Nghiên cứu sự thay đổi tính chất cơ lý của đất đắp sau khi hồ tích nước theo thời gian có ảnh hưởng đến sự ổn định lâu dài của đập đất miền trung Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM

  




TRƯƠNG QUANG THÀNH




NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐẮP SAU KHI HỒ TÍCH
NƯỚC THEO THỜI GIAN CÓ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ ỔN ĐỊNH LÂU DÀI CỦA ĐẬP
ĐẤT MIỀN TRUNG VIỆT NAM


LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - NĂM 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM
  







TRƯƠNG QUANG THÀNH



ĐỀ TÀI:


NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐẮP SAU KHI HỒ TÍCH
NƯỚC THEO THỜI GIAN CÓ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ ỔN ĐỊNH LÂU DÀI CỦA ĐẬP
ĐẤT MIỀN TRUNG VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
MÃ SỐ NGÀNH: 62. 58. 60. 01







NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. GS. TSKH. NGUYỄN VĂN THƠ
2. PGS. TS. TÔ VĂN LẬN






THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - NĂM 2011

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nghiên
cứu trong luận án này là trung thực và chưa từng được ai công bố. C¸c sè liƯu tham kh¶o
®Ịu cã ngn trÝch dÉn.


TÁC GIẢ LUẬN ÁN




Trương Quang Thành

LỜI CÁM ƠN


Hoàn thành luận án của mình, tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:

Các thầy hướng dẫn: GS. TSKH. Nguyễn Văn Thơ, PGS. TS. Tô Văn Lận đã
hướng dẫn tôi trong cả quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án Tiến só.

Các Phòng Ban lãnh đạo Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam, trường Đại học
Kiến trúc TP. Hồ Chí Minh đã quan tâm, động viên, tạo điều kiện thuận lợi để tôi
nghiên cứu hoàn thành và bảo vệ luận án.

Tập thể Bộ môn Nghiên cứu Đòa kỹ thuật xây dựng thuộc Viện Khoa học Thủy
lợi Miền Nam, đặc biệt là GS.TS. Trần Thò Thanh đã tạo điều kiện về Phòng thí
nghiệm và giúp đỡ tôi hoàn thành luận án.

Người thân trong gia đình luôn động viên về tinh thần để tôi hoàn thành nhiệm
vụ học tập và nghiên cứu.

Bạn bè, đồng nghiệp gần xa động viên, khích lệ

Xin chân thành cám ơn.


-i-

MC LC
Nội dung Trang
- Trang phụ bìa
- Lời cam đoan - lời cám ơn
- Các ký hiệu sử dụng trong luận án
- Bảng tơng quan giữa các đơn vị dùng trong luận án với các đơn vị hệ SI
- Danh mục bảng biểu
- Danh mục hình vẽ và đồ thị
Mở đầu
1. Tính cấp thiết của đề tài 1
2. Mục tiêu của luận án 2
3. Nhiệm vụ và giới hạn phạm vi nghiên cứu 2
4. Phơng pháp nghiên cứu 2
5. Những đóng góp mới và khả năng ứng dụng của luận án 2
6. Cơ sở tài liệu 3
7. Cấu trúc luận án 3
Chơng 1: Tổng quan về đặc điểm của đất đắp đập, tình hình ổn định của đập
đất và ảnh hởng của liên kết kiến trúc đến độ bền của đất đắp đập ở khu vực
nghiên cứu.

1.1 Tổng quan về đặc điểm địa chất công trình trên khu vực nghiên cứu 4
1.1.1 ặc điểm địa cht công trình 4
1.1.2 Thnh phn khoáng vt mt s loi t vùng Tây Nguyên v Miền Trung 11

1.1.3 c im khí hu, thy vn 17
1.1.4 Mt s loi t thun li v không thun li khi dùng p p min Trung 19
1.2 Một số tính chất đặc biệt của đất đắp tại khu vực nghiên cứu khi tiếp xúc với nớc.
1.2.1 Tính trng n 20
1.2.2 Tính tan rã 21
1.2.3 Tính lún t 21
1.2.4 Tính co ngót 22
1.2.5 Tính xói rửa 22
1.3 Tình hình ổn định của một số đập đất trong khu vực nghiên cứu 23
1.3.1 Nguyên nhân ba ln v p Sui Tru Ninh Hòa (1977, 1978, 1979) 26
1.3.2 Nguyên nhân v p Sui Hnh - Cam Ranh (12-1986) 27
-ii-

1.3.3 Nguyên nhân s c p Am Chúa Diên Khánh - Khánh Hòa (1989, 1992) 28
1.3.4 Nhn xét 29
1.4 Một số kết quả nghiên cứu sự thay đổi độ bền của khối đất đắp có liên quan 29
đến quá trình phục hồi, phát triển liên kết kiến trúc của các nớc trên thế giới
1.5 Một số kết quả nghiên cứu sự thay đổi độ bền của khối đất đắp có liên quan 35
đến quá trình phục hồi và phát triển các liên kết kiến trúc của đất trong khu
vực nghiên cứu ở Việt Nam
1.5.1 nh hng ca s phc hi liên kt kin trúc ca t đắp n sc chng 35
ct ca t
1.5.2 nh hng ca s phc hi liên kt kin trúc ca t đắp n tính tan rã 37
ca t
1.5.3 nh hng ca s phc hi liên kt kin trúc ca t đắp n tính thm 38
nc ca t

1.5.4 nh hng ca s phc hi liên kt kin trúc ca t đắp n tính trng 39
n ca t loi sét
1.6 Những vấn đề cần nghiên cứu của luận án 41

Chơng 2: Nghiên cứu đặc điểm thay đổi sức chống cắt của đất đắp do phục hồi
liên kết kiến trúc theo thời gian trong quá trình ngấm nớc.
2.1 Cơ sở lý thuyết có liên quan đến mục đích và nội dung thí nghiệm 42
2.2 Các loại đất đợc dùng trong thí nghiệm 46
2.3 Phơng pháp chế tạo mẫu thí nghiệm 48
2.4 Nghiên cứu sự thay đổi sức chống cắt của đất chế bị với các độ chặt khác 50
nhau theo thời gian ngâm mẫu trong nớc.
2.4.1 Phơng pháp thí nghiệm 50
2.4.2 Kết quả thí nghiệm 51
2.4.2.1 i vi t tn tích có ngun gc granite đợc lấy h cha nc 51
Thun Ninh- Bình nh
2.4.2.2 i vi t sờn tn tích có ngun gc sét bột kết- cát bột kết đợc 56
lấy h cha nc Sông Sắt - Ninh Thuận
2.4.2.3 t sn - tn tích trên nn á Bazan c tại đập DakRtih - Daklak 60
2.4.2.4 So sánh mc bin i
C
,

ca ba loi t có cùng h s m 64
chặt (K) theo thi gian ngâm mu t trong nc.
2.4.3 Nhận xét về kết quả thí nghiệm của chơng 2 64
-iii-


Chơng 3: Nghiên cứu sự thay đổi tính thấm nớc và trơng nở của đất đắp do
phục hồi liên kết kiến trúc theo thời gian trong quá trình ngấm nớc.

Mở đầu
3.1 Nghiên cứu sự thay đổi hệ số thấm nớc do phục hồi liên kết kiến trúc của 68
đất đắp theo thời gian trong quá trình ngấm nớc.
3.1.1 Phơng pháp thí nghiệm 68
3.1.2 Kết quả thí nghiệm 69
3.1.2.1 t tn tích có ngun gc Granite h cha nc Thun Ninh- Bình nh 69
3.1.2.2 t bồi tích ngun gc (sét cát) bt kt h Sông St-Ninh Thun 71
3.1.2.3 t sn - tn tích trên nn á Bazan c h thy in DakRtih- Daklak 73
3.1.2.4 So sánh mc bin i hệ số thấm
kt
ca ba loi t có cùng h s m 74
chặt (K) theo thi gian ngâm mu t trong nc
3.1.3 Nhận xét và kết luận về sự thay đổi hệ số thấm nớc của đất đắp 75
3.2 Nghiên cứu sự thay đổi hệ số trơng nở trong quá trình phục hồi liên kết 76
kiến trúc của đất đắp theo thời gian trong quá trình ngâm nớc.
3.2.1 Phơng pháp thí nghiệm 76
3.2.2 Kết quả thí nghiệm 78
3.2.2.1 Đất tại khu vực hồ chứa nớc Thuận Ninh Bình Định 79
3.2.2.2 Đất tại khu vực hồ Sông Sắt - Ninh Thuận 83
3.2.2.3 Đất đỏ Bazan tại khu vực đập DakRtih - Daklak 86
3.2.2.4 Quan hệ giữa hệ số trơng nở tự do (R
N
)và dung trọng khô (
c
)của ba 87
loại đất thí nghiệm
3.2.3 Nhận xét và kết luận về sự thay đổi hệ số trơng nở của đất đắp 88
3.3 Một số kết luận rút ra từ chơng 3 90

Chơng 4: Nghiên cứu so sánh sự biến đổi sức chống cắt, hệ số thấm nớc, hệ số

trơng nở của các mẫu đất chế bị (không ngâm nớc) có cùng độ chặt - độ ẩm với
mẫu đất trong ống đợc ngâm nớc theo thời gian.
Mục đích nghiên cứu 91
4.1 Loại đất đợc dùng và phơng pháp tạo mẫu thí nghiệm 91
4.2 Kết quả thí nghiệm 93
4.2.1. Sc chng ct ca t 93
4.2.2 Tính trng n ca t 96
-iv-

4.2.3. Tính thm nc 98
4.3. Một số nhận xét và kết luận rút ra từ chơng 4 100
Chơng 5: Khảo sát nghiên cứu sự thay đổi sức chống cắt, hệ số thấm nớc, hệ số
trơng nở của đất đắp trong một số đập thực tế sau nhiều năm khai thác ở miền
Trung và phân tích hệ số ổn định của đập do phục hồi liên kết kiến trúc của đất
Mở đầu 101
5.1 So sánh kết quả thí nghiệm của nhóm đất đợc chế bị trong ống mẫu 102
ngâm nớc theo thời gian với kết quả thí nghiệm của đất đắp ở lõi đập
Thuận Ninh - Bình Định sau 10 năm xây dựng.

5.1.1 Sự thay đổi sức chống cắt, hệ số trơng nở, hệ số thấm - đất hồ Thuận Ninh 103
đợc chế bị trong ống có hệ số đầm nén (K) khác nhau ngâm nớc theo thời gian
5.1.2 Sự thay đổi dung trọng (), sức chống cắt (,C), hệ số trơng nở (R
N
), hệ số 105
thấm (K
t
) của các mẫu đất theo độ sâu ở lõi đập Thuận Ninh sau 10 năm xây dựng.
5.1.3 Nhận xét 110
5.2 Khảo sát sự thay đổi sức chống cắt và hệ số thầm nớc của đất đắp trong đập 114
hồ chứa nớc Láng Nhớt - Diên Khánh - Khánh Hòa sau 15 năm khai thác.

5.2.1 Sự thay đổi sức chống cắt (,C) của đất trong thân đập sau 15 năm khai 115
thác so với đất mới đắp ban đầu (đất chế bị)
5.2.2 S thay i h s thm nc (K
t
) ca t trong thân p sau 15 nm khai 118
thác so vi t mi p ban u (t ch b)
5.3 ng dụng phần mềm Geo-slope để khảo sát sự thay đổi hệ số ổn định của đập 120
Thuận Ninh-Bình Định do sự phục hồi liên kết kiến trúc trong đất theo thời gian
5.3.1 Một số phơng pháp tính ổn định đập đất 120
5.3.2 Phơng trình cân bằng của khối đất trợt 122
5.3.3 ng dụng phần mềm Geo-slope để tính toán ổn định đập đất Thuận Ninh 127
- Bình Định theo thời gian do sự phục hồi các liên kết kiến trúc trong đất
5.4 Những nhận xét rút ra từ chơng 5 136
Kết luận và đề nghị 137
Những công trình khoa học đã công bố có liên quan đến luận án.
Tài liệu tham khảo
Phần phụ lục

- 42 -

CHNG 2
NGHIấN CU C IM THAY I SC CHNG CT CA
T P DO PHC HI LIấN KT KIN TRC THEO THI GIAN
TRONG QU TRèNH NGM NC

2.1. C S Lí THUYT Cể LIấN QUAN N MC CH V NI DUNG
TH NGHIM
Đất trong tự nhiên đợc tạo nên do kết quả phong hóa vật lý và hóa học của đá
gốc. Trong quá trình hình thành và trong những điều kiện tồn tại tiếp theo, tùy thuộc
vào điều kiện bên ngoài mà các tính chất của đất đợc hình thành.

Trong thành phần của đất tự nhiên có chứa những nguyên tố rất đa dạng. Khi
nghiên cứu chúng có thể gộp lại thành ba nhóm sau [63]
1. Những hạt khoáng rắn;
2. Nớc với các loại và trạng thái khác nhau;
3. Thể bao dạng khí.
Ngoài ra, trong thành phần của một số loại đất còn có những hợp chất hữu cơ
và khoáng hữu cơ, chúng cũng có ảnh hởng đến tính chất vật lý của các đất ấy.
Trong các vật liệu phân tán nh đất sét những thành tạo gồm các hạt khoáng
vật phân tán rất phức tạp tính bền của nó không chỉ phụ thuộc vào độ bền (rất lớn)
của những hạt khoáng riêng lẻ, mà chủ yếu phụ thuộc vào đặc điểm kiến trúc của đất
sét, trong đó liên kết kiến trúc giữa các hạt khoáng riêng lẻ và giữa các kết thể của
chúng chiếm một vị trí quan trọng.
Bản chất của những liên kết kiến trúc rất phức tạp và quyết định bởi tổng hợp
các trờng năng lợng trong và ngoài tác dụng trong đất, trong đó chủ yếu là những
lực phân tử có bản chất điện từ. Đặc trng của những lực đó phụ thuộc vào bề mặt
phân tán, bản chất hóa học của những hạt rắn, kiến trúc và tính chất của vật lấp nhét
khoảng không gian giữa các hạt.
Theo sự phân loại vật thể phân tán về mặt hóa lý của Viện sĩ P.A. Rebinder, thì
những liên kết kiến trúc của đất no nớc có thể xếp thành: liên kết đông tụ (thờng là
liên kết ban đầu, đợc hình thành do các hạt lắng chìm trong nớc và do keo đông khi
có chất điện phân); liên kết ngng tụ (đợc hình thành khi nén chặt các kiến trúc
đông tụ tới chỗ tiếp xúc trực tiếp giữa những hạt khoáng và bằng cách tạo nên keo tụ
khi trùng hợp các keo) và cuối cùng là liên kết kết tinh (đợc tạo thành bởi sự sản
- 43 -

sinh các mầm của vật thể rắn kết tinh, lớn lên và cộng sinh lại giữa chúng dới tác
dụng của các lực hóa học giữa các nguyên tử). Liên kết kết tinh là liên kết giòn, vững
bền hơn cả và không hồi phục lại sau khi bị phá hủy; liên kết đông tụ và liên kết
ngng tụ là liên kết mềm, có khả năng phục hồi ở các mức độ khác nhau sau khi bị
phá hủy.

Căn cứ vào những công trình của Viện sĩ P.A. Rebinder, và của các Giáo s
N.N. Maxlop, N. Ia De nhi xop, A.K. Larionop, U.V. Lembe v.v Giáo s N.A X tô
vich [63] phân các liên kết kiến trúc thành hai loại chủ yếu sau:

1. Liên kết keo nớc (còn gọi là liên kết đông tụ, liên kết ngng tụ): liên kết
dẻo nhớt, mềm, thuận nghịch.
2. Liên kết kết tinh (còn gọi liên kết giòn, cứng): không thuận nghịch chịu
nớc và không chịu nớc.
Liên kết keo nớc đợc tạo nên, một mặt bởi các lực tác dụng tơng hổ điện
phân tử giữa những hạt khoáng, và mặc khác bởi màng nớc và màng keo. Độ lớn của
những lực này phụ thuộc vào chiều dày của các màng đó. Màng keo nớc càng dày,
thì liên kết keo nớc càng lớn. Liên kết keo nớc là liên kết dẻo thuận nghịch.
Liên kết kết tinh sinh ra do tác dụng của các lực hóa học tạo nên những hợp
chất đa tinh thể giữa các hạt khoáng (tại những điểm tiếp xúc) rất bền, nhng dòn và
không thuận nghịch khi bị phá hủy. Độ bền của những liên kết này phụ thuộc vào
thành phần các khoáng. Những liên kết đợc tạo nên bởi thạch cao và cacbonat canxi
kém bền và kém chịu nớc, trong khi đó thì oxit sắt và oxit silic cho những liên kết
kết tinh có tính bền và tính chịu nớc tốt hơn.
Trong tài liệu [60] V.D. Lômtadze viết: theo các quan niệm hiện đại, các liên
kết kiến trúc trong đất đá thuộc loại sét có thể đợc tạo thành do sự bám dính giản
đơn của các khoáng vật với nhau, hoặc do sự dán dính (gắn kết) giữa chúng bằng các
chất khoáng hoặc chất hữu cơ mới, bị hấp thu trên bề mặt các khoáng hoặc lấp đầy ở
các lỗ rỗng giữa chúng

Độ bền của các liên kết kiến trúc đợc thể hiện tổng hợp qua lực dính của đất.
Xuất phát rừ bản chất các lực liên kết nói trên, N.N Maxslop (1941) đã đề nghị chia
lực dính tổng quát (C
w
) của đất ra làm hai thành phần: lực dính kết cấu cứng (C
c

) và
lực dính nhớt (
w
), tức là:
- 44 -

C
w
= C
c
+
w
( 2.1)
Cũng tơng tự nh vậy, năm 1947, Ia De Nhi Xốp chia lực dính ra thành
lực dính nguyên sinh C
n
(nh lực dính nhớt
w
) và lực dính kết hóa bền C
y
(nh lực
dính kết cấu cứng C
c
)
Lực dính kết cấu cứng C
c
đợc hình thành bởi tất cả các liên kết cứng có ở
trong đất, chủ yếu là những liên kết hóa học, liên kết ion. Lực dính kết cấu C
c
rất phổ

biến ở trong đá kết tinh xi măng hóa, đất sét có lợng ngậm nớc thiên nhiên bé và
ngay cả trong đất dính đợc chế bị ở trạng thái cứng, nữa cứng, dẻo cứng chịu tác
dụng của áp lực lớn [22] [23].
Lực dính kết cấu cứng (C
c
) có mang tính chất đàn hồi và ở một mức độ nào đó
khi chịu biến dạng hoặc tác động cơ giới, khó hồi phục đợc sau khi bị phá hoại.
Lực dính nhớt
w
có tính chất keo nhớt và đợc hình thành bởi các liên kết
mềm có trong đất, chủ yếu là lực hút phân tử giữa các hạt và nhóm hạt, lực hút từ tính,
lực mao dẫn. Khác với lực dính kết cấu C
c
, lực dính nhớt rất phổ biến đối với đất sét ở
trạng thái dẻo chảy, nó thay đổi theo lợng ngâm nớc, và đặc biệt là mang tính chất
hồi phục sau khi bị phá hoại bằng cơ giới.
Phơng pháp thí nghiệm xác định các thành phần của lực dính C
c
,
w
đợc giới
thiệu trong tài liệu [22], [39].
Trên cơ sở chia lực dính tổng quát (C
w
) của đất loại sét ra làm hai thành phần
C
c
và
w
nh biểu thức (2.1), giáo s N.N Maxslop đã đa ra phơng trình sức chống

cắt (S
pw
) gồm ba thành phần phụ thuộc vào trạng thái độ ẩm, độ chặt của đất nh sau:
S
pw
= p.tg
w
+ C
c
+
w
(2.2)
Trong đó: p.tg
w
thành phần ma sát trong sức chống cắt của đất.
Khi xây dựng đập đất cấu trúc tự nhiên của đất ở mỏ vật liệu bị phá hoại.
Đất đợc cày xới, vận chuyển đến công trình rãi theo lớp và đầm nén vào thân đập,
tạo thành khối đất có cấu trúc nhân tạo và đồng nhất hơn so với cấu trúc tự nhiên
ban đầu của đất ở mỏ vật liệu. Độ bền của các liên kết kiến trúc của đất tự nhiên đợc
thể hiện tổng hợp qua lực dính C
w
- của đất bị thay đổi. Độ bền của khối đất đắp trong
thân đập bấy giờ phụ thuộc vào loại đất dùng đắp đập, phụ thuộc vào dung trong khô
(
c
) thông qua hệ số đầm nén K của đất khi thi công và thay đổi trong quá trình ngấm
nớc khi hồ chứa đã tích nớc.
- 45 -

Sự làm việc của đất đắp ở trong thân đập hồ chứa nớc có thể phân chia thành

ba giai đoạn sau
Giai đoạn 1 - giai đoạn vừa thi công xong:
Theo một số kết quả nghiên cứu đã có thì khối đất trong thân đập đạt
đợc độ chặt - độ ẩm ban đau theo thiết kế : Dung trọng khô
c
= (0,95 ữ
1,0)
cmax
; độ ẩm W = W
on
W ; độ bão hòa nớc G= 0,750,85; Các chỉ
tiêu cơ lý, trơng nở, thấm của đất đợc xác lập khi thiết kế phục vụ thi
công.
Giai đoạn 2 - giai đoạn đầu khi hồ tích nớc:
Giai đoạn này kéo dài khoảng (2 ữ 3) năm sau khi thi công xong. Đất ở
trong thân đập bắt đầu ngấm nớc. Tốc độ nớc ngấm vào trong thân đập
phụ thuộc chủ yếu vào hệ số thấm của đất đắp và tốc độ dâng nớc trong
hồ chứa. Trong thân đập sẽ có vùng đất hoàn toàn bão hòa nớc. Đến khi
hình thành đờng bão hòa dòng thấm ổn định, khối đất đắp dới đờng bão
hòa sẽ đợc bão hòa nớc hoàn toàn. Khối đất trên mực nớc mao dẫn vẫn
ở trạng thái cha bão hòa nớc. Quá trình ngấm nớc bão hòa kéo theo sự
thay đổi sức chống cắt, tính trơng nở, tính nén lún, áp lực nớc lỗ rỗng và
tính thấm nớc của đất loại sét đợc dùng để đắp đập. Vấn đề này đã đợc
nhiều tác giả nghiên cứu giới thiệu trong các tài liệu [31] [38].
Giai đoạn 3 - giai đoạn khai thác lâu dài:
Trong giai đoạn này, khi mực nớc trong hồ chứa ổn định, dòng thấm
ổn định, đất trong thân đập đã hình thành hai vùng bão hòa và cha bão
hòa nớc nh đã nêu trên. Trong giai đoạn này đất ở trong thân đập sẽ đợc
cố kết. Mức độ cố kết của đất tùy thuộc vào trạng thái độ chặt - độ ẩm ban
đầu khi thi công, phụ thuộc vào áp lực cột đất đắp ở bên trên so với điểm

đang xét. Có nghĩa là mức độ cố kết thay đổi theo chiều cao đập. Điều đó
dẫn đến sự thay đổi dung trọng, sức chống cắt, tính nén lún, tính trơng nở
và hệ số thấm nớc của đất theo chiều cao trong quá trình khai thác của hồ
chứa. Những sự thay đổi các tính năng xây dựng của đất đắp trong quá
trình trên nhất định có ảnh hởng đến sự ổn định lâu dài của đập
Sự thay đổi các tính năng xây dựng của đất trong thân đập theo thời gian có thể
do hai nguyên nhân chính:
- 46 -


Do đất đợc cố kết nén chặt thêm so với điều kiện ban đầu lúc vừa thi
công xong;
Do kết cấu nhân tạo của khối đất đắp dần dần đợc phục hồi và phát
triển các liên kết kiến trúc trong quá trình tiếp xúc với nớc;
Nếu chỉ cần xét về nguyên nhân do cố kết thì tiến hành thí nghiệm xác định
đặc trng cơ lý của đất thông qua các mẫu đợc nén cố kết dới các cấp áp lực khác
nhau tùy theo chiều cao cột đất trong thân đập.
Nhng muốn xét đến nguyên nhân do sự phục hồi liên kết kiến trúc của đất
đắp khi tiếp xúc với nớc theo thời gian thì cần những thí nghiệm đặc biệt loại trừ tác
dụng của ngoại lực làm cho đất bị cố kết. Ngoài một số kết quả nghiên cứu ban đầu
đối với đất bazan có cấu trúc nhân tạo bảo quản trong bình giữ ẩm theo thời gian đợc
giới thiệu ở phần tổng quan, hiện nay cha có những kết quả nghiên cứu về sự thay
đổi tính năng xây dựng của đất đắp do sự phục hồi liên kết kiến trúc trong quá trình
tiếp xúc với nớc của đất đắp đập ở miền Trung.
Mục đích của đe tài là nghiên cứu tìm ra đặc điểm biến đổi các tính năng xây
dựng của đất đắp trong quá trình ho tích nớc để có luận cứ xét chọn các đặc trng
của đất khi đánh giá sự ổn định lâu dài của đập đất trong điều kiện mien Trung

2.2 CC LOI T C DNG TRONG TH NGHIM
Nhm mc ích phc v cho công tác xây dng p t min Trung v Tây

Nguyên, nên trong thí nghim ã chn mt s loi t thng dùng p các p
thc t sau ây:
1. t tn tích có ngun gc granite c ly h cha nc Thun Ninh -
Bình nh.
2. t bồi tích có ngun gc sét bt kt, cát bt kt c ly h cha nc
Sông St - Ninh Thun.
3. t sn tn tích - tn tích trên nn Bazan c c ly ti công trình thy in
DakRtih - Daklak.
Ch tiêu tính cht vt lý, kt qu thí nghiệm m nn Proctor tiêu chun và hệ
số trơng nở tự do (R
N
) ca ba nhóm t nêu trên c ghi bng 2-1.


- 47 -


Bảng 2-1: Chỉ tiªu tÝnh chất vật lý của c¸c lo¹i đất ®îc dïng thÝ nghiệm

Loại đất đắp



Chỉ tiêu vật lý


Đơn vị

Thuận Ninh-
Bình Định

Sông Sắt -
Ninh Thuận

DakR’tih-
Daklak

19÷9.5

% - - -
9.5÷5

% 0,1 - 0,3

Hạt sỏi sạn (mm)
5÷2

% 5,0 0,8 1,1
2÷1

% 12,2 2,8 0,9 Thô
1÷0.5

% 5,0 4,0 1,6
Trung

0.5÷0.25
% 5,0 7,0 2,8
Vừa

0,25÷0.1
% 10,0 8,0 9,8


Hạt cát
(mm)
Mịn
0.1÷0.05
%

17,9 12,0 28,5
To

0.05÷0.01
% 10,8 13,0 11,7 Hạt bụi
(mm)
Nhỏ
0.01÷0.005
%

11,9 15,0 7,2





Kết
quả
phân
tích

thành
phần
cỡ
hạt.
Hạt sét (mm)
<0.005
%

22,2 37,4 36,2
Δ

- 2,69 2,68 2,87
W
L

% 35,5 37,9 74,31
W
P

% 18,0 22,69 48,63
I
P

% 17,4 15,01 25,68
γ
cmax

T/m
3
1,84 1,86 1,41

W
op

% 13,0 14,0 37,0

%

10,2

2,07

0,04

%

13,6

2,27

0,05

Hệ số trương nở tự do(R
N
) K = 0,92
của các mẫu chế bị víi
γ
c
= K.γ
cmax
với hệ số K= 0,95

đầm nén K khác nhau
K = 0,98

%

15,7

2,41

0,06
- 48 -

Theo kết quả thí nghiệm xác định hệ số trơng nở tự do (R
N
) của các nhóm đất
có hệ số đầm chặt (K) khác nhau (
c
= K.
cmax
) và độ ẩm chế bị (W
cb
= W
op
) tơng ứng
theo từng loại đất ở bảng 2-1 cho thấy rằng:

Loại đất tàn tích có nguồn gốc granite ở hồ chứa nớc Thuận Ninh -
Bình Định có tính trơng nở mạnh.
Loại đất bồi tích có nguồn gốc sét bột kết, cát bột kết ở hồ chứa nớc
Sông Sắt - Ninh Thuận có tính trơng nở yếu.

Loại đất bazan cổ ở đập thủy điện DakRtih - Daklak hầu nh không
trơng nở.
Trong các thí nghiệm nghiên cứu đã dùng ba loại đất có nguồn gốc thành tạo
và tính chất trơng nở khác nhau nh đã trình bày trên.

2.3 PHNG PHP CH B TO MU TH NGHIM

Cn c theo kt qu m nn Proctor (
cmax,
W
op
) ca các loi t c ghi
bng 2-1 ch b mu thí nghim. Dung trng khô (
c
) ca các mu thí nghim
c ch b theo h s m nén (K) khác nhau:

c
= K.
cmax
(2.3)
vi K = 0,92 ; 0,95; 0,98.
m ca mu khi ch b (W
cb
) chn bng m tt nht (W
op
) khi m nén
theo tng loi t
W
cb

= W
op
(2.4)



t hồ Thun Ninh t hồ Sụng St t đập DakRtih
Hỡnh 2-1: Hỡnh nh ca ba loi t phc v nghiờn cu
- 49 -

Các mu t c ch b trong các ng nha PVC v ng st có thnh ng dy
5mm v ng kính trong ca ng 114mm, chiu di ng mu l 30cm. Hai u ng
mu có np y dán keo gi cht sau khi chế bị xong. Xung quanh thân ng v np
y có khoan l nh ng kính 2mm nhm mc ích nc ngm bão hòa t
trong ng mu khi ngâm nc. (hình 2-2)
Ti phòng thí nghim a k thut Vin Khoa Học TL Min Nam, các mu
đất sau khi đợc ch b xong, đem ngâm trc tip vo b cha nc - nớc đợc lấy
từ nguồn nớc thủy cục. Sau các khong thi gian ngâm nớc (t) khác nhau: 2; 6; 12;
18 tháng vt các ng mu ra thí nghim các ch tiêu cn thit. Ngoi ra khi ch
b mu xong cng tin hnh thí nghim vi mu cha ngâm nc (t = 0) xem xét
s thay i các ch tiêu theo thi gian so vi ban u.
Theo dõi úng thi gian qui nh, các ng mu c vt ra thí nghim ng
thi có kim tra dung trng v m ca mu sau thi gian ngâm nc




Hình 2-2: Hình nh ca các mẫu đất đợc chế bị vào ống mẫu trớc khi đợc ngâm
vào bể chứa ngập nớc.
- 50 -

2.4 NGHIấN CU S THAY I THAM S SC CHNG CT CA T
C CH B VI CC CHT KHC NHAU THEO THI GIAN
NGM MU TRONG NC.
2.4.1 Phơng pháp thí nghiệm
Các nhóm mẫu thí nghiệm theo từng loại đất đợc chuẩn bị nh đã trình bày ở
mục 2.3. Theo dõi đúng thời gian qui định vớt các ống mẫu ra để thí nghiệm, đồng
thời có kiểm tra độ ẩm của mẫu sau thời gian ngâm nớc (t).
Các thí nghim ct đợc thc hin theo s không c kt - ct nhanh (s
UU) trên máy ct phng xác nh góc ma sát trong (
ut
) v lc dính (C
ut
) ca mu
ng vi thi gian t (tháng) ã ngâm nc. Kt qu thí nghim c ghi trong phụ lục
và trên các bng thng kê ng vi tng loi t.
Trong quá trình xử lý số liệu thí nghiệm nhận thấy rằng:
Các đặc trng chống cắt của mẫu đất ngâm nớc tại thời điểm t= 2 tháng (ký
hiệu là
u2t
, C
u2t
) giảm nhỏ hơn so với với mẫu đất không ngâm nớc có độ ẩm
W
cb
= W
op
(ký hiệu là
u0
, C

u0
)
Các đặc trng chống cắt (
ut
, C
ut
) của các mẫu ngâm trong nớc với thời gian
vợt quá 2 tháng (t> 2 tháng) lại tăng lớn hơn so với mẫu đất đợc ngâm nớc
tại thời điểm t= 2 tháng.
Do vậy Nghiên cứu sinh đã tách kết quả thí nghiệm sức chống cắt (

,C) ra làm
hai phần để xem xét mức độ giảm và tăng sức chống cắt theo thời gian (t). Ví dụ thể
hiện ở bảng 2-2a và bảng 2-2b.
Mc gim sức chống cắt của đất trong thời gian ngâm nớc từ 0 đến 2 tháng
tính theo công thức:
0
20
u
tuu






, (%) (2.5)
0
20
u

tuu
C
C
CC


, (%) (2.6)
Mc tăng sức chống cắt của đất trong thời gian ngâm nớc t> 2 tháng (
ut
,C
ut
)
so với mẫu ngâm nớc t= 2 tháng (
u2t
,C
u2t
) đợc tính theo công thức sau:
tu
tuut
2
2






, (%) (2.7)
- 51 -

tu
tuut
C
C
CC
2
2



, (%) (2.8)
Đặc điểm thay đổi sức chống cắt theo từng giai đoạn từ 0 đến t= 2 tháng và
giai đoạn t> 2 tháng của các nhóm đất đợc trình bày ở mục 2.4.2
2.4.2 Kết quả thí nghiệm
2.4.2.1 i vi loại t tn tích có ngun gc granite đợc lấy h cha nc
Thun Ninh- Bình nh
Kt qu thí nghim sc chng ct (, C), mc thay i góc ma sát trong
(

), mc thay i lc dính (
c
) theo mc m nén (K) v thi gian ngâm mu t
(tháng) c lit kê bng 2-2a v bng 2-2b, th hin bng th trên các hình 2-3a,
2-3b, 2-3c v hình 2-4a, 2-4b, 2-4c. Các hình 2-3a, 2-3b, 2-3c biểu diễn sự thay đổi
các thông số chống cắt
ut
, C
ut
của các mẫu đất có hệ số đầm chặt (K) khác nhau theo
thời gian không ngâm mẫu và ngâm mẫu theo thời gian t.

Các hình 2- 4a, 2- 4b, 2- 4c biểu diễn mức độ tăng các thông số chống cắt
ut
,
C
ut
của các mẫu đất có hệ số đầm chặt (K) khác nhau theo thời gian ngâm mẫu t> 2
tháng.
Để xem xét ảnh hởng hệ số đầm chặt K đến mức độ tăng sức chống cắt của
đất trong quá trình ngâm nớc, trên đồ thị hình 2-5a và hình 2-5b tổng hợp trình bày
hệ số

,
c
theo thời gian t> 2 tháng của các mẫu đất có hệ số đầm chặt K = 0,92 ;
K= 0,95 ; K = 0,98.
Bng 2-2a: S thay i góc ma sát trong v lc dính C ca t hồ Thuận Ninh có
h s m chặt (K) khác nhau ng vi m tt nht W
op
v độ ẩm sau khi ngâm
mẫu (t = 2 tháng)

H s
m
cht K
Dung
trng
ch b

c
(T/m

3
)
Thời
gian
ngâm
mẫu
(tháng)


Độ ẩm
mẫu
W (%)

Gúc ma
sỏt
trong
(độ)
Mc
gim
ca gúc
ma sỏt
trong


(%)

Lc dớnh
C
(kG/cm
2

)

Mc
gim
ca lc
dớnh C

C
(%)

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)
0 13,0 11
o
20

0,266
0,92

1,70
2 21,0 06
o
15


44,7
0,106
60,2
0 13,0 18
o
30

0,545
0,95

1,75
2 18,9 10
o
30


43,2
0,220
59,6
0 13,0 27
o
15

0,650
0,98

1,80
2 16,9 15
o
20


39,4
0,335
48,5
- 52 -

Bảng 2-2b: Sự thay đổi gãc ma s¸t trong (φ), lực dÝnh (C) của đất hå ThuËn Ninh cã
hệ số đầm chÆt (K) kh¸c nhau theo thời gian ng©m mẫu trong nước (víi t> 2 th¸ng)


Hệ số
đầm
chặt K

Dung
trọng
chế bị

c
(T/m
3
)


Thời gian
ngâm
mẫu
(tháng)


§é Èm
mÉu
W (%)

Góc ma
sát
trong
φ

Mức độ
tăng của
góc ma
sát
trong
η
φ
(%)

Lực dính
C
(kG/cm
2
)
Mức độ
tăng
của lực
dính C
η
C
(%)
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)

0,92



1,70

2
6
12
18
24

21,0
21,5
21,9
21,9
21,9

6
o
15’
6
o
40’
6
o
55’
7
o
05’

7
o
10’

0
6,2
10,7
11,4
11,6

0,106
0,162
0,180
0,185
0,185

0
52,8
69,8
74,5
74,5



0,95



1,75

2
6
12
18
24

18,9
19,2
20,0
20,0
20,0

10
o
30’
10
o
55’
11
o
20’
11
o
40’
11
o
45’

0
4,2

8,4
11,5
11,7

0,220
0,320
0,371
0,385
0,385

0
45,4
68,6
75,0
75,0



0,98



1,80

2
6
12
18
24

16,9
17,4
18,3
18,3
18,3

15
o
20’
16
o
00’
16
o
55’
17
o
10’
17
o
10’

0
4,3
10,2
12,1
12,7

0,335
0,355

0,420
0,480
0,482

0
6,0
25,4
43,3
43,3


- 53 -

Möùc ñoä taêng

η
c
,
η
φ
(%)

- 54 -












- 55 -












- 56 -

2.4.2.2 i vi t bồi tích có ngun gc sét bột kết- cát bột kết đợc lấy h cha
nc Sông Sắt - Ninh Thuận

Kt qu thí nghim sc chng ct (, C), mc thay i gúc ma sát trong
(

), mc thay i lc dính (
c
) theo hệ số m nén (K) v thi gian ngâm mu t
(tháng) c lit kê bng 2-3a v bng 2-3b, th hin bng th trên các hình 2-6a,
2-6b, 2-6c v hình 2-7a, 2-7b, 2-7c.
Các hình 2-6a, 2-6b, 2-6c biểu diễn sự thay đổi các thông số chống cắt
ut
, C
ut
của các mẫu đất có hệ số đầm chặt (K) khác nhau theo thời gian không ngâm mẫu và
ngâm mẫu theo thời gian t.
Các hình 2-7a, 2-7b, 2-7c biểu diễn mức độ tăng các thông số chống cắt
ut
,
C
ut
của các mẫu đất có hệ số đầm chặt (K) khác nhau theo thời gian ngâm mẫu t> 2
tháng.
Để xem xét ảnh hởng hệ số đầm chặt K đến mức độ tăng sức chống cắt của
đất trong quá trình ngâm nớc, trên đồ thị hình 2-8a và hình 2-8b tổng hợp trình bày
hệ số

,
c
theo thời gian t> 2 tháng của các mẫu đất có hệ số đầm chặt K = 0,92 ;
K= 0,95 ; K = 0,98.
Bng 2-3a: S thay i góc ma sát trong v lc dính C ca t hồ Sông Sắt

có h s m chặt (K) khác nhau ng vi m tt nht W
op
v độ ẩm sau khi ngâm
mẫu (t = 2 tháng)

H s
m
cht K
Dung
trng
ch b

c
(T/m
3
)
Thời
gian
ngâm
mẫu
(tháng)



Độ ẩm
mẫu
W (%)

Gúc ma
sỏt

trong

Mc
gim
ca gúc
ma sỏt
trong


(%)


Lc dớnh
C
(kG/cm
2
)

Mc
gim
ca lc
dớnh C

C
(%)

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)
0 14,0 15
o
05

0,49
0,92

1,71
2 19,9 08
o
50

41,4
0,119

75,7
0 14,0 16
o
15

0,495
0,95

1,77
2 17,7 12
o
30

22,9
0,158

68,1
0 14,0 17

o
40

0,533


0,98

1,82
2 15,9 13
o
40

22,0
0,175
67,1



- 57 -

Bảng 2-3b: Sự thay đổi gãc ma s¸t trong φ và lực dÝnh C của đất hå S«ng S¾t cã hệ số
đầm chÆt (K) kh¸c nhau theo thời gian ng©m mẫu trong nước (víi t> 2 th¸ng)



Hệ số
đầm
chặt K

Dung
trọng
chế bị

c
(T/m
3
)


Thời gian
ngâm
mẫu
(tháng)

§é Èm
mÉu
W (%)


Góc ma
sát
trong
φ

Mức độ
tăng của
góc ma
sát
trong

η
φ
(%)


Lực dính
C
(kG/cm
2
)
Mức độ
tăng
của lực
dính C
η
C
(%)
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)



0,92



1,71

2
6
12

18
24

19,9
20,5
21,1
21,2
21,2

08
o
50’
09
o
05’
09
o
50’
10
o
00’
10
o
00’

0
2,3
11,6
13,3
13,5

0,119
0,162
0,186
0,189
0,189

0
36,1
56,3
58,8
58,8



0,95



1,77

2
6
12
18
24

17,7
18,2
19,1

19,2
19,2

12
o
30’
13
o
05’
13
o
55’
14
o
15’
14
o
15’

0
4,8
11,8
13,9
14,0

0,158
0,183
0,265
0,270
0,270

0
5,2
21,7
25,3
25,3



0,98



1,82

2
6
12
18
24

15,9
16,3
17,6
17,6
17,6

13
o
40’

14
o
20’
15
o
40’
15
o
45’
15
o
45’

0
4,3
13,3
14,1
14,1

0,175
0,199
0,296
0,312
0,312

0
13,7
69,2
78,2
78,2

- 58 -