình Hoàn đã hỗ trợ em hoàn thành đề tài nghiên cứu.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 01 năm 2024 Tác giả,

Trần Viết Công

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Sức kháng cắt khơng thốt nước (S<small>u</small>) của đất bùn sét là một trong các đặc trưng cơ lý quan trọng phục vụ tính tốn thiết kế hay phân tích ổn định cơng trình. Sức kháng cắt khơng thốt nước của đất bùn sét thường được xác định từ kết quả thí nghiệm trong phịng hoặc từ các thí nghiệm hiện trường.

Mục tiêu chính của luận văn là xác định đặc trưng sức kháng cắt khơng thốt nước (S<small>u</small>) và vận tốc truyền sóng trong đất bùn sét khu vực nhà máy điện gió Tân Thuận, tỉnh Cà Mau. Để đạt được mục tiêu này, tác giả đã tổng hợp, đánh giá các kết quả từ thí nghiệm hiện trường như thí nghiệm cắt cánh, thí nghiệm xuyên tĩnh, thí nghiệm địa chấn, cũng như các kết quả thí nghiệm trong phịng của đất bùn sét. Từ đó, áp dụng phương pháp phân tích hồi qui bằng chương trình Excel để thiết lập tương quan giữa S<small>u</small> với vận tốc truyền sóng và độ sâu lớp đất bùn sét tại khu vực nghiên cứu.

Kết quả nghiên cứu cho thấy sức kháng cắt khơng thốt nước từ các thí nghiệm trong phịng (UC, UU), cũng như các thí nghiệm hiện trường (VST, CPTu) có tương quan chặt chẽ với độ sâu. Đặc trưng sức kháng cắt khơng thốt nước (S<small>u</small>) và vận tốc truyền sóng trong đất bùn sét có xu hướng tăng theo độ sâu, theo mức độ nén chặt của đất nền. Sức kháng cắt khơng thốt nước (S<small>u</small>) có tương quan tốt với vận tốc truyền sóng.

Nghiên cứu về đặc trưng vận tốc truyền sóng và thiết lập tương quan giữa S<small>u</small> và vận tốc truyền sóng trong đất bùn sét là một trong những điểm mới của luận văn. Tuy nhiên, để áp dụng rộng rãi cho nghiên cứu này thì cần phải có những nghiên cứu cho các khu vực lân cận khác như Cần Thơ, Sóc Trăng, Bạc Liêu,…và cho tồn chu vực đồng bằng sơng Cửu Long.

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

ABSTRACT

The undrained shear strength (S<small>u</small>) of soft clay is one of the important physical and mechanical characteristics serving design calculations or stability analysis of structures. The undrained shear strength of soft clay is usually determined from laboratory test results or from field tests.

The main objective of the thesis is to determine the characteristics of undrained shear strength (S<small>u</small>) and shear wave velocity in soft clay at Tan Thuan wind power plant area, Ca Mau province. To achieve this goal, the author has synthesized and evaluated results from the field vane shear tests, cone penetration tests, seimic test, as well as, the results of laboratory test of soft clay. From there, apply regression analysis using the Excel program to establish the correlation between S<small>u</small> with shear wave velocity and depth of soft clay in the study area.

Research results show that undrained shear strength from laboratory tests (UC, UU), field tests (VST, CPTu) are closely correlated with depth. Characteristics of undrained shear strength (Su) and shear wave velocity of soft clay trends to increase with depth, according to the level of compaction of the ground. The undrained shear strength (Su) is good correlated with the shear wave velocity.

Research on the characteristics of shear wave velocity and establishing the correlation between S<small>u</small> and shear wave velocity in soft clay is one of the new points of the thesis. However, to widely apply this research, it is necessary to have studies for other areas such as Can Tho, Soc Trang, Bac Lieu,... and for the entire Mekong Delta region.

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác. Tôi cũng xin cam đoan rằng các thơng tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 01 năm 2024 Tác giả luận văn,

Trần Viết Công

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

Mục lục

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ... i

LỜI CẢM ƠN ...ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN ... iii

1. Tính cấp thiết của đề tài ... 1

2. Mục tiêu nghiên cứu ... 1

3. Nhiệm vụ nghiên cứu ... 2

4. Nội dung nghiên cứu ... 2

5. Phương pháp nghiên cứu ... 2

6. Ý nghĩa của đề tài ... 3

7. Cấu trúc của luận văn ... 3

Chương 1 . Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước ... 4

1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước ... 4

1.2. Tình hình nghiên cứu ngồi nước... 7

Chương 2 . Các thí nghiệm hiện trường... 11

2.1. Thí nghiệm cắt cánh hiện trường (VST) ... 11

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

Chương 3 . Đặc trưng cơ lý đất bùn sét khu vực nghiên cứu ... 25

3.1. Khu vực nghiên cứu ... 25

3.1.1. Vị trí địa lý ... 25

3.1.2. Khối lượng cơng tác khảo sát ... 25

3.1.3. Đặc điểm địa tầng tại khu vực nghiên cứu ... 29

3.2. Đặc trưng cơ lý đất bùn sét ... 32

3.2.1. Tính chất cơ lý cơ bản ... 32

3.2.2. Tính thấm ... 37

3.2.3. Thành phần hóa học ... 38

3.2.4. Hàm lượng hữu cơ... 39

Chương 4 . Đặc trưng sức kháng cắt và vận tốc truyền sóng ... 41

4.1. Sức kháng cắt khơng thốt nước của đất bùn sét ... 41

4.1.1. Thí nghiệm trong phịng ... 41

4.1.2. Thí nghiệm hiện trường ... 46

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

4.2. Đặc trưng vận tốc truyền sóng dọc V<small>p</small>, sóng ngang V<small>s</small> của đất bùn sét 63

4.2.1. Vận tốc sóng V<small>p</small>, V<small>s</small> ... 63

4.2.2. Mô đun cắt, hệ số poisson, mô đun đàn hồi ... 69

Chương 5 . Thiết lập các tương quan về sức kháng cắt khơng thốt nước và vận tốc truyền sóng ... 72

5.1. Tương quan giữa S<small>u(VST)</small> với vận tốc truyền sóng dọc V<small>p</small> ... 72

5.2. Tương quan giữa S<small>u(VST)</small> với vận tốc truyền sóng ngang V<small>s</small> ... 74

5.3. Tương quan giữa S<small>u(VST)</small> với V<small>p</small> và V<small>s</small> ... 75

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

Danh mục hình ảnh

Hình 2.1 Cấu tạo thiết bị cắt cánh hiện trường ... 12

Hình 2.2 Thiết bị thí nghiệm cắt cánh ... 12

Hình 2.3 Biểu đồ kết quả thí nghiệm ... 14

Hình 2.4 Thiết bị thí nghiệm xun tĩnh ... 16

Hình 2.5 Áp lực tác dụng lên mũi cơn ... 17

Hình 2.6 Tiết diện khơng đều của mũi cơn ... 18

Hình 2.7 Biểu đồ minh họa kết quả thí nghiệm xun CPTu ... 19

Hình 2.8 Thiết bị đo địa chấn ... 22

Hình 2.9 Biểu đồ minh họa kết quả thí nghiệm địa chấn ... 24

Hình 3.1 Sơ đồ vị trí dự án điện gió Tân Thuận, tỉnh Cà Mau ... 25

Hình 3.2 Sơ đồ vị trí các điểm khảo sát ... 27

Hình 3.3 Phân bố dung trọng theo độ sâu ... 33

Hình 3.4 Phân bố độ ẩm theo độ sâu ... 33

Hình 3.5 Giới hạn chảy W<small>L</small> theo độ sâu... 34

Hình 3.6 Giới hạn dẻo W<small>P</small> theo độ sâu ... 34

Hình 3.7 Độ rỗng theo độ sâu ... 35

Hình 3.8 Phân bố thành phần hạt theo độ sâu ... 35

Hình 3.9 Lực dính theo độ sâu ... 36

Hình 3.10 Góc ma sát trong theo độ sâu ... 36

Hình 3.11 Phân bố thành phần hóa học, khống vật theo độ sâu ... 38

Hình 3.12 Phân bố hàm lượng hữu cơ theo độ sâu ... 39

Hình 4.1 S<small>u(UC) </small>theo độ sâu ... 43

Hình 4.2 S<small>u(UU)</small> theo độ sâu ... 45

Hình 4.3 S<small>u(VST) </small>theo độ sâu ... 49

Hình 4.4 So sánh S<small>u(VST)</small> với S<small>u(CPTu)</small> ... 58

Hình 4.5 Sự sai khác S<small>u(CPTu)</small> theo các giá trị N<small>kt</small> ... 58

Hình 4.6 S<small>u(CPTu)</small> theo độ sâu với N<small>kt</small> =28,5 ... 59

Hình 4.7 S<small>u</small> từ các thí nghiệm khác nhau ... 61

Hình 4.8 So sánh S của các nghiên cứu đã cơng bố ... 63

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

Hình 4.9 Vận tốc sóng dọc V<small>p</small> ... 64

Hình 4.10 Vận tốc sóng ngang V<small>s</small> ... 64

Hình 4.11 V<small>p</small>, V<small>s</small> theo độ sâu ... 65

Hình 4.12 Quan hệ giữa V<small>p </small>và V<small>s</small> với dung trọng ... 67

Hình 4.13 Quan hệ giữa V<small>p</small> với V<small>s</small> ... 68

Hình 4.14 V<small>p </small>/ V<small>s</small> theo độ sâu ... 68

Hình 4.15 Mô đun cắt G<small>0</small> và hệ số poisson theo độ sâu ... 70

Hình 4.16 Quan hệ mơ đun cắt với mơ đun biến dạng ... 70

Hình 4.17 Quan hệ mơ đun cắt với sức kháng xun ... 71

Hình 5.1 Quan hệ S<small>u(VST)</small> với V<small>p</small> ... 73

Hình 5.2 Quan hệ S<small>u(VST)</small> với V<small>s</small> ... 74

Hình 5.3 So sánh quan hệ giữa S<small>u</small> với V<small>s</small> của các nghiên cứu đã công bố ... 77

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

Danh mục bảng biểu

Bảng 1.1 Các nghiên cứu đã công bố [1] [4] [5] ... 5

Bảng 1.2 Hệ số xuyên khu vực Cà Mau [6] ... 6

Bảng 1.3 Hệ số xuyên khu vực Tân Sơn Nhất-Bình Lợi [6] ... 6

Bảng 1.4 Một số tương quan giữa S<small>u</small> với V<small>s</small> đã công bố [7] [9] ... 9

Bảng 3.1 Khối lượng khảo sát hiện trường ... 26

Bảng 3.2 Khối lượng thí nghiệm trong phòng ... 26

Bảng 3.3 Tọa độ các điểm khảo sát ... 28

Bảng 3.4 Chỉ tiêu vật lý cơ bản của lớp bùn sét ... 32

Bảng 3.5 Chỉ tiêu thấm nước của lớp bùn sét ... 37

Bảng 3.6 Tiêu chí phân loại đất yếu theo tiêu chuẩn TCCS 41: 2022/TCĐBVN ... 37

Bảng 3.7 Thành phần hóa học của lớp bùn sét ... 38

Bảng 3.8 Hàm lượng hữu cơ ... 39

Bảng 3.9 Tiêu chí phân loại đất hữu cơ theo tiêu chuẩn TCVN 8217-2009 ... 40

Bảng 4.1 Kết quả thí nghiệm nén một trục nở hông ... 42

Bảng 4.2 Mức độ tương quan theo Kalomexki [19] ... 43

Bảng 4.3 Kết quả mơ hình tương quan S<small>u(UC) </small>theo độ sâu ... 44

Bảng 4.4 Kết quả thí nghiệm nén ba trục (UU) ... 44

Bảng 4.5 Kết quả mơ hình tương quan S<small>u(UU) </small>theo độ sâu ... 46

Bảng 4.6 Kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường VST ... 47

Bảng 4.7 Kết quả mơ hình tương quan S<small>u(VST) </small>theo độ sâu ... 49

Bảng 4.8 Giá trị N<small>kt </small>theo một số tác giả đề xuất ... 50

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

Bảng 4.16 Sức kháng cắt S<small>u(CPTu</small>) với N<small>kt</small>=35,0 ... 57

Bảng 4.17 Kết quả mô hình tương quan S<small>u(CPTu</small>) theo độ sâu ... 60

Bảng 4.18 Chỉ tiêu sức kháng cắt khơng thốt nước của lớp bùn sét ... 60

Bảng 4.19 Tổng hợp các hàm tương quan S<small>u</small> theo độ sâu ... 61

Bảng 4.20 So sánh S<small>u</small> của các nghiên cứu đã công bố ... 62

Bảng 4.21 Đặc trưng vận tốc truyền sóng lớp bùn sét ... 65

Bảng 4.22 Kết quả mơ hình tương quan V<small>p</small> theo độ sâu ... 66

Bảng 4.23 Kết quả mơ hình tương quan Vs theo độ sâu ... 66

Bảng 4.24 Mô đun cắt, hệ số poisson, mô đun đàn hồi theo thí nghiệm địa chấn ... 69

Bảng 5.1 Số liệu thiết lập tương quan S<small>u(VST)</small> với V<small>p</small>, V<small>s</small> ... 72

Bảng 5.2 Kết quả mơ hình tương quan S<small>u(VST)</small> với V<small>p</small> ... 74

Bảng 5.3 Kết quả mơ hình tương quan S<small>u(VST)</small> với V<small>s</small> ... 75

Bảng 5.4 Kết quả mơ hình tương quan S<small>u(VST)</small> với V<small>p</small> và V<small>s</small> ... 76

Bảng 5.5 So sánh các nghiên cứu đã công bố ... 76

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

Các ký hiệu sử dụng trong luận văn

B<small>q</small> Tỉ số áp lực nước lỗ rỗng T Momen xoắn cần thiết để cắt đất c Lực dính

c’ Lực dính có hiệu t ^{Chênh lệch thời gian truyền sóng}tại hai vị trí d<small>i+1</small> và d<small>i</small>

d Đường kính cần nối VST Thí nghiệm cắt cánh hiện trường

K ^{Hệ số phụ thuộc vào kích thước}

và hình dạng của lưỡi cắt ^φ ^{Góc ma sát trong}

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

p<small>c</small> Áp lực tiền cố kết γ Dung trọng tự nhiên q<small>c</small> Sức kháng xuyên đầu mũi γ<small>d</small> Dung trọng khô q<small>t</small> Sức kháng xuyên hiệu chỉnh

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

Mở đầu 1. Tính cấp thiết của đề tài

Ở Việt Nam đất bùn sét phân bố rộng rãi ở nhiều khu vực như đồng bằng sông Hồng, đồng bằng sông Cửu Long, khu vực thành phố Hồ Chí Minh,… với chiều dày khá lớn như tại dự án khu đô thị mới Nhà Bè, độ sâu lớp bùn sét thay đổi từ 17,4 m đến 40,2 m [1]. Ở dự án điện gió Sóc Trăng 7, độ sâu lớp bùn sét thay đổi từ 15,7 m đến 22,0 m [2]. Đất bùn sét là loại đất yếu có khả năng bị mất ổn định hay biến dạng lớn dưới tác dụng của tải trọng cơng trình. Đặc trưng cơ lý của đất bùn sét theo tác giả Bùi Trường Sơn và Lâm Ngọc Quý [3], khối lượng tự nhiên dao động từ 1,35 đến 1,65 g/cm<small>3</small>, độ ẩm dao động từ 50 đến 100%, độ sệt lớn hơn 1, hệ số rỗng thay đổi từ 1,2 đến 3,0 và độ bão hịa xấp xỉ 100%. Do đó, cần thiết phải có những nghiên cứu sâu về loại đất này để các kỹ sư thiết kế xây dựng có thể hiểu rõ về đặc điểm địa kỹ thuật của đất bùn sét nhằm đánh giá chính xác trước khi xây dựng, và đưa ra các biện pháp xử lý hiệu quả.

Đối với lớp đất bùn sét, công tác khoan lấy mẫu khó đảm bảo được tính ngun trạng của mẫu đất, vì quá trình khoan, bảo quản, vận chuyển mẫu dễ làm cho mẫu bị xáo động. Các thí nghiệm hiện trường được tiến hành tại hiện trường, đúng với điều kiện làm việc của đất, đặc biệt là điều kiện ứng suất xung quanh tác dụng lên đất, đất ở trạng thái tự nhiên. Vì vậy kết quả thí nghiệm hiện trường phản ánh đúng ứng xử của đất hơn so với thí nghiệm trong phịng. Hiện nay các thí nghiệm hiện trường như thí nghiệm cắt cánh (VST), thí nghiệm xuyên tĩnh (CPTu), thí nghiệm địa chấn (P/S logging),… được áp dụng rộng rãi nhằm hạn chế mẫu bị xáo động trong q trình thí nghiệm, từ đó cung cấp kết quả chính xác, tin cậy.

Nhằm cung cấp thêm cho kỹ sư thiết kế xây dựng có các thơng số kỹ thuật của đất để tính tốn, đánh giá một cách hợp lý, do đó đề tài: “Đặc trưng sức kháng cắt khơng thốt nước (S<small>u</small>) và vận tốc truyền sóng trong đất bùn sét khu vực nhà máy điện gió Tân Thuận, tỉnh Cà Mau” được chọn làm luận văn tốt nghiệp.

2. Mục tiêu nghiên cứu

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

Xác định đặc trưng sức kháng cắt khơng thốt nước (S<small>u</small>) và vận tốc truyền sóng trong đất bùn sét khu vực nhà máy điện gió Tân Thuận, tỉnh Cà Mau.

3. Nhiệm vụ nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu nghiên cứu đặt ra đề tài cần phải thực hiện các nhiệm vụ sau:

+ Xác định các đặc trưng cơ lý cơ bản của đất bùn sét;

+ Xác định đặc trưng sức kháng cắt khơng thốt nước (S<small>u</small>) của đất bùn sét và sự biến đổi của S<small>u</small> theo độ sâu;

+ Xác định các đặc trưng về vận tốc truyền sóng (V<small>p</small>, V<small>s</small>) của đất bùn sét và sự biến đổi của V<small>p</small>, V<small>s</small> theo độ sâu;

+ Thiết lập tương tương quan giữa các thông số S<small>u</small>, V<small>p</small>, V<small>s</small>.

4. Nội dung nghiên cứu

Để đạt được các nhiệm vụ nêu trên đề tài cần nghiên cứu các nội dung sau: + Tổng hợp các nghiên cứu trong và ngoài nước.

+ Tổng hợp, đánh giá các kết quả thí nghiệm hiện trường, thí nghiệm trong phịng của đất bùn sét dựa trên kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý đất.

+ Tổng hợp, đánh giá kết quả sức kháng cắt khơng thốt nước (S<small>u</small>) từ thí nghiệm trong phịng và thí nghiệm cắt cánh.

+ Từ kết quả của thí nghiệm xun tĩnh (CPTu), tính tốn sức kháng cắt khơng thốt nước.

+ Tổng hợp, đánh giá kết quả thí nghiệm địa chấn.

+ Áp dụng phương pháp phân tích hồi qui để thiết lập tương quan giữa S<small>u</small> với độ sâu và vận tốc truyền sóng V<small>p</small>,V<small>s </small> với độ sâu của lớp đất bùn sét tại khu vực nghiên cứu.

5. Phương pháp nghiên cứu

Để hoàn thành các nhiệm vụ của đề tài tác giả sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

+ Phương pháp thực nghiệm: Khoan khảo sát lấy mẫu thí nghiệm trong phịng, tiến hành các thí nghiệm hiện trường như thí nghiệm cắt cánh, thí nghiệm xuyên tĩnh, thí nghiệm địa chấn,…

+ Phương pháp tổng hợp, thống kê tài liệu từ các kết quả khoan khảo sát, kết quả thí nghiệm hiện trường và thí nghiệm trong phòng của lớp đất bùn sét.

+ Áp dụng phương pháp phân tích hồi qui để lập tương quan giữa sức kháng cắt khơng thốt nước (S<small>u</small>) với vận tốc truyền sóng (V<small>p</small>,V<small>s</small>) và với độ sâu.

6. Ý nghĩa của đề tài

Cung cấp thêm cho các kỹ sư thiết kế xây dựng có các thơng số về đất bùn sét để đánh giá được rủi ro trước khi xây dựng và đưa ra các biện pháp xử lý có hiệu quả kinh tế cao, giúp cho các nhà đầu tư xây dựng cơng trình giảm được chi phí.

Góp phần cung cấp thêm cơ sở dữ liệu của đất bùn sét ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long để làm nguồn tài liệu tham khảo.

7. Cấu trúc của luận văn

Cấu trúc của luận văn bao gồm 05 chương, mở đầu và phần kết luận được trình bày như sau:

Phần mở đầu trình bày về tính cấp thiết của đề tài, mục tiêu nghiên cứu, nhiệm vụ nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu và ý nghĩa của đề tài. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước được trình bày trong 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 thốt 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.

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

Chương 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước

Hiện nay đã có nghiều tác giả trong và ngoài nước nghiên cứu về tương quan giữa sức kháng cắt khơng thốt nước (S<small>u</small>) với các thơng 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. 1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước

Tác giả Phạm Văn Nhơn [1] đã nghiên cứu tương quan sức kháng cắt khơng thốt nước (S<small>u</small>) với kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh của sét mềm bão hồ 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:

S<small>u(UC) </small>= 1,130z + 2,541 R<small>2</small> = 0,462 (1.1) S<small>u(UU) </small>= 0,498z + 10,652

S<small>u(VST) </small>= 1,386z + 8,081 S<small>u(CPTu) </small>= 2,264z + 0,01

S<small>u(CPTu) </small>= 1,477z + 6,9

R<small>2 </small>= 0,853 R<small>2 </small>= 0,943 R<small>2 </small>= 0,885 R<small>2 </small>= 0,909

(1.2) (1.3) (1.4) (1.5) Trong đó:

- S<small>u(UC)</small>: Là cường độ kháng cắt khơng thốt nước từ thí nghiệm nén nở hông (kPa);

- S<small>u(UU)</small>: Là cường độ kháng cắt khơng thốt nước từ thí nghiệm nén ba trục theo sơ đồ khơng cố kết, khơng thốt nước (kPa);

- S<small>u(VST)</small>: Là cường độ kháng cắt khơng thốt nước từ thí nghiệm cắt cánh hiện trường (kPa);

- S<small>u(CPTu)</small>: Là cường độ kháng cắt khơng thốt nước từ thí nghiệm xuyên tĩnh (kPa);

- 𝜎′ : Là ứng suất hữu hiệu (kPa); - 𝑧: Là độ sâu (m).

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

Tác giả Nguyễn Phương Bằng [4] đã phân tích, thiết lập tương quan sức kháng cắt khơng thốt nước giữa thí nghiệm trong phịng và thí nghiệm hiện trường cho đất bùn sét ở khu vực Quận 2, Tp. HCM. Tác giả đã đề xuất một số tương quan như sau:

Tương quan S<small>u(DS)</small> – S<small>u(UU)</small> với độ sâu của mẫu đất nghiên cứu z ≤ 14 m.

Tương quan S<small>u(DS)</small> – S<small>u(VS)</small> với độ sâu của mẫu đất nghiên cứu z ≤ 16 m. 𝑆̅<small>u(VS)</small>= − 29,96 + 8,505𝑆̅<small>u(DS) </small>– 0,2408𝑆 <small>(DS) </small> R<small>2</small> = 0,945 (1.7) Trong đó:

- S<small>u(DS)</small>: Là cường độ kháng cắt khơng thốt nước từ thí nghiệm cắt nhanh (kPa);

- S<small>u(UU)</small>: Là cường độ kháng cắt khơng thốt nước từ thí nghiệm nén ba trục theo sơ đồ khơng cố kết, khơng thốt nước (kPa);

- S<small>u(VS)</small>: Là cường độ kháng cắt khơng thốt nước từ thí nghiệm cắt cánh hiện trường (kPa).

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 khơng thốt 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 N<small>kt</small> thay đổi từ 14 đến 26 trung bình 18,5 với R<small>2</small>= 86%. = 1,6 z <small>-1.09</small> ^R²^{= 0,90} ^(1.8)

Trong đó:

- N<small>kt</small>: Là hệ số xuyên;

- 𝜎′ : Là ứng suất hữu hiệu (kPa).

Bảng 1.1 Các nghiên cứu đã công bố [1] [4] [5]

Hệ số xác định

R<small>2</small>

Khu vực

nghiên cứu ^{Tác giả}

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

STT Hàm tương quan

Hệ số xác định

R<small>2</small>

Khu vực

nghiên cứu ^{Tác giả}

2 ^𝑆̅<small>u(VS)</small>= −29,96 + 8,505𝑆̅<small>u(DS)</small>− 0,2408𝑆 <small>(DS)</small>

0,945 ^{Quận 2, Tp,}HCM

Nguyễn Phương Bằng (2012) 3 N<small>kt </small>= 0,504z + 6,13 0,885 Dự án Metro

City, huyện Nhà Bè, Tp,

HCM

Phạm Văn Nhơn (2012)

5 N<small>kt </small>= 14÷26 (TB=18,5) 0,860

Các tỉnh phía Nam

Trần Thị Phương

(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 và Bảng 1.3.

Bảng 1.2 Hệ số xuyên khu vực Cà Mau [6]

Hệ số xuyên Phạm vi Trung bình Số lượng dữ liệu

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

N<small>ke</small> 8 ÷ 24 13,1 44

N<small>kt(UU)</small> - 28,6 15

1.2. Tình hình nghiên cứu ngồi 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:

S<small>u</small> = 0,162V<small>s</small>^1.50 R<small>2</small> = 0,89 (1.9) Trong đó:

- S<small>u</small>: Là cường độ kháng cắt khơng thốt nước (kPa); - V<small>s</small>: 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 thơng số địa chất của đất sét ở Na Uy và Thụy Điển thể hiện bởi các phương trình sau:

V<small>s</small> = 65,00(q<small>t</small>)<small>0,150</small>(1+B<small>q</small>)<small>1,202</small> R<small>2</small> =0,76 (1.10) V<small>s</small> = 1,961(q<small>t</small>)<small>0,579</small>(e<small>o</small>)<small>-0,714</small> R<small>2</small> =0,78 (1.11) Trong đó:

- V<small>s</small>: Là vận tốc truyền sóng ngang (m/s); - q<small>t</small>: Là sức kháng xuyên hiệu chỉnh (kPa); - e<small>0</small>: Là hệ số rỗng;

- B<small>q</small>: 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 thơng số địa kỹ thuật của đất sét ở Na Uy thể hiện bởi các phương trình sau:

V<small>s</small> = 12,72𝑆 ₍<small>,</small> ₎ hoặc S<small>u(CU)</small> = 0,021𝑉 <small>,</small> R<small>2</small> =0,85 (1.12) V<small>s</small> = 13,32𝑆 ₍<small>,</small> ₎ hoặc S<small>u(DS)</small> = 0,027𝑉 <small>,</small> R<small>2</small> =0,87 (1.13)

Trong đó:

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

- S<small>u(CU)</small>: Là cường độ kháng cắt khơng thốt nước từ thí nghiệm nén ba trục theo sơ đồ cố kết không thoát nước (kPa);

- S<small>u(DS)</small>: Là cường độ kháng cắt khơng thốt nước từ thí nghiệm cắt nhanh (kPa);

- V<small>s</small>: Là vận tốc truyền sóng ngang (m/s).

Nghiên cứu của Mike Long và Marco D’Ignazio [10] cho biết sự tương quan về vận tốc truyền sóng và sức kháng cắt khơng thốt nước của đất sét ở Bắc Âu được thể hiện bởi các phương trình sau:

S<small>𝑢(𝐹𝑉𝑇)</small> = 0,062𝑉 <small>,</small> R<small>2</small> = 0,69 (1.14) S<small>𝑢(𝐷𝑆𝑆)</small> = 0,027𝑉 <small>,</small> R<small>2</small> = 0,87 (1.15) Trong đó:

- S<small>u(FVT)</small>: Là cường độ kháng cắt khơng thốt nước từ thí nghiệm cắt cánh hiện trường (kPa);

- S<small>u(DSS)</small>: Là cường độ kháng cắt khơng thốt nước từ thí nghiệm cắt nhanh (kPa);

- V<small>s</small>: Là vận tốc truyền sóng ngang (m/s).

Nghiên cứu của tác giả R.G. Borges và cộng sự [11] cho biết sự tương quan giữa vận tốc truyền sóng và các thơng số của CPTu ở khu vực rìa lục địa Brazil được thể hiện bởi các phương trình sau:

V<small>s</small> = 9,741q<small>t</small>^0,369f<small>s</small>^-0,1402σ’<small>vo</small>^0,1437 R<small>2</small> =0,84 (1.16) V<small>s</small> = 34,641σ’<small>vo</small>^0,342 R<small>2</small> =0,77 (1.17) Trong đó:

- V<small>s</small>: Là vận tốc truyền sóng ngang (m/s); - q<small>t</small>: Là sức kháng xuyên hiệu chỉnh (kPa); - f<small>s</small>: Là ma sát thành đơn vị (kPa);

- σ’<small>v0</small>: Là ứng suất hữu hiệu (kPa).

Tác giả Paul W. Mayne và Glenn J. Rix [12] đã nghiên cứu về tương quan giữa vận tốc truyền sóng và sức kháng mũi xuyên (q<small>c</small>). Các tác giả này đã đề xuất các phương trình tương quan như sau:

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

V<small>s</small> = 1,75q<small>c</small>^0,627 R<small>2</small> =0,736 (1.18) V<small>s</small> = 9,44q<small>c</small>^0,435 e<small>0</small>^-0,532 R<small>2</small> =0,832 (1.19) Trong đó:

- V<small>s</small>: Là vận tốc truyền sóng ngang (m/s); - q<small>c</small>: Là sức kháng xuyên đầu mũi (kPa); - e<small>0</small>: 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:

V<small>s</small> = 2,944q<small>t</small>^0,613 R<small>2</small> = 0,630 (1.20) V<small>s</small> = 65,00q<small>t</small>^0,150 e<small>0</small>^-0,714 R<small>2</small> =0,758 (1.21) Trong đó:

- V<small>s</small>: Là vận tốc truyền sóng ngang (m/s); - q<small>t</small>: Là sức kháng xuyên hiệu chỉnh (kPa); - e<small>0</small>: Là hệ số rỗng.

Tác giả Agaiby and Mayne [14] đã nghiên cứu tương quan giữa sức kháng cắt không thốt nước với vận tốc truyền sóng trong đất sét trên toàn thế giới và đã đề xuất hàm tương quan như sau:

Bảng 1.4 Một số tương quan giữa S<small>u</small> với V<small>s</small> đã công bố [7] [9]

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

STT Hàm tương quan ^{Khu vực}nghiên cứu

Thí nghiệm

xác định S<small>u</small> Tác giả 2 S<small>u</small> = 5.10<small>-4</small>𝑉 ^,

Ven biển ở Ấn Độ (R<small>2</small>=0.82)

Nén 3 trục khơng cố kết

khơng thốt nước

Kulkarni và cộng sự.

(2010)

Campeche

Nén 3 trục và cắt cánh

Taboada và cộng sự.

(2013)

toàn thế giới (R<small>2</small>=0.76)

Nén 3 trục

Agaiby and Mayne (2015)

5

S<small>u1 </small>= 61,5 log(V<small>s</small>/32,3) -5,2 S<small>u2 </small>= 88,1 log(V<small>s</small>/28,8) -

15,2

S<small>u3 </small>= 86,4 log(V<small>s</small>/30,2) 11,9

-Busan, Hàn Quốc

Thí nghiệm cắt cánh

Oh and Bang (2016)

6 S<small>u</small> = 0,162V<small>s</small>^1,50

Giang Tơ, Trung Quốc

Thí nghiệm nén 3 trục

Wei Duan và cộng sự

thí nghiệm cắt nhanh

Michael Long (2017)

Nhận xét: Hiện nay các nghiên cứu trong nước đã được công bố như tương quan giữa sức kháng cắt khơng thốt nước với kết quả thí nghiệm xun 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.

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

Chương 2. 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.

2.1. Thí nghiệm cắt cánh hiện trường (VST)

Thí nghiệm cắt cánh hiện trường nhằm mục đích xác định sức kháng cắt khơng thốt nước của đất, được sử dụng cho các loại đất dính mềm yếu, bão hịa nước. Thí nghiệm này khơng áp dụng đối với đất có khả năng thốt nước nhanh, đất trương nở, đất lẫn nhiều vỏ sò.

2.1.1. 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 2.1 và Hình 2.2. 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.

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

Hình 2.1 Cấu tạo thiết bị cắt cánh hiện trường

Hình 2.2 Thiết bị thí nghiệm cắt cánh 2.1.2. 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 q trình ấn khơng được gây ra mơ men xoắn. Sau đó quay cánh cắt với vận tốc quay không vượt quá 0,1độ/giây đến khi đất bị cắt xoay trịn xung quanh trục của nó (đất bị phá hủy). Thời gian phá hủy đất trong khoảng 2 đến

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

5 phút, trừ trường hợp đất rất mềm thì thời gian phá hủy có thể lên tới 10 đến 15 phút. Trong quá trình cắt, cao độ cánh cắt phải giữ cố định.

Tại thời điểm đất bắt đầu bị phá hoại, ghi được giá trị mô men cắt lớn nhất (mô men cắt ở trạng thái nguyên trạng). Tiếp tục quay cánh cắt ít nhất 10 vịng trong thời gian khơng q 1 phút, ghi được mô men cắt nhỏ nhất (mô men cắt ở trạng thái phá hủy)

Đất bị cắt trong thời gian khá nhanh, với hệ số thấm trong đất dính rất nhỏ nên nước khơng kịp thốt ra ngồi trong q trình thí nghiệm. Sức kháng cắt khơng thốt nước sẽ được xác định dựa vào mô men cắt đo được và phụ thuộc vào kích thước cánh của lưỡi cắt chữ thập. Độ nhạy của đất được tính bằng tỉ số giữa sức kháng cắt khơng thốt nước của đất ở trạng thái nguyên trạng và trạng thái phá hủy.

- T: Momen xoắn cần thiết để cắt đất (Nm);

- K: Hệ số phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của lưỡi cắt (m<small>3</small>). 𝐾 = ^ . D<small>2</small>H . (1 + ) (2.2) Trường hợp cánh cắt hình chữ nhật (H=2D)

- H: Là chiều cao cánh cắt; - D: Là đường kính cánh cắt.

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

- Xác định ranh giới của các lớp đất, đánh giá độ đồng nhất của các lớp đất.

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

- Đồng thời cũng cho phép phát hiện những lớp kẹp có khả năng chịu tải nhỏ mà các phương pháp khảo sát khác thường không phát hiện được.

- Xác định độ chặt của đất loại cát, trạng thái của đất loại sét.

- Kiểm chứng với kết quả khoan thăm dị và thí nghiệm trong phịng để phân chia loại đất và xác định một số đặc trưng cơ lý của các lớp đất, phục vụ thiết kế.

- Lập tương quan với các thí nghiệm khác qua việc thiết lập hệ số thực nghiệm N<small>kt</small> để tính sức kháng cắt khơng thốt nước theo kết quả dữ liệu của xuyên tĩnh phục vụ trong thiết kế.

Thí nghiệm xuyên tĩnh được áp dụng cho đất loại cát hoặc đất loại sét. 2.2.1. Thiết bị thí nghiệm

Thiết bị thí nghiệm xuyên tĩnh được thể hiện trong Hình 2.4, thiết bị thí nghiệm gồm các bộ phận chính sau:

Mũi xuyên: Là bộ phận trực tiếp xuyên vào đất được cấu tạo với phần đầu là mũi cơn có góc đỉnh 60<small>o</small>. Mũi xun thơng dụng nhất là loại đường kính đáy mũi là 35,7 mm, diện tích tiết diện ngang là 10 cm<small>2</small> và đường kính 43,7 mm, diện tích tiết diện ngang là 15 cm<small>2</small>. Mũi xuyên được ấn vào trong đất cùng với cần xuyên. Việc đo sức kháng xuyên đầu mũi và ma sát thành được tiến hành liên tục và đồng thời. Mũi xuyên thường được gắn cảm biến, các thông tin về sức kháng xuyên, ma sát thành, lực ấn được truyền qua cáp đặt trong cần xuyên về bộ phận đo ghi.

Cần xuyên: Là bộ phận truyền lực đến mũi xuyên để đưa mũi xuyên vào đất. Cần xun thường có đường kính bằng đường kính mũi xuyên, dài 1m, được cấu tạo bằng thép đặc biệt, bên trong rỗng để luồn dây cáp tín hiệu.

Hệ thống truyền lực: Dùng bơm thuỷ lực, pít tông để ấn mũi xuyên và cần xuyên xuống đất.

Hệ thống đối tải: sử dụng neo hoặc các khối bê tông đối tải.

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

(a) (b) Hình 2.4 Thiết bị thí nghiệm xun tĩnh

(a) hệ thống truyền lực, (b) mũi xuyên, mô đun điều khiển và cáp truyền tín hiệu (nguồn )

2.2.2. Quy trình thí nghiệm

Ngun lý thí nghiệm là xuyên vào trong đất một chùy hình cơn với tốc độ xuyên là 2 cm/s. Lực xuyên là lực ép tĩnh. Trong quá trình xuyên, đo được sức kháng xuyên đầu mũi, ký hiệu q<small>c</small>, ma sát thành đơn vị, ký hiệu f<small>s</small> và áp lực nước lỗ rỗng (u) của đất.

Quy trình thí nghiệm được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM D5778-07. - Xác định vị trí và dọn dẹp mặt bằng;

- Neo các mũi neo bằng máy thủy lực; - Lắp đặt và cân chỉnh máy;

- Nối mũi xuyên với đầu thu tín hiệu (đá thấm ở đầu xuyên phải được bão hòa trước khi lắp đặt);

- Tiến hành thí nghiệm xuyên, tín hiệu được gửi vào máy tính và được biểu diễn bằng biểu đồ và số.

Mũi xuyên

Mô đun điều khiển

Cáp truyền tín hiệu

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

2.2.3. Xử lý kết quả

Khi dùng lực ép tĩnh để ấn mũi xuyên vào trong lòng đất đo được sức kháng ở mũi xuyên Q<small>c</small>; Sức kháng toàn phần Q<small>t</small>; Ma sát thành Q<small>s</small> (Q<small>s</small> = Q<small>t</small> − Q<small>c</small>). Từ đó ta tính được các giá trị sau:

Sức kháng xuyên đầu mũi:

Hình 2.5 Áp lực tác dụng lên mũi cơn

Từ kết quả xun tĩnh ta tính được sức kháng cắt khơng thốt nước S<small>u</small>

Theo Robertson và Campanella (1989), sức chống cắt khơng thốt nước S<small>u</small> của đất sét có thể tính được từ phương trình sau:

q<small>t</small> = q<small>c </small>+ u(1 - 𝛼) (2.11) Trong đó:

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

S<small>u</small>: Sức kháng cắt khơng thốt nước của đất; q<small>c</small>: Sức kháng xuyên đầu mũi;

u: Áp lực nước lỗ rỗng;

𝜎 : Áp lực tổng lớp đất phía trên; α: Tỉ số diện tích cơn;

( α = = d<small>2</small>/D<small>2</small>, α thường vào khoảng 0,6 ÷ 0,9 xem Hình 2.5)

N<small>kt</small>: Hệ số xuyên (là một giá trị thực nghiệm và dao động trong phạm vi rộng, tác giả Bùi Trường Sơn [6] cho rằng N<small>kt</small> dao động từ 10 đến 25 tại khu vực Cà Mau).

Trong đất sét yếu, giá trị q<small>c</small> đo được phải được hiệu chỉnh do áp lực lỗ rỗng tác động lên hình dạng cơn, như vậy nhận được giá trị sức kháng xuyên hiệu chỉnh, q<small>t</small>.

q<small>t</small> = q<small>c </small>+ u<small>2</small>(1 - 𝛼) (2.12) Trong đó:

α: Tỉ số diện tích cơn (α = 0,6 ÷ 0,9) Trong đất cát q<small>c</small> = q<small>t</small>.

Hình 2.6 Tiết diện khơng đều của mũi cơn

Một tương quan tương tự dùng để tính tốn hiệu chỉnh cho ma sát côn. f<small>t</small> = f<small>s</small> – (u<small>2</small>A<small>sb</small> – u<small>3</small>A<small>st</small>) Ú A<small>s</small> (2.13)

Trong đó:

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

f<small>s</small>: Ma sát thành đơn vị;

u<small>3</small>: Áp lực nước lỗ rỗng ở đỉnh chuôi; u<small>2</small>: Áp lực nước lỗ rỗng ở đáy chi; A<small>sb</small>: Diện tích tiết diện ngang ở đáy chi; A<small>s</small>: Diện tích bề mặt chi;

A<small>st</small>: Diện tích tiết diện ngang ở đỉnh chi.

Từ các thông số đo được trực tiếp (sức kháng xuyên đầu mũi- q<small>c</small>; ma sát thành- f<small>s</small>; áp lực nước lỗ rỗng –u) phần mềm CPTask sẽ tính tốn và cho ra các thông số địa kỹ thuật cần thiết như Hình 2.7.

Hình 2.7 Biểu đồ minh họa kết quả thí nghiệm xuyên CPTu

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

2.3. Thí nghiệm địa chấn (P/S logging)

Địa chấn là một trong các kỹ thuật địa vật lý được sử dụng khá phổ biến trong công tác khảo sát địa kỹ thuật. Phương pháp Crosshole và Downhole là các phương pháp địa vật lý, được sử dụng trong khảo sát địa chất cơng trình nhằm mục đích xác định vận tốc truyền sóng đàn hồi chi tiết nhất tại hiện trường phục vụ cho việc đánh giá các đặc điểm và tính chất của mơi trường tại vị trí khảo sát.

Kết quả của phương pháp Crosshole được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, trong đó bao gồm: Đánh giá tính liên tục của mơi trường theo phương nằm ngang và thẳng đứng, phân tích khả năng hóa lỏng của mơi trường, nghiên cứu biến dạng.

Phương pháp Downhole được sử dụng với mục đích tương tự như phương pháp Crosshole, nhằm xác định sự lan truyền của các sóng địa chấn theo phương dọc và phương ngang (sóng P và sóng S) tại các vị trí có sự hiện diện của những thành tạo chủ yếu ở dạng bở rời. Thí nghiệm Downhole thường được đề nghị sử dụng trong các dự án không yêu cầu việc đo đạc với độ chính xác cao như phương pháp Crosshole.

Phương pháp Downhole cung cấp các giá trị vận tốc sóng địa chấn của các loại đất đá trong địa tầng lỗ khoan. Những dữ liệu này có thể được sử dụng cho các phân tích động, tĩnh, hoặc để tính tốn mơ đun biến dạng, mô đun đàn hồi, và hệ số Poisson hoặc đơn giản để xác định những dị thường có thể tồn tại trong lỗ khoan.

Phương pháp địa chấn được áp dụng trong công tác đo vẽ bản đồ địa chất cơng trình và trong khảo sát nền móng các cơng trình giao thơng, xây dựng, để giải quyết các nhiệm vụ:

- Xác định ranh giới giữa các lớp đất đá có tính chất và thành phần thạch học khác nhau.

- Xác định các đới phá huỷ, đứt gãy, các hang động karst. - Xác định chiều sâu mực nước ngầm.

- Xác định các tham số đàn hồi của đất đá trong thế nằm tự nhiên.

- Xác định tương quan thực nghiệm giữa tham số tốc độ truyền sóng đàn hồi với mô đun đàn hồi, hệ số Poisson, với các tham số vật lý khác và với các

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

chỉ tiêu địa chất cơng trình như: mơ đun biến dạng, khối lượng thể tích tự nhiên, độ rỗng, độ ẩm,…

- Đầu đo gồm có nguồn phát sóng ngang dạng búa điện và hai nhóm đầu thu đặt cách nguồn trên 2 m, nối lên mặt đất bằng cáp nhiều ruột. Mỗi nhóm có một cảm biến thu sóng dọc P và một cảm biến thu sóng ngang S. Hai nhóm cách nhau 1 m và điểm giữa chúng là điểm tham chiếu độ sâu cho kết quả đo.

- Khoảng nối từ nguồn đến các cảm biến được làm bằng vật liệu cách âm để ngăn sóng truyền trực tiếp dọc theo đầu đo. Tổng chiều dài đầu đo 6 - 7 m. Khơng có càng ép thành lỗ khoan, nên chỉ làm việc ở đoạn có dung dịch khoan.

- Nguồn phát sóng ngang phát xung có băng tần 100 – 1000 Hz, đặt ở dưới cùng. Khi sóng phát ra gặp thành hố khoan sẽ phát sinh trao đổi sóng, cho ra sóng dọc P và sóng ngang S, lan truyền trong đất đá và khúc xạ về các đầu thu.

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

Hình 2.8 Thiết bị đo địa chấn 2.3.2. Quy trình thí nghiệm

Quy trình thí nghiệm địa chấn theo phương pháp Crosshole thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM D4428/D4428M – 14. [16]

- Chuẩn bị lỗ khoan: Sơ đồ cho thí nghiệm bao gồm ba hoặc nhiều lỗ khoan thẳng hàng. Góc phương vị lỗ khoan phải được đo ở độ chính xác ± 1<small>°</small>. Cao độ lỗ khoan phải được đo chính xác đến ± 0,1m.

- Các lỗ khoan có ống chống: Sau khi khoan xong, đặt các ống PVC hoặc ống nhơm có đường kính bên trong từ 50 đến 100 mm. Sau đó bơm vữa xi măng chèn vào giữa vách lỗ khoan và ống chống.

- Đo độ lệch của lỗ khoan: Phải tiến hành đo độ lệch trong tất cả các lỗ khoan. Thiết bị phải có khả năng xác định độ nghiêng với độ nhạy 0,3<small>°</small>. Để có thể tính tốn khoảng cách thực tế giữa các lỗ khoan.

- Tiến hành thí nghiệm: Đặt nguồn năng lượng vào lỗ nguồn ở độ sâu không lớn hơn 1,5 m vào địa tầng đang khảo sát. Đặt hai máy thu ở cùng một độ cao trong mỗi lỗ. Kẹp chặt nguồn và bộ thu vào vị trí. Kiểm tra thiết bị ghi và xác minh thời gian. Kích hoạt nguồn năng lượng và hiển thị đồng thời cả

Đầu đo

Cảm biến trên Cảm biến dưới

Nguồn Thiết bị ghi tín hiệu

Cách âm

</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">

hai đầu thu trên thiết bị ghi. Điều chỉnh biên độ và thời lượng tín hiệu sao cho chuỗi sóng P hoặc chuỗi sóng S hoặc cả hai được hiển thị tồn bộ. Phương pháp Crosshole được thực hiện bằng cách tạo và ghi nhận sóng khối, trong đó bao gồm sóng P và sóng S tại các chiều sâu và khoảng cách lựa chọn, trong đó, nguồn dao động và máy thu (geophone) được đặt ở cùng một cao độ trong lỗ khoan ở mỗi lần đo.

Quy trình thí nghiệm địa chấn theo phương pháp Downhole thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM D7400-08. [17]

- Chuẩn bị lỗ khoan: Công tác khoan được tiến hành bằng kỹ thuật khoan xoay cùng với các biện pháp giảm thiểu sự biến dạng tính chất cơ lý của mơi trường trong quá trình khoan và kết cấu lỗ khoan. Trong quá trình khoan, phải kiểm tra độ lệch của lỗ khoan thường xuyên.

- Lắp đặt ống chống: Ống chống được sử dụng là ống bằng nhựa PVC phần của lỗ khoan xuyên qua đá gốc sẽ được trám lại bằng xi măng phần lỗ khoan tiếp xúc với đất, cát, sạn sỏi xung quanh sẽ được bơm vữa xi măng lấp đầy. - Tiến hành thí nghiệm:

+ Sử dụng ống chống đường kính tối thiểu 100 mm đến độ sâu hết lớp đất yếu;

+ Lỗ khoan phải được lấp đầy nước hoặc dung dịch khoan trong suốt thời gian thí nghiệm;

+ Trường hợp địa tầng xuất hiện các lớp đất rời phải sử dụng hỗn hợp bentonite với tỷ lệ phù hợp để đảm bảo vách lỗ khoan khơng bị sập. + Cơng tác thí nghiệm sẽ được thực hiện liên tục trong quá trình khoan hoặc sau khi kết thúc lỗ khoan. Với tần suất trung bình 1m sẽ thực hiện 1 thí nghiệm.

2.3.3. Xử lý kết quả

Vận tốc truyền sóng P và sóng S của các lớp đất được tính theo cơng thức sau:

Trong đó:

</div><span class="text_page_counter">Trang 40</span><div class="page_container" data-page="40">

- L: Gia số khoảng cách từ nguồn đến máy thu ở độ sâu d<small>i+1</small> và d<small>i</small>

- t: Chênh lệch thời gian truyền sóng từ nguồn đến máy thu tại hai vị trí d<small>i+1</small>

</div>