Đề tài nghiên cứu khoa học: Nghiên cứu sự thay đổi hệ số rỗng, hệ số thấm đất bùn lòng sông dưới các cấp áp lực

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:55

Thêm vào BST

Báo xấu

29
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài "Nghiên cứu sự thay đổi hệ số rỗng, hệ số thấm đất bùn lòng sông dưới các cấp áp lực" nhằm xác định ảnh hưởng hệ số thấm, hệ số cố kết dưới các cấp tải khác nhau của đất sét không gia cường; Xác định ảnh hưởng hệ số thấm, hệ số cố kết dưới các cấp tải khác nhau của đất sét gia cường bằng vải địa kỹ thuật.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài nghiên cứu khoa học: Nghiên cứu sự thay đổi hệ số rỗng, hệ số thấm đất bùn lòng sông dưới các cấp áp lực

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI HỆ SỐ RỖNG, HỆ SỐ THẤM ĐẤT BÙN LÒNG SÔNG DƯỚI CÁC CẤP ÁP LỰC S K C 0 0 3 9 5 9 MÃ SỐ: SV2020-165 S KC 0 0 7 3 3 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI HỆ SỐ RỖNG, HỆ SỐ THẤM ĐẤT BÙN LÒNG SÔNG DƯỚI CÁC CẤP ÁP LỰC SV2020-165 Chủ nhiệm đề tài: Võ Diệu Mỹ Linh TP Hồ Chí Minh, 10 năm 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI HỆ SỐ RỖNG, HỆ SỐ THẤM ĐẤT BÙN LÒNG SÔNG DƯỚI CÁC CẤP ÁP LỰC SV2020-165 Thuộc nhóm ngành khoa học: SV thực hiện: Võ Diệu Mỹ Linh Nam, Nữ: Nữ Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 16149CL3B (CLC) Năm thứ:4/Số năm đào tạo: 4 năm Ngành học: CNKT Công trình xây dựng Người hướng dẫn: Ths.Nguyễn Thanh Tú TP Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI HỆ SỐ RỖNG, HỆ SỐ THẤM ĐẤT BÙN LÒNG SÔNG DƯỚI CÁC CẤP ÁP LỰC. - Chủ nhiệm đề tài: Võ Diệu Mỹ Linh Mã số SV: 16149067 - Lớp: 16149CL3B Khoa: Đào tạo Chất lượng cao - Thành viên đề tài: Stt Họ và tên MSSV Lớp Khoa 1 Võ Thị Diệu Hiền 16149037 16149CL3A ĐT CLC 2 Lê Thanh Tiến 16149125 16149CL3B ĐT CLC 3 Phạm Văn Hoàng Trí 16149127 16149CL3B ĐT CLC - Người hướng dẫn: Ths. Nguyễn Thanh Tú 2. Mục tiêu đề tài: - Xác định các tính chất đất sét bùn lòng sông. - Xác định ảnh hưởng hệ số thấm, hệ số cố kết dưới các cấp tải khác nhau của đất sét không gia cường. - Xác định ảnh hưởng hệ số thấm, hệ số cố kết dưới các cấp tải khác nhau của đất sét gia cường bằng vải địa kỹ thuật. 3. Tính mới và sáng tạo: - Việc thay đổi bề dày mẫu đất trong thí nghiệm nén cố kết 1 trục là rất cần thiết để đánh giá sự thay đổi hệ số rỗng, hệ số thấm của đất bùn. Là cơ sở cho việc đánh giá khả năng thoát nước, tính nén lún và thời gian lún trong việc thiết kế. - Theo tiêu chuẩn Việt Nam, quy định mẫu thí nghiệm có đường kính d = 5 cm và chiều cao h = 2 cm. Nghiên cứu thực hiện mẫu đất có bề dày 1 cm, 2 cm, 3 cm, và 4 cm để đánh giá ảnh hưởng của bề dày của mẫu thí nghiệm đến các thông số cơ bản (hệ số thấm, hệ số rỗng) cho việc thiết kế nền móng công trình.
4. Kết quả nghiên cứu: Lý thuyết nén cố kết sơ cấp thấm phi tuyến có xét đến sự thay đổi của hệ số nén lún theo thời gian và không gian đã được đề cập cho đất sét yếu. Đối chiếu với nhiệm vụ, mục tiêu đăt ra, nghiên cứu đã đạt được một số kết quả chính như sau: - Độ cố kết trung bình tính toán theo phương pháp log – time và căn bậc hai thời gian có độ chênh lệch không lớn ta có thể lấy giá trị trung bình của 2 phương pháp để tính toán. - Áp dụng tính toán cho mẫu đất khác nhau và kết quả cho thấy rằng hệ số cố kết Cv có thể tăng hoặc giảm dần theo thời gian khi tăng cấp tải cho từng mẫu. - Khi tăng tải hệ số cố kết tăng dần, đường kính mẫu tăng thì quan hệ giữa cấp tải Cv thay đổi lớn trong những cấp tải đầu và ổn định hơn ở những cấp tải lớn. - Hệ số thấm thay đổi khi tăng bề dày mẫu đất và áp lực nén. - Khi bề dày mẫu đất tăng lên, với dùng cấp tải trọng hệ số rỗng của đất giảm do ảnh hưởng của ma sát thành làm giảm áp lực nén. 5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài: - Nghiên cứu này cung cấp các thông tin quan trọng cho người thiết kế để dự đoán độ lún, độ cố kết nền đất bùn yếu hay sử dụng đất bùn như lớp đất đấp cho nền đường. - Nghiên cứu này có thể làm nền tảng để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về gia cường đất bùn bằng vải địa kỹ thuật. 6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có): không. Ngày tháng năm SV chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài (kí, họ và tên) Võ Diệu Mỹ Linh
Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài (phần này do người hướng dẫn ghi): Nhóm sinh viên thực hiện nghiên cứu đạt được mục tiêu đề ra. Tuy nhiên, trong quá trình thí nghiệm, do các yếu tố khách quan (màn hình thể hiện thiết bị) và chủ quan, một số thông số thí nghiệm không được chính xác. Nhóm sinh viên thể hiện tinh thần học hỏi qua các thí nghiệm và viết báo cáo. Ngày tháng năm Người hướng dẫn Nguyễn Thanh Tú
MỤC LỤC CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VÀ SỰ CẦN THIẾT NGHIÊN CỨU ......................... 3 1.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ................................................... 3 1.1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước..................................................................... 3 1.1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước .................................................................... 5 1.2 SỰ CẦN THIẾT TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU ............................................ 10 1.3 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI............................................................................. 11 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU THÍ NGHIỆM ................................................................ 12 2.1 ĐẤT BÙN SÉT NẠO VÉT TỪ LÒNG SÔNG.............................................. 12 2.2 VẢI ĐỊA KỸ THUẬT................................................................................... 12 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ........... 14 3.1 TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG: ........................................................................... 14 3.2 LÝ THUYẾT NÉN CỐ KẾT: ....................................................................... 14 3.2.1 Phương trình vi phân cố kết 1 chiều: ............................................................. 14 3.2.2 Các giai đoạn nén cố kết ................................................................................ 18 3.2.3 Phương pháp tính toán hệ số cố kết ............................................................... 19 3.3 DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM: ........................................................................... 24 3.4 CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM: ............................................................... 26 3.4.1 Kích thước mẫu thí nghiệm ........................................................................... 26 3.4.2 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm............................................................................... 27 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ................................................................ 31 4.1 MẪU THÍ NGHIỆM ..................................................................................... 31
Số lượng mẫu thí nghiệm và dữ liệu ban đầu được trình bày trong bảng 4.1.1 và Bảng 4.1.2. .......................................................................................................................... 31 4.2 XỬ LÍ SỐ LIỆU: ........................................................................................... 31 4.2.1 Xử lý số liệu cho mẫu 1cm: ........................................................................... 31 4.2.2 Tổng hợp kết quả mẫu không gia cường: ....................................................... 35 4.2.3 Kết quả mẫu gia cường 1 lớp: ........................................................................ 37 4.3 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ......................................................... 37 4.3.1 Hệ số rỗng của đất: ........................................................................................ 37 4.3.2 Hệ số cố kết và thời gian cố kết của đất: ........................................................ 38 4.3.3 Hệ số thấm của đất: ....................................................................................... 40 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ............................................................... 42 5.1 KẾT LUẬN ................................................................................................... 42 5.2 KIẾN NGHỊ .................................................................................................. 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO NƯỚC NGOÀI ............................................................. 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO TRONG NƯỚC ............................................................ 47
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VÀ SỰ CẦN THIẾT NGHIÊN CỨU 1.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước Lê Bá Vinh và cộng sự (2003) nghiên cứu giải pháp xử lý nền và tính tốn ổn định của công trình đường cấp III trên nền có lớp đất yếu mỏng. Nghiên cứu tập trung các biện pháp xử lý nền đất yếu bằng đệm cát kết hợp vải địa kỹ thuật và cừ tràm. Nghiên cứu đề xuất phương pháp xác định hệ số an toàn chống trượt đối với nền tự nhiên và xét ảnh hưởng của vải địa kỹ thuật gia cố tăng ổn định của nền đất yếu dưới nền đường. Lê Xuân Roanh (2014) đề xuất công nghệ xử lý nền và thi công đê, đập chắn sóng trên nền đất yếu. Nghiên cứu phân tích một số công nghệ xử lý nền đất sét yếu bao gồm (1) xử lý nền đê bằng đệm cát đóng vai trò lớp chịu lực và lớp thoát nước cho nền đê, (2) xử lý nền bằng bấc thấm làm tăng khả năng thoát nước trong nền qua hệ thống thoát nước đứng, (3) xử lý nền bằng giếng cát vừa đóng vai trò là biên thấm đứng, vừa đóng vai trò chịu tải trọng, tăng cường sức chịu tải cho nền, (4) ứng dụng vải địa kỹ thuật gia cố nền phân cách nền đê và thân đê, phân bố đều áp lực đất đắp, tăng độ bền chống trượt của khối đất đắp, giảm mặt cắt ngang đê, (5) xử lý nền bằng bè cây, (6) xử lý nền bằng cọc đệm cát và (7) gia cố bằng cọc xi măng đất. Nghiên cứu cho thấy phương pháp sử dụng vật liệu như cát hoặc cọc vật liệu rời giúp rút ngắn khoảng cách thoát nước bằng cách bố trí các hành lang thoát nước theo phương thẳng đứng và phương ngang, đồng thời trên bề mặt đất nền lại phủ lớp cát thoát nước và lớp gia tải nhằm đẩy nhanh cố kết. Nguyễn Chí Thuận (2017) có đề tài nghiên cứu gồm 2 phần: (1) Nghiên cứu về khả năng cố kết của đất sét bùn yếu khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long khi gia cường vải địa kỹ thuật kết hợp lớp xỉ lò dưới điều kiện nén một trục; (2) Phân tích khả năng chống cắt của đất yếu khi gia cường vải địa kỹ thuật và đất yếu khi gia cường đệm cát 3
kết hợp vải địa kỹ thuật. Kết quả thí nghiệm cho thấy thời gian cố kết T50 và T90 giảm dần từ thí nghiệm nén đất, đến đất kết hợp vải và thấp nhất là nén đất kết hợp vải + xỉ. Ở cùng cấp tải 50 kPa mẫu gia cường vải địa kỹ thuật giúp giảm thời thời gian cố kết T50 lên đến 79% và T90 là 72%, cũng ở cùng cấp tải 50 kPa xỉ lò kết hợp vải địa kỹ thuật giúp đẩy nhanh thời gian cố kết T50 lên đến 89% và T90 là 88% so với đất không gia cường; hệ số thấm k và tính nén lún (hệ số rỗng theo cấp tải trọng) của bản thân đất chỉ phụ thuộc vào bản chất của đất và tải trọng, không phụ thuộc vào cách bố trí vải địa kỹ thuật và xỉ lò. Nguyễn Tấn Phước (2018) nghiên cứu về cường độ đất bùn được nạo vét từ lòng sông kết hợp vải địa kỹ thuật và đệm cát. Quá trình nghiên cứu cường độ bùn đất được thực hiện trong điều kiện nén một trục CBR. Bùn đất được nạo vét từ lòng sông là đất sét bão hòa có độ xốp cao và khả năng chống cắt thấp. Bùn đất được yêu cầu cải tiến hơn nữa trước khi áp dụng san lấp công trình. Luận văn trình bày kết quả của loạt bài kiểm tra so sánh giá trị CBR trên bùn đất nạo vét lòng sông được gia cố bằng vải địa kỹ thuật không dệt và đệm cát. Kết quả nghiên cứu cho thấy trong điều kiện thời tiết khô, đất bùn không thấm nước và thực hiện với độ ẩm tối ưu thì cường độ đất bùn rất lớn; việc gia cường vải địa không gia tăng cường độ đất nền trong điều kiện không ngấm nước. Nhưng trường hợp ngậm nước, đất bùn trở nên rất yếu vì đặc tính khả năng chịu lực kém. Khi đó, việc gia cường thêm vải địa hoặc đệm cát thì cường độ lại được cải thiện đáng kể. Kết quả cho thấy vải địa kỹ thuật không dệt và đệm cát có ý nghĩa cải thiện giá trị CBR đối với bùn đất đặc biệt là các mẫu bão hòa. Độ dày tối ưu của đệm cát là 1.5cm cho hiệu suất cao nhất của các trường hợp gia cường cải thiện bùn đất nạo vét lòng sông dưới điều kiện ngâm và không ngâm. Trần Văn Hiển (2015) đã nghiên cứu thực nghiêm tương quan giữa độ chặt (hệ số đầm nén Kc) với các chỉ tiêu cơ lý là hệ số thấm Kt, lực dính C, góc ma sát trong để làm cơ sở đề suất những giải pháp phù hợp khi thiết kế và thi công đập đất độ ẩm cao. 4
1.1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước Trên thế giới, với sự phát triển kinh tế nhanh chóng và dân số ngày càng tăng ở các khu vực ven biển, xây dựng các công trình lấn biển được coi là một biện pháp hữu hiệu để giải quyết tình trạng thiếu đất của các thành phố, các khu dân cư và các khu công nghiệp. Nhiều công trình lấn biển đã sử dụng phương pháp bơm bùn lòng sông làm đất đắp (Shang và cộng sự, 1998; Shen và cộng sự, 2006; Liu and Liu, 2008; Wang và cộng sự, 2014). Nhưng nhiều nền móng công trình thường phải chịu biến dạng và có độ lún rất lớn (Huerta and Rodriguez, 1992; Liu and Zhou, 2005) do đặc điểm của loại bùn này là có hàm lượng nước cao, có hệ số rỗng lớn, khả năng biến dạng lớn và chịu lực kém. Nghiên cứu về hệ số thấm và phương pháp tính lún cho lớp đất bùn yếu (Zhang và cộng sự, 2015) cho thấy hệ số rỗng và hàm lượng đất sét ảnh hưởng lớn đến hệ số thấm của loại đất này. Kết quả cho thấy hệ số rỗng của bùn giảm dần theo thời gian. Đất đắp bằng bùn nạo vét cần thời gian vài năm để có thể ổn định và cần có những xử lý, gia cường nhằm đẩy nhanh quá trình cố kết trong đất bùn loại này. Nhiều phương pháp gia cường đã được áp dụng trên đất bùn như: sử dụng vải địa kỹ thuật, đệm cát, túi địa kỹ thuật Geocell, cọc vật liệu rời (đá-sỏi), … đem đến nhiều hiệu quả về mặt cải thiện cường độ cho đất bùn yếu. Palmeira và cộng sự (1998) phân tích ngược trường hợp đê trên nền đất yếu được gia cường bằng vải địa kỹ thuật đã cho thấy vải địa kỹ thuật là một giải pháp hiệu quả. Jewel (1996) đề xuất sử dụng phương pháp giải tích để tính toán hệ số an toàn của nền đê được gia cường bằng vải địa kỹ thuật, nghiên cứu cho thấy đối với hệ số an toàn đối với đê gia cố vải địa kỹ thuật tối thiểu, Fs > 1.2 trong thiết kế thông thường. Sitharam và cộng sự, 2013 trình bày quá trình xây dựng kè cao 3m trên nền đất bùn đỏ - sản phẩm thải ra từ quá trình sản xuất của ngành công nghiệp nhôm và đề xuất mô hình phân tích khả năng chịu tải của lớp đất yếu gia cố bằng Geocell và sự kết hợp Geocell với vải địa kỹ thuât. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm và phân tích cho thấy 5
việc sử dụng kết hợp Geocell và vải địa kỹ thuật luôn có lợi hơn so với việc chỉ sử dụng Geocell. Nhiều nghiên cứu kết hợp vải địa kỹ thuật và đệm cát cũng đã cho thấy hiệu quả làm tăng khả năng chịu lực của loại kết cấu liên hợp này trên đất yếu. Kết quả nghiên cứu của Zhou và cộng sự (2008) cho thấy kết hợp vải địa kỹ thuật và đệm cát giúp tăng hệ số nền K30 lên 30 lần và độ lún giảm 44% và làm giảm ứng suất tại bề mặt lớp đất yếu so với đất yếu khi không được gia cố. Yu và cộng sự (2005) áp dụng các biện pháp khác nhau bao gồm thí nghiệm vật liệu, thử nghiệm mô hình ly tâm và phân tích số (FEM) để nghiên cứu cơ chế hoạt động của lớp gia cường (đệm cát và vải địa kỹ thuật) dưới đê chắn sóng trên nền đất yếu. Kết quả cho thấy lớp gia cường hạn chế sự dịch chuyển ngang và tăng tính ổn định cho đê. Đất nền càng yếu càng gây ra dịch chuyển ngang lớn và càng làm tăng hiệu quả của vải địa kỹ thuật, đặc biệt khi lớp đệm cát nằm dưới hoặc kẹp giữa lớp đất yếu. Nghiên cứu thể hiện vải địa kỹ thuật có mô đun đàn hồi và độ rộng càng lớn càng đem lại hiệu quả cao trong ổn định nền đê. Geocell và đệm cát còn được kết hợp với cọc đá để gia cố nền đất yếu như được trình bày trong nghiên cứu của Dash và cộng sự (2013). Nghiên cứu đã cho thấy cọc đá có chiều dài và mật độ đảm bảo sẽ làm tăng gấp 3 lần khả năng chịu lực cho đất yếu. Geocell và đệm cát có thể làm tăng khả năng chịu lực của đất nền lên 7 lần. Tuy nhiên nếu được kết hợp cả Geocell, đệm cát và cọc đá, khả năng chịu lực của đất nền có thể gấp 10 lần so với đất nền ban đầu chưa gia cố. Các nghiên cứu về kết cấu đất gia cường vải địa kỹ thuật cho thấy việc sử dụng đất sét có tính thấm kém làm đất đắp đòi hỏi áp dụng những công nghệ xây dựng và hệ thống thoát nước phù hợp (Sridharan và cộng sự, 1991; Glendinning và cộng sự, 2005; Chen and Yu, 2011; Taechakumthorn and Rowe, 2012; Yang và cộng sự, 2015). Nghiên cứu của Zornberg and Mitchell (1994) đã khẳng định vai trò thoát nước của vải địa kỹ thuật trong tăng cường sức chịu tải và sự ổn định của công trình đất đắp từ đất sét tính thấm kém. 6
Lớp cát mỏng kẹp giữa lớp vải địa chất gia cường đất sét và ảnh hưởng của nó đến ứng xử chịu cắt và biến dạng của mẫu đất đã được nghiên cứu và khảo sát sử dụng thí nghiệm cắt đất trực tiếp (Abdi và cộng sự, 2009), thí nghiệm kéo tuột vải địa kỹ thuật (Sridharan và cộng sự, 1991; Abdi & Arjomand, 2011; Abdi & Zandieh, 2014) và thí nghiệm nén 3 trục (Unnikrishnan và cộng sự, 2002). Kết quả nghiên cứu cho thấy lớp cát mỏng này cải thiện tương tác bề mặt (lực ma sát) giữa đất sét và vải địa kỹ thuật từ đó gia tăng cường độ cho đất sét. Lớp cát cũng đóng vai trò là biên thoát nước nhằm làm giảm áp lực nước lỗ rỗng xuất hiện trong quá trình tải trọng tác dụng lên mẫu. Các nghiên cứu của Unnikrishnan và cộng sự (2002); Abdi và cộng sự (2009); Abdi & Arjomand (2011); Abdi & Zandieh (2014) cũng đã chỉ ra bề dày tối ưu của lớp cát này khoảng từ 8-15mm đối với thí nghiệm không cố kết, không thoát nước (UU) và thí nghiệm cắt đất trực tiếp và thậm chí đến 8cm đối với thí nghiệm kéo tuột vải địa kỹ thuật. Ngoài ra với vai trò là biên thoát nước, các nghiên cứu của Raisinghani & Viswanadham (2010) và Lin & Yang (2014) đã cho thấy vải địa kỹ thuật còn là đóng vai trò ngăn chặn sự xâm nhập của đất sét vào biên thấm này. Bên cạnh đó, một số công trình nghiên cứu trong nước về công trình trên nền đất yếu. Pierre Lareal và cộng sự (1989) đã đưa ra những tính toán ổn định và biến dạng nền đường và công trình đắp tương tự trên đất yếu. Bên cạnh đó nghiên cứu đưa ra một số giải pháp xử lý khi xây dựng nền đường đắp trên đất yếu bao gồm phương pháp gia tải, tăng tốc độ cố kết bằng đường thấm đứng, rãnh thấm, phương pháp gia cố bằng cọc vôi, cọc xi măng đất… Thí nghiệm CBR đã được nhiều tác giả sử dụng trong các nghiên cứu của mình để so sánh khả năng chịu tải của đất yếu khi được gia cường các loại vật liệu khác nhau với khi không được gia cường. Chegenizadeh và cộng sự (2012) dùng sợi tự nhiên và sợi plastic để gia cường. Phương pháp dùng thí nghiệm CBR trong phòng thí nghiệm. Kết quả của nghiên cứu cho thấy khi tăng hàm lượng sợi tự nhiên từ 0.1% đến 0.3% thì chỉ số CBR tăng lên 7
50%. Giá trị CBR tăng gấp đôi khi chiều dài sợi tăng lên gấp ba ứng với cả 2 loại sợi. Gia cường sợi plastic thì cho kết quả CBR lớn hơn so với sợi tự nhiên. Sarbaz và cộng sự (2013) dùng sợi cọ tự nhiên trộn với đất bùn yếu, các mẫu thí nghiệm gồm: ngâm và không ngâm. Phương pháp là dùng thí nghiệm CBR trong phòng thí nghiệm. Kết quả của nghiên cứu cho thấy khi thêm 1% sợi cọ tự nhiên vào đất giúp tăng chỉ số CBR một cách đáng kể, nhưng khi thêm 2% thì không có tác dụng. Các mẫu có sợi dài hơn thì cho chỉ số CBR lớn hơn, vì tận dụng được khả năng chịu kéo của sợi. Carlos và cộng sự (2016) dùng vật liệu Geocomposite, bao gồm các sợi liên tục không dệt được gia cường polyester có độ bền cao, để gia cố cho đất bùn yếu. Phương pháp là dùng thí nghiệm nén 3 trục và thí nghiệm CBR để xác định khả năng chịu tải của mẫu đất gia cường và mẫu đất không gia cường. Kết quả nghiên cứu cho thấy việc tăng thêm một lớp Geocomposite đã cải thiện về cường độ, mẫu gia cường thì ít biến dạng hơn so với mẫu không gia cường. Hàm lượng nước ban đầu cũng ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của mẫu. Tăng số lượng lớp từ 1 đến 2 cũng đem lại kết quả tốt về mặt chịu lực của mẫu. Rajesh và cộng sự (2016) dùng vải địa kỹ thuật để gia cường 2 loại đất có hàm lượng (%) hạt mịn khác nhau ở địa phương để so sánh, các mẫu thí nghiệm gồm: ngâm (trong 96 giờ) và không ngâm. Phương pháp là dùng thí nghiệm CBR trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường. Kết quả của nghiên cứu đối với mẫu không ngâm thì CBR của đất có phần trăm hạt mịn nhỏ hơn thì lớn hơn. Đối với mẫu ngâm thì khả năng hút nước của đất có liên quan đến phần trăm hạt mịn trong đất, CBR được cải thiện đáng kể có thể tăng lên 2.6 lần so với mẫu không gia cường. Kết quả thí nghiệm ngoài hiện trường cho chỉ số CBR lớn hơn trong phòng thí nghiệm với cùng ứng suất nén. 8
Hình 1.1: Biểu đồ quan hệ giữa CBR và phần trăm hạt mịn (Rajesh, 2016) Peter và cộng sự (2016) dùng sơ dừa và sợi dừa để gia cường cho đất yếu. Phương pháp là dùng thí nghiệm CBR trong phòng thí nghiệm. Kết quả của nghiên cứu cho thấy chỉ số CBR tăng 192% khi thêm 2% sơ dừa, tăng 335% khi thêm 6% sợi dừa, còn khi kết hợp lại thì CBR có thể tăng lên 4.6 lần. Hình 1.2: Biểu đồ mối quan hệ CBR và phần trăm sơ dừa (Peter, 2016) 9
Hình 1.3: Biểu đồ quan hệ giữa CBR và phần trăm sợi dừa (Peter, 2016) Mặc dù rất nhiều nghiên cứu đưa ra nhiều biện pháp và ứng xử của đất khi được gia cường, tuy nhiên, ứng xử cố kết, hệ số thấm của đất sét bùn khai thác từ lòng sông ĐBSCL được gia cường bởi vải địa kỹ thuật chưa được nghiên cứu một cách đầy đủ. Chính vì vậy, trong nghiên cứu này, ứng xử cố kết và hệ số thấm, hệ số nén lún của đất gia cường. 1.2 SỰ CẦN THIẾT TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU Hàng năm chi phí cho việc nạo vét đất từ lòng kênh sông là rất lớn. Đặc biệt là khu vực đồng bằng sông Cửu Long, nơi có mạng lưới sông ngòi rất dày đặc. Trong khi đó chi phí công trình xây dựng công trình đường giao thông nông thôn sẽ giảm được chi phí rất lớn nếu cát san lấp được thay thế bằng đất nạo vét từ lòng kênh, sông. Biện pháp này tránh làm mất đất canh tác tại địa phương giúp gia tăng độ sâu lòng sông nhằm chống lại ảnh hưởng mực nước dâng cao do biến đổi khí hậu toàn cầu. Tuy nhiên, đất bùn nhão khai thác từ lòng sông có hệ số rỗng lớn, sức chống cắt thấp gây mất ổn định, lún quá mức cho công trình. Khi đó nền đường cần áp dụng các biện pháp gia cố nhằm gia tăng khả năng chịu lực của đất nền. 10
Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu xác định ứng xử cố kết 1 trục không nở hông của đất sét gia cường, tuy nhiên, những ứng xử cố kết của mẫu thường bị giới hạn bởi bề dày mẫu thí nghiệm 2cm (do kích thước tiêu chuẩn của dao vòng). Bên cạnh đó, những nghiên cứu về ảnh hưởng của bề dày lớp đất sét đến ứng xử nén cố kết 1 trục trong quy mô phòng thí nghiệm ít được các nghiên cứu đề cập. Do đó, nghiên cứu đề xuất khảo sát ứng xử nén cố kết 1 trục không nở hông của đất sét bề dày mẫu tối đa 4 cm để làm cơ sở cho thí nghiệm gia cường bằng vải địa kỹ thuật và đệm cát. Kết quả nghiên cứu cung cấp thông tin về khả năng cải thiện tính cố kết, cải tạo đất sét bùn nhão lòng sông phục vụ công tác san lấp. Khi tăng bề dày của lớp đất cũng như khi tăng các cấp áp lực, hệ số thấm, hệ số nén lún của đất sẽ thay đổi. Do đó, rất cần thiết để nghiên cứu sự biến đổi của thông số này làm cơ sở để thiết kế nền móng cho các công trình trong khu vực này. 1.3 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI - Xác định các tính chất đất sét lòng sông. - Xác định ảnh hưởng hệ số thấm, hệ số cố kết, hệ số nén lún dưới các cấp tải khác nhau của đất sét không gia cường. - Xác định ảnh hưởng hệ số thấm, hệ số cố kết, hệ số nén lún dưới các cấp tải khác nhau của đất sét gia cường bằng vải địa kỹ thuật. 11
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU THÍ NGHIỆM 2.1 ĐẤT BÙN SÉT NẠO VÉT TỪ LÒNG SÔNG Đất bùn sét nạo vét từ lòng sông Cái Lớn, tỉnh Kiêng Giang. Đất bùn thuộc loại đất sét bùn dẻo cao (OH-MH, phân loại theo USCS của Hòa Kỳ). Với các chỉ tiểu cơ lý như bảng sau: Bảng 2.1: Tính chất cơ học của đất Tính chất Giá trị Dung trọng tự nhiên của đất, γ (kN/m3) 16.13 Độ ẩm tự nhiên của đất, ω (%) 55.4 Hệ số rỗng ban đâu, e0 1,55 Giới hạn dẻo, PL 44.9 Giới hạn nhão, LL 91.5 Chỉ số dẻo, PI 46.6 Tỷ trọng, Gs 2,75 Phân loại đất theo USCS OH và MH 2.2 VẢI ĐỊA KỸ THUẬT Loại vải địa kỹ thuật là Nonwoven Geotextiles – vải địa không dệt được sử dụng trong các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và thi công thử nghiệm. Các tính tính chất cơ học của vải được thể hiện trong Bảng 2.2. Vải không dệt được sử dụng thi công thử nghiệm ngoài hiện trường nhằm kiểm nghiệm ảnh hưởng của đệm cát và vải địa kỹ thuật đến tính nén lún và đầm chặt của đất bùn. 12
Bảng 2.2: Tính chất cơ học của vải địa kỹ thuật Tính chất Giá trị Loại vải Không dệt Khối lượng riêng (g/m2) 200 Bề dày (mm) 1,3 Khả năng chịu kéo (kN/m) – phương dọc vải 9,28 Khả năng chịu kéo (kN/m) – phương ngang vải 7,08 Biến dạng dài khi phá hoại phương dọc vải (%) 84,1 Biến dạng dài khi phá hoại phương ngang vải (%) 117,8 Kích thước lỗ lọc, O90 (mm) 0,11 Lưu lượng thấm ở 100mm cột nước, l/m2/giây 196 Hệ số thấm, k (m/giây) 3,6x10-3 13
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 3.1 TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG: - TCVN 4200:2012 Đất xây dựng - Phương pháp xác định tính nén lún trong phòng thí nghiệm. - ASTM D2435 - 96 One-Dimensional Consolidation Properties of Soils. 3.2 LÝ THUYẾT NÉN CỐ KẾT: 3.2.1 Phương trình vi phân cố kết 1 chiều: Phương trình vi phân cố kết một chiều của một lớp đất sét dưới tác dụng của tải trọng đồng nhất được Terzaghi thể thiện như sau: u k  2u = (1) t w gm z 2 Trong đó u: áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tại thời điểm t, tại một điểm đã cho; z: độ sâu theo phương thẳng đứng của điểm đó; k: hệ số thấm của sét; mv: hệ số nén lún thể tích của đất; ρw: khối lượng riêng của nước; g: gia tốc trọng trường. Trong biểu thức (1), thay thế đa thức bên tay phải bằng đại lượng cv (được gọi là hệ số cố kết) 14