153
TẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, Số 48, 2008
XÁC LẬP TƯƠNG QUAN GIỮA TÍNH CHẤT CƠ LÝ ĐẤT THÍ NGHIỆM
TRONG PHÒNG VÀ XUYÊN TIÊU CHUẨN VÙNG NAM SÔNG HƯƠNG
Nguyễn Thanh, Hồ Tiến
Trường Ðại học Khoa học, Đại học Huế
TÓM TẮT
Trong bài báo này, nhóm tác giả muốn giới thiệu kết quả nghiên cứu tương quan hồi
quy cặp giữa các tính chất vật lý, tính chất cơ học của đất trầm tích sông - biển, sông - biển -
đầm lầy Holocen hạ - trung cũng như trầm tích sông biển Pleistocen trung - thượng vùng đồng
bằng Nam Sông Hương. Ðại bộ phận các phương trình hồi quy cặp có mức độ liên hệ tương
quan từ không chặt (r = 0,34) đến rất chặt (r = 0,91). Phương trình hồi quy có mức độ liên hệ
chặt, rất chặt có thể sử dụng để xác định các giá trị tính chất cơ lý đất thông qua số liệu thí
nghiệm xuyên tiêu chun ở hiện trường.
1. Đặt vấn đề
Trong nghiên cứu, khảo sát địa chất công trình phục vụ cho xây dựng công trình
và khai thác kinh tế lãnh thổ vấn đề thí nghiệm xác định tính chất cơ lý của đất đá và xử
lý, tổng hợp kết quả thí nghiệm để cung cấp các giá trị tính chất cơ lý tin cậy cho công
tác thiết kế và thi công công trình là vô cùng quan trọng. Số liệu xác định tính chất cơ lý
chính xác và phản ánh đúng bản chất, trạng thái của đất đá không những đảm bảo ổn
định công trình, mà còn tránh được sự lãng phí trong thiết kế nền móng do không sử
dụng hết tính năng của đất nền hoặc hạn chế sự cố khi xây dựng công trình với tải trọng
vượt quá xa sức chịu tải vốn có của đất đá cấu tạo nền. Một vấn đề khoa học rất thời sự
và cấp thiết khác là nghiên cứu, thành lập các phương trình hồi quy giữa các tính chất
cơ lý đất đá với nhau hoặc giữa tính chất cơ lý đất đá thí nghiệm trong phòng với số liệu
thí nghiệm đất đá ở hiện trường nói chung.
Trong bài báo này, nhóm tác giả dành sự quan tâm hàng đầu cho việc xây dựng
phương trình hồi quy cặp giữa tính chất cơ lý đất trầm tích đa nguồn gốc Q đồng bằng
tích tụ Nam Sông Hương thành phố Huế với giá trị xuyên tiêu chuNn ngoài hiện trường.
2. Khái quát về trầm tích Q và tình hình khảo sát, thí nghiệm
tính chất cơ lý đất đồng bằng Nam Sông Hương, thành phố Huế
a. Ðịa tầng trầm tích Q vùng Nam Sông Hương, thành phố Huế
Theo tài liệu Ðịa chất và Khoáng sản tờ Hướng Hoá - Huế - Ðà Nẵng [9], trầm
tích Q đồng bằng tích tụ Nam Sông Hương vùng Huế bao gồm các thành tạo từ dưới lên
trên dưới đây:
154
- Trầm tích hỗn hợp sông - biển Pleistocen trung - thượng bậc dưới, hệ tầng
Quảng Ðiền (am
1
32
1
−
Q
qđ).
Thành tạo này gồm cát lẫn sạn sỏi bên dưới, chuyển dần lên cát pha, sét pha, sét
bị laterit hoá, loang lỗ và phân bố thành những dải hẹp, không liên tục ven rìa đồng
bằng hoặc bị phủ dưới trầm tích trẻ hơn (hướng ra phía biển).
- Trầm tích biển Pleistocen thượng bậc trên, hệ tầng Ðà Nẵng (m
2
3
1
Q
đn).
- Trầm tích biển hệ tầng Ðà Nẵng (tương đương hệ tầng Phú Xuân) chủ yếu
phân bố rải rác ven rìa đồng bằng và được cấu tạo từ cát bụi, ít hơn có cát pha màu vàng
nghệ, lẫn ít sỏi đá ong nhỏ.
- Trầm tích sông - biển - đầm lầy Holocen hạ - trung, hệ tầng Phú Bài ambQ
21-2
pb. Thành tạo trầm tích đang xét không xuất lộ trên mặt đất, mà chỉ bắt gặp trong các lỗ
khoan và được cấu tạo từ bùn cát pha, bùn sét pha màu xám đen lẫn vỏ sò, tàn tích thực
vật và than bùn.
- Trầm tích sông biển Holocen hạ - trung, hệ tầng Phú Bài (amQ
21-2
pb). Trầm
tích amQ
21-2
pb lộ ra trên phần lớn diện tích Nam Sông Hương và có thành phần chủ yếu
là sét pha, ít hơn có sét, cát pha, đôi nơi gặp cát chứa sỏi thạch anh.
- Trầm tích sông Holocen thượng (aQ
23
).
Bồi tích Holocen thượng thuộc tướng bãi bồi, tướng lòng sông hiện đại, phân bố
dọc theo hệ thống sông, đặc biệt là bãi bồi sông Hương. Thành phần thạch học chủ yếu
là cát lẫn sỏi, cát pha, ít hơn có sét pha.
b. Tình hình khảo sát địa chất công trình, thí nghiệm tính chất cơ lý đất trong
phòng và ngoài trời. Trên lãnh thổ đồng bằng Nam Sông Hương, thành phố Huế để
phục vụ công tác thiết kế thi công nhiều công trình, nhất là nhà cao tầng, trong 10 năm
gần đây đã có nhiều cơ quan khác nhau tiến hành khoan khảo sát địa chất công trình, thí
nghiệm xuyên tiêu chuNn, xuyên tĩnh và thí nghiệm xác định tính chất cơ lý đất trong
phòng [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8]. Các số liệu thí nghiệm trong phòng và ngoài
hiện trường là cơ sở dữ liệu để nhóm tác giả nghiên cứu, thành lập phương trình hồi quy
cặp giữa giá trị tính chất cơ lý đất thí nghiệm trong phòng với số liệu xuyên tiêu chuNn.
3. Thành lập phương trình hồi quy cặp giữa tính chất cơ lý
đấ t thí nghiệm với số liệu SPT hiện trường và đánh giá mức độ liên
hệ giữa chúng
Từ giá trị các tính chất cơ lý đất thí nghiệm các mẫu lấy tại cùng độ sâu đã tiến
hành thí nghiệm SPT với số liệu tương ứng, nhóm tác giả lập bảng tổ hợp “số liệu cặp”
về tính chất cơ lý đất thí nghiệm và kết quả xuyên tiêu chuNn (bảng 2.1). Ðồng thời đưa
lên hệ toạ độ xoy để xác lập đồ thị quan hệ giữa tính chất cơ lý đất.
155
Bảng 2.1. Bảng tổ hợp “số liệu cặp” về tính chất đất thí nghiệm và xuyên tiêu chn thí nghiệm
và giá trị SPT tương ứng (hình 2.1a-h)
TT
SPT
N
30
Tính chất cơ lý của đất Tính chất cơ học của đất
Độ Nm
tự
nhiên
W
Khối
lượng
thể
tích tự
nhiên
γ
w
Hạn độ
Aterberg Lực
dính kết
C
tgϕ
Hệ số
nén
lún
a
1-2
Modun
biến
dạng
E
1-2
GH
chảy
Wl
GH
dẻo
Wp
Búa % g/cm
3
% % Kg/cm
2
độ cm
2
/
Kg Kg/cm
2
1 7 33,00 1,89 38,10 21,60 0,22 0,25 0,04 29,23
2 4 40,60 1,71 45,40 32,00 0,21 0,23 0,08 16,05
3 9 35,50 1,86 40,20 23,60 0,23 0,23 0,05 24,78
4 4 30,23 1,86 33,41 21,79 0,08 0,20 0,04 25,21
5 6 23,39 1,93 26,59 15,78 0,15 0,26 0,04 23,61
6 8 25,59 1,98 29,79 17,54 0,13 0,22 0,03 34,48
7 5 28,70 1,86 36,40 20,70 0,19 0,23 0,05 21,55
8 4 36,74 1,80 41,01 24,80 0,04 0,21 0,06 18,91
9 5 29,78 1,77 33,23 20,88 0,05 0,20 0,06 19,25
10 5 49,76 1,64 53,20 39,90 0,09 0,26 0,07 19,61
11 4 24,52 1,93 31,10 17,30 0,06 0,28 0,03 33,67
12 7 32,51 1,80 40,20 24,10 0,05 0,27 0,02 47,08
13 6 38,73 1,78 41,40 30,90 0,15 0,22 0,06 20,22
14 8 36,15 1,81 42,31 25,95 0,09 0,19 0,05 21,16
15 5 27,37 1,85 30,73 18,06 0,11 0,20 0,04 22,97
16 7 31,61 1,82 35,94 21,18 0,10 0,19 0,04 24,94
17 5 26,10 1,87 29,88 17,59 0,38 0,29 0,04 28,56
18 6 30,91 1,84 38,89 22,80 0,16 0,31 0,04 28,97
19 4 39,98 1,74 45,40 28,50 0,18 0,26 0,03 36,13
20 8 43,03 1,74 46,10 34,67 0,20 0,27 0,05 24,28
21 9 18,25 1,88 21,64 13,06 0,12 0,22 0,02 48,30
22 11 22,93 1,92 27,97 16,54 0,17 0,28 0,02 38,86
23 14 22,15 1,96 27,53 16,30 0,20 0,26 0,02 41,81
24 8 23,59 1,95 28,29 16,72 0,37 0,28 0,02 49,79
25 6 27,16 1,89 31,39 18,68 0,04 0,29 0,04 25,59
26 7 31,23 1,83 35,22 20,78 0,29 0,24 0,05 23,90
27 4 32,75 1,79 36,17 23,30 0,19 0,22 0,04 28,76
156
28 6 33,40 1,85 40,30 26,30 0,21 0,23 0,04 27,14
29 7 35,40 1,87 44,30 23,60 0,34 0,24 0,04 28,72
30 8 32,50 1,90 38,60 22,30 0,38 0,22 0,04 30,70
31 7 35,99 1,77 40,40 24,20 0,24 0,22 0,08 15,42
32 6 38,90 1,83 43,60 27,30 0,32 0,30 0,04 29,40
33 5 39,00 1,78 44,90 28,60 0,34 0,25 0,04 30,19
34 12 29,64 1,94 38,74 22,60 0,27 0,28 0,03 34,54
35 11 37,45 1,79 46,04 29,85 0,17 0,30 0,04 26,37
36 17 21,88 2,02 27,78 16,44 0,15 0,29 0,02 42,16
37 15 22,18 1,98 28,70 16,94 0,18 0,30 0,03 33,88
38 18 27,91 1,89 35,15 20,74 0,46 0,27 0,03 36,23
39 13 20,53 2,01 27,35 16,20 0,15 0,32 0,02 41,39
40 15 18,84 2,00 26,47 15,72 0,27 0,27 0,03 35,13
41 12 22,01 1,95 29,08 17,15 0,13 0,26 0,02 44,75
42 17 18,83 2,02 26,19 15,56 0,18 0,26 0,02 39,47
43 14 21,68 1,92 28,57 16,87 0,26 0,27 0,02 43,87
44 10 29,14 1,83 37,30 22,00 0,13 0,26 0,05 23,27
45 11 28,00 1,97 38,00 22,60 0,33 0,36 0,02 43,73
46 13 34,01 1,83 42,30 27,30 0,20 0,30 0,04 28,98
47 14 37,45 1,70 43,30 32,20 0,29 0,26 0,04 35,73
48 16 31,44 1,74 39,30 27,60 0,30 0,24 0,03 40,47
49 14 31,59 1,74 37,60 26,60 0,33 0,26 0,03 37,69
- - - - - - - - - -
- - - - - - - - - -
295
19 25,31 1,96 35,60 27,30 0,15 0,49 0,02 72,38
y = 0,0425x
2
- 2,2532x + 49,282
R
2
= 0,5819
5,00
15,00
25,00
35,00
45,00
55,00
65,00
75,00
1 11 21 31 41
SPT (N30)
§é m (%)
a)
y = 0,0133x
2
- 0,661x + 41,317
R
2
= 0,1129
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
45,00
50,00
55,00
60,00
65,00
1 11 21 31 41
SPT (N30)
Giíi h¹n chy (%)
c)
157
y = -0,0003x
2
+ 0,0214x + 1,6336
R
2
= 0,2598
1,30
1,40
1,50
1,60
1,70
1,80
1,90
2,00
2,10
2,20
1 11 21 31 41
SPT (N30)
Khèi l−îng thÓ tÝch tù nhiªn (g/cm
3
)
b)
y = 0,015x2 - 0,6464x + 28,742
R2 = 0,1294
5,00
15,00
25,00
35,00
45,00
1 11 21 31 41
SPT (N30)
Giíi h¹n dÎo (%)
d)
y = 0,0001x
2
- 0,0067x + 0,0928
R
2
= 0,593
0,00
0,05
0,10
0,15
1 11 21 31 41
SPT (N30)
HÖ sè nÐn lón a
1-2
(cm
2
/Kg)
e)
y = 0,0316x
2
+ 2,0088x + 14,351
R
2
= 0,6073
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
1 11 21 31 41
SPT (N30)
M«®un biÕn d¹ng E
1-2
(Kg/cm
2
)
f)
y = -0,0002x
2
+ 0,0188x + 0,0974
R
2
= 0,8268
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
1 11 21 31 41
SPT (N30)
Tg
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
g)
y = -0,0004x
2
+ 0,0161x + 0,06
R
2
= 0,3302
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
1 11 21 31 41
SPT (N30)
Lùc dÝnh kÕt (Kg/cm
2
)
h)
Hình 2.1 a-h. Phương trình hồi quy cặp giữa tính chất cơ lý đất với SPT (N
30
)
Sau khi nhận dạng phương trình hồi quy cặp và với sự trợ giúp của máy tính
(ECM) có sử dụng phần mềm Excel, tập thể tác giả đã lập 8 phương trình hồi quy cặp
giữa độ Nm tự nhiên, khối lượng thể tích tự nhiên, giới hạn chảy, giới hạn dẻo, hệ số nén
lún, mođun tổng biến dạng, hệ số ma sát và lực dính kết của đất nền với giá trị SPT
(N
30
). Các dạng phương trình hồi quy cặp nói trên và hệ số (hay tỷ số) tương quan của
chúng được minh họa trong bảng 2.2.
Bảng 2.2. Các phương trình hồi quy cặp giữa tính chất cơ lý với SPT và hệ số tương quan
TT Dạng phương trình hồi quy cặp Hệ số r tương quan
1 W = - 0,0425N
2
30
- 2,2532N
30
+ 49,282 0,76
2
w
γ
= - 0,0003N
2
30
+ 0,0214 N
30
+ 1,6336 0,51