(Luận Văn Thạc Sĩ) Nghiên Cứu Giải Pháp Sử Dụng Vôi Trộn Với Đất Phong Hóa Từ Đá Magma Axit Để Làm Giảm Tính Trương Nở Của Đất Phục Vụ Công Tác Xây Dựng Và Nâng Cấp, Sửa Chữa Hồ Chứa Vừa Và Nhỏ Trên Địa Bàn Tây Nguyên.pdf

Những giai pháp thực tế sử dụng đất loại sét có tính trương nở làm vật liệu đắp đập 1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu của bản thân Các số liệu kết quả trình[.]

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu của bản thân Các số liệu kết quả trình bày trong luận văn này là đúng sự thật, có nguồn gốc rõ ràng, và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào

Tác giả

Nguyễn Huy Vượng

LỜI CẢM ƠN

Luận văn được hoàn thành, là thành quả của sự cố gắng, nỗ lực hết mình và sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong bộ môn Địa kỹ thuật trường Đại học Thủy Lợi Hà Nội, đặc biệt dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy PGS.TS Phạm Hữu Sy

Tác giả xin bầy tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn, đã tận tâm hướng dẫn khoa học suốt quá trình từ khi lựa chọn đề tài, xây dựng đề cương đến khi hoàn thành luận văn

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Địa kỹ thuật, khoa Công trình

đã giúp đỡ và tạo điều kiện tác giả hoàn thành luận văn này Xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp tại phòng Địa kỹ thuât - Viện Thủy công đã cung cấp những số liệu cần thiết và tạo điều kiện thuận lợi để tác giả thí nghiệmtrong phòng và tác nghiệp tại hiện trường Tác giả xin trân trọng cảm ơn sự cho phép sử dụng số liệu từ đề tài cấp Nhà nước mã số TN3/T30, thuộc chương trình Tây Nguyên 3 của Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Hà Nội, ngày 3 tháng 10 năm 2016

Tác giả

Nguyễn Huy Vượng

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC HÌNH VẼ 6

DANH MỤC BẢNG BIỂU 8

1 Tính cấp thiết của đề tài 9

2 Mục đích của đề tài 11

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 11

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 12

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN 13

1.1 Những kết quả nghiên cứu về trương nở của đất trên thế giới 13

1.1.1 Ảnh hưởng của khoáng vật sét: 14

1.1.2 Ảnh hưởng của cấu trúc của đất 16

1.1.3 Ảnh hưởng của độ ẩm ban đầu của đất 16

1.1.4 Ảnh hưởng của độ chặt ban đầu của đất 17

1.1.5 Ảnh hưởng của hàm lượng hạt sét 18

1.1.6 Ảnh hưởng của môi trường nước 19

1.1.7 Ảnh hưởng của sự thay đổi độ ẩm theo chu kỳ 19

1.1.8 Phân loại đất trương nở: 20

1.1.9 Các giải pháp xử lý đất trương nở : 21

1.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng đất loại sét có tính trương nở vào công trình đất đắp ở Việt Nam: 23

1.2.1 Một số nghiên cứu cơ bản về các đặc tính trương nở tan rã của đất đắp 23

1.2.2 Các nghiên cứu về gia cố đất bằng vôi 26

1.2.3 Ứng xử với đất trương nở khi sử dụng làm vật liệu đắp đập 27

Kết luận chương 1 28

CHƯƠNG 2: TÀI NGUYÊN ĐẤT PHONG HÓA TỪ ĐÁ MAGMA AXIT,CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA GIẢI PHÁP CẢI TẠO TÍNH TRƯỞNG NỞ CỦA CHÚNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRỘN VÔI 29

2.1 Đặc điểm phân bố của vỏ phong hóa magma trên địa bàn Tây Nguyên 29

2.1.1 Xâm nhập Proterozoi 29

2.1.2 Các thành tạo xâm nhập Paleozoi sớm – giữa (PZ 1-2) 31

2.1.3 Các thành tạo xâm nhập Paleozoi muộn (γPZ3) 31

2.1.4 Xâm nhập Mezozoi sớm (MZ1) 34

2.1.5 Các thành tạo xâm nhập Mezozoi muộn – Kainozoi (MZ3 – KZ) 35

2.1.6 Mặt cắt đặc trưng của vỏ phong hóa trên đá magma axit 36

2.1.7 Thành phần vật chất của vỏ phong hóa trên đá magma axit 37

2.2 Cơ sở lý thuyết của giải pháp cải tạo tính trương nở của đất bằng vôi 38

2.1.1 Cấu trúc mạng tinh thể của một số khoáng vật sét 38

2.1.2 Các đặc trưng cơ lý của mẫu chế bị 41

2.1.3 Ứng xử của vôi trong môi trường đất – nước khi tiếp xúc 44

2.2.2 Một số tính chất cơ lý của hỗn hợp vôi – đất qua một số công trình ở nước ngoài 45

Kết luận chương 2 48

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CẢI TẠO TÍNH TRƯƠNG NỞ CỦA ĐẤTPHONG HÓA Ở TÂY NGUYÊN BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRỘN VÔI 49

3.1 Các chỉ tiêu và phương pháp thí nghiệm 49

3.2 Thiết kế thí nghiệm 51

3.3 Quy trình thí nghiệm 52

3.4 Loại đất, vôi thí nghiệm 54

3.5 Kết quả nghiên cứu 56

3.5.1 Tính đầm nén của hỗn hơp vật liệu đất –vôi 56

3.5.2 Xác định tỷ lệ phối trộn tối ưu 59

3.5.3 Ảnh hưởng của vôi đến tính tan rã của đất 66

3.5.4 Ảnh hưởng của vôi đến sức kháng cắt của đất 71

3.5 5 Ảnh hưởng của vôi đến tính thấm của đất 78

Kết luận chương 3 81

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH THI CÔNG 83

4.1 Một số yêu cầu với vật liệu đầu vào 83

4.1.1 Đối với đất 83

4.1.2 Đối với vôi 84

4.1.3 Đối với nước 85

4.2 Quy trình thi công 85

4.2.1 Công tác chuẩn bị 85

4.2.2 Các bước thi công 86

4.3 Quy trình kiểm tra và nghiệm thu 87

4.3.1 Trước khi công trình được thi công 87

4.3.2 Trong quá trình thi công 87

4.3.3 Nghiệm thu lớp đất đắp sau khi thi công 88

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90

1 Những kết quả đạt được: 90

2 Những tồn tại và hạn chế 90

3 Kiến nghị về hướng nghiên cứu tiếp theo 91

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 Tính trương nở và tan rã của đất đắp gây xói lở thượng lưu đập hồ Ea M’Ró 10

Hình 2 Sạt lở mái thượng lưu đập hồ Dak M’Hang, và thấm ở hồ Suối Đá 10

Hình 3 Sụt lún và lầy hóa mặt đập (hồ Cư Króa 2) 10

Hình 1.2 Quan hệ giữa độ ẩm trương nở của đất sét lấy từ mỏ Neliđov và độ ẩm ứng với giới hạn dẻo của đất 17

Hình 1.3 Sự thay đổi độ trương nởtự do (đường liền) và áp lực trương nở (đường đứt) với dung trọng khô (γc) của đất 18

Hình 1.4 Quan hệ giữa hàm lượng sét và độ trương nở 19

Hình 2.1 Mặt cắt điển hình của vỏ phong hóa trên đá magma axit 37

Hình 2.2 Sơ đồ phân bố các lớp ở mạng tinh thể khoáng vật sét: 38

Hình 2.2 Sự thay đổi của độ ẩm giới hạn chảy khi trộn đất với vôi 46

Hình 2.3 Sự thay đổi của độ ẩm giới hạn dẻo khi trộn đất với vôi 46

Hình 2.4 Sự thay đổi của độ trương nở khi hàm lượng vôi thay đổi 47

Hình 2.5 Sự thay đổi của áp lực trương nở khi hàm lượng vôi thay đổi 47

Hình 3.1 Chế bị mẫu và thí nghiệm trương nở 52

Hình 3.2 Vị trí của hồ Sen trên nền bản đồ địa chất 54

Hình 3.3 Biểu đồ tổng hợp công tác xác định độ chặt tốt nhất và đổ ẩm tối ưu 56

Hình 3.4 Sự thay đổi tính dẻo của đất theo hàm lượng vôi 58

Hình 3.5 Quan hệ giữa độ trương nở, áp lực trương nở và hàm lượng vôi tại các ngày tuổi 62

Hình 3.6 Ảnh hưởng của thời gian đến độ trương nở, áp lực trương nở ở các hàm lượng vôi khác nhau 64

Hình 3.7 Ảnh hưởng của độ chặt đến tính trương nở và áp lực trương nở của hỗn hợp vật liệu 65

Hình 3.8 Quan hệ giữa sức kháng cắt của đất và hàm lượng vôi trong điều kiện bão hòa và chế bị 73

Hình 3.9 Sự gia tăng sức kháng cắt của hỗn hợp đất – vôi theo thời gian trong điều kiện bão hòa và chế bị ở các mức đầm chặt khác nhau 76Hình 3.10 Tương quan giữa hệ số thấm và hàm lượng vôi 80Hình 3.11 Tương quan giữa hệ số thấm và mức độ đầm chặt 80

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Hoạt tính của một số khoáng vật 15

Bảng 1.2 Hoạt tính của một số khoáng vật trong đất có nguồn gốc biển 15

Bảng 1.3 Phân loại đất trương nở theo USBR 20

Bảng 1.4 Phân loại đất trương nở theoСНпП 2-05-08-85 21

Bảng 2.1 Thành phần khoáng hóa của vỏ phong hóa trên đá magma axit khu vực Tây Nguyên 37

Bảng 2.2 Chỉ tiêu cơ lý của đất đắp có nguồn gốc sườn tích (dQ) từ đá magma axit 42

Bảng 2.3 Chỉ tiêu cơ lý của đất đắp có nguồn gốc tàn tích (eQ) từ đá magma axit 43

Bảng 2.4 Kết quả thí nghiệm một số chỉ tiêu vật lý của đất với các hàm lượng vôi khác nhau 46

Bảng 3.1 Các chỉ tiêu và tiêu chuẩn áp dụng 54

Bảng 3.2 Tổng hợp các chỉ tiêu vật lý của mẫu đất 55

Bảng 3.3 Thành phần hóa học của vôi 55

Bảng 3.4 So sánh chỉ tiêu đầm nén trước và sau khi trộn vôi 57

Bảng 3.5 So sánh tính dẻo của đất trước và sau khi trộn vôi Error! Bookmark not defined. Bảng 3.7 So sánh chỉ tiêu tan rã của đất trước và sau khi trộn vôi 66

Bảng 3.8 So sánh sức kháng cắt τ (kG/cm2) của đất trước và sau khi trộn vôi 72

Bảng 3.9 So sánh hệ số thấm của đất trước và sau khi trộn vôi 79

Bảng 4.1 Phân loại vôi theo hàm lượng (CaO + MgO) và độ mịn 84

M Ở ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Tây Nguyên hiện có 1129 hồ chứa vừa và nhỏ, trong đó có 287 hồ phân bố trên nền là

vỏ phong hóa của đá magma axit với công trình đầu mối chủ yếu là đập đất Hiện nay rất nhiều công trình đã bị xuống cấp nghiêm trọng mà nguyên nhân ít nhiều có liên quan đến các tính chất đặc biệt (trương nở, tan rã) của đất đắp hoặc đất nền Tính trương nở của đất có thể làm xói hỏng các cấu kiện được xây dựng trên mặt từ loại đất này như tấm lát mái đập, bờ kênh, mái tràn Sự trương nở của đất cũng có thể làm mất

ổn định mái đập gây ra trượt Trương nở và co ngót của đất có thể làm phát triển các khe nứt trong thân đập gây ra hiện tượng thấm nếu không xử lý kịp thời có thể gây ra

vỡ đập

Trương nở, co ngót và tan rã là những tính chất đặc biệt của đất mà thường đặc trưng cho đất có nguồn gốc phong hóa Khác với đất trầm tích được hình thành do lắng đọng trong nước, đất phong hóa được hình thành trên các vùng đồi núi do quá trình biến đổi vật lý, hóa học làm thay đổi thành phần, tính chất Nói cách khác, đất phong hóa không phải hình thành trong môi trường nước,vì vậy khi gặp nước thường ít nhiều có tính trương nở, co ngót và tan rã Đất phong hóa từ đá magma axit cũng nằm trong tình trạng chung đó

Tây Nguyên là vùng cao nguyên rộng lớn, bề mặt được phủ bởi vỏ phong hóa của các thành tạo trầm tích lục nguyên, bazan, các đá magma axit và đá biến chất Như đã nói

ở trên, trong phạm vi vùng này có đến 287 hồ chứa vừa và nhỏ xây dựng trên nền vỏ phong hóa của đá magma axit Mặc dù đất phong hóa từ đá magma axit có các tính chất bất lợi như vậy nhưng việc xây dựng hồ chứa để phục vụ cho Thủy lợi, Thủy điện

và dân sinh trong vùng là không thể không làm Bởi vậy vấn đề chỉ còn là nghiên cứu khắc phục các tính chất bất lợi của chúng để xây dựng Mặc dù nghiên cứu về tính chất trương nở của đất là không mới, trước đây khi xây dựng công trình chúng cũng đã được nghiên cứu nhưng sự tàn phá do các tính chất bất lợi này vẫn cứ xảy ra Một số hình ảnh làm ví dụ được trình bày dưới đây đã minh chứng điều đó Bởi vậy đề tài

“Nghiên c ứu giải pháp sử dụng vôi trộn với đất phong hóa từ đá magma axit để làm

giảm tính trương nở của đất phục vụ công tác xây dựng và nâng cấp, sửa chữa hồ chứa vừa và nhỏ trên địa bàn Tây Nguyên”là rất cấp thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao

Một số hình ảnh xuống cấp của hồ chứa do các tính chất đặc biệt của đất đắp gây ra

Hình 1 Tính trương nở và tan rã của đất đắp gây xói lở thượng lưu đập hồ Ea M’Ró

Hình 2 Sạt lở mái thượng lưu đập hồ Dak M’Hang, và thấm ở hồ Suối Đá

Hình 3 Sụt lún và lầy hóa mặt đập (hồ Cư Króa 2)

2 Mục đích của đề tài

- Nghiên cứu đưa ra được tỷ lệ pha trộn hợp lý giữa vôi với đất phong hóa từ đá magma axit để hỗn hợp vật liệu có độ trương nở nằm trong giới hạn cho phép

- Nghiên cứu đưa ra được quy trình công nghệ thi công đắp đập khi trộn đất với vôi

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

a) Cách tiếp cận:

+ Tiếp cận công nghệ mới của nước ngoài qua các tài liệu sách vở, qua kinh nghiệm các công trình tương tự đã làm ở Việt Nam

+ Ứng dụng và thí nghiệm cho các công trình cụ thể

b) Phương pháp nghiên cứu:

- Nghiên cứu lý thuyết:

+ Nghiên cứu bản chất của quá trình phong hóa hóa học đá magmaaxit , thành phần khoáng vật của sản phẩm phong hóa từ đá magma axit

+ Nghiên cứu bản chất của quá trình trương nở của đất phong hóa từ đá magma axit + Nghiên cứu bản chất của quá trình hóa lý xảy ra giữa vôi, nước và thành phần khoáng hóa của đất

- Nghiên cứu thực nghiệm:

+ Nghiên cứu các đặc tính cơ lý của vật liệu đất đắp có nguồn gốc phong hóa từ đá magma axit trên địa bàn Tây Nguyên

+ Nghiên cứu xác định tương quan thực nghiệm giữa độ trương nở của đất với tỷ lệ pha trộn phụ gia vôi

+ Nghiên cứu xác định ngưỡng tối đa của phụ gia vôi để đạt được độ trương nở cho

phép cho từng loại đất phong hóa từ đá magma axit ứng với từng điều kiện ứng dụng

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu là đất phong hóa từ đá magma axít Phạm vi nghiên cứu giới hạn là mỏ vật liệu của hồ Sen thuộc huyện M’Đrak tỉnh Đắk Lắk Luận văn nằm trong

khuôn khổ của đề tài cấp nhà nước “Nghiên cứu đề xuất các giải pháp nâng cao năng

lực hồ chứa vừa và nhỏ đáp ứng nhu cầu cấp nước cho sản xuất, sinh hoạt và phát triển bền vững tài nguyên nước vùng Tây Nguyên”

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN

1.1 Những kết quả nghiên cứu về trương nở của đất trên thế giới

Trước khi nghiên cứu đặc tính trương nở của đất cần thống nhất một số thuật ngữ liên quan sau đây Trương nở là sự tăng thể tích của đất khi đất bị làm ướt nước Để đánh giá mức độ trương nở người ta dùng khái niệm “độ trương nở thể tích” và hai khai niệm liên quanlà “độ ẩm trương nở” và “áp lực trương nở” Độ trương nở thể tích của đất là mức độ tăng thể tích của đất khi bị làm ướt nước; về trị số, nó là tỷ số giữa lượng tăng thể tích do trương nở và thể tích ban đầu của đất, ký hiệu là DTr.n, biểu thị bằng % thể tích; độ ẩm trương nở là độ ẩm của đất tương ứng với độ trương nở lớn nhất, ký hiệu là WTr.n, biểu thị bằng % khối lượng Áp lực trương nở của đất là áp lực phát sinh trong đất do trương nở bị kìm hãm hoàn toàn bởi tải trọng phản áp vừa đủ làm cho đất không có biến dạng nở, ký hiệu là PTr.n, biểu thị bằng kG/cm2

Trương nở là đặc tính bất lợi của đất trong xây dựng, có thể gây nguy hiểm cho công trình, vì vậy được quan tâm nghiên cứu nhiều Trần Thị Thanh (1998) [7] đã sưu tầm

và giới thiệu kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học Nga và các nước Cộng hòa thuộc Liên Xô trước đây Đáng chú ý là các tài liệu nghiên cứu đã được công bố của các tác giả Βяхирeв H.П và MливцицвиллиO.M (1971), Kpacильнков K.Г và СкоблинскаяН Н (1972, 1974) ,СорганЕ A (1974), Ϲергеев K М và các cộng sự (1971), ХархутыН Я và ВаϲиљеваЮ М(1960), PoгаткицойЖ М 1968, КорчутыеваА С và БорисовойЗ Л (1971) Bên cạnh đó Trần Thị Thanh (1998) [7] cũng giới một số công trình nghiên cứu đã được công bố các nhà khoa học phương Tây như Roy Whitlow (1983, 1989), Joseph E Bowles (1979, 1984), Hsai-Yang Pang (1991), và D.G, Fredlund, H Rahardjo (1993) Khi tổng hợp kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học người Trung Quốc Trần Thị Thanh (1998) [7] đã trích dẫn một số kết quả nghiên cứu đã được công bố của các tác giả: Wan Chuan, Lui chu Te, Tao chian Sheng (1994) Các nghiên cứu về đất trương nở của các nhà khoa học tập trung vào các hướng sau đây

1.1.1 Ảnh hưởng của khoáng vật sét:

Sự trương nở của đất có liên quan đến sự thay đổi chiều dày các lớp nước liên kết được hình thành xung quanh các hạt keo và sét trong quá trình thủy hóa, do đó mức độ trương nở phụ thuộc đáng kể vào hàm lượng và loại khoáng vật sét

ОсиповВ(1979) đã chia khoáng vật sét thành hai nhóm theo khả năng thay đổi khoảng cách giữa các lớp tinh thể:

- Nhóm khoáng vật sét có hoạt tính yếu,bao gồm kaolinite, pirophilite, muscovite, biotite, hydromica

.- Nhóm khoáng vật sét có hoạt tính mạnh như montmorillonite

Theo Lomtadze (1978) [17] dấu hiệu đặc trưng của các khoáng vật thuộc nhóm montmorillonite là lượng nước trong thành phần của chúng thay đổi mạnh theo độ ẩm môi trường xung quanh, đồng thời nước có thể tách ra khỏi thành phần khoáng vật để

đi vào không khí nêú như độ ẩm không khí thấp và ngược lại, có thể hấp thụ nước của không khí ẩm Các khoáng vật thuộc nhóm montmorillonite hầu như hoàn toàn được thành tạo trong điều kiện ngoại sinh, phần lớn là quá trình phong hóa của các đá magma trung tính trong điều kiện môi trường pH = 7÷8,5, ở điều kiện khí hậu khô và nửa khô, ôn hòa ấm áp

Trong nhữngnăm trước đây, các tác giả như Roy Whitlow (1983, 1989), Joseph E Bowles (1979, 1984) đã phát hiện ra rằng trong điều kiện biển mica (muscovite và xerisite) bị phân hủy tạo ra một nhóm khoáng vật tương tự nhau về cấu trúc gọi là illite Liên kết cấu trúc của illte kém ổn định hơn so với kaolinite, nên hoạt tính của illite lớn hơn kaolinite

Joseph E Bowles dùng chỉ số hoạt tính của sét, xác định theo công thức (1-1) để so sánh hoạt tính của kaolinite, illite và montmorillonite (bảng 1.1)

Chỉ số dẻo Hàm lượng hạt sét

Trong đó, hàm lượng hạt sét được tính cho d < 0,002mm

Bảng 1.1 Hoạt tính của một số khoáng vật

Số liệu đó cho thấy rằng khoáng vật sét montmorillonite có hoạt tính cao hơn sét illite

và kaolinite Theo Roy Whitlow, giá trị hoạt tính điển hình của một số khoáng vật sét

và đất phổ biến trong bảng (1.2)

Khả năng trương nở của sét montmorillonite rất cao Đất chứa tỉ lệ illite đáng kể, đặc biệt khi có nguồn gốc biển, có đặc tính trương nở cao trong khi đất kaolinite kém nhạy cảm hơn

Bảng 1.2 Hoạt tính của một số khoáng vật trong đất có nguồn gốc biển

1.1.2 Ảnh hưởng của cấu trúc của đất

Về ảnh hưởng của cấu trúc đến tính trương nở của đất, Trần Thị Thanh (1998) [7] đã tổng hợp các kết quả nghiên cứu của Oсипов В Các kết quả nghiên cứu đó đã chỉ ra rằng các mẫu đất nguyên dạng với cấu trúc tự nhiên trương nở nhỏ hơn so với mẫu đất

có kết cấu phá hủy chế bị lại Khi phá hủy cấu trúc tự nhiên, trị số trương nở của đất phụ thuộc vào thành phần trạng thái của chúng và môi trương bên ngoài

Tính quy luật về sự trương nở của đất đối với độ ẩm ban đầu khác nhau theo thời gian được nghiên cứu bởi Holtz, W G và Gibbs, H J.,Xapхуты Н Я và ВасилЬева Ю,

М Горячевой Д С và một số tác giả khác Kết quả nghiên cứu của các tác giả đó cho thấy rằng, độ ẩm ban đầu của đất có ảnh hưởng rất lớn đến trị số trương nở Sự trương

nở giảm nhỏ khi tăng độ ẩm ban đầu của đất Độ ẩm ban đầu càng nhỏ, quá trình trương nở càng dài Sự trương nở của đất kết thúc hoặc nếu còn xảy ra thì cũng không lớn khi độ ẩm ban đầu (Wo) vượt quá độ ẩm giới hạn dẻo Wp, tức là khi Wo > Wp

Hình 1.1Sự thay đổi của độ trương nở (đường liền) và áp lực trương nở(đường đứt)

theo độ ẩm ban đầu của các mẫu chế bị

1– Sét kaolinite; (2)– Sét montmorillonite

Những kết quả nghiên cứu được thực hiện bởi Горячевой trên những mẫu chế bị từ đất sét kaolinite và montmorillonite cho thấy rằng biến dạng và áp lực trương nở có quan hệ tuyến tính với độ ẩm ban đầu Wo, thể hiện bằng phương trình:

)(

Trong đó:

Kw = tgα – Hệ số góc của hàm trương nở

Wo – Độ ẩm ban đầu của mẫu

Wtr.n – Độ ẩm trương nở của mẫu

Trên hình 1.2 cũng chỉ ra rằng độ ẩm trương nở (Wtr.n) có mối liên quan nhất định với giới hạn dẻo (Wp)

Hình 1.2 Quan hệ giữa độ ẩm trương nở của đất sét lấy từ mỏ Neliđov và độ ẩm ứng với giới

hạn dẻo của đất

Theo Ж М Рогаткиной(1968), giữa độ trương nở và áp lực trương nở của đất có mối liên hệ chặt chẽ, có quan hệ tuyến tính với độ chặt của đất Quan hệ đó có dạng dưới đây (hình 1.3)

Hình 1.3 Sự thay đổi độ trương nở tự do (đường liền) và áp lực trương nở (đường đứt) với

dung trọng khô (γc) của đất

(1) – Sét kaolinite (2), Sét montmorillonite

(1-3)

trong đó: γ0- Dung trọng ban đầu của đất

γ- Dung trọng ban đầu của đất sau khi trương nở

Kγ-Hệ số về tính trương nở, được xác định như tang góc nghiêng của đường thẳng với trục dung trọng khô (hình 1-3)

Ở trên khi xét đến độ chặt (dung trọng khô) và độ ẩm ban đầu của mẫu, cũng có nghĩa

là xét đến mức độ bão hòa của mẫu Năm 1994 một số tác giả Trung Quốc như Che Luo Rung, Chang Mei In, Tang Wu Mei, đãnghiên cứu ảnh hưởng của trọng lượng đơn vị thể tích khô γc và độ ẩm bão hòa G khác nhau đến áp lực trương nở của đất Kết quả nghiên cứu của các tác giả trên đã cho thấy rằng cùng giá trị dung trọng khô γc, những mẫu đất có độ bão hòa G thấp sẽ có áp lực trương nở Ptr.nlớn hơn; cùng một độ bão hòa G, những mẫu nào có γc lớn hơn sẽ có áp lực trương nở Ptr.nlớn hơn

Cát và cát pha hoặc hoàn toàn không trương nở hoặc trương nở rất yếu Tính trương

nở của đất sét pha và sét phát triển tương ứng với sự gia tăng hàm lượng hạt sét, đặc biệt hạt keo ở trong đất Theo số liệu của Ж М Рогаткиной (1968), trị số trương nở

)(

)( .

D = γ γ −γ

của những mẫu sét Khvalưn ở trạng thái khô gió, có độ chặt ban đầu như nhau, tăng lên từ 0% đến 37% tương ứng với sự tăng hàm lượng hạt sét từ 1,5% đến 88%

E A Xoratran (1974) đã xác lập được quan hệ giữa hàm lượng hạt sét (<0,005mm) với

độ trương nở Dtr.n của đất loại sét ở cácvùng Khvalưn, Xarmat và Kimeri như hình dưới đây (hình1.4)

Hình 1.4 Quan hệ giữa hàm lượng sét và độ trương nở

Tính trương nở của đất còn phụ thuộc vào sự có mặt các muối trong dung dịch ngấm vào đất, nồng độ của chúng và trị số pH của dung dịch Thành phần hóa học của nước tác động rất lớn đến thành phần các cation trao đổi, và do đó tác động đến trị số trương

nở Trị số trương nở cũng phụ thuộc vào môi trường pH Trong những thí nghiệm của

А С Корчутыева và З Л Борисовой, trị số trương nở của sét được nghiên cứu khi thay đổi độ pH của dung dịch Phần lớn các mẫu có trương nở lớn nhất khi pH = 0,1 và

pH = 13 Sự thay đổi của độ pH từ 3 đến 12 ảnh hưởng rất ít đến trị số trương nở

Sự thay đổi độ ẩm theochu kỳ có ảnh hưởng đến tính trương nở Những thí nghiệm được thực hiện bởi Ж М Рогаткиной (1966) cho thấy rằng, khi làm ướt và khô có chu kỳ các mẫu sét, thì mức độ trương nở cũng như áp lực trương nở của chúng sau mỗi chu kỳ tiếp theo được tăng lên Thí dụ như: ở độ ẩm tự nhiên mức độ trương nở của các mẫu sét Khvalưu thay đổi trong phạm vi từ 1% đến 8%, còn sau nhiều lần

hong khô – làm ướt cũng ở những giá trị độ ẩm ban đầu đó, trị số trương nở tăng lên đến (7,5 – 16) % Áp lực trương nở trong những mẫu sét Khavalưu được nghiên cứu ở

độ ẩm tự nhiên không vượt quá 5kG/cm2 Cũng trong những mẫu đất đó sau những chu kỳ hong khô – làm ướt, áp lực trương nở tăng đến 10 kG/cm2 và lớn hơn

1.1.8 P hân loại đất trương nở:

Đất trương nở có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, trong đó có hai bảng phân loại được sử dụng rộng rãi hơn là phân loại của tiêu chuẩn xây dựng Liên

Xô (СНиП 2.02.08.83) và phân loại đất của Cục Cải tạo đất của Mỹ, USBR (United States Bureau of Reclamation)

Cục Cải tạo đất của Mỹ phân loại đất trương nở theo đặc trưng vật lý của đất và độ thay đổi thể tích tương đối ∆V =

V V

∆ và được trình bày trong bảng 1.3 dưới đây

Bảng 1.3 Phân loại đất trương nở theo USBR

Bảng 1.3 Phân loại đất trương nở theo USBRĐặc trưng

vật lý

Độ trương nở tương đối theo thể tích δV

=

V V

∆( %)

Phân loại đất trương nở Hàm lượng chất

Theo “Hướng dẫn thiết kế nền nhà và công trình SNiP 2.02.01-83” của Liên Bang Nga, để đánh giá sơ bộ đất sét bụi thuộc loại trương nở dùng tỷ số sau:

(1-4)

trong đó ; e0 – hệ số rỗng của mẫu ở trạng thái tự nhiên

ech – hệ số rỗng của mẫu ứng với giới hạn chảy được xác định theo công thức sau:

, 3 0

ech

Trong đó ω ch - độ ẩm tự nhiên lấy theo đơn vị phần trămgiới hạn chảy ;

ρs - khối lượng đơn vị của hạt đất g/cm3; ;

ρn- khối lượng đơn vị của nước lấy bằng 1g/cm3 ;

Dựa theo các điều kiện ở công thức (1-4) là dựa theo một số đặc trưng vật lý để nhận dạng đất có tính trương nở hay không.Như các phần trên đã giới thiệu, đặc điểm trương nở của đất còn tùy thuộc vào trạng thái độ chặt – độ ẩm ban đầu của mẫu và môi trường xung quanh Do vậy, trong tiêu chuẩn và qui phạm xây dựng СНиП 2.02.08.83 của Liên Xô có phân chia đất trương nở theo cấp (từ không trương nở đến trương nở mạnh) căn cứ theo độ trương nở tương đối Dtr.nghi trong bảng 1.3

Độ trương nở của đất được xác định theo tiêu chuẩn ГОСТ 2413-80 (Đất – Những phương pháp xác định các đặc trưng trương nở và co ngót)

Nhận xét chung: Cả hai hệ phân loại đều dựa vào một số chỉ tiêu vật lý để nhận dạng đất có khả năng trương nở hay không Chủ yếu là dựa vào biến đổi thể tích tương đối

∆V, hoặc dựa vào độ trương nở tương đối theo chiều cao Dtr.n để phân cấp đất trương

,

n

s ch ch

e

ρ

ρω

=

trương nở tự do của đất hoặc tìm phương pháp gia cố để chống lại sự giảm độ bền của đất do bị trương nở gây ra Các giải pháp đó được giới thiệu trong một số công trình đã được công bố của các tác giả:

-Trần Thị Thanh (1998) [7] đã giới thiệu một số giải pháp xử lý đất trương nở trên thế giới như sau:

+Khi xây dựng đường và sân bay ở Liên Xôngười ta sử dụng đất loại sét có tính trương nở vào những vị trí có áp lực ngoài (lớp gia tải) lớn hơn áp lực trương nở của loại đất đó

+Trong xây dựng đường ô tô vùng nhiệt đới ở Bắc Camơrun người ta dùng phương pháp bọc kín một phần hoặc toàn bộ thân nền đường bằng những màng không thấm nước

+Ở tỉnh Hồ Bắc – Trung Quốc người ta dùng vải địa kỹ thuật để gia cố chống trượt cho mái dốc được đắp bằng loại đất sét có tính trương nở

- A Al-Rawas, A W Hago và H Al-Sarmi (2005) [14] đã giới thiệu giải pháp xử lý tính trương nở của đất bằng vôi, xi măng, tro bay và cặn dầu thô khi xây dựng nền đường tại Irag và Oman

- Amer Ali Al-Rawas & Mattheus F.A.Goosen (2006) [15] đã công bố kết quả nghiên cứu giải pháp cải tạo tính trương nở của đất loại sét bằng vôi khi xây dựng công trình giao thông tại khu vực Ankara (Thổ Nhỹ Kỳ) Theo kết quả nghiên cứu này khi trộn thêm 4% vôi vào đất có độ trương nở Dtr.n=16% thì sẽ làm giảm độ trương nở còn 3%,

và với hàm lượng vôi đó thì cường độ của đất cũng tăng lên đáng kể, sự phát triển của cường độ chủ yếu diễn ra ở các giai đoạn giai đoạn từ 0 đến 30 ngày tuổi còn sau 30 ngày tuổi sự phát triển cường độ bắt đầu chậm lại

- Mohammed Y Fattah, Firas A Salman vàBestun J Nareeman(2010) [16] đã giới thiệu giải pháp dùng vôi, puzzolan tự nhiên trộn với đất để làm giảm tính trương nở của đất đắp đường tại Mỹ và Xu Đăng

1.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng đất loại sét có tính trương nở vào công trình đất đắp ở Việt Nam:

1.2.1 Một số nghiên cứu cơ bản về các đặc tính trương nở tan rã của đất đắp

Trước những năm tám mươi của thế kỷ này, hầu như không có những kết quả nghiên cứu sử dụng đất trương nở vào việc xây dựng công trình tuy nhiên cũng có những kết quả nghiên cứu về đất có chứa nhiều khoáng montmorillonite để dùng trong công nghiệp, kỹ thuật khoan, hoặc làm dung dịch tạo hào vách đứng khi thi công tường chống thấm qua tầng cuội sỏi Thí dụ như, năm 1973-1974, Giáo sư Trần Như Hối cùng tập thể cán bộ Phòng nền móng Viện Khoa học Thủy lợi Hà Nội đã nghiên cứu

“Dùng dung dịch sét tạo hào vách đứng xây tường chống thấm qua tầng cát cuội sỏi dưới mực nước ngầm”

Năm 1978, Giáo sư Tiến sĩ Phạm Xuân cùng một số dịch giả khác đã dịch quyển sách

“Địa chất công trình” của Lomtaze trong đó có giới thiệu nhiều kết quả nghiên cứu về tính trương nở của đất dính ở nhiều vùng thuộc Liên Xô

Theo Trần Thị Thanh (1998) [7] năm 1984 PTS Chu Thường Dân và một số tác giả khác đã nghiên cứu đặc điểm biến dạng bờ mỏ ở một số mỏ than và có nhận xét: “Sự phong hóa, trương nở giảm độ bền của đất đá là nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng trượt dòng trên bờ mỏ Nà – Dương trong mùa mưa” Nhưng trong bài báo đó, các tác giả không có nêu số liệu thí nghiệm xác định các đặc trưng trương nở của đất thuộc đối tượng đã nghiên cứu Cũng theo Trần Thị Thanh (1998) [7] năm 1987, GS

TS Nguyễn Văn Thơ, trong luận văn tiến sĩ khoa học của mình có nêu lên “Những nguyên lý sử dụng các loại đất đặc biệt để xây dựng nền đường ôtô trong điều kiện nhiệt đới ẩm ở miền Nam Việt Nam” nhưng chưa đề cập đến vấn đề đất có tính trương

nở

Trong những năm gần đây do nhu cầu xây dựng ngày một cao, bên cạnh đó sự cố công

trình xảy ra ngày càng nhiều mà không ít trường hợp nguyên nhân là do tính trương nở của đất đắp, đất nền nên việc nghiên cứu tính trương nở của đất và đề ra các giải pháp

xử lý đã được một số tác giả nghiên cứu và công bố

- Trần Thị Thanh (1998) [7] đã nghiên cứu các đặc tính trương nở của các loại đất đắp

ở khu vực nam Trung Bộ và Tây Nguyên và đưa ra một số kết luận như sau:

+ Các loại đất bồi tích, tàn tích, sườn tích trên các nền đá gốc có thành phần khoáng vật thạch học khác nhau như đá bazan, bột kết, cát kết, granit v.v… là những loại vật liệu tại chỗ thường được khai thác dùng vào công trình đất đắp, đặc biệt là dùng với khối lượng lớn để đắp đập xây dựng hồ chứa nước ở Tây Nguyên, Nam Trung Bộ

+ Trừ loại tàn tích, sườn tích trên đá gốc bazan, còn các loại đất bồi tích, các loại tàn tích và sườn tích có nguồn gốc từ bột kết, cát kết, granit đều có chứa khoáng vật sét montmorillonite với mức độ khác nhau Chính khoáng vật montmorillonite đã làm cho đất loại sét có chứa nó khi ngấm nước sẽ trương nở lớn hơn so với đất loại sét chỉ chứa khoáng vật chủ yếu kaolinite

+ Đối với loại đất có tính trương nở, độ bền cấu trúc được thể hiện qua vai trò lực dính

C có ảnh hưởng rất lớn đến mức độ trương nở của đất Sau khi phá vỡ kết cấu tự nhiên rồi chế bị lại cùng độ ẩm, độ chặt ban đầu, mẫu đất có mức độ trương nở tự do lớn hơn nhiều so với mẫu đất nguyên dạng

+ Mặt khác, theo thời gian, trong khối đất đắp được hình thành những liên kết cấu trúc mới có tác dụng làm giảm mức độ trương nở của đất đắp Do vậy, cần nghiên cứu đặc điểm trương nở của vật liệu đất để tìm giải pháp thích hợp sử dụng chúng vào công trình đất đắp, đặc biệt là đập đất trong công trình hồ chứa nước

+ Trong cùng một loại đất có tính trương nở, dung trọng khô (γc), độ ẩm ban đầu (Wo), thành phần cỡ hạt, áp lực bên ngoài khối đất đắp và môi trường nước có ảnh hưởng rất lớn đến hệ số trương nở tự do của nó

+ Trong điều kiện trương nở tự do, áp lực trương nở chống lại sự nén lún của đất với mức độ không đáng kể khi áp lực ngoài còn nhỏ hơn áp lực trương nở Nhưng nếu để đất trương nở tự do sẽ gây ra sự trương nở - co ngót không đều theo chu kỳ, tạo ra những vết nứt trong khối đất đắp.Mặt khác, khi trương nở tự do sức chống cắt của đất giảm đáng kể Những điều đó không có lợi cho sự ổn định của khối đất đắp, nhất là đập đất

+ Trong điều kiện không cho phép trương nở tự do (khi áp lực ngoài vượt quá áp lực trương nở) sức chống cắt của đất không giảm, hệ số thấm nước có xu hướng giảm Điều này có lợi cho sự ổn định của đập đất

- Lê Thanh Phong (2005) [4] đã đưa ra được quan hệ giữa độ chặt K và độ trương nở của một số loại đất từ đó kiến nghị phương pháp lựa chọn hệ số đầm nén K thích hợp

- Bùi Thanh Tùng (2005) [9] đã giới thiệu kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần khoáng vật, mức độ đầm chặt đến tính trương nở vật liệu đất đắp công trình đầu mối hồ chứa nước Ngàn Trươi và đã đưa ra một số kết luận sau:

+ Kết quả phân tích thành phần khoáng vật của đất cho thấy hàm lượng khoáng vật sét montmorillonite chiếm tỷ lệ nhỏ, thậm chí không đáng kể Tuy nhiên, hàm lượng khoáng vật hydromica là khoáng vật có mức độ hoạt tính đối với nước trung gian giữa khoáng vật montmorillonite và kaolinite chiếm tỷ lệ đáng kể (13 ÷ 37%) Do đó, đất trong khu vực này có tính trương nở khi có tác dụng của nước chủ yếu là do khoáng vật hydromica và kaolinite

+ So với mức độ đầm chặt K = 0,97 nếu đầm chặt ở K =0.95 thì mặc dù độ bền (sức chống cắt) của đất giảm, độ biến dạng (tính nén lún) và tính thấm (hệ số thấm) của đất tăng lên Tuy nhiên, các giá trị này vẫn nằm trong giới hạn chỉ tiêu đã cung cấp cho tính toán thiết kế đập, hay nói cách khác là nếu đắp đập với độ chặt k=0.95 thì mặt cắt đập như thiết kế trước đây (đắp với độ chặt k=0.97) vẫn đảm bảo ổn định

- Viện khoa học Thủy lợi Việt Nam (2015) [12] đã tổng kết đánh giá về hiện trạng và nguyên nhân gây ra sự cố tại các công trình hồ chứa vừa và nhỏ trên địa bàn Tây Nguyên như sau:

+ Đắk Lắc hiện có 50 hồ xảy ra hiện tượng thấm nền, 1 hồ thấm vai, 20 hồ thấm thân,

52 công trình bị sạt trượt trên mái thượng, hạ lưu hoặc cả hai, 3 đập bị nứt nẻ sâu, có

31 hồ bi thấm qua mang cống và 32 hồ bị xỏi lở hỏng tiêu năng sau cống,thấm vai và thân tràn

+ Tại Đắk Nông hiện có 43 hồ chứa đập đất bị xuống cấp, chủ yếu là thấm qua thân đập, đường đỉnh đập không còn đúng với thiết kế, do bị sụt, lún mạnh, quá trình bào mòn, xói lở bề mặt diễn ra khá phổ biến, mái thượng lưu chưa được gia cố bị sạt lở, mái hạ lưu ở một số hồ bị sạt;có 32 hồ chứa bị xói lở hai vai tràn, đặc biệt thân tràn (dốc nước hoặc bậc nước), đuôi tràn (thiết bị tiêu năng) và tường cánh, một số tràn

chưa có cầu giao thông, nguy hiểm cho người dân trong vùng khi mùa mưa lũ đến, nhiều công trình vẫn còn tràn xả lũ kết cấu bằng đất dễ bị xói lở khi có lũ lớn, có 19 công trình có cống đầu mối bị rò rỉ, gây xói thân đập đe dọa đến ổn định đập đất, bể tiêu năng bị xói lở

+ Tại Kon Tum Hiện có 52 hồ bị thấm mất nước qua thân,nền đập và mang cống; có

29 hồ bị biến dạng mái đập; 38 hồ mặt đập bị sụt lún, 27 hố tiêu năng tràn bị xói lở

+ Tại Gia Lai hiện có 14 hồ bị xói lở, sạt trượt mái thượng hạ lưu; 16 hồ thấm mất nước qua thân và nền đập; 13 hồ bị xỏi lở tiêu năng tràn

Về nguyên nhân gây ra các sự cố đó có nhiều, từ khảo sát thiết kế, thi công và quản lý

và ít nhiều có liên quan đến tính trương nở của đất đắp cũng như đất nền

1.2.2 Các nghiên cứu về gia cố đất bằng vôi

Tại Việt Nam việc sử dụng vôi để gia cố đất đã được nghiên cứu và ứng dụng vào thực tiễn xây dựng công trình từ rất lâu.Vào những năm 1970, Viện khoa học kĩ thuật Xây Dựng đã áp dụng gia cố đất bằng phụ gia vôi xây dựng nền đường cho một số tuyến đường ở miền Bắc như Hà Bắc, Lạng Sơn, Hà Nội Những năm gần đây do nhu cầu về

xử lý nền đất yếu nên hướng nghiên cứu chủ yếu tập trung lĩnh vực sử dụng vôi kết hợp với một số chất kết dính khác để xử lý nền đất yếu Dưới đây là một số kết quả nghiên cứu đã được công bố

- Viện khoa học kĩ thuật Xây Dựng (1976) [11] đã nghiên cứu dùng phụ gia vôi để gia

cố nền đường ỏ một số tỉnh phía Bắc Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng cường độ của đất gia cố vôi chỉ ứng với một hàm lượng nhất định, vượt qua giới hạn này cường độ gần như tỷ lệ nghịch với hàm lượng vôi, từ đó đã khuyến cáo khi dùng vôi để gia cố đất thì tỷ lệ sử dụng hợp lý nhất là từ 8-12% (khối lượng đất khô) Cũng theo tài liệu này các mẫu đất sau khi được gia cố bằng vôi ở các độ tuổi 7,14,28 ngày được ngâm trong nước tĩnh suốt 04 năm từ tháng 10 năm 1970 đến tháng 10 năm 1974 vẫn không

bị tan rã

- Lê Thị Phòng (2005) [5] đã nghiên cứu cải tạo đất sét pha có nguồn gốc bồi tích

thuộc hệ tầng Thái Bình (aQ2tb) phân bố ở Hưng Yên, cải tạo với các hàm lượng vôi là

2, 4, 6, 8% và phụ gia SA44/LS40 theo tỷ lệ 8,5/1,5 liều lượng phụ gia là 1 lít/6m3 để làm móng áo đường giao thông nông thôn Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng đầm chặt của đất có phụ gia lớn hơn đất không có phụ gia; mô đun đàn hồi của mẫu gia cố với hàm lượng vôi 6% có giá trị lớn nhất ở cả hai trường hợp có phụ gia và không có phụ gia Kết quả nghiên cứu cũng đã ứng dụng thử nghiệm tại đoạn đường Thiện Phiến đi Tiên Lữ và cho thấy, mô đun đàn hồi của đất gia cố khi cải tạo 4% vôi với phụ gia SA44/LS40 tương đương với 6% vôi

- Trịnh Thị Huế (2009) [3] đã nghiên cứu cải tạo đất bùn sét và bùn sét pha nguồn gốc

amQ2 phân bố ở Trà Vinh trộn với xi măng theo tỷ lệ 3, 6, 9, 12% và vôi với tỷ lệ 6,

9, 12% Kết quả nghiên cứu cho thấy với đất trộn xi măng thì cường độ kháng nén của mẫu tăng tỷ lệ thuận với hàm lượng xi măng và mẫu bùn sét pha có cường độ lớn hơn

so với mẫu bùn sét ở cùng tỷ lệ xi măng và ngày tuổi bảo dưỡng (28 ngày) Với mẫu trộn vôi thì cường độ mẫu ở 9% cho giá trị là tối ưu, mẫu ở 12% có giá trị là nhỏ nhất

- Viện Thủy Công (năm 2013) [13] đã nghiên cứu cải tạo đất than bùn hóa ở Kiên Giang và cho kết quả là khi hàm lượng xi măng tăng thì cường độ mẫu đất gia cố tăng Tuy nhiên, theo thời gian bảo dưỡng thì cường độ mẫu tăng đến khoảng thời gian là 56 ngày sau đó mẫu có xu hướng suy giảm Kết quả nghiên cứu cải tạo đất với phụ gia vôi cho thấy, cường độ mẫu có xu hướng phát triển theo thời gian và lượng vôi thích hợp là 2-4% so với lượng xi măng gia cố

1.2.3 Ứng xử với đất trương nở khi sử dụng làm vật liệu đắp đập

Khi mỏ vật liệu tìm kiếm được là sét có tính trương nở vẫn có thể sử dụng để đắp đập, tuy nhiên khi đó nó sẽ được đối xử một cách hợp lý để hạn chế tính chất bất lợi đó, cụ thể là:

- Bố trí loại đất trương nở vào những vị trí thích hợp nhằm giảm áp lực trương nở Đối với phần đất dính có tính trương nở nên đắp ở lõi đập hoặc dưới lớp gia tải bằng một lớp vật liệu không trương nở (đất không trương nở, đá, cát, sỏi) có chiều dày Đ sao cho thỏa mãn điều kiện

n tr

P

Đ ≥ .

×

γ

Trong đó:γ – dung trọng lớp vật liệu phủ

Ptr.n – Áp lực trương nở của đất,

- Chọn hệ số đầm nén (K), dung trọng khô (γc) và độ ẩm yêu cầu (Wyc) khi đầm nén thích hợp nhằm đảm bảo ổn định của đập đất và hạn chế mức độ trương nở của đất đắp

- Chọn quy trình khai thác và tưới ẩm thích hợp nhằm nâng cao tính đồng nhất, giảm tính trương nở của khối đắp

Kết luận chương 1

Trương nở là một trong các tính chất đặc biệt của đất và đã gây ra nhiều bất lợi khi sử dụng chúng làm vật liệu đất đắp cũng như làm nền móng công trình Tại Việt Nam cũng như trên thế giới hiện nay đã có rất nhiều các nghiên cứu về bản chất của sự trương nở đồng thời đề xuất các giải pháp cải tạo tính trương nở của đất Hầu hết các giải pháp đưa ra đều nhằm mục đich hạn chế mức độ trương nở tự do của đất hoặc gia

cố để chống lại sự giảm độ bền của đất do tính chất trương nở gây ra Trong đó giải pháp sử dụng các loại phụ gia như vôi, tro bay, hóa phẩm từ dầu mỏ ….để làm giảm tính trương nở của đất tương đối phổ biếnở một số quốc gia như Mỹ, Irag, Thỗ Nhĩ

Kỳ, Oman….Tại các quốc gia này các giải pháp sử dụng phụ gia nêu trên để cải tạo tính trương nở của đất đã được viết thành tiêu chuẩn, sách Tuy nhiên tại Việt Nam các giải pháp sử dụng các phụ gia để làm giảm tính trương nở của đất hầu như chưa được nghiên cứu và ứng dụng vào thực tế

CHƯƠNG 2: TÀI NGUYÊN ĐẤT PHONG HÓA TỪ ĐÁ MAGMA

NỞ CỦA CHÚNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRỘN VÔI

2.1 Đặc điểm phân bố của vỏ phong hóa magma trên địa bàn Tây Nguyên

Theo các tờ bản đồ địa chất tỷ lệ 1:2000000,B’Lao C-48-VI; PleikuD48-XXIV; Bến

Khế D-49-XXXI; Đà Lạt-Cam Ranh C-49-I&C-49-II; Đak ToD-48-II; Buôn Mê Thuật D-49- XXV; Bản Đôn D-48-XXX; An Khê D-49-XIX, Kon Tum D-48-XVIII; Măng Đen- Bồng Sơn D-49-XIII&D-49-XIV thì trên địa bàn Tây Nguyên các thành tạo magma

phổ biến đều khắp và đa dạng Chúng thường tạo thành những thể xâm nhập có diện lộ vừa đến lớn, có khi đạt đến hàng trăm km2 Các đá xâm nhập có tuổi cổ trong phạm vi nghiên cứu thường là những thể xâm nhập nhỏ, kéo dài hoặc không đều đặn, được phân chia như sau:

-Xâm nhập Proterozoi: Granit, granit-migmatit, granođiorit, granitvà granitogotit

- Xâm nhập Paleozoi sớm – giữa gồm: Đunit, pyroxenit granođiorit

- Xâm nhập Paleozoi muộn gồm: Gabro, gabrođiorit, dioritegabrođiorit và granit

- Xâm nhập Mezozoi sớm gồm: Granit, granoxienit

- Xâm nhập Mezozoi muộn – Kainozoi: Granodiorit, granit, granoxierit

- Các xâm nhập nông không phân chia gồm: Diorit,pocfirit và granitpocfia

2.1.1 Xâm nhập Proterozoi

+ Các granit + micmatit giai đoạn sớm (mPR)

Các thành tạo granit + migmatit này gặp chủ yếu ở phần phía Bắc của vùng nghiên cứu Gặp chúng dưới dạng những thể vỉa, lớp nhỏ kéo dài theo hướng Bắc – Đông

Bắc, hoặc những thể nhỏ có diện lộ không đều đặn và bị hầu hết các thành tạo magma trẻ xuyên cắt Phần trung tâm của khối phổ biến chủ yếu là granit hạt vừa, nhỏ, granit migmatit Ở đây đôi nơi còn sót lại các đá phiến nguồn gốc trầm tích Chúng lộ dưới dạng vỉa kéo dài theo phương chung với bề dày tương đối ổn định hoặc là dưới dạng những thấu kính nhỏ bị biến đổi phần nào và thành phần khoáng vật

Về thành phần thạch học các khối chủ yếu thường gặp là granit có ít biotit hạt vừa, hạt nhỏ cấu tạo gơnai và granodioritegơnai Về phương diện cấu tạo, nhìn chung các đá của khối thường có cấu tạo dạng gơnai, trong đó các khoáng vật màu xếp định hướng hoặc uốn lượn bao bọc các biến tinh fenpat Các hạt fenpat thành tạo ở giai đoạn trao đổi biến chất thường có dạng lăng trụ tự hình nằm cắt ngang phương cấu tạo gơnai.Về đặc điểm thạch hóa, đá tương đối giàu Nhôm, hàm lượng Silic cao, độ khoáng vật màu thấp Tuổi của các thành tạo xâm nhập tạm xếp vào Proterozoi bởi lẽ chúng chỉ gặp trong các đá trầm tích biến chất có tuổi cổ (PR) Ngoài ra căn cứ vào nguồn gốc và quá trình thành tạo thìgranit, micmatit thường phổ biến và ở thời kỳ trước Cambri

+ Các granitoit gơnai giai đoạn muộn

Phổ biến rộng rãi ở các phần phía Bắc của vùng, chúng thường tạo thành các thể xâm nhập có diện lộ vừa đến lớn, kéo dài, đôi khi đẳng thước trong các thành tạo biến chất

cổ Ranh giới tiếp xúc với đá vây quanh rõ ràng có khi chuyển tiếp do sự trao đổi thay thế tạo thành nhiều khoáng vật ở các giai đoạn sau Vành biến chất tiếp xúc nhìn chung không rộng, khoảng vài trăm mét đến hàng nghìn mét Đặc điểm biến chất thể hiện không đều phụ thuộc vào dạng địa chất và vị trí của các thể magma xâm nhập cũng như thành phần của chúng

Các thành tạo xâm nhập axit granitogơnai phổ biến khá rộng rãi dưới dạng các thể xâm nhập có diện lộ lớn, kéo dài cùng phương với đá vây quanh Chúng có ranh giới tiếp xúc thường chuyển tiếp đôi khi khó phân biệt đới nội, ngoại tiếp xúc Trong chúng gặp nhiều thể sót bị biến đổi với nhiều mức độ khác nhau và đều có phương chung với đá vây quanh và phương cấu tạo gơnai Các thể sót thường có kích thước trung bình 3x10m Đôi khi gặp nhiều thể sót dưới dạng vỉa lớp xen kẽ kéo dài hàng trăm mét Thành phần thạch học chủ yếu của khối là: Granitogơnai,granođioritogơnai biotit có ít hocblen Đá cấu tạo gơnai đặc trưng và cấu tạo vi uốn nếp, trong đó các khoáng vật màu hoặc xếp định hướng hoặc uốn lượn cùng các khoáng vật sáng màu Có thể cấu tạo vi uốn nếp là tàn dư của đá trầm tích biến chất cổ Ranh giới giữa các đá trên là chuyển tiếp và chúng phân bố không theo quy luật Đôi nơi trong chúng còn gặp loại plagiogranitogơnai có quan hệ tiếp xúc không rõ ràng với các đá khác trong khối Nghiên cứu chi tiết vi kiến trúc của granitogơnai và thành phần khoáng của chúng có

thể kết luận sơ bộ rằng granitogơnai được thành tạo do quá trình biến đổi của palgiogranitogơnai, granidioritogơnai và các loại đá biến chất khác Thành phần khoáng vật chủ yếu là plagiocla, fenpat, kali, thạch anh, biotite ít muscovit, hiếm hơn

là hocblen Các khoáng vật phụ phổ biến là apatit, ziacon

Tuổi của các thành tạo xâm nhập này tạm xếp vào Protezozoi, giai đoạn muộn vì chúng chỉ gặp trong các hệ đá biến chất trước Cambri Các trị số tuổi tuyệt đối của chúng hiện nay già nhất mới chỉ đạt đến 530 triệu năm, có lẽ do hiện tượng trẻ hóa

2.1.2 Các thành tạo xâm nhập Paleozoi sớm – giữa (PZ 1-2 )

Các khối magma xâm nhập được xếp vào giai đoạn này chủ yếu gặp ở phần phía Tây

và Bắc của vùng nghiên cứu Các đá đunit, pyroxenit (PZ1-2) thường thành tạo những khối nhỏ, đôi khi dạng thấu kính kéo dài theo phương với đá vây quanh

Thành phần khoáng vật chủ yếu của đunit, pyroxennit là: olivin, pyroxen, hocblen Tuổi của chúng dự kiến xếp vào Cambri – ocdovic pyroxenit của khối Khâm Đức có trị số tuổi tuyệt đối 530 triệu năm

Các thành tạo xâm nhập granođiorit, granit (γPZ1-2) phổ biến dưới dạng thể xâm nhập

có kích thước từ nhỏ đến vừa, kéo dài và gần như xuyên chỉnh hợp với đá vây quanh tựa như lớp đá magma nằm xen kẽ trong các trầm tích biến chất Các đá vây quanh đôi nơi bị fenpat hóa, thạch anh hóa, clorit hóa, xerixit hóa,….Vành biến chất tiếp xúc tương đối rộng tùy thuộc vào vị trí địa chất của thể xâm nhập

Thành phần thạch học chủ yếu là granođioritogơnai, granitogơnai, pha đá mạch gồm

có aplit, pematoit Đá mạch thường thành tạo những đai mạch nhỏ kéo dài khoảng 15m, chủ yếu phân bố ở đới tiếp xúc và trong phạm vi của khối pecmatoit hoặc là những thấu kính trong granođiorit hoặc mạch nhỏ xuyên lên đá vây quanh.Thành phần khoáng vật phổ biến là plagiocla, octola, thạch anh, biotit, hiếm nữa có hocblen, muscovit Khoáng vật phụ gồm apatit, ziacon Tuổi của các thành tạo granođiorit, granit tạm xếp vào cuối sillua vì chúng có trị số tuổi tuyệt đối 3 trăm triệu năm

+ Các xâm nhập gabro - gabronorit

Phân bố rải rác ở phần phía Bắc của vùng nghiên cứu dưới dạng các thể xâm nhập nhỏ Chúng có thể là những khối gabro đơn giản nhưng đôi khi thấy đi kèm với gabrođiorit, diorit Vì vậy việc tách chúng riêng tương ứng với giai đoạn hoạt động magma riêng biệt chỉ là giả thiết Thành phần khoáng vật chủ yếu là plagiocla, pyroxen xiên đơn, hiếm hơn pyroxen thoi, hocblen và các khoáng vật do quá trình biến đổi thứ sinh Các thành tạo magma gabro, gabronorit thường thấy phân bố trên các đá trầm tích biến chất Proterozoi và Paleozoi dưới Vì vậy tạm xếp chúng có tuổi trẻ hơn vào khoảng Paleozoi giữa – trên

+ Các thành tạo xâm nhập diorit – granođiorit và plagiogranit (γPZ3)

Diorit, granođiorit và plagiogranit thường tạo thành những thể xâm nhập vừa đến lớn phân bố rải rác khắp vùng nghiên cứu Chúng có thể thành tạo từng khối bao gồm cả 3 loại đá trên, nhưng cũng có khối chỉ phổ biến 2 loại hoặc granođiorit là chủ yếu

Diện lộ các khối thường trên hàng chục mét vuông có dạng đẳng thước hoặc méo mó

và ranh giới tiếp xúc xuyên cắt rõ ràng Đặc trưng của các thành tạo xâm nhập này là thường nhiều pha, mỗi pha được đặc trưng riêng về thành phần thạch học Pha đầu gồm có: Gabrođiorit, diorit; pha thứ 2: Granođiorit; pha thứ 3 tuy ít phổ biến là: Granit hoặc plagiogranit Pha đá mạch chủ yếu là lamprofia (spexactit),granođiorit pocfia, hiếm nữa là aplit, pecmatoit

Gabrođiorit, diorit đôi khi có thạch anh thành tạo những khối vừa đếnlớn với diện lộ hàng chục kilomet vuông Hình dạng méo mó Chúng bị các đá pha sau xuyên cắt Đôi khi gặp chúng dưới dạng những thể tù có kích thước từ 3-4m (đường kính) nằm gọn trong các đá pha sau Đá có màu xám xanh, khối trạng, đôi khi cấu tạo gơnai yếu Thành phần khoáng vật chủ yếu là plagiocla, hocblen, thạch anh (-=10%), fenpat kali (0-5%), biotit, khoáng vật phụ, apatit, sfen

Granođiorit và granit là 2 loại đá tương đối phổ biến, trong đó granođiorit chiếm tỉ lệ phổ biến hơn Thành phần khoáng vật về cơ bản giống với diorit bị biến đổi (apodiorit) nhưng plagiocla có thành phần axit hơn Đá có kiến trúc nửa tự hình, trong đó plagiocla tự hình hơn cả Ở những đá bị biến đổi thay thế fenpat kali tạo thành ban biến tinh lớn

Các đá mạch Spaxactit thành tạo những mạch thường có kích thước 0,5-1mm kéo dài hàng chục mét Một đôi nơi (ngoài phạm vi nghiên cứu) chúng tạo thành khối nhỏ với diện lộ gần 10.0 km Đá có kiến trúc pocfia với ban tinh hocblen dạng lăng trụ màu xanh xám sẫm Hàm lượng ban tinh có khi đến 15% Nền hạt nhỏ

Granođiorit pocfia là loại đá mạch tương đối phổ biến, chúng thường gặp ở đới ven rìa khối hoặc xa hơn với kích thước mạch 0,5-2m kéo dài hàng chục mét Ban tinh chủ yếu là Plagiocla, ít hơn fenpat kali và hocblen biotit

Aplit và pecmatoit thường thành tạo những mạch nhỏ hình dạng không đều đặn với bề dày thay đổi 0,2-0,5m Chúng chủ yếu xuyên theo các khe nứt tách có phương Tây

Bắc – Đông Nam

Nhìn chung các đá mạch aplit và pecmatoit ít phổ biến và chủ yếu phân bố ở các khu vực phát triển của thành tạo xâm nhập granođiorit Ở đây aplit và pecmatoit thường đi cùng dưới nhiều dạng kết hợp khác nhau

+ Các thành tạo xâm nhập granit (γBZ3)

Ở giai đoạn Paleozoi muộn các thành tạo xâm nhập granit khá phổ biến Chúng tạo thành những thể địa chất với diện lộ khá lớn dạng đẳng thước hoặc hơi kéo dài theo nhiều phương khác nhau Granit gây biến chất mạnh mẽ đá vây quanh, fenpat hóa, thạch anh hóa và các thành tạo biến chất nhiệt dịch ở nhiệt độ thấp Vành biến chất tiếp xúc rộng hẹp tùy thuộc vào đặc điểm ranh giới tiếp xúc với đá vây quanh Nhưng nhìn chung chúng gây biến chất mạnh mẽ và vành biến chất tương đối rộng

Thành phần thạch học chủ yếu là granit và granoxierit Đá giàu fenpat kali màu hồng nhạt, đôi khi có kích thước lớn với bề ngang hàng 10-15mm Đá mạch phổ biến là granit, aplit, pecmatoit, hiếm nữa có granit pocfia Các đá mạch chủ yếu gặp trong phạm vi khối xâm nhập, granit pocfia, đôi khi gặp ở đới ngoại tiếp xúc

Thành phần khoáng vật chủ yếu gồm có: Plagiocla axit, fenpat kali, thạch anh, biotit, khoáng vật phụ phổ biến apatit, octit, quặng, ziacon, sfen

Các thành tạo xâm nhập Paleozoi muộn phân bố khá rộng rãi Chúng chẳng những có mặt trong phạm vi vùng nghiên cứu mà còn phát triển rộng khắp ở đới Trường Sơn Nam Trong phạm vi vùng nghiên cứu chúng chỉ xuyên cắt những trầm tích biến chất

cổ và bị các xâm nhập trẻ hơn xuyên cắt So sánh chúng với các thành tạo xâm nhập tương tự ở khu vực khác, ở đó chúng xuyên qua các trầm tích Đevon hạ (D1đg) và bị

phủ bởi các trầm tích vụn Triat (T3 ns) Dựa trên cơ sở đó xếp chúng vào tuổi Paleozoi muộn

Các thành tạo xâm nhập Mezozoi sớm khá phổ biến trong phạm vi địa khối Kon Tum Chúng thường tạo thành các thể xâm nhập với diện lộ khá lớn, có khi đạt đến hàng trăm km2 với hình dạng không đều đặn, đẳng thước Chúng xuyên cắt và gây biến chất tiếp xúc không rộng lắm và không đồng đều Ngoài ra các thành tạo xâm nhập Mezozoi sớm cũng xuyên qua các đá magma thành tạo trước tạo thành những thể cán hoặc mạch nhỏ

Trong phạm vi vùng nghiên cứu các thành tạo Mezozoi sớm được phân chia thành 2 pha: Pha xâm nhập chính có kiến trúc hạt vừa đến lớn Đá có màu hồng nhạt hoặc xám sáng Ở đới tiếp xúc trong của chúng thường gặp loại granit sáng màu hơn, có khi hàm lượng fenpat kali giàu hơn Có nơi gặp granit pocfia với hàm lượng ban tinh 15-20% gồm có thạch anh dạng hình tròn, lưỡng tháp và fenpat màu hồng nhạt, trắng xám Trong chúng thỉnh thoảng gặp đá tù hoặc silic có kích thước 0,5-3cm Các thể đá tù hầu hết bị biến đổi với nhiều mức độ khác nhau Thành phần khoáng vật chủ yếu của granit gồm có plagiocla, fenpat kali, thạch anh, biotit, hiếm hơn có hocblen, khoáng vật phụ phổ biến ziacon, apatit, quặng

Các khoáng vật của granitoit thuộc Mezozoi sớm thường có mặt trong đá với hàm lượng không cố định Những nơi bị biến đổi bởi quá trình trao đổi kiềm kali, hàm lượng fenpat kali tăng lên đột ngột Ở ranh giới tiếp xúc, hàm lượng khoáng vật mẫu tăng lên, đặc biệt ở những nơi chứa nhiều thể tù và thể dị (Slia)

Các đá mạch aplit thường tạo thành những mạch có bề dày trên 1m, kéo dài có khi đến hàng chục mét Chúng chủ yếu xuyên theo phương Đông Bắc – Tây Nam dọc ven rìa

của khối xâm nhập Pecmatoit cũng như aplit tương đối khá phổ biến Thường gặp chúng ở ngay trong khối xâm nhập với nhiều kích thước và hình dạng khác nhau Pecmatoit gồm nhiều fenpat kali màu hồng thịt, thạch anh và có khi có muscovit, biotit

Nhìn chung các thành tạo xâm nhập Mezozoi sớm phổ biến rộng rãi và bị quá trình trao đổi biến chất sau magma mạnh mẽ Trong các đá đó phát hiện nhiều khoáng vật đặc trưng Chúng có trị số tuổi tuyệt đối 198 đến 201 triệu năm

Các thành tạo magma xâm nhập thuộc giai đoạn này phổ biến rộng rãi ở phần trung tâm và phía Nam của vùng nghiên cứu Chúng tạo thành nhiều thể xâm nhập có kích thước vừa đến lớn, rải rác xuyên quá các thành tạo xâm nhập cổ hơn và các trầm tích biến chất khác Mức độ gây biến chất đá xung quanh khá mạnh mẽ Có nơi chúng bị các thành tạo bazan trẻ phủ lên Vì vậy ranh giới tiếp xúc với đá vây quanh khác bị che lấp

+ Xâm nhập granođiorit, granit (MZ3)

Granođiorit và granit thường tạo thành các thể xâm nhập vừa đến lớn, chủ yếu gặp ở phần phía Nam của vùng nghiên cứu Các thể xâm nhập thường đẳng thước, diện lộ không đều, có khi là những khối kéo dài có phương gần Đông Bắc – Tây Nam Chúng gây biến chất mạnh mẽ đá vây quanh,thường tạo thành đá sừng cocdierit, biotit, cocdierit và chiastolit trong các đá trầm tích Jura Vành biến chất tiếp xúc rộng và giảm dần từ trong ra ngoài Thành phần thạch học chủ yếu là granođiorit, granitở đới tiếp xúc trong, có nơi phổ biến xienitdiorit, pyroxen, hiếm nữa diorit Đá mạch nói chung ít phổ biến, thường chỉ gặp granođiorit pocfia, aplit Đá mạch phân bố chủ yếu trong phạm vi khối hoặc ở đới ven rìa dưới dạng những đai mạch nhỏ kéo dài hàng chục mét Thành phần khoáng vật chủ yếu là plagiocla, octola, thạch anh, hocblen, biotit, hiếm nữa có pyroxen.Tuổi của chúng xếp vào Jura muộn – creta, chúng xuyên qua trầm tích Jura hạ và có tuổi tuyệt đối 98-101 triệu năm

+ Xâm nhập granit,granoxienit

Các thành tạo xâm nhập granit, granoxienit phổ biến khá rộng rãi ở trung tâm cũng như phía Nam của vùng nghiên cứu Chúng thường tạo thành các thể xâm nhập lớn, vừa có khối với diện lộ hàng trăm km2 Trong quá trình thành tạo chúng được chia thành hai pha xâm nhập và pha đá mạch Pha xâm nhập đều phổ biến granit hạt vừa, lớn, màu hồng nhạt Pha xâm nhập thứ hai là hạt vừa, nhỏ, màu xám trắng phớt hống

Đá mạch thường gặp aplit, granit aplit và pecmatoit Aplit là những mạch nhỏ kích thước 0,3-0,51, kéo dài hàng trăm mét vuông xuyên qua các khe nứt có nhiều phương khác nhau với góc dốc thay đổi 10-700 Pecmatoit thường tạo thành những mạch nhỏ kéo dài hàng chục mét hoặc thấu kính độc lập là ổ nhỏ trong các mạch aplit

Granitvà granoxienit có tuổi tuyệt đối 80 triệu năm và đặc trưng cho giai đoạn hoạt động magma khá rầm rộ vào cuối Mezozoi, đầu Kainozoi Trước và sau chúng đều có hoạt động phun trào đi kèm có thành phần thạch học gần gũi với chúng

f) Các thành tạo xâm nhập nông không phân chia

Các thành tạo xâm nhập nôngphổ biến rải rác khắp vùng nghiên cứu Thành phần thạch học chủ yếu gồm diorit pocfiarit và granit pocfia, granoxienit pocfia Chúng thường có dạng các thể xâm nhập nhỏ kiểu đai mạch có kích thước không quá 10m (bề ngang), kéo dài có khi đến hàng chục mét Chúng xuyên cắt các trầm tích biến chất cổ cũng như xuyên qua các thành tạo xâm nhập có tuổi khác

Vỏ phong hóa trong đá magma axit thường có chiều dày thay đổi từ 5.0 -40.0m Thành phần chủ yếu là sét pha lẫn các mảnh dăm, đôi chỗ lẫn các tảng phong hóa sót Cấu trúc đặc trưng của vỏ phong hóa trên đá magma axit bao gồm các đới địa chất như sau: Đới 1 (đới sườn tích dQ): Thành phần chủ yếu của đới này sét pha lẫn sỏi sạn màu nâu

đỏ, nâu vàng trạng thái dẻo cứng,chiều dày thay đổi từ 1-5.0m

Đới 2 (đới tàn tích eQ): Thành phần chủ yếu của đới này sét pha dăm mảnh màu nâu

đỏ, nâu vàng đốm trắng đen trạng thái nửa cứng, chiều dày thay đổi từ 5-15.0m, trong đới này thường lẫn các tảng phong hóa sót kích thước có thể đến 10.0m

Đới 3 (đới đá phong hóa mãnh liệt): Thành phần chủ yếu của đới này đá magma axit phong hóa mãnh liệt màu xám xám vàng đốm trắng đen, đá mềm yếu phần lớn đã biến đổi thành đất tuy nhiên vẫn giữ nguyên cấu trúc của đá mẹ Đới này có chiều dày tương đối lớn thường thay đổi từ 1-15.0m

Đới 4 ( Đới đá phong hóa mạnh đến vừa): Đá thường có cấu tạo khối màu xám đen đốm trắng mặt khe nứt ngả màu xám đen, xám vàng Đá cứng chắc

Hình 2.1 Mặt cắt điển hình của vỏ phong hóa trên đá magma axit

Theo Nguyễn Việt Kì, Nguyễn Văn Tuấn (2005)[2] thành phần khoáng vật của vỏ phong hóa trên đá magma axitchủ yếu là thạch anh, kaolinite, geotite, hydromica,chi tiết được trình bày ở bảng 2.1 dưới đây

Bảng 2.1 Thành phần khoáng hóa của vỏ phong hóa trên đá magma axit khu vực Tây Nguyên

Thành phần khoáng vật

chủ yếu

Thành phần hóa học chủ yếu SiO2

70-80 10-20 0,3-7,0

Từ bảng 2.1 cho thấy thành phần khoáng vật của vỏ phong hóa trên đá magma axit có chứa các khoáng vật hydromica đây là loại khoáng vật trung gian giữa mica và montmorillonite và độ hoạt tính của khoáng vật này thay đổi từ 0,5 đến 1,0 Theo kết

quả nghiên cứu của Bùi Thanh Tùng (2010) [9] thì khả năng hấp thu nước của hydromica là một trong các nguyên nhân gây ra tính trương nở của đất khi gặp nước

2.2 Cơ sở lý thuyết của giải pháp cải tạo tính trương nở của đất bằng vôi

2.1.1 Cấu trúc mạng tinh thể của một số khoáng vật sét

Theo V.DLômtađze (1978) [17] nhóm khoáng vật sét trong các đất loại sét bao gồm alofan, kaolinite, nakrite, dickte, haluazite, hidromuscovite, ilite, monotecmite, xerixit, hidrobiotite, gloconite, beydelite, montmorillonite và nontronite Trong đó thường gặp nhất là các nhóm kaolinite, montmorillonite và nhóm hydromica (hidromuscovite, ilite, hidrobiotite, gloconite) Sơ đồ phân bố các lớp ở mạng tinh thể của các nhóm khoáng vật chính được thể hiện ở hình 2.2 dưới đây

Hình 2.2 Sơ đồ phân bố các lớp ở mạng tinh thể khoáng vật sét:

a – kaolinite, b – hydromica, c – montmorillonite,

Nhóm kaolinite: gồm các khoáng vật kaolinite, haluazite, dickite, và nakrite có cùng một thành phần hóa học như nhau, nhưng khác nhau về kiến trúc và tính chất vật lý Dấu hiệu đặc trưng của của các khoáng vật thuộc nhóm này là phần lớn đều có tinh thể hình 6 cạnh rất rõ Kaolinite là khoáng vật phổ biến nhất và được nghiên cứu kỹ nhất,

và là những khoáng vật tạo đá chính của sét kaolinite và các loại sét dạng kaolinite khác

Mạng tinh thể của kaolinite (Hình 2.2 a) tương đối bền và ổn định Mỗi tập của mạng tinh thể gồm một lớp các khối 4 mặt oxit silic và một lớp các khối tám mặt hiđrôxit alumin xen kẽ nhau Các lớp tiếp xúc của hai tập kế cận nhau tạo nên mạng tinh thể kaolinite thì rất khác nhau: lớp trên của tập dưới được thành tạo bởi các nhóm hidrôxyl (OH-), còn lớp dưới của tập trên nằm kề nó thì có các nguyên tử oxi(O2+

) Mối liên kết

ở bên trong của các tập cũng bền vững, đó là do các lớp chuyển tiếp của các ion tích điện dương và điện âm Do đó mà mạng tinh thể không di động và vì vậy các tinh thể kaolinite tương đối lớn, khả năng hấp thụ nước và trương nở không đáng kể

Nhóm montmorillonite gồm phần lớn các khoáng vật phức tạp và đa dạng về thành phần: montmorillonite, nontronite, hectorite, xaponite, …Những khoáng vật này khác nhau về thành phần cation ở trong các khối 8 mặt của mạng tinh thể và tạo thành một dãy các chất đồng hình mà trong số đó có thể chia ra làm ba loại chính: nhóm oxit, sắt

và magiê Theo nghiên cứu ở kính hiện vi điển tử, các dạng của dãy đồng hình này thì khác nhau về hình thái của bản thân các hạt, nhưng nói chung chúng đều có đặc điểm

là có độ phân tán cao và tính chất mơ hồ đường nét Dấu hiệu đặc trưng của các khoáng vật thuộc nhóm montmorillonite là lượng nước trong thành phần của chúng thay đổi mạnh tùy theo độ ẩm của môi trường xung quanh; đồng thời nước có thể tách

ra khỏi khoáng vật để đi vào trong không khí, nếu độ ẩm của không khí thấp và ngược lại, có thể ấp thụ nước của không khí ẩm

Cấu trúc mạng tinh thể (hình 2.2 c) của montmorillonite nói chung gần giống cấu trúc mạng tinh thể của kaolinite, nhưng khác với kaolinite là các tập lớp riêng biệt của montmorillonite đối xứng nhau Mỗi tập mạng ở trên và ở dưới đều kết thúc bằng các lớp gồm những khối bốn mặt oxit silic và giữa các lớp này lại có một lớp gồm những

khối 8 mặt hidrôxit alumin Các tập lớp của montmorillonite quay các lớp đồng nhất (gồm 8 nguyên tử ôxi) lại phía nhau Mối liên kết giữa các tập này yếu hơn mối liên kết giữa các tập mà các lớp nguyên tử khác tên quay lại với nhau như kaolinite Vì vậy, nước dễ thấm vào trong mạng tinh thể của montmorillonite, làm cho mạng này bị dãn ra và có khả năng trương nở mạnh Đồng thời mạng tinh thể của nó dễ bị tách ra,

do đó mà các tinh thể của khoáng vật này không bao giờ đạt được kích thước lớn Ở trong nước những tinh thể này có thể bị phân rã thành những hạt có kích thước nhỏ hơn 0,001mm, do đó làm tăng tỉ bề mặt

Mạng tinh thể montmorillonite cũng có đặc điểm là có khả năng thay thế ở bên trong những ion này bằng những ion khác có hóa trị nhỏ hơn (Al3+ thay bằng Mg2+ và Si4+thay bằng Al3+). Sự thay thế này làm xuất hiện ở trong mạng tinh thể các hóa trị phụ,

tự do và tăng khả năng hấp thụ của nó Những đặc điểm đặc biệt này của cấu trúc mạng tinh thể montmorillonite làm cho nó có tính linh động và tính ưa nước rất cao

Hydromica là nhóm lớn của các khoáng vật mica và là các sản phẩm hiđrat hóa ở mức

độ khác nhau của mica Trong nhóm này có hidromuscovite, ilite, gloconite, xeladonite (gloconite có sắt), hidrobiotite, v.v… hydromica chiếm vị trí trung gian giữa mica và montmorillonite

Theo kết quả nghiên cứu bằng kính hiển vi điển tử, người ta đã xác nhận rằng những khoáng vật thuộc nhóm này có đặc điểm là chiều dày của các hạt không lớn và dường nét của chúng rất rõ

Ở trong các ảnh, những tấm hydromica mảnh, màu xám, có cùng kích thước, đôi khi hình dạng hơi kéo dài và các đường nét thì rất rõ Tính chất mờ nhạt của các đường nét hạt ở một sô loại hydromica mà ta quan sát được chứng tỏ rằng có sự phá hủy của chúng khi vận chuyển và có sự thay thế bằng các khoáng vật của nhóm montmorillonite

Theo ý kiến của nhiều nhà nghiên cứu, thì kiến trúc mạng tinh thể (hình 2.2 b) của hydromica giống như kiến trúc mạng của montmorillonite Tuy nhiên, sự có mặt trong mạng hydromica các ion kali phân bố ở giữa các tập lớp làm cho những tập này chắc hơn, tạo cho hydromica có độ bền hơn và không có tính di động Vì vậy các tinh thể