NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH CỦA ĐẤT LOẠI SÉT YẾU amQ2 2-3 PHÂN BỐ Ở CÁC TỈNH VEN BIỂN ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG PHỤC VỤ XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN THỊ NỤ

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH CỦA ĐẤT
LOẠI SÉT YẾU amQ22-3 PHÂN BỐ Ở CÁC TỈNH VEN BIỂN ĐỒNG
BẰNG SÔNG CỬU LONG PHỤC VỤ XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT

HÀ NỘI, 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN THỊ NỤ

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH CỦA ĐẤT LOẠI SÉT
YẾU amQ22-3 PHÂN BỐ Ở CÁC TỈNH VEN BIỂN ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU
LONG PHỤC VỤ XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG

Ngành: Kỹ thuật Địa chất
Mã số: 62.52.05.01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS.Đỗ Minh Toàn
2. TS.Nguyễn Viết Tình

HÀ NỘI, 2014


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và
kết quả trong luận án là trung thực, chưa từng được ai công bố, hoặc được ghi đầy
đủ nguồn trích dẫn.

TÁC GIẢ LUẬN ÁN

NGUYỄN THỊ NỤ


MỤC LỤC
TRANG PHỤ BÌA
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ......................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu...........................................................................................2
3. Nhiệm vụ nghiên cứu ..........................................................................................2
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.......................................................................2
5. Nội dung nghiên cứu ...........................................................................................2
6. Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................3
7. Luận điểm bảo vệ ................................................................................................3

8. Những điểm mới của luận án ..............................................................................4
9. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.............................................................................4
10. Cơ sở tài liệu của luận án ..................................................................................4
11. Cấu trúc của luận án..........................................................................................5
12. Lời cảm ơn ........................................................................................................5
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ĐỊA CHẤT CÔNG
TRÌNH ĐẤT LOẠI SÉT YẾU VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG.
PHƯƠNG PHÁP LUẬN NGHIÊN CỨU ..................................................................7
1.1. Tổng quan về nghiên cứu tính chất địa chất công trình đất loại sét yếu trên
thế giới và ở Việt Nam ............................................................................................7
1.2. Sơ lược lịch sử nghiên cứu trầm tích Đệ tứ vùng đồng bằng sông Cửu Long
...............................................................................................................................14
1.3. Tổng quan về nghiên cứu tính chất địa chất công trình đất loại sét yếu vùng
đồng bằng sông Cửu Long ....................................................................................16


1.4. Phương pháp luận và cách tiếp cận vấn đề nghiên cứu. ................................23
Chương 2: ĐẶC ĐIỂM TRẦM TÍCH amQ22-3 CÁC TỈNH VEN BIỂN ĐỒNG
BẰNG SÔNG CỬU LONG......................................................................................25
2.1. Khái quát về địa tầng trầm tích Đệ tứ và sơ lược lịch sử phát triển địa chất
vùng nghiên cứu ....................................................................................................25
2.1.1. Khái quát địa tầng trầm tích Đệ tứ ..........................................................25
2.1.2. Sơ lược lịch sử phát triển địa chất Đệ tứ từ Pleistocen muộn tới nay.....29
2.2. Đặc điểm cấu trúc trầm tích amQ22-3..............................................................32
2.3. Ảnh hưởng của một số yếu tố tự nhiên hiện đại ảnh hưởng tới sự hình thành
và tồn tại của trầm tích amQ22-3 ............................................................................39
2.3.1. Địa hình, địa mạo ....................................................................................39
2.3.2. Khí hậu ....................................................................................................40
2.3.3. Mạng lưới thủy văn .................................................................................41
2.3.4. Chế độ thủy triều.....................................................................................42

2.3.5. Địa chất thủy văn ....................................................................................43
2.4. Kết quả nghiên cứu thành phần hạt, thành phần vật chất của trầm tích
amQ22-3 ..................................................................................................................44
2.4.1. Lựa chọn vị trí lấy mẫu phân tích nghiên cứu bổ sung...........................45
2.4.2. Thành phần hạt, lượng muối dễ hòa tan, phèn và hữu cơ .......................46
2.4.4. Thành phần khoáng vật, hóa học và khả năng hấp phụ của đất..............51
2.5. Kết quả nghiên cứu đặc điểm kiến trúc, cấu tạo của đất................................56
Chương 3: NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH BIẾN DẠNG VÀ SỨC KHÁNG CẮT
CỦA ĐẤT LOẠI SÉT YẾU amQ22-3........................................................................58
3.1. Đặc điểm chung về tính chất cơ lý của đất loại sét yếu amQ22-3 ...................58
3.2. Đặc tính biến dạng - cố kết thấm và từ biến ..................................................62
3.2.1. Cố kết thấm theo phương thẳng đứng.....................................................62
3.2.2. Cố kết thấm theo phương ngang (hệ số cố kết theo phương ngang) ......73
3.2.3. Tính từ biến của đất yếu (hệ số nén thứ cấp) ..........................................91
3.3. Các đặc trưng về sức kháng cắt......................................................................95


3.3.1. Các phương pháp xác định......................................................................95
3.3.2. Sức kháng cắt không thoát nước .............................................................97
3.3.3. Sức kháng cắt hữu hiệu .........................................................................102
Chương 4: KIẾN NGHỊ SỬ DỤNG CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG XỬ
LÝ NỀN ĐƯỜNG...................................................................................................104
4.1. Đặt vấn đề ....................................................................................................104
4.2. Các vấn đề về khảo sát ĐCCT và lựa chọn các biện pháp xử lý nền đường
.............................................................................................................................104
4.2.1. Các kiểu cấu trúc nền đặc trưng có phân bố đất loại sét yếu amQ22-3 ..104
4.2.2. Vấn đề về khảo sát địa chất công trình phục vụ cho thiết kế xử lý nền
đường...............................................................................................................108
4.2.3. Kiến nghị các giải pháp xử lý nền đường đất yếu.................................111
4.3. Kiến nghị sử dụng các chỉ tiêu cơ lý của đất loại sét yếu amQ22-3 trong thiết

kế xử lý................................................................................................................124
4.3.1. Giải pháp thiết bị tiêu thoát nước thẳng đứng.......................................124
4.3.2. Giải pháp cải tạo bằng cọc vật liệu rời (cọc cát, cọc cát đầm chặt)......129
4.3.3. Giải pháp cải tạo bằng chất kết dính vô cơ ...........................................130
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................133
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN
LUẬN ÁN ...............................................................................................................136
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................138
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Đơn vị

a, am, mQ13

Giải thích
Trầm tích Pleistocen trên, nguồn gốc sông, sông –
biển, biển

a, am, mQ21-2

Trầm tích Holocen dưới – giữa, nguồn gốc sông,
sông – biển, biển

a1-2

1/kPa

Hệ số nén lún ở cấp áp lực từ 100 đến 200kPa

ab, mb, b,

Trầm tích Holocen trên, nguồn gốc sông – đầm lầy,

mv Q23

biển – đầm lầy, đầm lầy; biển – gió.

amQ22-3

Trầm tích Holocen giữa – trên, nguồn gốc hỗn hợp
sông - biển

amQ22-3cg

Trầm tích Holocen giữa – trên, nguồn gốc hỗn hợp
sông - biển, hệ tầng Cần Giờ

as
B

Tỷ diện tích thay thế
m

Bề rộng

BS, BSF

Bùn sét, bùn sét pha

Ca

Hệ số nén thứ cấp

Ca/Cc

Tỷ số giữa hệ số nén thứ cấp và chỉ số nén

c, c’, cu , ccu

kPa

Lực dính kết, lực dính kết hữu hiệu, lực dính kết
không thoát nước theo sơ đồ UU, CU

Cc

Chỉ số nén

CD

Cố kết - thoát nước

Cr

Chỉ số nở

CRS - R

Nén cố kết với tốc độ biến dạng không đổi - thoát
nước hướng tâm

CTN

Cấu trúc nền

CU

Cố kết – không thoát nước

cv

m2/năm

Hệ số cố kết theo phương thẳng đứng


Cv(NC)

m2/năm

ch /cv

Hệ số cố kết ở giai đoạn cố kết thông thường
Tỷ số giữa hệ số cố kết theo phương ngang và theo
phương thẳng đứng

ch, ch(ap)

m2/năm

Hệ số cố kết theo phương ngang, hệ số cố kết theo
phương ngang tương đương

d

mm

Đường kính, đường kính lõi thoát nước

D

mm

Đường kính mẫu thí nghiệm

de

mm

Đường kính ảnh hưởng của giếng thoát nước

ds/dw

Tỷ số giữa đường kính vùng xáo động và đường
kính tương đương của thiết bị tiêu thoát nước thẳng
đứng

dw

mm

ĐCCT

Địa chất công trình

ĐCTV -

Địa chất thủy văn - Địa chất công trình

ĐCCT
E

kPa

e; e0
Eđh

Mô đun biến dạng
Hệ số rỗng; hệ số rỗng tự nhiên

kPa

G
H

Đường kính tương đương của bấc thấm

Mô đun đàn hồi
Mô đun trượt

cm

Chiều cao mẫu thí nghiệm

IP

Chỉ số dẻo

Ir

Chỉ số độ cứng

Is

Độ sệt

k

cm/s

Hệ số thấm

Kd

Hệ số nén chặt

kh/ks

Tỷ số giữa hệ số thấm theo phương ngang của vùng
đất nguyên trạng và vùng đất xáo động

KL

Khối lượng

KV

Khu vực


kv, kh

cm/s

Hệ số thấm theo phương thẳng đứng, theo phương
ngang

L

m

Khoảng cách giữa các bấc thấm

l

m

Chiều dài tính toán của giếng thoát nước

M, Mi
mv

Nhiễm muối, nhiễm muối ít
1/kPa

n

Hệ số nén thể tích
Hệ số phân bố ứng suất

N.hạt sét,

Nhóm hạt sét, bụi, cát

bụi, cát
N30

Chỉ số SPT

NCKH

Nghiên cứu khoa học

nnk

Những người khác

OCR

Chỉ số quá cố kết

QL61

Quốc lộ 61

qu

kPa

Cường độ nén một trục nở hông

qu28

kPa

Cường độ kháng nén một trục ở 28 ngày tuổi

r

%

Độ lỗ rỗng

R

cm

Bán kính

r0

cm

Bán kính của mũi xuyên

re , rw

mm

Bán kính mẫu đất; đường kính lõi thoát nước ở tâm

rk = kh/kv

Hệ số đẳng hướng

Rn

kPa

Cường độ kháng nén

S, Sc

cm

Độ lún ổn định cuối cùng, độ lún cố kết

SPT

Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn

Sr

%

Độ bão hoà

Su

kPa

Sức kháng cắt không thoát nước

Su/σ’vo

Tỷ số giữa sức kháng cắt không thoát nước và ứng
suất địa tầng hữu hiệu

Sue/Suc

Tỷ số sức kháng cắt ở giai đoạn nở ra và nén lại


xác định từ thí nghiệm đường ứng suất
t

giây, phút

T*, Tv
t50

Thời gian
Nhân tố thời gian

giây, phút

T50, T*50

Thời gian ứng với độ cố kết thấm đạt 50%
Nhân tố thời gian ứng với áp lực nước lỗ rỗng dư
tiêu tán được 50%

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

Tri

Nhân tố thời gian trong trường hợp thoát nước
hướng tâm.

U

%

Độ cố kết, mức độ tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng

u, ub, ui

kPa

Áp lực nước lỗ rỗng; áp lực nước lỗ rỗng trong đất
tại biên ngoài không thấm của hộp nén; áp lực
nước lỗ rỗng tại thời điểm tiêu tán.

ut, u0

%

Áp lực nước lỗ rỗng tại thời điểm t, áp lực thủy
tĩnh

UU

Không thoát nước - không cố kết

W

%

Độ ẩm tự nhiên

WL

%

Độ ẩm giới hạn chảy

Wp

%

Độ ẩm giới hạn dẻo

Wtu

%

Độ ẩm tối ưu

z

cm, m

Độ sâu



%

Biến dạng thể tích

g

g/cm3

Khối lượng thể tích tự nhiên

gc

g/cm3

Khối lượng thể tích khô

gcmax

g/cm3

Khối lượng thể tích khô lớn nhất

gn

g/cm3

Khối lượng riêng của nước

gs

g/cm3

Khối lượng riêng



Hệ số poisson

p

mm/phút

Tốc độ gia tải nén



Biến dạng dẻo thể tích

a

Tỷ số độ tăng sức kháng cắt



Hệ số phụ thuộc vào re và rw

j, j’, ju, jcu

độ

Góc ma sát trong, góc ma sát trong hữu hiệu, góc
ma sát trong không thoát nước theo sơ đồ UU, CU

s; s’

kPa

Ứng suất; ứng suất hữu hiệu

sc

kPa

Áp lực tiền cố kết
Áp lực hữu hiệu/ áp lực tiền cố kết

s’/ sc
svo’

kPa

Ứng suất địa tầng hữu hiệu

sz

Sự tăng ứng suất bởi tải trọng công trình

0, 1

Hệ số xác định từ phương trình Si = 0 +1 Si-1

C

Độ tăng sức kháng cắt

s

Sự tăng ứng suất bởi tải trọng công trình

t

ngày

Khoảng thời gian xác định độ lún

u

kPa

Áp lực nước lỗ rỗng
Áp lực nước lỗ rỗng dư ở vai mũi xuyên

u2, u2i
uoct

kPa

Thành phần do ứng suất pháp bát diện tạo ra từ môi
trường phá hoại dẻo khi xuyên vào trong đất và
luôn có giá trị dương.

ushear

kPa

Thành phần do ứng suất cắt tạo ra và có thể âm
hoặc dương phụ thuộc vào OCR và mức độ ma sát.

µc

Hệ số giảm ứng suất trong đất dính


DANH MỤC CÁC BẢNG
TT

Bảng

Nội dung

1

1.1

Đánh giá chất lượng mẫu nguyên dạng (Andresen, Kolstad 1979)

2

2.1

Các cơ quan thu thập tài liệu

3

2.2

Tổng hợp khối lượng các tài liệu thu thập

4

2.3

Đặc trưng thủy hóa theo diện của tầng chứa nước Holocen

5

2.4

Thành phần hạt của đất

6

2.5

Lượng hữu cơ và muối dễ hòa tan trong đất

7

2.6

Thành phần khoáng vật của đất

8

2.7

Thành phần hóa học của đất

9

2.8

Khả năng trao đổi của đất

10

3.1

Thành phần hạt, chỉ tiêu cơ lý của đất loại sét yếu amQ22-3

11

3.2

So sánh một số chỉ tiêu cơ lý của bùn sét ở KV.III-2 và các khu vực
khác

12

3.3a

Các thông số cố kết thấm của bùn sét

13

3.3b

Các thông số cố kết thấm của bùn sét pha

14

3.4

Kết quả xác định ch, ch/cv của bùn sét tại Long Phú - KV III-1

15

3.5

Kết quả xác định ch, ch/cv trong phòng của đất

16

3.6

Kết quả xác định ch, ch/cv của đất theo CPTu

17

3.7

Kết quả xác định ch của đất bùn sét từ bài toán phân tích ngược tại
Long Phú – KV.III-1

18

3.8

Kết quả xác định ch(ap) của một số tác giả khác nhau

19

3.9

Kết quả so sánh hệ số cố kết theo phương ngang tính toán theo bài
toán ngược và theo thí nghiệm trong phòng (Long Phú – KV. III-1)

20

3.10

Kết quả xác định tỷ số ch/cv của một số tác giả khác nhau

21

3.11

Số lượng mẫu nghiên cứu đặc điểm từ biến của đất

22

3.12

Tỷ số Ca/Cc của các loại đất khác nhau

23

3.13

Kết quả xác định các thông số kháng cắt không thoát nước của đất


24

3.14

Kết quả xác định các thông số kháng cắt hữu hiệu theo sơ đồ CU
của đất

25

3.15

Kết quả xác định các thông số kháng cắt hữu hiệu của đất theo sơ đồ
CD

26

4.1

Thuyết minh các kiểu, phụ kiểu cấu trúc nền (CTN) đặc trưng

27

4.2

Các phụ kiểu cấu trúc nền đặc trưng

28

4.3

Nội dung nghiên cứu địa chất công trình phục vụ xử lý nền đường
đất yếu

29

4.4

Kết quả dự báo thời gian nền đạt được độ cố kết 90% và chiều cao
giới hạn nền đường đắp ổn định

30

4.5

Độ lún từ biến dự báo ứng với các kiểu cấu trúc nền khác nhau

31

4.6a

Các giải pháp cải tạo nền đường

32

4.6b

Các giải pháp cải tạo nền đường ứng với các khu vực khác nhau
thuộc các tỉnh ven biển ĐBSCL

33

4.7

Kiến nghị các thông số ch, cv và tỷ số ch/cv của đất

34

4.8

Kiến nghị các thông số biến dạng và lịch sử chịu tải của đất

35

4.9

Kiến nghị các thông số sức kháng cắt của đất

36

4.10

Các thông số dự báo lún cho zone 1-1 (Long Phú – KV. III-1)

37

4.11

Kết quả tính toán xử lý và dự báo độ lún nền đất yếu (Long Phú –
KV.III-1)

38

4.12

Kết quả xác định độ bền, độ biến dạng của hỗn hợp đất gia cố nông

39

4.13

Độ bền, độ biến dạng của hỗn hợp gia cố đất + xi măng
Phụ lục

40

3.1

Vị trí và số lượng mẫu nghiên cứu thành phần và đặc tính cơ lý của
đất loại sét yếu amQ22-3 ở trong phòng thí nghiệm

41

3.2a

Kết quả xác định hệ số cố kết theo phương ngang từ kết quả phân

tích ngược quan trắc lún mặt tại Long Phú – KV.III-1.

42

3.2b

Kết quả xác định hệ số cố kết theo phương ngang từ kết quả phân
tích ngược quan trắc lún theo chiều sâu tại Long Phú – KV.III-1.


43

4.1

Các phụ kiểu cấu trúc nền có phân bố đất loại sét yếu amQ22-3 vùng
nghiên cứu

44

4.2a

Các thông số tính toán và xác định khoảng cách bấc thấm zone 1-1
(Long Phú – KV.III-1)

45

4.2b

Tính toán bấc thấm và độ lún zone 1-1(Long Phú – KV.III-1)

46

4.2c

Dự báo độ lún zone 1-1(Long Phú – KV.III-1)

47

4.3

Kết quả độ lún quan trắc và độ lún dự báo (Long Phú – KV.III-1)

48

4.4

Kết quả thí nghiệm trong phòng của đất yếu trước và sau xử lý
(Long Phú – KV.III-1)

49

4.5

Mô đun đàn hồi và cường độ kháng nén của hỗn hợp đất - xi măng

50

4.6

Kết quả xác định qu , E50 hỗn hợp gia cố cọc đất - xi măng

51

4.7

Kết quả xác định qu và E50 cho đất gia cố đất - xi măng với hàm
lượng hữu cơ khác nhau (hàm lượng xi măng 200kg/m3)

52

4.8

Kết quả xác định qu và E50 cho đất gia cố đất - xi măng với điều
kiện bão dưỡng khác nhau (hàm lượng xi măng 200kg/m3)

53

4.9

Kết quả thí nghiệm đầm chặt của một số đất loại sét yếu amQ22-3

54

4.10

Cường độ kháng nén và mô đun biến dạng hỗn hợp đất +xi măng

55

4.11

Cường độ kháng nén một trục, mô đun biến dạng hỗn hợp cọc đất xi
măng


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
TT

Hình

Nội dung

1

2.1a

Số điểm khảo sát và vị trí gặp trầm tích amQ22-3

2

2.1b

Số lượng các loại đất thuộc trầm tích amQ22-3 tại các khu vực thuộc
các tỉnh ven biển ĐBSCL

3

2.2

Địa tầng đặc trưng trầm tích amQ22-3 tại khu vực bắc sông Tiền

4

2.3

Địa tầng đặc trưng trầm tích amQ22-3 tại khu vực giữa hai sông

5

2.4

Địa tầng đặc trưng trầm tích amQ22-3 tại khu vực Sóc Trăng

6

2.5

Địa tầng đặc trưng trầm tích amQ22-3 tại khu vực bán đảo Cà Mau

7

2.6

Lượng hữu cơ và muối dễ hoà tan của đất

8

2.7

Sự thay đổi thành phần hạt (a); hàm lượng muối hòa tan (b); hàm

lượng hữu cơ (c); độ ẩm, giới hạn chảy (d); khối lượng thể tích (e)
và chỉ số nén (f) của bùn sét amQ22-3 tại Long Phú - KV.III-1

9

2.8

Sự thay đổi thành phần khoáng vật sét theo độ sâu a, TP.Mỹ Tho –
KV.I; b, Mỏ Cày – Bến Tre- KV.II; c.Long Phú- KV.III-1; d. TP.
Cà Mau - KV.III-2

10

2.9

Kết quả xác định độ nhạy của bùn sét tại Long Phú - KV.III-1.

11

3.1

Đánh giá chất lượng mẫu đất nghiên cứu

12

3.2

Đồ thị đường cong e -f(logs) mẫu DB -CM7 – KV.III-2

13

3.3

Sự thay đổi khối lượng thể tích khô và áp lực tiền cố kết của bùn sét
theo chiều sâu tại Long Phú - KV. III-1

14

3.4

Chỉ số OCR của bùn sét

15

3.5

Đồ thị quan hệ giữa lượng hữu cơ và các chỉ tiêu cơ lý của bùn sét
(Long Phú – KV.III-1)

16

3.6

Đồ thị quan hệ giữa các chỉ tiêu cơ lý và lượng muối dễ hòa tan của
bùn sét (Long Phú – KV.III-1)

17

3.7

Cc thí nghiệm và Cc tính toán từ các chỉ tiêu cơ lý (Long Phú –
KV.III-1)


18

3.8

Quan hệ giữa giới hạn chảy, hệ số rỗng tự nhiên với chỉ số nén của
bùn sét
Quan hệ giữa các chỉ tiêu cơ lý và hàm lượng muối dễ hòa tan
(Long Phú – KV. III-1).

19

3.9

Quan hệ giữa giới hạn chảy, hệ số rỗng với chỉ số nén của bùn sét
pha ở các tỉnh ven biển ĐBSCL

20

3.10

Sự thay đổi hệ số cố kết theo cấp áp lực nén của bùn sét

21

3.11

Hệ số cố kết thay đổi theo cấp áp lực nén mẫu bùn sét DM-CM7
(KV.III-2)

22

3.12

Sự thay đổi hệ số cố kết theo giới hạn chảy của bùn sét (Long Phú –
KV.III-1)

23

3.13

Hộp nén hướng tâm kiểu Rowes

24

3.14

Sơ đồ cấu tạo thiết bị nén CRS - R và cách lấy mẫu thí nghiệm.

25

3.15

Thiết bị nén CRS - R

26

3.16

Phương pháp Asaoka xác định ch; a, đồ thị quan hệ giữa độ lún và
thời gian; b, quan hệ giữa Si; Si-1 (Asaoka, 1978; Magnan và Deroy,
1980).

27

3.17

Biểu đồ đo tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng của bùn sét (Long Phú KV.III-1)

28

3.18

Mối quan hệ giữa hệ số cố kết theo phương ngang (theo CPTu) và
hàm lượng muối (M), hàm lượng hữu cơ (HC) trong đất tại Long
Phú – KV.III-1

29

3.19a Hệ số cố kết theo phương ngang và thẳng đứng xác định bằng các
thiết bị nén khác nhau (mẫu bùn sét DB-CM9, KV.III-2)

30

3.19b Hệ số cố kết theo phương ngang và thẳng đứng xác định bằng các
thiết bị nén khác nhau (mẫu bùn sét pha ST9, KV.III-1)

31

3.20

Đồ thị u = f(t) ở các cấp áp lực khác nhau khi nén cố kết hướng tâm
kiểu Rowes (mẫu bùn sét - TG5, KV.I).

32

3.21

Đồ thị sn = f(sn-1) tại mốc quan trắc lún mặt SS 1.1-01, zone 1-1a,


Long Phú - KV.III-1
33

3.22

Sự thay đổi tỷ số ch/cv theo chiều sâu, a- KV.II; b- KV.III - 1

34

3.23

Tỷ số Ca/Cc của bùn sét

35

3.24

Tỷ số Ca/Cc của bùn sét pha

36

3.25a Dạng đường cong từ biến của bùn sét - mẫu LP18 (7,0-7,6m)KV.III-1

37

3.25b Dạng đường cong từ biến của bùn sét pha - mẫu ST5 (4,8-5,0m) KV.III-1

38

3.26

Hệ số nén thứ cấp Ca thí nghiệm và Ca tính toán từ các chỉ tiêu cơ
lý

39

3.27a Sự biến đổi giới hạn chảy, khối lượng thể tích khô và lực dính
không thoát nước (nén ba trục theo sơ đồ UU) của bùn sét

40

3.27b Sự biến đổi giới hạn chảy, khối lượng thể tích khô và lực dính
không thoát nước (nén ba trục theo sơ đồ UU) của bùn sét pha

41

3.28

Sự thay đổi lực dính kết không thoát nước của bùn sét theo hàm
lượng muối dễ hòa tan (Long Phú – KV.III-1)

42

3.29

Đồ thị quan hệ giữa hàm lượng hữu cơ và lực dính kết, góc ma sát
trong không thoát nước của đất bùn sét (An Biên – KV.III-2)

43

3.30

Quan hệ sức kháng cắt không thoát nước theo thí nghiệm nén ba
trục sơ đồ UU (Su) và cắt cánh ngoài hiện trường (vst)

44

3.31

Sự thay đổi Su, Su/s’v0 theo độ sâu

45

3.32

Quan hệ góc ma sát trong hữu hiệu và hàm lượng hạt sét, chỉ số dẻo

của đất

46

3.33

Quan hệ lực dính kết hữu hiệu và hàm lượng hạt sét, chỉ số dẻo của
đất

47

4.1a

Độ lún tính toán lý thuyết và quan trắc ngoài thực tế zone1-1 (Long
Phú – KV.III-1)

48

4.1b

Độ lún tính toán lý thuyết và quan trắc ngoài thực tế zone 1-2, 1-3
(Long Phú – KV.III-1)


Phụ lục
49

2.1

Sơ đồ phân bố trầm tích amQ22-3 và các tuyến mặt cắt địa chất các

tỉnh ven biển ĐBSCL

50

2.2a

Mặt cắt địa chất trầm tích Đệ tứ khu vực Cà Mau (III-III)

51

2.2b

Mặt cắt địa chất vùng cửa sông ven bờ châu thổ sông Cửu Long

52

2.2c

Sơ đồ mặt cắt địa chất thủy văn tuyến I-I vùng ĐBSCL

53

2.2d

Đường đẳng độ sâu bề mặt đáy các thành tạo Holocen vùng ĐBSCL

54

2.2e

Sơ đồ mặt cắt địa chất thủy văn tuyến II –II vùng ĐBSCL

55

2.3

Địa hình vùng ĐBSCL

56

2.4

Sơ đồ phân bố đất nhiễm mặn, phèn vùng ĐBSCL

57

2.5

Sơ đồ phân bố lượng mưa vùng ĐBSCL

58

2.6

Sơ đồ phân bố nước mặt vùng đồng bằng Nam Bộ

59

2.7

Sơ đồ phân vùng nước dưới đất vùng ĐBSCL

60

2.8

Đặc điểm khoáng vật sét dưới kính hiển vi điện tử quét (mẫu LP16,06,2m, Long Phú – KV. III-1)

61

2.9

Đặc điểm khoáng vật sét dưới kính hiển vi điện tử quét (mẫu LP28,08,2m, Long Phú – KV. III-1)

62

2.10

Đặc điểm khoáng vật sét dưới kính hiển vi điện tử quét (mẫu LP310,010,2m, Long Phú – KV. III-1)

63

2.11

Đặc điểm khoáng vật sét dưới kính hiển vi điện tử quét (mẫu LP414,014,2m, Long Phú – KV. III-1)

64

2.12a Mẫu lát mỏng theo hướng song song với mặt lớp (mẫu LP1 - KV.
III-1)

65

2.12b Mẫu lát mỏng theo hướng vuông góc với mặt lớp (mẫu LP1- KV.
III-1)

66

2.13a Mẫu lát mỏng theo hướng song song với mặt lớp (mẫu LP2- KV.
III-1)

67

2.13b Mẫu lát mỏng theo hướng vuông góc với mặt lớp (mẫu LP2- KV.
III-1)


68

2.14a Mẫu lát mỏng theo hướng song song với mặt lớp (mẫu LP3- KV.
III-1)

69

2.14b Mẫu lát mỏng theo hướng vuông góc với mặt lớp (mẫu LP3- KV.
III-1)

70

2.15a Mẫu lát mỏng theo hướng song song với mặt lớp (mẫu LP4- KV.

III-1)

71

2.15b Mẫu lát mỏng theo hướng vuông góc với mặt lớp (mẫu LP4- KV.
III-1)

72

3.1

Vị trí các điểm lấy mẫu thí nghiệm nghiên cứu đặc tính ĐCCT của
đất loại sét yếu amQ22-3 ở các tỉnh ven biển ĐBSCL

73

4.1

Vị trí các kiểu cấu trúc nền đặc trưng có phân bố đất loại sét yếu
amQ22-3

74

4.2

Sơ đồ vị trí các điểm nhiễm muối - phèn trong thực tế

75

4.3

Quan hệ giữa Tv và u*

76

4.4

Xác định 

77

4.5

Quan hệ giữa a,  và 

78

4.6

Cường độ kháng nén và mô đun biến dạng của hỗn hợp gia cố xi
măng và bùn sét, bùn sét pha (hàm lượng xi măng 9%)

79

4.7

Cường độ kháng nén một trục nở hông và mô đun biến dạng của
hỗn hợp xi măng và bùn sét pha (200kg xi măng/1m3 đất - 28 ngày
tuổi)

80

4.8

Cường độ kháng nén một trục nở hông và mô đun biến dạng của
hỗn hợp xi măng và bùn sét (200kg xi măng/1m3 đất - 28 ngày tuổi)


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Các tỉnh ven biển đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) bao gồm Tiền Giang,
Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau và Kiên Giang có tiềm năng phát
triển kinh tế xã hội to lớn, đặc biệt là trong các lĩnh vực nông và ngư nghiệp. Tuy
nhiên, cơ sở hạ tầng giao thông trong vùng phát triển còn yếu, không đáp ứng được
nhu cầu thực tế. Các tuyến đường bộ (trừ những tuyến mới được xây dựng vào
những năm gần đây) thường bị ngập lụt vào mùa mưa lũ, chỉ các tuyến đường nối
các tỉnh là được trải nhựa, còn lại hầu hết là đường đất và đường cấp phối. Do vậy,
để tương xứng với tiềm năng phát triển kinh tế xã hội, hiện tại Nhà nước đang phải
xây dựng lại và nâng cấp hệ thống giao thông trong vùng này.
Việc xây dựng mạng lưới đường giao thông ở các tỉnh ven biển ĐBSCL còn
gặp rất nhiều khó khăn. Bởi lẽ, nơi đây là một phần của vùng châu thổ có địa hình
trũng thấp, mạng thủy văn dày đặc lại được phủ bởi các trầm tích trẻ với bề dày lớn.
Các trầm tích có nguồn gốc khác nhau, nhưng phổ biến nhất là nguồn gốc hỗn hợp
sông biển, thuộc thống Holocen, phụ thống trung – thượng (amQ22-3). Trầm tích nằm
ngay trên bề mặt địa hình, đa phần là đất loại sét yếu, có chiều dày tương đối lớn,
thường bị nhiễm muối, phèn và có chứa hữu cơ với mức độ khác nhau. Đây là đối
tượng chịu tác động trực tiếp của hoạt động xây dựng đường giao thông, do vậy,
muốn đường đắp ổn định cần phải xử lý.

Cho đến nay, mặc dù đã có những nghiên cứu về địa chất và địa chất công
trình (ĐCCT) nền đất ở các tỉnh ven biển ĐBSCL nhưng vẫn chưa đề cập đầy đủ và
toàn diện bản chất các đặc tính ĐCCT của đất yếu. Những tài liệu nghiên cứu phục
vụ lựa chọn, đề xuất, tính toán xử lý nền đường đất yếu chưa được hoàn thiện đã
làm hạn chế hiệu quả và phạm vi ứng dụng của các biện pháp xử lý nền, gây lãng
phí trong xây dựng. Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu đặc tính địa chất công trình
của đất loại sét yếu amQ22-3 phân bố ở các tỉnh ven biển đồng bằng sông Cửu Long
phục vụ xử lý nền đường” mang tính cấp thiết cao và có ý nghĩa thực tiễn.


2

2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích của luận án là làm sáng tỏ đặc tính ĐCCT của đất loại sét yếu
amQ22-3 ở các tỉnh ven biển ĐBSCL để phục vụ và nâng cao hiệu quả xử lý nền
đường và khai thác hợp lý nguồn tài nguyên đất xây dựng.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Để đạt được mục đích trên, luận án có nhiệm vụ làm sáng tỏ:
- Sự ảnh hưởng của một số yếu tố tự nhiên hiện đại tới sự hình thành và tồn
tại của trầm tích amQ22-3;
- Sự phân bố của đất loại sét yếu amQ22-3 ;
- Thành phần vật chất và đặc tính cơ lý của đất loại sét yếu amQ22-3;
- Kiến nghị sử dụng các kết quả nghiên cứu trong khảo sát, thiết kế xử lý nền
đường đất yếu.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: đất loại sét yếu thuộc trầm tích amQ22-3 .
Phạm vi nghiên cứu: không gian phân bố đất loại sét yếu amQ22-3 ở các tỉnh
ven biển ĐBSCL với chiều sâu nghiên cứu hết bề dày của nó (khoảng 20m).
5. Nội dung nghiên cứu
Để thực hiện nhiệm vụ đặt ra, nội dung luận án tập trung nghiên cứu:

- Tổng quan về nghiên cứu tính chất ĐCCT của đất loại sét yếu ở ĐBSCL;
- Lịch sử phát triển trầm tích Đệ tứ và ảnh hưởng của một số yếu tố tự nhiên
hiện đại (khí hậu, địa hình, địa mạo, mạng lưới thủy văn và hải văn, địa chất thủy
văn) tới sự hình thành và tồn tại của trầm tích amQ22-3;
- Sự phân bố trên diện và theo chiều sâu của đất loại sét yếu amQ22-3;
- Thành phần (hạt, khoáng vật, hoá học), khả năng trao đổi hoá lý, độ pH,
hàm lượng muối, hữu cơ của đất loại sét yếu amQ22-3;
- Tính chất cơ học của đất loại sét yếu amQ22-3 bao gồm: tính biến dạng (cố
kết theo các phương thẳng đứng và nằm ngang, từ biến) và sức kháng cắt;
- Các nhân tố ảnh hưởng và bước đầu nghiên cứu sự biến đổi của các tính
chất cơ lý phụ thuộc vào hàm lượng muối, hữu cơ trong đất;


3

- Trên cơ sở phân chia cấu trúc nền và nghiên cứu thành phần và tính chất cơ
lý của đất loại sét yếu amQ22-3, phân tích và đề xuất về các vấn đề khảo sát ĐCCT,
kiến nghị các biện pháp xử lý và sử dụng các chỉ tiêu cơ lý trong tính toán xử lý nền
đường đất yếu.
6. Phương pháp nghiên cứu
Luận án sử dụng tổ hợp các phương pháp nghiên cứu:
- Tổng hợp, phân tích tài liệu đã có trong vùng;
- Địa chất: nghiên cứu sự thành tạo và sự phân bố đất loại sét yếu amQ22-3 ;
- Thực nghiệm: thí nghiệm trong phòng, ngoài trời xác định tính chất cơ lý;
- Thống kê và địa thống kê: xử lý để tìm ra các giá trị đặc trưng của kết quả
thí nghiệm, lập mối tương quan, ….;
- Tính toán lý thuyết: dự báo độ lún, tính toán các tính chất cơ lý của đất ;
- Phân tích hệ thống: định hướng cho nghiên cứu đề tài, sử dụng để phân tích
logic các vấn đề lý thuyết và thực nghiệm.
7. Luận điểm bảo vệ

Luận điểm 1: Đất loại sét amQ22-3 thuộc nhóm đất đặc biệt, nằm ngay trên
mặt và phân bố rộng rãi nhất ở các tỉnh ven biển ĐBSCL. Đất bị nhiễm muối dễ hòa
tan ở mức độ ít và nhiễm muối, có chỗ nhiễm phèn và chứa hữu cơ tùy thuộc vào vị
trí phân bố và điều kiện tồn tại. Trong giới hạn nghiên cứu, các đặc trưng cơ học
của đất thay đổi phụ thuộc khá chặt chẽ vào hàm lượng muối và hữu cơ.
Tỷ số ch/cv của đất loại sét yếu amQ22-3 thay đổi phức tạp, trong một phạm vi
rộng nên cần được xét đến khi thiết kế xử lý nền bằng thiết bị tiêu thoát nước thẳng
đứng.
Luận điểm 2: Đặc điểm biến đổi không gian, thành phần và tính chất cơ lý
của đất loại sét yếu amQ22-3 tại các tỉnh ven biển ĐBSCL được điển hình hóa thành
2 kiểu và 5 phụ kiểu cấu trúc nền. Đặc trưng của mỗi kiểu cấu trúc nền đã là cơ sở
khoa học để nghiên cứu, đề xuất công tác khảo sát ĐCCT và lựa chọn, thiết kế các
giải pháp xử lý nền đất yếu khi xây dựng đường.


4

8. Những điểm mới của luận án
- Luận án nghiên cứu một cách đầy đủ và có hệ thống về đặc tính ĐCCT, sự
biến đổi các đặc tính đó của đất loại sét yếu amQ22-3 phân bố ở các tỉnh ven biển
ĐBSCL phục vụ xây dựng đường;
- Đã xác định được tỷ số giữa hệ số cố kết theo phương ngang và theo
phương thẳng đứng của bùn sét và bùn sét pha amQ22-3 ở các tỉnh ven biển ĐBSCL;
- Đã thiết lập được quan hệ giữa chỉ số nén và hệ số nén thứ cấp cho đất bùn
sét và bùn sét pha amQ22-3 ở các tỉnh ven biển ĐBSCL;
- Đã chỉ ra ảnh hưởng của hàm lượng muối, độ pH (phèn), hữu cơ và điều
kiện môi trường bảo dưỡng khi cải tạo đất yếu amQ22-3 bằng chất kết dính vô cơ (xi
măng);
- Đã phân chia cấu trúc nền có phân bố đất loại sét yếu amQ22-3 theo mức độ
thuận lợi đối với các giải pháp xử lý nền đường cũng như đề xuất và kiến nghị các

chỉ tiêu cơ lý định hướng cho việc thiết kế xử lý nền đường.
9. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Kết quả của luận án góp phần vào việc nghiên cứu ĐCCT khu vực: đã làm
sáng tỏ đặc tính ĐCCT của các loại đất chủ yếu của tầng trầm tích amQ22-3 phân bố
rộng rãi nhất ở ĐBSCL.
Kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo tốt và là cơ sở để định hướng cho
công tác khảo sát, thiết kế xử lý nền đất yếu trong xây dựng đường giao thông và
các dạng xây dựng khác ở các tỉnh ven biển ĐBSCL và những vùng khác có điều
kiện ĐCCT tương tự.
10. Cơ sở tài liệu của luận án
Luận án được hoàn thành trên cơ sở các kết quả học tập và nghiên cứu nhiều
năm tại trường Đại học Mỏ - Địa chất. Các đề tài khoa học đã chủ trì hoặc tham gia:
- Đề tài cấp bộ mã số B2009-02-66, Nghiên cứu đặc tính xây dựng của trầm
tích loại sét amQ22-3 phân bố ở ĐBSCL phục vụ gia cố nền bằng các giải pháp làm
chặt, có sử dụng chất kết dính vô cơ do PGS.TS Đỗ Minh Toàn chủ trì, tác giả là
thư ký của đề tài;


5

- Đề tài NCKH cấp cơ sở, mã số N2009-13, Nghiên cứu xác định quan hệ
giữa hệ số cố kết theo phương thẳng đứng và ngang của một số loại đất amQ22-3
phân bố ở các tỉnh ven biển ĐBSCL do tác giả chủ trì;
- Đề tài NCKH cấp cơ sở, mã số N2010-07, Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm
lượng phèn và muối dễ hoà tan trong đất loại sét yếu amQ22-3 phân bố ở các tỉnh
ven biển ĐBSCL đến khả năng gia cố bằng xi măng do tác giả chủ trì;
- Đề tài cấp cơ sở, T12-03, Ứng dụng phần mềm Plaxis 8.2 để tính toán xử lý
nền đất yếu bằng cọc cát và giếng cát kết hợp với gia tải trước do tác giả chủ trì.
Luận án còn sử dụng các kết quả nghiên cứu ĐCCT của nhiều cơ quan và tác
giả khác nhau đã được công bố và lưu trữ có liên quan đến đề tài nghiên cứu. Các

tài liệu sử dụng đã được trích dẫn cụ thể trong luận án.
11. Cấu trúc của luận án
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án gồm 4 chương, dày 149 trang, 55
biểu bảng, 80 hình vẽ và danh mục 129 tài liệu tham khảo.
12. Lời cảm ơn
Luận án được hoàn thành tại Bộ môn Địa chất công trình, Khoa Địa chất,
Trường Đại học Mỏ - Địa chất dưới sự hướng dẫn khoa học của:
PGS.TS. Đỗ Minh Toàn, TS. Nguyễn Viết Tình
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến:
PGS.TS.Đỗ Minh Toàn, TS.Nguyễn Viết Tình - các thầy hướng dẫn khoa
học và truyền đạt nhiều kiến thức chuyên môn cho tác giả trong suốt quá trình làm
luận án.
GS.TSKH. Phạm Văn Tỵ - người thầy tận tình, đóng góp các ý kiến quý báu
để tác giả hoàn thành luận án.
PGS.TS. Lê Trọng Thắng - Chủ nhiệm Bộ môn ĐCCT, TS.Tô Xuân Vu Phó chủ nhiệm Bộ môn đã tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu sinh học tập, làm
việc.
Các cơ quan: Bộ môn Địa chất công trình, Khoa Địa chất, Phòng Đào tạo sau
Đại học, các Phòng Khoa Ban thuộc Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Viện Công


6

nghệ Giao thông vận tải và các phòng thí nghiệm LAS - XD 928 (Trường Đại học
Mỏ - Địa chất), LAS – XD 80 (Trung tâm nghiên cứu Địa kỹ thuật); LAS - XD 442
(Viện Nền móng và công trình ngầm, Công ty Fecon), LAS- XD446 (Công ty Trách
nhiệm hữu hạn tư vấn xây dựng & thi công Hồng Anh), LAS- XD 69 (Trung tâm
Tư vấn giám sát và thí nghiệm Địa kỹ thuật), LAS - XD365 (Chi nhánh Xí nghiệp
khảo sát và Xây dựng điện thuộc Công ty tư vấn xây dựng điện số 3) cùng các cơ
quan nghiên cứu và sản xuất đã giúp đỡ nhiệt tình khi tác giả thực hiện luận án.
Các Nhà khoa học PGS.TS.Nguyễn Huy Phương, PGS.TS.Tạ Đức Thịnh,

TS. Bùi Đức Hải, PGS.TS. Đoàn Thế Tường, PGS.TSKH. Vũ Cao Minh,
PGS.TSKH. Trần Mạnh Liểu, PGS.TS.Phạm Hữu Sy, TS. Phạm Văn Thìn, TS.Tạ
Hồng Quân, PGS.TS.Đỗ Minh Đức, TS. Phan Sỹ Thanh, GS.TSKH. Đặng Văn Bát,
PGS.TS.Lê Thanh Mẽ, …., và các bạn đồng nghiệp đã có nhiều đóng góp và giúp
đỡ quý báu để tác giả hoàn thiện luận án.
Gia đình đã cổ vũ tinh thần, đóng góp nhiều công sức cho nghiên cứu sinh
thực hiện luận án.