Luận văn Thạc sĩ Kỹ thật: Nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm, độ chặt đến mô đun đàn hồi của đất dùng đắp nền đường lâm nghiệp khu vực Lương Sơn - Hòa Bình

Chia sẻ: Tri Lộ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:70

Thêm vào BST

Báo xấu

32
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài được thực hiện nhằm xác định được ảnh hưởng của độ ẩm, độ chặt đến mô đun đàn hồi (được thể hiện bằng mối quan hệ toán học giữa độ ẩm, độ chặt và mô đun đàn hồi) của đất dùng đắp nền đường lâm nghiệp trong khu vực Lâm trường Lương Sơn - Hoà Bình; đồng thời, đề tài cũng nhằm xác định một số tính chất cơ bản như: thành phần hạt, độ ẩm tự nhiên, giới hạn dẻo, giới hạn chảy và độ chặt tiêu chuẩn của đất.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thật: Nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm, độ chặt đến mô đun đàn hồi của đất dùng đắp nền đường lâm nghiệp khu vực Lương Sơn - Hòa Bình

bé gi¸o dôc & ®µo t¹o bé n«ng nghiÖp & PTNT Trêng ®¹i häc l©m nghiÖp ®Æng v¨n thanh nghiªn cøu ¶nh hëng cña ®é Èm, ®é chÆt ®Õn m« ®un ®µn håi cña ®Êt dïng ®¾p nÒn ®êng l©m nghiÖp khu vùc l¬ng s¬n - hoµ b×nh LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt Hµ T©y, n¨m 2007
bé gi¸o dôc & ®µo t¹o bé n«ng nghiÖp & PTNT Trêng ®¹i häc l©m nghiÖp ®Æng v¨n thanh nghiªn cøu ¶nh hëng cña ®é Èm, ®é chÆt ®Õn m« ®un ®µn håi cña ®Êt dïng ®¾p nÒn ®êng l©m nghiÖp khu vùc l¬ng s¬n - hoµ b×nh Chuyªn ngµnh: Kü thuËt m¸y vµ thiÕt bÞ c¬ giíi ho¸ n«ng l©m nghiÖp M· sè: 60 52 14 LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt C¸n bé híng dÉn: 1. TS. Lª tÊn quúnh 2. ts. nguyÔn v¨n bØ Hµ T©y, n¨m 2007
1 §Æt vÊn ®Ò Để thực hiện được cơ giới hoá - hiện đại hoá trong sản xuất lâm nghiệp, cũng như để đảm bảo duy trì và thúc đẩy các hoạt động sản xuất lâm nghiệp thì xây dựng mạng lưới đường là công việc cần phải làm trước. Đặc biệt trong thực tế hiện nay, sản xuất lâm nghiệp luôn gắn liền với việc phát triển nông thôn miền núi thì mạng lưới đường lâm nghiệp không chỉ có ý nghĩa trong sản xuất lâm nghiệp và còn có ý nghĩa rất lớn trong việc phát triển kinh tế - xã hội ở nông thôn miền núi. Trong xây dựng đường nói chung và đường lâm nghiệp nói riêng, công tác đất là khâu công việc được đặc biệt lưu ý; bất kể công trình đường nào, dù là lớn hay nhỏ đều sử dụng đất với các công dụng như: làm nền, làm lớp móng và đôi khi cả lớp mặt của kết cấu áo đường. Nói cách khác, nÒn ®Êt lµ n¬i x©y dùng c«ng tr×nh, nÒn ®Êt cã v÷ng th× c«ng tr×nh míi bÒn l©u. Do đó để có những giải pháp đúng đắn về công tác đất trong thiết kế, xây dựng công trình thì việc nghiên cứu các tính chất cơ lý của đất là thực sự cần thiết. Khi tính toán thiết kế kết cấu mặt đường theo lý thuyết hệ đàn hồi nhiều lớp thì trị số mô đun đàn hồi của đất nền là một thông số tính toán không thể thiếu. Trị số này được quy định với từng loại áo đường dựa trên cơ sở đảm bảo cho kết cấu áo đường đạt được yêu cầu cường độ và độ ổn định cao nhất. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến trị số mô đun đàn hồi của một loại đất, trong đó phải kể đến các yếu tố chính như độ ẩm và độ chặt của đất. Để xác định được mô đun đàn hồi của đất ta phải làm thí nghiệm tương đối phức tạp, tốn nhiều thời gian với các thiết bị đắt tiền mà không phải cơ quan đơn vị nào cũng có đủ điều kiện; trong khi đó độ ẩm và độ chặt cũng là những thông số cơ bản và cần phải xác định để phục vụ cho việc thiết kế, xây dựng và đánh giá chất lượng nền mặt đường nhưng việc xác định chúng có phần nhanh hơn
2 với các dụng cụ và thiết bị đơn giản hơn. Vì vậy, việc nghiên cứu tìm ra mối quan hệ giữa độ ẩm, độ chặt với mô đun đàn hồi của một loại đất nào đó sẽ giúp chúng ta không cần làm thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi mà có thể suy ra từ các thông số dễ xác định hơn như độ chặt và độ ẩm. Với đường lâm nghiệp thì đất là vật liệu xây dựng được sử dụng chủ yếu (thường chiếm trên 60% tổng chi phí xây dựng đường). Với đặc điểm địa hình lâm nghiệp, việc vận chuyển đất và các vật liệu xây dựng đường từ nơi khác đến là rất hạn chế nên để giảm giá thành thì vấn đề sử dụng đất tại chỗ trong xây dựng đường lâm nghiệp là yêu cầu đặc biệt quan trọng. Lâm trường Lương Sơn – Hoà Bình hiện nay đang trong thời kỳ phát triển, hệ thống cơ sở hạ tầng nói chung và đường lâm nghiệp nói riêng chưa được đầu tư xây dựng thích đáng. Hơn nữa, do địa hình khu vực bị chia cắt nhiều nên hầu hết các tuyến đường thường có độ dốc lớn và hay bị hư hỏng khi có mưa lũ, do vậy việc cải tạo, nâng cấp mạng lưới đường là công việc phải làm thường xuyên nhằm đáp ứng nhu cầu đi lại của người lao động và vận chuyển sản phẩm nông, lâm nghiệp của Lâm trường cũng như của nhân dân trong khu vực. Xuất phát từ yêu cầu và thực trạng đó, nhằm tìm ra mối quan hệ giữa độ ẩm, độ chặt và mô đun đàn hồi của đất, góp phần tạo điều kiện thuận lợi cho việc khai thác và sử dụng đất tại chỗ để xây dựng đường lâm nghiệp nói riêng và cơ sở hạ tầng trong khu vực Lâm trường Lương Sơn – Hoà Bình nói chung tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm, độ chặt đến mô đun đàn hồi của đất dùng đắp nền đường lâm nghiệp khu vực Lương Sơn - Hòa Bình”.
3 Chương 1 tæng quan vÒ vÊn ®Ò nghiªn cøu 1.1. Phương pháp xác định mô đun đàn hồi của đất nền đường Để xác định mô đun đàn hồi E của đất nền đường có thể dùng thí nghiệm nén mẫu hình trụ trong phòng thí nghiệm hoặc nén tấm ép ngoài hiện trường. - Ở các nước XHCN và Liên Xô cũng như Quy trình thiết kế áo đường mềm của Việt Nam quy định phải xác định mô đun đàn hồi của đất nền bằng cách đo ép tại hiện trường hoặc tại các máng thí nghiệm với tấm ép lớn trong thời kỳ bất lợi (đường kính tấm ép từ 30 – 34cm). Tại hiện trường, sau khi lắp đặt thiết bị xong thì tiến hành gia tải đến tải trọng P lớn nhất (từ 2 - 2,5daN/cm2) và giữ tải trọng đó trong 2 phút rồi dỡ tải trọng cho đến khi biến dạng phục hồi hết (đây là bước gia tải chuẩn bị). Bước vào thí nghiệm chính thức, việc gia tải được thực hiện với 3 – 4 cấp cho đến tải trọng P là cấp cuối cùng. Khi gia tải ở mỗi cấp cấp đợi biến dạng ổn định ta dỡ tải và đợi biến dạng phục hồi ổn định thì ghi số đọc ở chuyển vị kế để tính ra trị số biến dạng đàn hồi tương ứng với các tải trọng đó. Sau đó tiếp tục gia tải và dỡ tải cấp tiếp theo. Bước tiếp theo là vẽ đường quan hệ giữa biến dạng phục hồi và tải trọng. Trị số mô đun đàn hồi thí nghiệm được tính bằng công thức (1.1) [14]:  P.D.(1   2 ) E . , daN/cm2 (1.1) 4  Trong đó: λ - biến dạng đàn hồi đo được khi thực nghiệm tương ứng với cấp tải trọng P (P = 2 – 2,5daN/cm2), cm; D- đường kính tấm ép, cm; μ - hệ số Poisson (hệ số tính đến đặc điểm của đất và điều kiện thí nghiệm), với đất nhỏ hạt, nén mẫu nở hông hạn hạn chế μ = 0,35. Trong trường hợp không thể đo ép tại hiện trường được thì có thể xác định trị số mô đun đàn hồi của đất nền theo kết quả thí nghiệm trong phòng
4 bằng phương pháp nén một trục nở hông tự do. Đặc biệt, khi không đo ép vào thời kỳ bất lợi nhất được thì có thể chế bị mẫu ở độ ẩm bất lợi tính toán để thí nghiệm. Trong phòng thí nghiệm, dùng mẫu hình trụ tròn có kích thước đường kính bằng chiều cao và bằng 5cm, mẫu có thể lấy nguyên trạng tại nền đường vừa thi công xong hoặc tại nền đường cũ (trường hợp thiết kế tăng cường áo đường cũ) tương ứng với thời gian bất lợi về độ ẩm; mẫu cũng có thể chế bị trong phòng bằng đất dùng để xây dựng nền đường hoặc bằng đất lấy ở nền đường cũ về sao cho có độ chặt bằng độ chặt thực tế khi nền làm việc và có độ ẩm tính toán. Mẫu được ép trên máy nén với bản ép có đường kính bằng đường kính mẫu và không có khuôn (nén một trục cho nở hông tự do). Tăng tải một cấp cho đến trị số 2 – 2,5daN/cm2, sau đó dỡ tải và đo biến dạng đàn hồi λ. Khi gia và dỡ tải đều đợi đến lúc biến dạng ổn định (biến dạng không quá 0,01mm/5phút) mới đọc và ghi trị số biến dạng. Tính trị số mô đun đàn hồi thí nghiệm ETN theo công thức (1.2) [15]: P.H ETN  , daN/cm2 (1.2)  Trong đó: P – áp lực tác dụng lên mẫu khi nén, P = 2 – 2,5daN/cm2; H - chiều cao mẫu, cm; λ - biến dạng đàn hồi tương ứng với áp lực P, cm. - Cũng theo quy trình của Việt Nam, trị số mô đun đàn hồi thí nghiệm của đất nền có thể được xác định theo phương pháp nén lún có hạn chế nở hông bằng máy nén đòn bẩy, nhất là trong trường hợp đất kém dính, không đúc được mẫu để ép theo cách nở hông tự do như trên. Theo phương pháp này, mẫu được chế bị và khi thí nghiệm mẫu được đặt trong khuôn hình trụ có đường kính không nhỏ hơn 4 lần và chiều cao không nhỏ hơn 3 lần so với đường kính tấm ép (đường kính tấm ép thường dùng từ 4 – 5cm). Tải trọng được truyền qua tấm ép đặt ở trung tâm mẫu và chất tải theo theo từng cấp (từ 3 – 4 cấp) cho đến cấp lớn nhất là P = 2 – 2,5daN/cm2. Cứ mỗi cấp, đợi cho biến dạng ổn định lại dỡ tải và cũng đợi cho biến dạng phục hồi sau mỗi cấp.
5 Trị số mô đun đàn hồi thí nghiệm của mẫu đất được xác định theo công thức (1.3) [15]:  P.D.(1   2 ) ETN  . , daN/cm2 (1.3) 4  Trong đó: λ - biến dạng đàn hồi đo được tương ứng với cấp tải trọng P, cm; D- đường kính tấm ép, cm; μ - hệ số Poisson, được lấy bằng 0,35. Mô đun đàn hồi tính toán của đất nền được điều chỉnh theo công thức: E = Kđc . ETN, daN/cm2 (1.4) Trong đó: ETN – trị số mô đun đàn hồi thí nghiệm trong phòng, daN/cm2; Kđc - hệ số điều chỉnh xác định theo toán đồ đã cho. - Ở Mỹ, để tính toán kết cấu áo đường người ta sử dụng chỉ tiêu Mô đun đàn hồi hữu hiệu MR (Resilient Modulus) của đất nền. Việc xác định Mô đun đàn hồi hữu hiệu MR của đất phải thông qua thí nghiệm, theo hướng dẫn của AASHTO T274 – 82 có thể tóm tắt như sau: một hiệu ứng suất dọc trục gây nên bởi tải trọng lặp lại có độ lớn, chu kỳ và tần số cố định được đặt lên một mẫu thí nghiệm hình trụ. Trong khi và giữa các lần đặt tải, mẫu thí nghiệm chịu một ứng suất tĩnh xung quanh được tạo bởi một buồng nén 3 trục. Biến dạng dọc trục (phục hồi được) của mẫu sẽ được đo đạc và dùng để tính toán mô đun đàn hồi phụ thuộc ứng suất động. Thí nghiệm mô đun đàn hồi động cho ta một phương tiện nhằm đánh giá đất nền đường trong những điều kiện môi trường và trạng thái ứng suất mô phỏng gần giống như thật các điều kiện làm việc của đường khi chịu tải trọng xe chạy [5]. - Ở Châu Âu, trong thí nghiệm nén tấm ép tại hiện trường người ta xây dựng được đường cong quan hệ áp lực - độ lún. Khi đó có nhiều quan điểm khác nhau về việc lựa chọn mô đun biến dạng theo theo đường cong ép lún của lần chất tải thứ nhất Ev1 hay của lần thứ hai Ev2 để đánh giá khả năng chịu
6 tải của đất nền. Ở đường cong chất tải lần đầu khó lựa chọn phạm vi đường cong để tính Ev1, bởi vì đường cong chất tải lần đầu có rất nhiều dạng khác nhau, đường cong này rất cong hoặc theo dạng chữ S và thường không có đoạn thẳng. Tại Thụy Sỹ, ngoài tấm ép đường kính 30cm người ta còn dùng tấm ép đường kính 15cm, đại lượng đặc trưng quan trọng là mô đun nén tổng cộng Mz xác định theo công thức (1.5) [10]: D.P Mz  (1.5) S Mô đun nén tổng cộng Mz xác định bằng đường cong đầm nén thứ nhất. Mô đun biến dạng Ev theo lý thuyết khi thí nghiệm với các tấm nén đường kính khác nhau phải luôn luôn có giá trị như nhau. Nhưng điều đó chỉ xảy ra khi đất đem thí nghiệm hoàn toàn đàn hồi (ví dụ chất tải lặp lại nhiều lần), còn khi chất tải lần đầu (Ev1) ngoài biến dạng đàn hồi còn có biến dạng do nén chặt và biến dạng chảy dẻo cũng xuất hiện đồng thời. Do vậy, đề nghị dùng tấm ép có đường kính 60cm (đặc biệt là đối với đất yếu) nhằm mục đích san bằng hay triệt giảm hưởng của những yếu tố không có quy luật. Ảnh hưởng của độ lớn tấm ép đến mô đun biến dạng đặc biệt rõ nếu nền không đồng nhất, trong trường hợp này chiều sâu tác dụng của tấm ép (thường bằng khoảng 1,5 đến 2 lần đường kính tấm ép) có vai trò quan trọng, độ lún của tấm ép lớn chịu ảnh hưởng bởi các lớp đất nằm phía dưới. Trong tính toán mặt đường ô tô Ev2 phải dùng tấm ép có chiều sâu tác dụng tương đương chiều dày kết cấu áo đường. Về vấn đề này, ở Pháp người ta sử dụng tấm ép có đường kính 60cm và tiến hành thí nghiệm theo trình tự sau: Chu kỳ đặt tải đầu tiên, tải trọng được chất lên tấm ép với tốc độ 80daN/s cho tới khi thu được một áp lực trung bình dưới tấm ép là 2,5bars (tương ứng với một tải trọng tổng cộng 7065daN); khi đạt được áp lực này thì đợi cho độ biến dạng ổn định, sau đó dỡ tải trong vòng 2 – 3 giây. Ở chu kỳ đặt tải thứ 2, cũng giống như chu kỳ đầu: đặt tải lên tấm
7 ép với tốc độ 80 daN/s cho tới khi thu được một áp lực trung bình dưới tấm ép là 2,0bars (tương ứng với một tải trọng tổng cộng 5650daN), chờ khi độ lún ổn định thì tiến hành dỡ tải. Sau mỗi chu kỳ đều ghi giá trị độ lún W1 (chu kỳ đầu) và W2 (chu kỳ sau). Từ các kết quả đo được, ta tính toán mô đun của một trong hai chu kỳ đặt tải theo công thức chung tính độ lún tổng cộng trên bề mặt của mỗi khối vô hạn, đồng nhất và đàn hồi chịu một tải trọng trên một tấm tròn cứng [10]: 1,5.Q.a W .(1   2 ) (1.6) Ev Trong đó: W - độ lún của khối đất ở dưới tấm ép, mm; Ev – mô đun biến dạng của đất dưới tấm ép, bars; Q – áp lực nén gây biến dạng của đất dưới tấm ép, bars; μ - hệ số Poisson bằng 0,35. Xét tới các giá trị của áp lực trung bình thu được và coi biểu thức (1 – μ2) = 1 thì các mô đun biến dạng trong lần đầu tiên và lần thứ 2 được tính theo (1.7): 1125 900 Ev1  Ev 2  (1.7) W1 W2 1.2. Một số yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi của đất - Khi nghiên cứu về ảnh hưởng của các nhân tố như loại đất, độ ẩm, độ chặt đến các đặc trưng về cường độ của đất, các nhà khoa học Nga dựa vào các kết quả thực nghiệm đã biểu diễn gần đúng sự phụ thuộc bằng đa thức có dạng như (1.8) [3]: E.c.tg0 = A.W3+ B.W2 + C.W + D (1.8) Trong đó: A,B,C,D – các thông số của phương trình phụ thuộc vào loại đất, độ chặt của đất (được xác định trên cơ sở thực nghiệm), tra bảng 1.1; E – mô đun đàn hồi của đất, daN/cm2; c – cường độ lực dính kết của đất, daN/cm2;
8 0 – góc nội ma sát của đất, độ; W – độ ẩm của đất, %. Bảng 1.1: Các thông số cho phương trình (1.8) Loại đất Các đặc trưng Hệ số đầm Các thông số của phương trình của đất nén A B C D Cát C 0,9 – 0,95 0 0 0 0 Á cát tg0 0,9 – 0,95 -1,5968 3,3713 -2,555 1,2244 0,9 - 4479,5 -7247 2999,1 E 0,95 - 4996,7 -8246,4 3499,0 Á sét C 0,9 – 0,95 -6,4680 15,139 -11,968 3,2577 Sét tg0 0,9 – 0,95 0,79272 -0,92334 -0,00557 0,69454 0,9 - 500,25 -800,38 535,14 E 0,95 - 1992,7 -3100,0 1475,1 - Kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học Trung Quốc cũng cho thấy rằng: giữa mô đun đàn hồi của nền đất với tính chất và trạng thái của đất có tồn tại một quan hệ thực nghiệm như công thức (1.9) [11]: E = A.Ka.Wx-b (1.9) Trong đó: K - hệ số độ chặt của đất; Wx - độ ẩm tương đối của đất; A, a, b – các thông số thí nghiệm thay đổi tuỳ theo vùng và loại đất. Dựa trên sự phân chia khu vực của Trung Quốc và qua công tác thực đo, phân tích một số lượng lớn các số liệu của các địa phương khác nhau, người ta đã thiết lập được mối quan hệ cụ thể giữa E ~ K ~ Wx và tạo lập thành bảng tra sẵn. - Ở Việt Nam, trong đề tài cấp Nhà nước KC 10 – 05 “Công nghệ mới trong xây dựng và sửa chữa đường ô tô” – 1994, do GS. TS Dương Học Hải
9 chủ trì lần đầu tiên đã đưa ra các kết quả nghiên cứu về giá trị đặc trưng cho độ bền và độ biến dạng của các loại đất phụ thuộc vào độ chặt K và độ ẩm tương đối Wx; các thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi theo phương pháp nén nở hông tự do. Do kết quả thí nghiệm còn phân tán nên đề tài chỉ khuyến cáo dùng để tham khảo khi tính toán cường độ kết cấu áo đường mềm trong giai đoạn lập luận chứng kinh tế - kỹ thuật hoặc lập dự án tiền khả thi [14]. - Đối với khu vực Lương Sơn – Hoà Bình, cho đến thời điểm hiện tại vẫn chưa có đề tài nghiên cứu nào về đất xây dựng được công bố. Do đó, để có cơ sở dữ liệu khoa học và tạo điều kiện thuận lợi cho việc khai thác và sử dụng đất tại chỗ để xây dựng đường lâm nghiệp nói riêng và cơ sở hạ tầng trong khu vực Lâm trường Lương Sơn – huyện Lương Sơn - tỉnh Hoà Bình nói chung chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm, độ chặt đến mô đun đàn hồi của đất dùng đắp nền đường lâm nghiệp khu vực Lương Sơn - Hòa Bình”.
10 Chương 2 môc tiªu, ®èi tîng, ph¹m vi, néi dung vµ ph¬ng ph¸p nghiªn cøu 2.1. Mục tiêu nghiên cứu Đề tài được thực hiện nhằm xác định được ảnh hưởng của độ ẩm, độ chặt đến mô đun đàn hồi (được thể hiện bằng mối quan hệ toán học giữa độ ẩm, độ chặt và mô đun đàn hồi) của đất dùng đắp nền đường lâm nghiệp trong khu vực Lâm trường Lương Sơn - Hoà Bình; đồng thời, đề tài cũng nhằm xác định một số tính chất cơ bản như: thành phần hạt, độ ẩm tự nhiên, giới hạn dẻo, giới hạn chảy và độ chặt tiêu chuẩn của đất. Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần xây dựng cơ sở lý luận khoa học, thực tiễn và tạo điều kiện thuận lợi cho việc khai thác và sử dụng đất xây dựng đường lâm nghiệp cũng như xây dựng các công trình cơ sở hạ tầng khác trong khu vực; đồng thời kết quả nghiên cứu sẽ là tài liệu tham khảo tốt cho công tác giảng dạy và nghiên cứu khoa học của cán bộ, giáo viên và sinh viên về lĩnh vực đất xây dựng. 2.2. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là đất xây dựng trong khu vực Lâm trường Lương Sơn - huyện Lương Sơn - tỉnh Hoà Bình. 2.3. Phạm vi nghiên cứu Do hạn chế về quy mô đề tài và thời gian quy định làm luận văn tốt nghiệp, đề tài chỉ nghiên cứu thành phần hạt, độ ẩm tự nhiên, giới hạn dẻo, giới hạn chảy và ảnh hưởng của độ chặt, độ ẩm đến mô đun đàn hồi của một số mẫu đất đặc trưng trong khu vực Lâm trường Lương Sơn – Hòa Bình bằng các thí nghiệm trong phòng; việc xác định trị số mô đun đàn hồi của đất được
11 thực hiện bằng phương pháp nén một trục nở hông tự do các mẫu đất ở các trạng thái độ ẩm và độ chặt dự kiến; quá trình nghiên cứu các mẫu đất được tiến hành trong điều kiện Phòng thí nghiệm Bộ môn Công trình Lâm nghiệp – Khoa Công nghiệp Phát triển nông thôn - Trường Đại học Lâm nghiệp. 2.4. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu đặc điểm chung của khu vực Lâm trường Lương Sơn - Hoà Bình. - Lựa chọn các vị trí lấy mẫu đất và phương pháp lấy mẫu đất. - Nghiên cứu một số tính chất cơ bản của đất trong khu vực: thành phần hạt, độ ẩm tự nhiên, giới hạn dẻo, giới hạn chảy và độ chặt tiêu chuẩn của đất. - Nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm và độ chặt đến mô đun đàn hồi của đất trong khu vực. 2.5. Phương pháp nghiên cứu 2.5.1. Các phương pháp được đề tài sử dụng Để đạt được mục tiêu, đề tài sẽ sử dụng một số phương pháp nghiên cứu như sau: - Phương pháp thực nghiệm khoa học: Đây là phương pháp nghiên cứu được sử dụng nhiều nhất và xuyên suốt đề tài. Phương pháp này được sử dụng trong phân tích các mẫu đất thí nghiệm để xác định một số tính chất cơ bản và tìm ra quan hệ giữa các yếu tố: độ chặt, độ ẩm và mô đun đàn hồi. - Phương pháp thừa kế tư liệu: sử dụng các kết quả nghiên cứu trên thế giới và trong nước về các tính chất cơ bản, về mô đun đàn hồi và các yếu tố ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi của đất xây dựng nền đường; về điều kiện của khu vực nghiên cứu; … - Phương pháp đánh giá nhanh: nhằm giảm bớt khối lượng công việc và chi phí thực hiện đề tài, phương pháp đánh giá nhanh sử dụng trong việc khảo sát, đánh giá sơ bộ đặc điểm đất xây dựng trong khu vực, từ đó xác định loại đất đại diện, xác định số lượng và các vị trí lấy mẫu đất.
12 - Phương pháp chuyên gia: sử dụng trong việc xây dựng các phương án lấy mẫu, các phương án thí nghiệm và phân tích kết quả nghiên cứu. 2.5.2. Nội dung phương pháp quy hoạch thực nghiệm Một phương pháp thường được sử dụng hiện nay trong nghiên cứu thực nghiệm là phương pháp quy hoạch thực nghiệm (QHTN) [1]. Phương pháp này dựa trên cơ sở lý thuyết về kế hoạch hoá các thí nghiệm. Đây là một khoa học về chiến lược tổ chức thí nghiệm đã được R.Fisher đề xướng từ những năm 20 của thế kỷ XX. Sau đó được các nhà khoa học trong nhiều lĩnh vực khác nhau hoàn thiện và sử dụng rất hiệu quả trong nghiên cứu khoa học. Quy hoạch thực nghiệm đã trở thành một khoa học về cách thức tổ chức thí nghiệm sao cho nhận được một lượng thông tin đầy đủ nhất, chính xác nhất với một chi phí ít nhất về thời gian, vật liệu và công sức. Như vậy mục tiêu quan trọng nhất của QHTN là giảm chi phí của quá trình nghiên cứu. Để đạt được mục tiêu này, người nghiên cứu phải xét tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí trong quá trình thực nghiệm từ việc chọn đại lượng nghiên cứu, các tham số ảnh hưởng (cả về số lượng và giá trị của chúng), đến cách tiến hành, bố trí thí nghiệm và xử lý số liệu. Như đã biết, để có thể lập được hàm tương quan theo phương pháp cổ điển ta phải cho mỗi yếu tố ảnh hưởng nhận không ít hơn 5 mức, số mức càng lớn thì kết quả tương quan càng chính xác. Nhưng nếu biết trước dạng hàm tương quan thì chỉ cần xác định một số ít điểm quan sát cũng có thể lập được. Ví dụ, nếu hàm f(x) là hàm bậc nhất (tuyến tính) chỉ cần 2 điểm; f(x) là hàm bậc hai - cần 3 điểm cũng đủ lập được hàm tương quan. Nghĩa là để rút gọn số lượng thí nghiệm cần biết trước dạng hàm tương quan, nên trong QHTN trước hết phải xác định dạng hàm f(x), rồi chủ động chọn 2, 3 hay 5 mức thí nghiệm cần thiết là vừa đủ. Phương pháp này gọi là phương pháp thực nghiệm chủ
13 động (chủ động định trước dạng hàm tương quan f(x), nên QHTN còn được gọi là thực nghiệm chủ động – Active). Để thực hiện việc nghiên cứu bằng phương pháp QHTN cần phải tiến hành các bước công việc như sau: - Xây dựng thực nghiệm; - Chọn kế hoạch thực nghiệm; - Tổ chức thí nghiệm; - Xử lý số liệu – tìm tương quan; - Phân tích và đánh giá kết quả. Qúa trình xử lý số liệu, tìm phương trình tương quan, phân tích và đánh giá kết quả đề tài sử dụng phần mềm QHTN của TS. Đậu Thế Nhu - Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch Hà Nội (gọi tắt là phần mềm QHTN) kết hợp với sự trợ giúp tính toán của phần mềm Microsoft Office Excel 2003 (gọi tắt là phần mềm Excel 2003) .
14 Chương 3 ®Æc ®iÓm chung cña khu vùc vµ lùa chän ®Êt nghiªn cøu 3.1. Đặc điểm chung của khu vực nghiên cứu - Lâm trường Lương Sơn nằm ở phía Tây Bắc của huyện Lương Sơn, tỉnh Hoà Bình. + Phía Bắc giáp xã Đông Xuân, huyện Lương Sơn. + Phía Nam giáp xã Trường Sơn, xã Tân Vinh, huyện Lương Sơn. + Phía Đông giáp xã Lâm Sơn, huyện Lương Sơn. + Phía Tây giáp xã Dân Hoà, huyện Kỳ Sơn. - Địa hình, địa thế: chủ yếu là địa hình đồi núi thấp, độ cao trung bình là 250 m, cá biệt có một đỉnh thuộc hệ dông núi của đỉnh Viên Nam cao trên 800m (nằm ở phía Bắc lâm trường). - Khí hậu, thuỷ văn: + Khu vực Lương Sơn - Hoà Bình nằm ở vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, một năm chia làm 2 mùa rõ rệt. Mùa mưa (nóng, ẩm) kéo dài từ tháng 4 đến tháng 10 với lượng mưa bình quân từ 1.700 – 1.800 mm, chiếm gần 90% tổng lượng mưa cả năm. Mùa khô (hanh, khô) kéo dài từ tháng 11 năm nay đến tháng 3 năm sau với lượng mưa trung bình khoảng 100 – 200 mm, chiếm hơn 10% tổng lượng mưa cả năm. + Lượng mưa trung bình năm là 2000 mm. + Nhiệt độ không khí bình quân năm là 23,6oC, cao nhất là 37,6oC vào các tháng 6 – 7, thấp nhất là 5oC vào tháng 12 và tháng 1 năm sau. Độ ẩm không khí trung bình là 85%, cao nhất trên 90%, thấp nhất là 70% vào các tháng 11 và 12.
15 + Chế độ gió: Mùa hè gió Đông Nam là chủ yếu. Gió Lào một năm xuất hiện một vài đợt nhưng không thường xuyên, mỗi đợt 3 – 4 ngày. Mùa đông có gió Đông Bắc thường tập trung vào tháng 11, 12 và tháng 1 năm sau. - Địa hình, địa chất: + Địa hình khu vực lâm trường Lương Sơn bị chia cắt bởi nhiều khe suối, các suối chính chảy quanh năm, các khe nhỏ và vừa về mùa đông cạn nước. + Theo các kết quả nghiên cứu trong nông nghiệp, đất đai trong khu vực chủ yếu là đất Feranit phát triển trên phiến thạch sét, Poocpirit và đá vôi, một số ít đất ruộng nước phát triển trên phù sa cổ với độ dày tầng đất trung bình là 40 – 50 cm. - Tình hình dân sinh – kinh tế - xã hội: Khu vực Lâm trường hiện có khoảng 150 cán bộ, công nhân viên định cư (bao gồm cả những người đang làm việc và đã nghỉ hưu) và một số hộ dân địa phương cư trú. Toàn thể cán bộ, công nhân viên cũng như nhân dân trong khu vực không có đất nông nghiệp để sản xuất, thiếu việc làm, đời sống kinh tế gặp nhiều khó khăn, công việc chủ yếu là làm kinh tế vườn, làm nương rẫy và chăn nuôi gia đình (trong đó chủ yếu là trồng chè, cây ăn quả). - Điều kiện giao thông: Giao thông trong khu vực Lâm trường chủ yếu bằng đường bộ: Quốc lộ 6A chạy qua với tổng chiều dài khoảng 5km, còn lại là hệ thống đường lâm nghiệp dẫn đến các đội sản xuất và các khu vực trong Lâm trường với tổng chiều dài khoảng 15km. Nhìn chung do địa hình bị nhiều chia cắt bởi khe, suối và kinh phí đầu tư xây dựng còn hạn chế nên đường lâm nghiệp trong khu vực thường có độ dốc lớn, cấp đường thấp, mức độ kiên cố chưa cao (chủ yếu là áo đường bằng đất tại chỗ) nên đường thường xuyên phải tu sửa và xây dựng lại. Chính vì vậy, việc giao thông đi lại của
16 dân địa phương, của người lao động và việc vận chuyển lâm sản còn gặp nhiều khó khăn, đặc biệt là về mùa mưa lũ. Trong thời gian tới việc quy hoạch và cải tạo, nâng cấp, xây dựng hệ thống cơ sở hạ tầng, đặc biệt là đường lâm nghiệp là công việc phải làm nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển sản xuất và giao thông trong khu vực, góp phần thực hiện mục tiêu phát triển bền vững tài nguyên rừng và đất rừng, nâng cao đời sống của cán bộ, công nhân viên của Lâm trường và dân địa phương. Vì thế, việc nghiên cứu về đất xây dựng đường lâm nghiệp trong khu vực là rất cần thiết. 3.2. Lựa chọn các vị trí lấy mẫu đất 3.2.1. Yêu cầu kỹ thuật của đất sử dụng đắp nền đường Yêu cầu cơ bản đối với nền đường là phải có đủ cường độ và độ ổn định. Chất lượng sử dụng của mặt đường phụ thuộc rất lớn vào cường độ và độ ổn định của nền đường. Nền đường là do đất tạo nên (hay đất là vật liệu chủ yếu để xây dựng nền đường), vì thế kết cấu của nền đường, mặt đường và các công trình khác phụ thuộc rất nhiều vào tính chất của đất. Sự lựa chọn máy, năng suất máy, phương pháp thi công cũng phụ thuộc vào tính chất của đất và mức độ khó khăn khi làm đất. Cường độ của đất phụ thuộc vào các nhân tố chủ yếu như: thành phần hạt, độ ẩm và độ chặt. Tuy đất là vật liệu chủ yếu để làm nền đường, nhưng không thể tiêu chuẩn hoá được như phần lớn các vật liệu dùng khi xây dựng công trình. Trong nhiều vùng tính chất của đất thay đổi trên từng đoạn tuyến ngắn. Trên cùng một vùng địa lý nhất định, các điều kiện tự nhiên khi đắp nền đường và khi sử dụng nền đường cũng thay đổi trên từng đoạn tương đối ngắn. Yêu cầu cơ bản đối với đất nền đường là cường độ và độ ổn định chịu nước. Độ ổn định chịu nước là sức kháng của đất không cho nước thấm sâu
17 vào hay không cho nước xói mòn đất. Độ ổn định chịu nước còn được hiểu là tính chất không thay đổi cường độ của đất khi độ ẩm thay đổi trong một phạm vi lớn. Về mặt lý thuyết, tất cả các loại đất đều có thể dùng để đắp nền đường, tuy nhiên phải sử dụng các kết cấu và các biện pháp kỹ thuật khác nhau. Một số loại đất thường gặp dùng trong việc đắp nền đường như sau: - Đất lẫn đá: Đất lẫn đá bao gồm các hạt đá có kích thước lớn hay nhỏ lẫn với cát và sét. Vì các tảng đá rời đó khi di chuyển khỏi các vị trí tự nhiên của nó đã chịu tác dụng của nước và các nhân tố phong hoá khác, nên phần lớn các trường hợp đá trong đất lẫn đá đều có đủ cường độ và không bị mềm trong nước. Đất lẫn đá nếu có thêm thành phần cát và sét hợp lý sẽ là loại vật liệu rất tốt để đắp nền đường và đảm bảo nền đường ổn định. - Đất cát: Đất cát là một loại đất vụn, rời rạc, ít dính, kích thước hạt nhỏ hơn 2mm, nước thấm qua dễ và có chiều cao dâng nước mao dẫn thấp. Thông thường khi bị no nước cường độ của nó ít bị thay đổi. Vì vậy cát là một loại vật liệu tốt để đắp nền đường, đặc biệt là ở các chỗ có điều kiện thuỷ văn bất lợi như ở các nơi có mức nước ngầm cao, nước đọng thường xuyên, bãi lầy và nhất là làm nền đường ven bãi sông (khi nước lũ rút đi nền đường rất nhanh khô). Tuy vậy, do độ dính nhỏ, nên đất cát dễ bị xói lở và bào mòn do tác dụng của nước và gió. - Đất cát bột: Loại này chứa 15 – 50% hạt bột, ít dính, khi no nước độ ổn định giảm đi rất nhiều và ta luy có thể bị lở, ở những nơi có độ ẩm cao không dùng được loại đất này để làm nền đường. - Đất á cát: Loại đất này có hàm lượng các hạt sét vừa đủ để giữ được tính dính trong lúc khô. Lúc bị ướt, loại này vẫn duy trì được sức chịu đựng tải trọng, đảm bảo nền đường được ổn định. Nền đường được đắp bằng loại đất này rất tốt, có thể dùng ở vùng khô ráo cũng như ở vùng ẩm ướt.