Bin dng ca vt liu thoat nc trong

Nghiên cứu này thực hiện các loạt thí nghiệm mô phỏng quá trình biến dạng của vật liệu thoát nước trong các giai đoạn cố kết theo các cấp áp lực tăng dần, và cuối mỗi chu kỳ nén mô hình

Sử dụng công nghệ X-ray CT nghiên cứu về biến dạng của vật liệu thoát nước thẳng đứng trong quá trình cố kết

Nguyễn Đình Thành

Viện Khoa học và Công nghệ GTVT

Tóm tắt:Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng dưới quá trình cố kết của các lớp đất thì vật liệu thoát nước (VLTN) cài trong đất cũng bị biến dạng theo Sự biến dạng này là một trong những nguyên nhân chính là suy giảm một phần hay toàn bộ khả năng thoát nước của vật liệu thoát nước thẳng đứng Một trở ngại lớn nhất trong các nghiên cứu trước đây là không thể nhìn thấy trực tiếp quá trình biến biến dạng của vật liệu thoát nước vì các quá trình này xảy ra ở dưới nền đất sâu Nghiên cứu này thực hiện các loạt thí nghiệm mô phỏng quá trình biến dạng của vật liệu thoát nước trong các giai đoạn cố kết theo các cấp áp lực tăng dần, và cuối mỗi chu kỳ nén mô hình được đưa vào máy chụp X-ray CT để phân tích nhằm thu được các kết quả hình ảnh của vật liệu thoát nước Hơn nữa thông qua quá trình phân tích ảnh cũng có thể quan sát được sự tương tác giữa VLTN và đất xung quanh

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong những năm gần đây phương pháp thoát nước thẳng đứng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực xây dựng trên nền đất yếu Một trong những vật liệu được sử dụng phổ biến là bản nhựa thoát (PVD)

Đã có rất nhiều các nghiên cứu về đặc tính cũng như hiệu quả của PVD trong quá trình cố kết của nền đất yếu, tuy nhiên vẫn còn rất nhiều vấn đề còn chưa được làm sáng tỏ Một trong những vấn đề được quan tâm nhiều nhất trong khi sử dụng phương pháp này khả năng thoát nước và sự suy giảm khả năng thoát nước của nó theo thời gian

Khả năng thoát nước của PVD đã được xác định bằng các thí nghiệm trong phòng và thường cho các con số tương đối thống nhất, tuy nhiên việc xác định mức độ suy giảm khả năng thoát nước của PVD trong quá trình cố kết còn cần phải nghiên cứu nhiều hơn vì có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng thoát nước của PVD như: đặc điểm cơ lí của đất nền; đặc điểm và mức độ biến dạng của PVD; vùng xáo trộn của đất hình thành khi thi công cắm bấc v.v Tóm tắt lại các nghiên cứu của vấn đề này ta thấy có hai nhóm nghiên cứu như sau: Nhóm 1 tập trung vào việc tạo ra các loại biến dạng nhân tạo của PVD sau đó thực hiện các thí nghiệm về khả năng thoát nước của chúng, đại diện cho phương pháp này là các nghiên cứu của trường Đại học tổng hợp Singapore, phương pháp này cho kết quả nhanh nhưng không phản ánh hết điều kiện làm việc thực tế của PVD Nhóm 2 tập trung vào mô phỏng quá trình cố kết của đất cùng với PVD trong các mô hình thí nghiệm kết hợp với việc xác định khả năng thoát nước cho từng giai đoạn cố kết, đại diện cho hướng nghiên cứu này là Ali et al 19912,3)

Aboshi et al 20011); Chai et al 20067); Tran-Nguyen et al 20105) and Muira et al 20009); Bo et al 20048) v.v Các nghiên cứu này cho kết quả chậm hơn nhưng đã mô phỏng được gần đúng quá trình làm việc thực tế của PVD Các kết quả nghiên cứu từ 2 nhóm đã chứng minh rằng các kiểu biến dạng của PVD như uốn cong, gẫy gập, vặn xoắn đều là nguyên nhân làm suy giảm một phần hoặc hoàn toàn khả năng thoát nước của PVD

Các nghiên cứu cho các dạng vật liệu thoát nước khác như giấy (PaD) và vải cũng đã được nghiên cứu, mặc dù thế trở ngại lớn nhất của các nghiên cứu này là không thể nhìn thấy trực tiếp quá trình biến dạng của vật chất thoát nước cũng như việc hình thành các trở ngại khác từ đất xung quanh trong quá trình

cố kết, các hình ảnh biến dạng chỉ được nhìn thấy khi quá trình thí nghiệm kết thúc Do đó nghiên cứu này

cố gắng mô phỏng lại quá trình làm việc của hai loại vật liệu thoát nước (VLTN) là bản giấy thoát nước

CT để quan sát các biến dạng của VLTN cũng như sự thay đổi của vật chất xung quanh suốt quá trình cố kết

Kết quả thu được từ quá trình phân tích ảnh cho ta thấy cái nhìn trực quan về tiến trình biến dạng của VLTN, mở ra các hướng nghiên cứu mới cho phương pháp này, từ việc phát triển các vật liệu mới, cũng như xu hướng nội suy tốc độ cố kết tiệm cận dần đến sự chính xác về thời gian cố kết, góp phần củng cố thêm các dữ liệu khi đưa vào tính toán thiết kế

2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Phương pháp X-ray CT

Phương pháp Xray - CT là một trong những phương pháp mới được áp dụng trong lĩnh vực khoa học Trái đất giúp các nhà khoa học tìm được các lời giải chính xác hơn về thành phần vật chất và sự biến đối của chúng dưới sự tác động của môi trường bằng cách phân tích mẫu đất đá nguyên dạng, không làm phá vỡ hoặc tác động cơ học ảnh hưởng đến tính chất của đất đá Năm 1996, Prof Otani và nhóm nghiên cứu ứng dụng lần đầu tiên tại Nhật Bản cho nghiên cứu tính chất của đất Từ đó đến nay nhóm đã công bố nhiều nghiên cứu về mọi trạng thái cấu trúc tự nhiên, phá huỷ của đất đá ở các điều kiện môi trường, thí nghiệm tác dụng lực khác nhau Một số kết quả đạt được bằng việc áp dụng Xray CT được J Otani và nnk (2004) tổng kết: (1)Đặc tính của đất như sự phá huỷ của đất nén cố kết, sự phá huỷ của đất trộn với bùn, xi măng, xỉ xốp, nghiên cứu sự tương tác thành phần và cấu trúc của đất, nghiên cứu đặc tính thấm

và thoát nước phục vụ công tác cải tạo nền đất yếu; (2) Phát triển thiết bị nén ba trục; (3) Khả năng chịu tải của nền đất dưới tải trọng của cọc; (4) Sử dụng số liệu thu được để giải các bài toán của phương pháp

số (numerical analysis)…

Nguyên lý chụp cấu trúc các vật thể bằng tia X ứng dụng trong kỹ thuật này cũng tương tự như phương pháp chiếu tia X dùng trong y học, nhưng khác nhau về các thông số thiết bị như cường độ nguồn chiếu tia X, thông số nguồn điện và độ phân giải của hình ảnh các vật thể Khi tia X chiếu qua mẫu cho hình ảnh về mẫu là tập hợp phép đo hình chiếu lên thiết bị thu nhận tín hiệu Khi chùm tia X chiếu xuyên qua, có cường độ I0, sau khi qua mẫu, giá trị cường độ đổi thành I Quá trình này được biểu diễn bằng công thức (1) trong đó W là bề rộng của mẫu, f là hệ số hấp thụ Do đó hình chiếu được tính theo công thức (2), trường hợp mẫu không đồng nhất, thì tập hợp hình chiếu được tính theo công thức (3)











I

I

Trong công thức (3) f(x,y) là hàm phân bố theo không gian của hệ số hấp thụ theo chiều x và y, và mỗi đường chiếu đều tích hợp cả hai thông số (£, ) (hình 1) Tuỳ thuộc vào các thông số kỹ thuật và cách vận hành của mỗi hệ thống thiết bị X-ray CT mà thiết bị có nguồn chiếu tia Xray tới mẫu có góc quét khác nhau, do đó hình ảnh mỗi mặt cắt của mẫu có thể thu trong một lần hoặc nhiều lần

Hình 1 Nguyên lý về phép chiếu tia X qua mẫu Hình 2 Hệ thống thiết bị Xray CT

Mỗi hệ thống thiết bị X-ray có ba bộ phận chính, được mô phỏng trong hình 2, gồm: (i)nguồn chiếu tia X; (ii) thiết bị đặt mẫu; (iii) thiết bị thu dữ liệu Thiết bị đặt mẫu được hoạt động phối hợp việc di chuyển dọc theo thanh ray và chuyển động xoay đồng trục để chùm tia X quét lần lượt hết bề mặt mẫu, thiết bị X-ray của Trường Đại học Kumamoto có nguồn chiếu tia X với độ rộng quét 3o

-30o (hình 2) Các thông số kỹ thuật của thiết bị này được trình bày ở bảng 1, phần 3.1

Sau khi bàn mẫu xoay kín một vòng, chùm tia X chiếu qua toàn bộ một mặt cắt của mẫu, dữ liệu ghi lại ở thiết bị thu theo nguyên lý đã trình bày ở trên Dữ liệu thu được dạng file ảnh kỹ thuật số có đơn vị theo không gian là pixcel và voxel, đơn vị của một voxel là 0.73mm x 0.73mm x 1mm (tuỳ theo độ chế độ chụp và năng lượng của chùm tia X) CT-value được tính theo công thức sau:

w

w t

K value CT





 



Trong đó t

là hệ số hấp thụ tại điểm quyét; w

là hệ số hấp thụ đối với nước; K là hằng số vật liệu,

K = 1000, value = -1000 trong môi trường không khí vì hệ số hấp thụ với nước bằng 0, tương tự CT-value = 0 trong môi trường nước Dựa vào điểm này của môi trường nước và không khí ta cũng có thể tính được độ lỗ rỗng của vật liệu thí nghiệm theo công thức:

V

V

Trong đó e là độ lỗ lỗng, Vwa là thể tích của phần nước và không khí trong mẫu, V là thể tích toàn bộ mẫu thí nghiệm Thể tích của mỗi thành phần ứng thể tích của các voxel Trên ảnh thể hiện giá trị CT bằng màu, với màu xám hoặc đen khi có giá trị CT thấp, màu xám sáng hoặc màu trắng thể hiện giá trị CT cao

Hệ số này liên quan mật thiết với mật độ sắp xếp cấu trúc (tỷ trọng) trong vật liệu được phân tích, do đó phương pháp Xray - CT còn cho phép tính tỷ trọng của mỗi mặt cắt theo độ lớn giá trị CT-value (Otani et

al và nnk, 20026)) theo công thức:

rs Máy tính + thiết bị

xử lý ảnh

Thiết bị kiểm soát hoạt động

Nguồn tia X

Quay Mẫu

3-300

y

x

θ

t

£

Mẫu p(£,θ)

Hàm quy chiếu

suy về xu hướng biến đổi trạng thái của vật chất thí nghiệm trong quá trình cố kết

2.2 Giả thiết của Barron ứng dụng cho mô hình

Lý thuyết về dòng thấm xuyên tâm xung quanh một hệ thống thoát nước thẳng đứng là sự mở rộng

của lý thuyết cố kết đơn hướng cổ điển

Năm 1948 Barron4)

đã phát triển một giải pháp cho sự cố kết theo phương ngang dưới những điều kiện lý tưởng khi sử dụng một bình cố kết đối xứng (hình 3) Giải pháp này dựa trên cơ sở các giả thiết

sau:

- Toàn bộ áp lực ban đầu được truyền qua thành áp lực nước lỗ rỗng, do đó đất ở trạng thái bão hòa

- Lực tác dụng được phân bố đều và các ứng xuất xảy ra theo hướng thẳng đứng

- Vùng ảnh hưởng của bấc thấm là hình tròn và đối xứng

- Hệ số thấm của VLTN là vô hạn so với hệ số thấm của đất

- Thỏa mãn định luật Darcy

Công thức vi phân của sự cố kết cho dòng thấm xuyên tâm là:





























2

2

1

r

u r

u r

c t

u

Ở đây u là áp lực nước lỗ rỗng tại bất kỳ vị trí nào ứng với thời gian t, r là khoảng cách bán kính của điểm tính toán đến trung tâm của bấc, ch là hệ số cố kết theo phương ngang

Dưới điều kiện lí tưởng (không có vùng xáo trộn, không có sức cản giếng) độ biến dạng trung bình cho dòng thoát xuyên tâm là:











 





 h

h

T

với:

e

h

h

D

t c

2 2

2

4

1 3 ) ln(

n n n





 (9)

ở đây De là đường kính tương đương của trụ đất, dw là đường kính tương đương của bấc và (n=De/dw) là tỉ

số khoảng cách

3 THIẾT BỊ VÀ QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM

Trên thế giới phương X-ray CT chưa được áp dụng nhiều trong nghiên cứu Địa kỹ thuật Tác giả bài báo này được tiếp cận một trong những thiết bị X-ray CT hiện đại nhất trên thế giới tại Trường Đại học Kumamoto - Nhật Bản được ứng dụng và phát triển bởi nhóm nghiên cứu Cơ học đất đá Dựa vào những ứng dụng đạt được từ nghiên cứu mẫu đất, việc nghiên cứu tính chất, trạng thái vật liệu phục vụ trong xây dựng là hoàn toàn có thể và đạt độ chính xác cao

3.1 Thiết bị và vật chất thí nghiệm

Thiết bị sử dụng trong thí nghiệm này tập trung vào việc mô phỏng quá trình làm việc của VLTN trong suốt quá trình cố kết của đất, và toàn bộ quá trình được quan sát bằng máy chụp X-ray CT Nên phần thiết bị chủ yếu gồm 2 loại chính là: Bình cố kết và máy quét X-ray CT

Bình cố kết là một bình bằng nhựa chịu lực trong suốt với đường kính 110 mm, cao 305mm (hình 4), phía đáy bình có lắp một van điều chỉnh kiểm soát sự thoát nước cho thiết bị trong quá trình cố kết, hệ thống lực được duy trì bằng hệ thống thuỷ lực tự động với các cấp áp lực từ 0 kN đến 100kN

Hình 3 Giải pháp của Barron4) cho bài toán cố kết có

thoát nước bằng vật chất thoát nước thẳng đứng Hình 4: Mô hình thí nghiệm

Thiết bị X-ray CT là loại máy TOSCANER-23200min: TOSHIBA Corp; các thông số của thiết bị được thể hiện trong bảng 1

Bảng 1: Các thông số kỹ thuật của thiết bị máy chụp X-ray CT

Kích thước lớn nhất của mẫu Đường kính (D): 400mm x Chiều cao (H): 600mm

Độ phân giải không gian 0,2 mm (Đường kính lỗ) cho 20mm độ dầy của thép Vật chất sử dụng trong thí nghiệm này là Kaolinit AP-100 có đặc tính được thể hiện trong bảng 2, với loại Kaolinit AP-100 và độ ẩm 150% đáp ứng cho mô hình tương tự như một loại đất yếu

Bảng 2: Đặc điểm của vật liệu thí nghiệm Kaolinit AP-100

Hệ số cố kết CV (m 2 /s) 11.6xE-8 Giới hạn dẻo WP (%) 28.2

Vật liệu thoát nước được sử dụng là bản nhựa thoát nước (PVD) và bản giấy thoát nước(PaD) có kích thước như được thể hiện trong hình vẽ 5

Hệ thống gia tải

(a) Bản nhựa thoát nước (PVD) (b) Bản thoát nước bằng giấy (PaD)

Hình 5 Các loại vật liệu thoát nước

3.2 Quy trình thí nghiệm

Sau khi mô hình được kiểm tra, quá trình thí nghiệm được tiến hành với các các loại vật chất thoát nước nhằm mục đích so sánh hình ảnh biến dạng của chúng và phát hiện sự thay đổi của vật chất trong suốt quá trình cố kết

Trình tự thí nghiệm được tiến hành như sau: Đổ đầy Kaolinite với độ ẩm 150% thành các lớp, đuổi bọt khí cho đến khi đạt chiều cao 240mm, sau đó tiến hành làm thí nghiệm cố kết Cũng với cách tương tự VLTN được lắp đặt ở trung tâm của bình thí nghiệm Các kết quả cố kết được so sánh, ta nhận thấy rằng

mô hình phù hợp với các thông số đầu vào cho phép tiến hành thí nghiệm với các cấp áp lực với tỉ lệ ΔP/P

= 1 (xem hình 6), và sau mỗi cấp áp lực thì mô hình được chụp X-ray CT để thu thập ảnh kỹ thuật số và tiến hành phân tích hình ảnh thu được bằng các phần mềm chuyên dụng như ImageJ, v.v

Toàn bộ nghiên cứu được tiến hành với 4 trường hợp (xem bảng 3), các trường hợp này chỉ mang tính mô phỏng gần đúng hoạt động của VLTN, vì lý do rằng sự biến dạng của VLTN rất ảnh hưởng đến hiệu quả thoát nước, nên việc phân chia quá trình biến dạng của VLTN theo các cấp áp lực nhằm xây dựng lại tiến trình biến dạng của nó sẽ góp phần hiểu rõ hơn bản chất của sự biến dạng của VLTN

Bảng 3: Các trường hợp thí nghiệm

Trường hợp VL thoát nước (*) Điều kiện thoát nước

TN 1 Không có vật chất thoát nước

Cả ở đáy mà đỉnh mẫu

TN 2 Có vật chất thoát nước (PaD)

Trường hợp VL thoát nước (*) Điều kiện thoát nước (**) Điều kiện áp lực Giai đoạn nén lún

Ghi chú: (*) PaD: vật liệu thoát nước bằng giấy; PVD: Vật liệu thoát nước bằng nhựa; (**) Điều kiện thoát nước trong trường hợp 3 và 4 bao gồm cả hai hướng trên và dưới mẫu

Hình 6: Đồ thị quan hệ giữa áp lực nén và thời gian

X-ray scan

4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Thí nghiệm 1 & 2 cho ta thấy quá trình cố kết khi có sự tham gia của VLTN thì xảy ra nhanh hơn, điều này chứng tỏ VLTN thẳng đứng thúc đẩy nhanh hơn quá trình cố kết của đất, hơn nữa trong mô hình thí nghiệm thì quá trình cố kết phản ánh đúng quy luật như trong bài toán giả thiết, nên việc chọn các cấp

áp lực theo tỉ lệ ΔP/P là hoàn toàn phù hợp với mô hình Việc tập trung vào phân tích kết quả các hình ảnh thu được từ kết quả chụp X-ray sẽ cho ta cái nhìn tổng quát về quá trình biến dạng của của VLTN Với hai loại VLTN khác nhau thì sau mỗi chu kỳ nén mức độ cố kết có sự khác biệt là do khả năng thoát nước của mỗi loại là khác nhau (xem hình 7) tuy nhiên sau 8 ngày thì tổng độ lún là giống nhau Vậy hình ảnh biến dạng của VLTN sau mỗi chu kỳ là thế nào? Ở giai đoạn 1 (0,4kN) cả 2 loại VLTN đều xuất hiện 3 vị trí uốn cong, tuy nhiên mức độ lún trong trường hợp sử dụng PVD là lớn hơn khi sử dụng PaD, điều này phù hợp vì nước vận động trong đất đến VLTN theo phương ngang (kh) là bằng nhau nhưng PVD có khả năng thoát nước lớn hơn PaD nên mức độ lún của trường hợp sử dụng PVD là lớn hơn Càng về các giai đoạn tiếp sau mức độ lún của cả hai trường hợp là gần bằng nhau, đây là vấn đề cần được làm sáng tỏ và sẽ được phân tích thêm bằng các hình ảnh

Hình 7: Đồ thị quan hệ giữa mức độ lún và thời gian (TN 3&4)

Ta thấy rằng cơ chế hoạt động của cả hai trường hợp trong mô hình là tương tự nhau, chỉ có đặc điểm biến dạng của hai loại VLTN là khác nhau nên mọi sự khác biệt đều do yếu tố này chi phối, vì thế làm sáng tỏ đặc điểm biến dạng của nó sẽ lý giải được sự khác biệt trong hai thí nghiệm này Hình 8 thể hiện hình ảnh biến dạng của vật chất thoát nước qua từng giai đoạn Không quan sát thấy các biến dạng gẫy gập trong trường hợp sử dụng PVD vì khả năng chịu uốn của PVD là lớn hơn PaD mặc dù có các đặc điểm biến dạng khác nhau nhưng kết quả về tổng độ lún là giống nhau điều này cho thấy một cơ chế rất khác biệt đã xảy ra trong trong hai trường hợp này Sự tương tác giữa đất xung quanh và VLTN có thể là những nguyên nhân chủ yếu làm cho sự khác biệt về đặc điểm biến dạng của VLTN không ảnh hưởng gì đến hiệu quả thoát nước? Ở đây cần phân biệt hai rõ hai vấn đề: Một là biến dạng của VLTN có làm suy giảm hiệu quả thoát nước không? Hai là các kiểu biến dạng khác nhau ảnh hưởng như thế nào đến hiệu quả thoát nước? Ở vấn đề 1 thì khi VLTN biến dạng đến một giới hạn nhất định nào đó nó sẽ không còn khả năng thoát nước (giảm 90% thậm chí 100% khả năng thoát nước) điều này đã được chứng minh qua rất nhiều nghiên cứu được trình bày ở phần đặt vấn đề Tuy nhiên ở vấn đề thứ 2 do không thể xây dựng được tiến trình của sự biến dạng cho từng loại VLTN nên người ta lấy các đặc điểm biến dạng ở giai đoạn cuối cùng để làm đặc tính chung cho từng kiểu biến dạng nên vô hình chung các kết quả thu được không phản ảnh hết bản chất sự của sự biến dạng cũng như những ảnh hưởng quả quá trình biến dạng lên khả năng thoát nước Vì thế, nghiên cứu này chỉ ra được tiến trình cũng như đặc điểm biến dạng của VLTN nhưng không thể định lượng được các dữ liệu về khả năng thoát nước nên chưa đưa ra được những mối tương

(a) Bản giấy thoát nước (PaD) (b) Bản nhựa thoát nước (PVD)

Hình 8: Hình ảnh biến dạng của vật liệu thoát nước (Thanh et al; Tagashira et al 201010)) Như đã phân tích ở trên, máy quyét X-ray CT phân biệt các loại vật liệu chủ yếu thông qua giá trị CT-value mà chúng thu nhận được, từ đó nội suy các kết quả về tỉ trọng của vật chất mà chúng phân tích Trong hình 9 và hình 10 thể hiện các hình ảnh về các loại vật liệu khi phân tích một ảnh số từ kết quả chụp X-ray, với độ phận giải 0.73x0.73x1.0mm cấu trúc vật chất đã được tái thể hiện hiện lại, các giá trị CT-value ở trung tâm bình tương ứng với vị trí đặt VLTN luôn bằng không (xem hình 10) là do nước tập trung bão hòa trong VLTN, tuy nhiên vì tại giai đoạn thứ 3 một phần nước đã thoát đi nên giá trị CT-value thể hiện cho Kaolin có cao hơn trong giai đoạn ban đầu, ở đây có nghĩa là càng về giai đoạn cố kết sau tỉ trọng của vật liệu càng tăng Bằng việc phân tích hình ảnh ta thấy rằng sự vận động của đất dưới quá trình cố kết

là rất phức tạp nó có thể tạo ra các vùng tập trung nước phía sau bấc theo hướng biến dạng (xem hình 9 giai đoạn 1) Tất cả các thay đổi này trong quá trình cố kết lần đầu tiện được quan sát bằng ảnh chụp trực tiếp, mặc dù nó chưa thể đưa ra các kết luận chính xác nào tuy nhiên nó là lời cảnh báo cho các nghiên cứu tiếp theo khi đi vào giải quyết cơ chế của quá trình cố kết có sử dụng bấc thấm thẳng đứng

Trên hình 9 là hình ảnh mặt cắt đứng qua trung tâm mẫu còn hình 11 là các mặt cắt ngang qua vùng biến dạng theo các giai đoạn từ lúc bắt đầu đến giai đoạn cố kết cuối cùng Trong vùng quan sát đường kính 75mm xung quanh VLTN thì ta nhận thấy rằng VLTN luôn ở trạng thái bão hòa và tỉ trọng của vật

Khoảng cách từ trung tâm mẫu ra biên(mm) Hình 10: Sự phân bổ CT - value cho trường

hợp 4 tại 28mm

Hình 9: Hình ảnh cắt qua trung tâm mẫu

trường hợp 3 và 4

liệu xung có sự thay đổi tăng dần thể hiện qua màu của ảnh từ màu đen sang màu sáng hơn tương đương

với khoảng giá trị CT-value từ 300-500

Hình 11 Mặt cắt ngang mẫu tại các giai đoạn: bắt đầu, thứ 2, thứ 4 (Thanh et al; Tagashira et al 201010))

Đặc biệt chú ý rằng theo hướng uốn cong thì một vùng mật độ tăng cao được tập trung trước điểm

uốn cong của VLTN Vùng mật độ tăng cao này phản ảnh một vấn đề đang được chú ý quan tâm và cần

nghiên cứu nhiều hơn mà trong lý thuyết có nhắc đến đó là vùng xáo trộn xung quanh VLTN (smear zone)

Theo lý thuyết thì vùng xáo trộn này xuất hiện khi thi công cắm bấc nhưng để định lượng chính xác sự ảnh

hưởng của nó cũng như bán kính của vùng này là như thế nào đến nay vẫn là một vấn đề chưa mấy sáng tỏ,

bằng hình ảnh này ta thấy rằng vùng xáo trộn của đất xung quanh (xem hình 11) còn xuất hiện cả trong quá

trình biến dạng của VLTN chứ không đơn thuần là do quá trình thi công cắm bấc gây ra

5 KẾT LUẬN

Qua kết quả nghiên cứu một số kết luận được rút ra là:

Đây là nghiên cứu đầu tiên chỉ ra các đặc điểm biến dạng của VLTN một cách trực tiếp, mặc dù nó

chưa thể đưa ra các con số so sánh cụ thể do mô hình còn đơn giản, nhưng bằng sự phát triển của công

nghệ số và các phép đo chính xác nó sẽ là định hướng cho các nghiên cứu về cấu trúc của vật chất một

cách chính xác và sinh động bằng hình ảnh thông qua phương pháp chụp X-ray

Các phát hiện về vùng mật độ tăng cao tại các vị trí biến dạng của VLTN như một lời cảnh báo về sự

lưu ý khi tính toán thiết kế, vì rằng vấn đề về vùng xáo trộn và sức cản giếng áp dụng cho tính toán hệ số

cố kết và thời gian cố kết cho đến nay vẫn cần hoàn thiện hơn

Qua nghiên cứu này thì vấn đề nghiên cứu về vùng xáo trộn xung quanh VLTN không chỉ do quá

trình thi công cắm bấc thấm gây ra, do đó vùng xáo trộn không những phụ thuộc vào vận tốc cắm, kích

thước hình học của kiếm xuyên mà có còn phụ thuộc cả vào, loại vật liệu của VLTN và đặc điểm biến dạng

của vật liệu thoát nước

Hướng uốn cong

initial 1st 2nd 4th

60mm

70mm

50mm

Study on the deformation of vertical drain materials under consolidation

processing using X-ray CT

Abstract

Many previous researchers showed that under the consolidation process of soil layers, drain material deformed And this deformation is one of the main causes partial or complete reduction of drainage capacity for the drain materials But the biggest obstacle in the previous studies were not able to see directly the process of the deformation on the drain materials because the behavior itself is in ground This study simulated the process of consolidation settlement of soft soil in consolidation cell with drain materials At the end of each consolidation phase, X-ray CT was used for the purpose to observe directly on the deformation process of the drain materials and also to indicate the progress of deformation Further, the interaction between the surrounding soil and drain materials were also investigated in this study

Tài liệu tham khảo

1) Aboshi, H., Inoue, T & Shimizu, Y (2001) Kinking deformation of PVD under consolidation settlement of

surrounding clay Soil and Foundations,Vol 41, No 5, 25-32

2) Ali, F.H (1991) The flow behavior of deformation prefabricated vertical drains Geotextiles and Geomembranes, 10,

No 3, 235-248

3) Ali F.H A method to test the performance of a prefabricated vertical drain Soil and Foundations Vol 33 No 2

181-187 June 1993

4) Barron.R.A 1948 Consolidation of fine-grained soils by drain well Transection ASCE vol 113 paper

2346.pp.718-724

5) H H Tran-Nguyen., T B Edil., & J A Schneider Effect of deformation of prefabricated vertical drains on

discharge capacity Geosythetics International, 2010, 17, No 6

6) J Otani State of the art report on geotechnical X-ray CT research at Kumamoto University X-ray CT for

Geomaterials; Soils, Concrete, Rocks, Otani & Obara (eds.), p 43-77, 2002

7) Jun-Chun Chai., & Norihiko Miura Invesrigation of Factors Affecting Vertical Drain Behaviors Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering March 1999

8) M W Bo Discharge capacity of prefabricated vertical drain and their field measurements Geotextiles and Geomembranes, 22 (2004) 37-48

9) N Miura., J.C Chai (2000) Discharge capacity of prefabicated vertical drains confined in Clay Geosynthetics International, 7, No 2, 119-135

10) Y Tagashira., J Otani., M Kitadume (2011) Visualization of deformation on vertical drain materials under

consolidation using X-ray CT X-Earth (IWX) December 7&8-2011