Ảnh hưởng của việc lọc muối tới đặc trưng cơ lý của đất nhiễm mặn và ứng dụng để tính toán sức chịu tải của cọc ở cần giờ tp hồ chí minh

Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của việc lọc muối đến đặc trưng vật lý của đất nhiễm mặn vùng Cần Thạnh, Cần Giờ - Thành phố Hồ Chí Minh .... Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của việc lọc muối

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HUỲNH TẤN PHÁT

ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC LỌC MUỐI TỚI ĐẶC TRƯNG CƠ

LÝ CỦA ĐẤT NHIỄM MẶN VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ TÍNH TOÁN

SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC Ở CẦN GIỜ TP.HCM

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC THỰC HIỆN TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS ĐỖ THANH HẢI

Cán bộ chấm nhận xét 1 : GS.TS TRẦN THỊ THANH Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS ĐINH HOÀNG NAM

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý

chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

PGS.TS CHÂU NGỌC ẨN

TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA TP.HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM

KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Tp HCM, ngày 30 tháng 11 năm 2012

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: HUỲNH TẤN PHÁT Giới tính : Nam

Ngày sinh : 08/08/1987 Nơi sinh : Đồng Nai

Chuyên ngành : Địa Kỹ thuật Xây dựng MSHV : 11090320

Khoá : 2011

1- TÊN ĐỀ TÀI:

” Ảnh hưởng của việc lọc muối tới đặc trưng cơ lý của đất nhiễm mặn và ứng dụng

để tính toán sức chịu tải của cọc ở Cần Giờ, Thành phố Hồ Chí Minh ”

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

Mở đầu

Chương 1 Tổng quan về khu vực đất nhiễm mặn ở Cần Giờ và tình hình nghiên cứu

về đất nhiễm mặn trên thế giới và trong nước

Chương 2 Cơ sở lý thuyết về độ mặn của đất, các phương pháp thí nghiệm trong

phòng và ngoài hiện trường

Chương 3 Tiến hành thí nghiệm ngoài hiện trường và các thí nghiệm trong phòng,

chế tạo thiết bị lọc muối

Chương 4 Kết quả thí nghiệm ngoài hiện trường và các thí nghiệm trong phòng Chương 5 Ứng dụng tính toán sức chịu tải của cọc ở Cần Giờ-TP.HCM

Kết luận, kiến nghị

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02/07/2012

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30/11/2012

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS ĐỖ THANH HẢI

Nội dung và đề cương Luận văn Thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

QL CHUYÊN NGÀNH

TS ĐỖ THANH HẢI PGS.TS VÕ PHÁN

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Thầy TS Đỗ Thanh Hải, vì Thầy đã luôn tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ, động viên và truyền đạt cho em nhiều kiến thức quan trọng và quý báu, làm nền tảng cho việc học tập, nghiên cứu

về sau

Em xin chân thành cảm ơn Quí Thầy Cô trong bộ môn Địa Cơ Nền Móng đã nhiệt tình dạy bảo chúng em trong thời gian qua Nhân đây, em xin gửi lời biết ơn đến Thầy Võ Phán và Cô Ngọc đã rất quan tâm giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em thực hiện luận văn này Em cảm ơn Thầy Vinh và Thầy Nghĩa đã cho em những góp ý, nhận xét quan trọng về đề cương luận văn của mình

Và em cũng xin chân thành cảm ơn Quí Thầy Cô trong bộ môn Hình Họa- Vẽ

Kỹ Thuật đã luôn hỗ trợ cho việc giảng dạy của em Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến Cô Huyền vì Cô đã tận tình dạy bảo, khích lệ và động viên em rất nhiều

Em xin cảm ơn gia đình và các bạn bè thân hữu đã giúp đỡ em trong thời gian vừa qua

Lời sau cùng, em muốn nói rằng: “ Luận văn thạc sĩ này là món quà ý nghĩa nhất con xin kính tặng mẹ Con chúc mẹ luôn có thật nhiều sức khỏe để sống vui, sống trẻ và mãi luôn ở bên các con, các cháu”

Tp.Hồ Chí Minh, Ngày 30 tháng 11 năm 2012

TÓM TẮT LUẬN VĂN

ĐỀ TÀI:

ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC LỌC MUỐI ĐẾN ĐẾN ĐẶC TRƯNG CƠ

LÝ CỦA ĐẤT NHIỄM MẶN VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC Ở CẦN GIỜ, TP.HCM

TÓM TẮT:

Ảnh hưởng của việc lọc muối đến các đặc trưng vật lý và cơ học của đất sét nhiễm mặn đã được biết đến rộng rãi Theo nhiều nghiên cứu trên thế giới, khi hàm lượng muối trong đất giảm sẽ làm thay đổi đặc trưng cơ lý của đất so với ban đầu

Luận văn này khảo sát ảnh hưởng của việc lọc muối đến đặc trưng cơ lý của đất nhiễm mặn vùng Cần Giờ, Thành Phố Hồ Chí Minh Việc đo độ mặn phân bố theo độ sâu được tiến hành trong phòng thí nghiệm theo phương pháp “chiết suất đất – nước”

Các độ sâu có chứa hàm lượng muối cao được tiến hành khảo sát các tính chất vật lý và cơ học của mẫu tự nhiên và mẫu sau khi lọc muối Các mẫu thí nghiệm được so sánh trong cùng điều kiện chỉ khác về hàm lượng muối trong đất Kết quả thí nghiệm cho thấy tính chất cơ lý của đất ở Cần Giờ thay đổi khá phức tạp khi hàm lượng muối trong đất giảm sau khi lọc Độ ẩm của mẫu sau lọc chỉ tăng ít

rệt chỉ số dẻo (IP) và làm tăng chỉ số nhão (IL)

Đất sau khi lọc muối có sức chống cắt thấp hơn hẳn đất nhiễm mặn tự nhiên thông qua sự giảm 2 thông số quan trọng là lực dính c và góc ma sát trong φ Trong

đó, φ giảm không đáng kể, nhưng lực dính c giảm từ 40% đến 50% so với mẫu ban đầu Hơn nữa, tính nén lún tăng khi đất nhiễm mặn vùng Cần Giờ bị lọc muối từ hàm lượng muối 7.5g/l xuống còn 1g/l sau 21 ngày

Cuối cùng, việc ứng dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation để phân tích ổn định và biến dạng của móng cọc trong quá trình thi công sẽ giúp các kỹ sư thiết kế

có phương án hợp lý Kết quả cho thấy sức chịu tải của cọc giảm khoảng 7% và làm tăng độ lún lên khoảng 6.5% khi so sánh đất tự nhiên với đất đã bị lọc muối

SUMMARY OF THESIS

TITLE:

EFFECT OF LEACHING ON GEOTECHNICAL PROPERTIES OF SALT-RICH SOIL AND APPLYING FOR DERTEMINATION OF PILE BEARING CAPACITY IN CAN GIO- HO CHI MINH CITY

ABSTRACT:

Effect of leaching on the physical characteristics and mechanical properties

of the deposit marine clay has been widely known According to several studies in the world, the geotechnical properties will change if the salt content in soil decreases This thesis focuses on the effect of leaching on geotechnical properties of salt-rich soil in Can Gio, Ho Chi Minh City The measurement of salinity distribution with depth was conducted in the laboratory by the method of

"extracting soil - water"

Samples in the depth of high salt content have investigated the physical and mechanical properties between natural clay and leached clay The samples were compared with the same conditions except salinity The experimental results showed that the geotechnical properties of soil in Can Gio changed after leaching

Leached clay had a lower shear strength, showed in two parameters as cohesion (c) and internal friction angle (φ) Cohesion value of leached soil decreased in range of 40 to 50% while internal friction angle had a little decrease Furthermore, the compressibility increased when the Can Gio marine clay was leached concentration 7.5 g / l down to 1 g / l after 21 days

Lastly, application Plaxis 3D Foundation for analysis the deformation and settlement of piles group in all the steps will help the designers have suitable methods It is showed that, ultimate bearing capacity and foundation settlement decreased about 7% and 6.5%, respectively, in comparison between natural and leached soil

DANH MỤC CÁC BẢNG

Chương 1

Bảng 1.1 Sự thay đổi đặc trưng cơ lý của mẫu đã lọc và mẫu không lọc 7

Bảng 1.2 Bảng tổng kết đặc trưng nén lún của mẫu trước và sau lọc 8

Bảng 1.3 Sự thay đổi đặc trưng cơ lý của đất bị rửa mặn đã được nghiên cứu 11

Bảng 1.4 Bảng tổng kết đặc trưng nén lún của mẫu trước và sau lọc 15

Chương 2 Bảng 2.1 Tên đất và trạng thái của đất theo TCXD 45-78 16

Bảng 2.2 Tên các loại bùn theo TCXD 45-78 17

Bảng 2.3 Phân loại đất theo ASTM D2487 17

Bảng 2.4 Phân loại đất nhiễm mặn theo dạng muối trong đất 19

Bảng 2.5 Phân loại đất nhiễm mặn theo mức độ nhiễm muối 19

Bảng 2.6 Thời gian lọc muối của một số nghiên cứu trên thế giới 22

Bảng 2.7 Các tiêu chuẩn thí nghiệm 25

Bảng 2.8 Đánh giá thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT 28

Bảng 2.9 Đánh giá thí nghiệm xuyên tĩnh CPT 30

Chương 3 Chương 4 Bảng 4.1 Kết quả đo độ mặn ban đầu 60

Bảng 4.2 Kết quả phân tích thành phần hóa của mẫu đất tự nhiên 61

Bảng 4.3.Kết quả lọc muối theo mô hình lọc thứ hai 61

Bảng 4.4 So sánh thời gian lọc muối của tác giả với một số nghiên cứu trên thế giới 63

Bảng 4.5 Kết quả lọc muối theo mô hình lọc thứ ba 65

Bảng 4.6 Kết quả xác định độ ẩm W trước và sau khi lọc 66

Bảng 4.7 Kết quả xác định giới hạn nhão WL trước và sau khi lọc 67

Bảng 4.8 Kết quả xác định giới hạn dẻo Wp trước và sau khi lọc 67

Bảng 4.9 Kết quả tổng hợp W, WL , WP , IP , IL trước và sau khi lọc 68

Bảng 4.10 So sánh kết quả thí nghiệm đạt được với nghiên cứu của Bjerrum 69

Bảng 4.11 Kết quả xác định dung trọng riêng γW trước và sau khi lọc 71

Bảng 4.12 Kết quả tổng hợp dung trọng riêng γW, dung trọng riêng khô γk 71

Bảng 4.13 Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp mẫu -16m và -18m 73

Bảng 4.14 Kết quả tổng hợp thí nghiệm cắt trực tiếp mẫu -16m và -18m 73

Bảng 4.15 So sánh kết quả với nghiên cứu của Bjerrum [1] và Ismale [3] 74

Bảng 4.16 Kết quả thí nghiệm nén ba trục mẫu -17m 75

Bảng 4.17 Kết quả tổng hợp thí nghiệm nén cố kết mẫu -16m và -18m 77

Bảng 4.18 So sánh kết quả thí nghiệm nén cố kết với các nghiên cứu trước đó 77

Chương 5 Bảng 5.1 Bảng tính toán sức chịu tải của cọc trong hai điều kiện tự nhiên và đã lọc 86

Bảng 5.2 Bảng so sánh kết quả tính toán sức chịu tải cực hạn của cọc trong hai điều kiện đất tự nhiên và đất đã lọc 90

DANH MỤC CÁC HÌNH Chương 1

Hình 1.1 Vị trí khu vực khảo sát 4

Hình 1.2 Mặt cắt địa chất khu vực Cần Thạnh, Huyện Cần Giờ 5

Hình 1.3 Sự thay đổi của độ ẩm W, WL và WP theo nồng độ muối 6

Hình 1.4 Sự thay đổi tỉ số (c/p) hay (Su/p) theo chỉ số dẻo IP 6

Hình 1.5 Mô hình - thiết bị lọc mẫu 7

Hình 1.6 Đồ thị đường cong nén lún e – logp cho mẫu trước và sau lọc 8

Hình 1.7 Kết quả thí nghiệm nén 3 trục mẫu tự nhiên và mẫu lọc 8

Hình 1.8 Kết quả thí nghiệm đất sét trầm tích mẫu tự nhiên và mẫu đã lọc 9

Hình 1.9 Quan hệ giữa độ nhạy và hàm lượng muối trong đất sét biển NaUy 9

Hình 1.10 Mặt cắt và thí nghiệm đo pH và hàm lượng muối tại hiện trường tại khu vực Hawjeon 10

Hình 1.11 Khảo sát sự biến thiên của hệ số rỗng trước và sau khi lọc 10

Hình 1.12 Thiết bị lọc tự chế trong đề tài nghiên cứu 14

Chương 2

Hình 2.1 Thiết bị đo độ mặn CPC-401 20

Hình 2.2 Các bước thực hiện đo độ mặn của đất 21

Hình 2.3 Ảnh hưởng của việc lọc muối đến cấu trúc của đất sét nguyên dạng vùng biển 22

Hình 2.4 Sơ đồ thí nghiệm lọc muối trên thiết bị nén cố kết thông thường 23

Hình 2.5 Sơ đồ quá trình lọc và lắp ráp thiết bị nén 24

Hình 2.6 Các trạng thái của đất theo độ ẩm 26

Hình 2.7 Các bước tiến hành thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn 28

Hình 2.8 Thí nghiệm xuyên tĩnh hiện trường 29

Chương 3 Hình 3.1 Sơ đồ lấy mẫu và đóng SPT ngoài hiện trường 32

Hình 3.2 Khoan khảo sát lấy mẫu thí nghiệm và đóng SPT 32

Hình 3.3 Mẫu thí nghiệm lấy ngoài hiện trường được ký hiệu và bảo quản cẩn thận trong phòng thí nghiệm 33

Hình 3.4.Thí nghiệm xuyên tĩnh CPT ngoài hiện trường 34

Hình 3.5 Các ống mẫu được lựa chọn ở 11 độ sâu tương ứng 34

Hình 3.6 Thí nghiệm đo hàm lượng muối trong phòng theo phương pháp chiết suất đất-nước tỷ lệ 1:5 về khối lượng 35

Hình 3.7 Các mẫu được ký hiệu và bọc bao ni long cẩn thận để tránh thoát ẩm 35

Hình 3.8 Đo hàm lượng muối ban đầu trong đất (ISS) ở các độ sâu tương ứng 36

Hình 3.9 Mô hình lọc muối thứ nhất 37

Hình 3.10 Thiết bị lọc tự chế theo mô hình lọc muối thứ nhất 38

Hình 3.11 Vết nứt xuất hiện trên thau lọc và biện pháp khắc phục tạm thời 38

Hình 3.12 Mô hình lọc muối thứ hai 39

Hình 3.13 Thiết bị lọc tự chế theo mô hình lọc muối thứ hai 40

Hình 3.14 Mô hình lọc muối thứ ba 41

Hình 3.15 Thiết bị lọc tự chế theo mô hình lọc muối thứ ba 42

Hình 3.16 Mẫu đất sau khi đã lọc xong được lấy ra khỏi ống nhựa 43

Hình 3.17 Mô hình và thiết bị Casagrande 45

Hình 3.18 Đất trong đĩa khép lại một đoạn dài 12.7mm (1/2 inch) 46

Hình 3.19 Phân loại đất và trạng thái theo ASTM tra giản đồ Casagrande 47

Hình 3.20 Thí nghiệm cắt trực tiếp 50

Hình 3.21 Thí nghiệm nén ba trục theo sơ đồ U-U 53

Hình 3.22 Thí nghiệm nén cố kết 55

Hình 3.23 Xác định PC theo phương pháp 1 57

Hình 3.24 Xác định PC theo phương pháp 2 58

Chương 4 Hình 4.1 Đo hàm lượng muối ban đầu trong đất (ISS) ở các độ sâu tương ứng 60

Hình 4.2 Biểu đồ thay đổi độ mặn theo thời gian trong quá trình lọc muối 62

Hình 4.3 Thí nghiệm kiểm chứng lại kết quả quá trình lọc muối 64

Hình 4.4 Biểu đồ thay đổi độ mặn trong quá trình lọc muối (mô hình ba) 65

Hình 4.5 Biểu đồ quan hệ độ ẩm W - logN để xác định giới hạn nhão (chảy) WL 67

Hình 4.6 Biểu đồ thay đổi độ ẩm, giới hạn nhão WL và giới hạn dẻo WP khi hàm lượng muối thay đổi 70

Hình 4.7 Biểu đồ thay đổi chỉ số dẻo IP và chỉ số nhão IL khi hàm lượng muối thay đổi 70

Hình 4.8 Biểu đồ thay đổi trọng lượng riêng γ và trọng lượng riêng khô γk khi hàm lượng muối thay đổi 72 Hình 4.9 Biểu đồ quan hệ ứng suất cắt τ – áp lực nén σ

cho mẫu -16m và -18m 73

Hình 4.10 Biểu đồ thay đổi lực dính c và góc ma sát trong υ khi hàm lượng muối thay đổi 74

Hình 4.11 Biểu đồ quan hệ ứng suất cắt và ứng suất chính cho mẫu -17m 75

Hình 4.12 Biểu đồ quan hệ e-logp cho mẫu -16m và -18m 77

Hình 4.13 Biểu đồ thay đổi a1-2 , E1-2 ,e0 , PC , CC và CS theo hàm lượng muối 79

Hình 4.14 Cấu trúc của mẫu đất tự nhiên và sau khi lọc thể hiện qua chụp SEM 80

Chương 5 Hình 5.1 Mặt cắt địa chất sử dụng trong bài toán móng cọc 82

Hình 5.2 Mô hình Plaxis 3D Foundation cọc đơn chịu tải trọng tác dụng 88

Hình 5.3 Kết quả chạy mô hình khi đất chưa bị lọc muối 89

Hình 5.4 Kết quả chạy mô hình khi đất đã bị lọc muối 89

Hình 5.5 Mô hình Plaxis 3D Foundation móng 4 cọc 91

Hình 5.6 Độ lún của móng cọc trên nền đất trước và sau khi bị lọc muối 91

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

U (m) : Chu vi tiết diện ngang cọc

MỤC LỤC

Mục lục

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC ĐẤT NHIỄM MẶN Ở CẦN GIỜ VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ ĐẤT NHIỄM MẶN TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC 4

1.1 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC ĐẤT NHIỄM MẶN Ở CẦN GIỜ 4

1.1.1 Đặc điểm chung của vùng đất ngập mặn ở Huyện Cần Giờ 4

1.1.2 Vị trí và địa chất khu vực khảo sát 4

1.2 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐẤT NHIỄM MẶN TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC 5

1.2.1.Trên thế giới 5

1.2.2.Trong nước 12

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYỂT VỀ ĐỘ MẶN CỦA ĐẤT, CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG VÀ NGOÀI HIỆN TRƯỜNG 16

2.1 CƠ SỞ CHỌN LOẠI ĐẤT ĐỂ TIẾN HÀNH KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG MUỐI ĐẾN CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ 16

2.1.1 Cơ sở chọn loại đất để tiến hành thí nghiệm 16

2.1.2 Cơ sở phân loại trạng thái và tên đất theo TCVN và ASTM 16

2.2 KHÁI NIỆM ĐỘ MẶN, PHÂN LOẠI ĐẤT NHIỄM MẶN, THIẾT BỊ ĐO ĐỘ MẶN TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM VÀ MÔ HÌNH LỌC MUỐI 17

2.2.1 Khái niệm độ mặn 17

2.2.2 Phân loại đất nhiễm mặn 18

2.1.2.1 Phân loại theo dạng muối trong đất 18

2.1.2.2 Phân loại theo mức độ nhiễm muối 19

2.2.3 Cơ sở chọn phương pháp và thiết bị đo độ mặn 19

2.2.4 Mô hình và quy trình lọc muối 21

2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG DÙNG ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ VÀ CƠ HỌC CỦA ĐẤT 25

2.3.1 Thí nghiệm nhão dẻo bằng chỏm cầu Casagrande 25

2.3.2 Thí nghiệm cắt trực tiếp 26

2.3.3 Thí nghiệm nén ba trục 27

2.3.4 Thí nghiệm nén cố kết 27

2.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA ĐẤT 28

2.4.1 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (Standard Penetration Test) SPT 28

2.4.2 Thí nghiệm xuyên tĩnh (Cone Penetration Test) CPT 29

Chương 3 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM NGOÀI HIỆN TRƯỜNG VÀ CÁC THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG, CHẾ TẠO THIẾT BỊ LỌC MUỐI 31

3.1 THÍ NGHIỆM NGOÀI HIỆN TRƯỜNG 31

3.1.1 Khoan khảo sát, thí nghiệm xuyên động (SPT) và lấy mẫu thí nghiệm tại Cần Thạnh, Huyện Cần Giờ, Thành phố Hồ Chí Minh 31

3.1.2 Thí nghiệm xuyên tĩnh CPT 33

3.2 THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG 34

3.2.1 Thí nghiệm xác định hàm lượng muối ban đầu (ISS) và tiến hành lọc mẫu 34

3.2.1.1 Thí nghiệm xác định hàm lượng muối ban đầu (ISS) 34

3.2.1.2 Tiến hành lọc mẫu 36 3.2.2 Ảnh hưởng của việc lọc muối đến đặc trưng vật lý của đất nhiễm mặn vùng Cần Thạnh, Cần Giờ - Thành phố Hồ Chí Minh 43

của đất nhiễm mặn tự nhiên và sau khi lọc muối 44 3.2.2.2 Thí nghiệm xác định trọng lượng riêng (γ) của đất nhiễm mặn tự nhiên

và sau khi lọc muối 48 3.2.3 Ảnh hưởng của việc lọc muối đến đặc trưng cơ học của đất nhiễm mặn vùng Cần Thạnh, Cần Giờ - Thành phố Hồ Chí Minh 48 3.2.3.1 Ảnh hưởng của việc lọc muối đến đặc trưng sức chống cắt của đất nhiễm mặn vùng Cần Thạnh, Cần Giờ - Thành phố Hồ Chí Minh 48 3.2.3.2 Ảnh hưởng của việc lọc muối đến đặc trưng nén lún của đất nhiễm mặn vùng Cần Thạnh, Cần Giờ - Thành phố Hồ Chí Minh 54 3.3 CHỤP CẤU TRÚC MẪU THÍ NGHIỆM QUA KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUÉT (SEM) 58 Chương 4 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NGOÀI HIỆN TRƯỜNG VÀ CÁC THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG 59 4.1 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NGOÀI HIỆN TRƯỜNG 59 4.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG 59 4.2.1 Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng muối ban đầu (ISS) và lọc mẫu 59 4.2.1.1 Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng muối ban đầu (ISS) 59 4.2.1.2 Kết quả lọc mẫu 62

4.2.2 Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của việc lọc muối đến đặc trưng vật lý của đất nhiễm mặn vùng Cần Thạnh, Cần Giờ - Thành phố Hồ Chí Minh 66

nhão WL của đất nhiễm mặn tự nhiên và sau khi lọc muối 66 4.2.2.2 Kết quả thí nghiệm xác định trọng lượng riêng (γ) của đất nhiễm mặn tự nhiên và sau khi lọc muối 71 4.2.3 Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của việc lọc muối đến đặc trưng cơ học của đất nhiễm mặn vùng Cần Thạnh, Cần Giờ - Thành phố Hồ Chí Minh 72 4.2.3.1 Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của việc lọc muối đến đặc trưng sức chống cắt của đất nhiễm mặn vùng Cần Thạnh, Cần Giờ - Thành phố Hồ Chí Minh 72 4.2.3.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của việc lọc muối đến đặc trưng nén lún của đất nhiễm mặn vùng Cần Thạnh, Cần Giờ - Thành phố Hồ Chí Minh 76 4.3 KẾT QUẢ CHỤP CẤU TRÚC MẪU THÍ NGHIỆM QUA KÍNH HIỂN VI ĐIỆN

TỬ QUÉT (SEM) 79 Chương 5 ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC Ở CẦN GIỜ 81 5.1 ỨNG DỤNG SỰ THAY ĐỔI HÀM LƯỢNG MUỐI CỦA ĐẤT NHIỄM MẶN Ở CẦN GIỜ TRONG TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 81 5.1.1 Xét bài toán móng cọc tại khu vực khảo sát 81 5.1.2 Lập bảng Excel với các môđun khác nhau về cạnh (đường kính) cọc thường

sử dụng trong vùng Cần Giờ 85 5.2 DÙNG PHẦN MỀM PLAXIS 3D FOUNDATION ĐỂ ĐÁNH GIÁ SỰ THAY ĐỔI CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT NHIỄM MẶN TRONG TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 88

5.2.1 Phân tích sức chịu tải cực hạn của cọc đơn 88

5.2.2 Phân tích ổn định cho bài toán móng cọc 90

KẾT LUẬN 93

KIẾN NGHỊ 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

MỞ ĐẦU

Theo nhiều nghiên cứu trên thế giới, khi hàm lượng muối trong đất giảm đi do các hiện tượng lọc tự nhiên như thấm nước mư d ng h mực nước ngầm v v uất hiện d ng thấm đi uyên qu các tầng lớp đất dẫn tới việc đất nhiễm mặn bị lọc tự nhiên sẽ làm th y đ i đặc trưng c l c đất so với b n đầu kéo theo sức chịu tải c nền đất c ng sẽ giảm đi rất nh nh Từ đó, g y nên những ảnh hưởng không nhỏ đến sự

n định c công trình y dựng ở các khu vực đất nhiễm mặn này

Và các vùng đất ở khu vực Huyện Cần Giờ Thành Phố Hồ Chí Minh đã và

đ ng ngày càng bị m nhập mặn nhiều h n trên cả lớp đất mặt và các lớp đất ở dưới

Vì thế cần phải tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng c độ mặn đến các đặc trưng c l

c nền đất nhiễm mặn trước và s u khi lọc muối đ kịp thời b sung đóng góp cho việc thiết kế m ng tính n toàn và đúng đắn h n c các công trình y dựng t i đ y Đặc biệt việc ác định độ mặn và các ảnh hưởng c việc lọc muối đến đặc trưng c l c đất nhiễm mặn vẫn chư được nghiên cứu kỹ trước đó ở Việt N m mà trên Thế giới thì đã có rất nhiều bài báo kho học về đề tài này Vì vậy, vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng c việc lọc muối đến sự th y đ i tính chất c đất phí dưới công trình là yêu cầu cần thiết đáng được qu n t m hiện nay Đó c ng chính là l do tác giả

chọn đề tài: “Ảnh hưởng của việc lọc muối tới đặc trưng cơ lý của đất nhiễm mặn

và ứng dụng để tính toán sức chịu tải của cọc ở Cần Giờ, Thành phố Hồ Chí Minh”

Với mục tiêu nghiên cứu là khảo sát độ mặn ph n bố theo độ s u và ảnh hưởng

c nó đến các đặc trưng c l c đất nhiễm mặn qu việc bị lọc muối trong tự nhiên

Từ đó kiến nghị việc em ét ảnh hưởng độ mặn trong việc tính toán thiết kế các phư ng án sử dụng cọc bêtông chịu lực cọc kho n nhồi, … cho các công trình xây dựng t i khu vực Cần Giờ nói riêng và các khu vực đất nhiễm mặn ven bi n Việt N m nói chung

Đ hoàn thành được tính cấp thiết c đề tài tác giả ác định được mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu c luận văn này gồm những nội dung chính s u đ y:

1 T ng hợp tài liệu báo cáo nghiên cứu kho học trong và ngoài nước về đề tài đất

nhiễm mặn c ng như ảnh hưởng c độ mặn đến các chỉ tiêu c l c đất

2 Kho n khảo sát và tiến hành lấy mẫu đất nhiễm mặn t i khu vực Huyện Cần

Giờ Thành phố Hồ Chí Minh (độ s u kho n khảo sát là 33m)

3 Thí nghiệm trong ph ng các chỉ tiêu c l c đất nhiễm mặn trên mẫu nguyên

d ng (so sánh với hồ s đị chất t i khu vực khảo sát)

4 Khảo sát sự ph n bố độ mặn theo độ s u qu việc đo hàm lượng muối b n đầu

trong ph ng thí nghiệm Từ đó chọn vùng khảo sát hợp lí (những độ s u có hàm lượng

muối c o) đ so sánh với mẫu tự nhiên

5 Thiết kế và chế t o mô hình lọc muối cho tư ng đối phù hợp với lo i đất thí nghiệm và các bước thí nghiệm tiếp theo, rồi tiến hành lọc muối

6 Thí nghiệm trong ph ng các chỉ tiêu c l trên mẫu đất đã được lọc muối So

sánh với mẫu nguyên d ng ở các độ s u tư ng ứng Từ đó đư r những kết luận về ảnh hưởng c độ mặn đến:

- Sự th y đ i các chỉ tiêu vật l : độ ẩm w dung trọng tự nhiên γ các giới h n

Atterberg c đất dính (WL,WP, IL, IP) …Đặc biệt em ét l i WL có thật sự giảm

m nh s u khi đất mặn bị lọc muối (theo các nghiên cứu trước đó trên thế giới)

nén b trục s đồ U-U

- Đặc trưng nén lún c đất qu thí nghiệm nén cố kết

7 Áp dụng sự th y đ i đó vào việc tính toán sức chịu tải c cọc trước và s u khi

đất nền bị lọc muối ( ét một bài toán móng cọc) rồi mô phỏng bằng phần mềm Pl is 3D Foundation

Đ thực hiện được các nhiệm vụ nêu trên phương pháp nghiên cứu được lự

chọn:

- Nghiên cứu l thuyết:

+ Nghiên cứu c sở l thuyết về độ mặn c đất và các mô hình lọc + Nghiên cứu c sở l thuyết về sự th y đ i cấu trúc bên trong c đất nền trước và s u khi lọc muối

+ Nghiên cứu c sở l thuyết về tính toán sức chịu tải c cọc

- Nghiên cứu thí nghiệm trong ph ng:

+ Phư ng pháp đo độ mặn ở ph ng thí nghiệm

( phư ng pháp chiết suất đất - nước) + Các thí nghiệm ác định các chỉ tiêu vật l c đất + Thí nghiệm cắt trực tiếp và thí nghiệm nén b trục s đồ U-U đ ác

+ Thí nghiệm nén cố kết đ ác định ảnh hưởng c hàm lượng muối

đến đặc trưng biến d ng c đất

c độ mặn đến sức chịu tải c cọc trong nền đất nhiễm mặn t i khu vực khảo sát

- Phần mềm E cel phục vụ cho việc thống kê vẽ bi u đồ qu n hệ

- Sử dụng thêm phần mềm Auto C d đ vẽ các mô hình dụng cụ thiết bị thí

nghiệm …

Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn c đề tài nghiên cứu:

1 Đóng góp thêm một cột chỉ tiêu c bản c đất sét nhiễm mặn đó là cột độ mặn

ph n bố theo độ s u được ác định qu thí nghiệm đo độ mặn trong ph ng

2 Nghiên cứu ảnh hưởng c độ mặn đến các đặc trưng c l c nền đất nhiễm

mặn trước và s u khi lọc t i khu vực Huyện Cần Giờ đ b sung đóng góp cho việc tính toán thiết kế c ng như giúp đánh giá giải thích phần nào những sự cố về mất n định c các công trình y dựng trong vùng đất này

3 Có th làm tiền đề c sở cho những khảo sát tiếp theo trên khắp các vùng đất

sét ven bi n c nước t Vì như đã trình bày việc ác định độ mặn c đất và các ảnh hưởng c nó đến sức chịu tải c cọc trong nền đất nhiễm mặn vẫn chư được nghiên cứu kỹ trước đó ở Việt N m

Cấu trúc luận văn:

Luận văn gồm phần mở đầu 5 chư ng chính kết luận và kiến nghị gồm 96

tr ng thuyết minh 33 bảng 64 hình ảnh 20 tài liệu th m khảo và 5 tập phụ lục các số liệu thí nghiệm và kết quả tính toán

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC ĐẤT NHIỄM MẶN Ở CẦN GIỜ

VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ ĐẤT NHIỄM MẶN TRÊN THẾ GIỚI

VÀ TRONG NƯỚC

1.1 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC ĐẤT NHIỄM MẶN Ở CẦN GIỜ

1.1.1 Đặc điểm chung của vùng đất ngập mặn ở Huyện Cần Giờ

Cần Giờ là một huyện ven biển và là vùng đất ngập mặn nằm ở phía Đông Nam của Thành phố Hồ Chí Minh, cách trung tâm khoảng 50 km

Mạng lưới sông rạch chằng chịt cùng với ảnh hưởng chế độ bán nhật triều của biển Đông đã tạo nên chế độ thủy văn phức tạp và các vùng giáp nước, gây bất lợi cho việc tiêu thoát nước và khả năng tự làm sạch của dòng chảy Đó cũng là một phần nguyên nhân dẫn đến độ mặn ở khu vực này

Cấu tạo nền: Là sản phẩm của quá trình tương tác giữa sông và biển, phần lớn diện tích nền đất của vùng được tạo bằng các vật liệu trầm tích đầm lầy và đầm lầy-biển rất giàu vật liệu hữu cơ, cùng với các trầm tích sông biển hỗn hợp Đây là kiểu cấu tạo của nhóm nền đất yếu, ít thuận lợi cho việc xây dựng

Từ những đặc điểm địa lý nói trên, Huyện Cần Giờ có nhiều đặc điểm về đất đai, thổ nhưỡng rất khác so với các Quận Huyện khác trong Thành phố Hồ Chí Minh Những yếu tố này cũng có những ảnh hưởng lớn đến các công trình xây dựng ở đây

1.1.2 Vị trí và địa chất khu vực khảo sát [4]

Khu vực khảo sát là tại trường trung học cơ sở Cần Thạnh, tại thị trấn Cần Thạnh - Huyện Cần Giờ - Tp Hồ Chí Minh thể hiện qua hình 1.1

Hình 1.1 Vị trí khu vực khảo sát

Bề mặt địa hình tương đối bằng phẳng, thấp và sẽ bị ngập nước khi thủy triều lên cao Mặt cắt địa chất được thể hiện như ở hình bên dưới

Hình 1.2 Mặt cắt địa chất khu vực Cần Thạnh, Huyện Cần Giờ.[4]

Qua mặt cắt địa chất, ta thấy đất tại vùng khảo sát có lớp trên là lớp bùn sét hữu

cơ dày khoảng 18m Dưới 18m là các lớp đất sét cứng, lớp cát pha sét có chỉ số SPT từ

8 đến 18 Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đất tại vùng khảo sát được thể hiện trong phụ lục 1.1 và phụ lục 4.1

1.2 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐẤT NHIỄM MẶN TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC

1.2.1 Trên thế giới:

đã đưa ra quan hệ giữa nồng độ muối và các chỉ tiêu cơ lý :

Hình 1.3 Sự thay đổi của độ ẩm W, WL và WP theo nồng độ muối [12]

Hình 1.4 Sự thay đổi tỉ số (c/p) hay (Su/p) theo chỉ số dẻo IP [12]

tâm và xem xét

• Khi xét đến sự quan hệ với chỉ số dẻo, Hình 1.4 cho thấy khi chỉ số dẻo giảm

• Từ những mối quan hệ trên, có thể rút ra được nhận xét là việc giảm nồng độ muối sẽ là giảm sức chống cắt của đất

• Cũng từ những nhận xét trên, Laurits Bjerrum đã tiến hành thực nghiệm cho thấy mối quan hệ giữa chỉ số dẻo và sức chống cắt trên mẫu tự nhiên và mẫu lọc Kết

quả nhận được chỉ ra rằng, qua việc lọc muối đã làm cho chỉ số dẻo giảm, đồng thời sức chống cắt của đất cũng giảm, như trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Sự thay đổi đặc trưng cơ lý của mẫu đã lọc và mẫu không lọc [12]

công bố kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của việc lọc muối đến tính chất của đất cát pha sét ở Kuwait Họ đã tiến hành lấy mẫu đất mặn ở hai vị trí khác nhau của thành phố, sau đó tiến hành các thí nghiệm lọc theo sơ đồ như hình 1.5, đồng thời với quá trình lọc họ tiến hành đo độ dẫn điện của nước thoát ra nhằm đánh giá độ hòa tan của các ion trong quá trình lọc này diễn ra

Hình 1.5 Mô hình - thiết bị lọc mẫu [15]

Kết quả của họ được trình bày trong hình 1.6 và bảng 1.2 Kết quả đã cho thấy rằng có gia tăng đặc tính nén lún của đất trước và sau khi lọc rõ rệt, thể hiện qua hệ số rỗng eo và các chỉ số nén lún CC, CS đều tăng sau khi mẫu đất bị lọc muối

Bảng 1.2 Bảng tổng kết đặc trưng nén lún của mẫu trước và sau lọc [15]

Hình 1.6 Đồ thị đường cong nén lún e – logp cho mẫu trước và sau lọc

Hình 1.7 Kết quả thí nghiệm nén 3 trục mẫu tự nhiên và mẫu lọc [15]

Kết quả thí nghiệm của họ chứng minh rằng, qua quá trình lọc thì các đặc trưng

về sức chống cắt của đất sẽ giảm như trong hình 1.7 Theo đó, lực dính c giảm rất nhiều khoảng 40% còn góc ma sát trong φ thì lại giảm rất ít chỉ khoảng 3.5%

 Cũng dựa trên kết quả thí nghiệm đất sét biển ở NaUy và kết luận về ảnh hưởng của việc lọc muối làm giảm sức chống cắt và tăng độ nhạy của đất, L Bjerrum and I TH Rosenqvist (1956) [13], đã tiếp tục đưa ra nghiên cứu về đất sét trầm tích ở NaUy Các thí nghiệm được tiến hành tương tự trên mẫu tự nhiên và mẫu lọc Đối với mỗi loại thí nghiệm sẽ tiến hành trên mẫu nguyên dạng và mẫu chế bị

a) Mẫu tự nhiên b) Mẫu đã lọc Hình 1.8 Kết quả thí nghiệm đất sét trầm tích mẫu tự nhiên và mẫu đã lọc [13]

Hình 1.9 Quan hệ giữa độ nhạy và hàm lượng muối trong đất sét biển NaUy

Kết quả đã chỉ ra rằng: sức chống cắt của đất sau khi lọc giảm (Hình 1.8) và độ nhạy của đất sẽ tăng (Hình 1.9)

Theo nghiên cứu của Laurits Bjerrum, thì khi hàm lượng muối trong đất giảm hơn 50% (từ 31.7g/lít còn khoảng 10 đến 15g/lít) thì độ nhạy của đất sét biển ở Na Uy tăng lên rất nhanh từ St = 5 lên St = 110 [13]

 Yun-Tae Kim and Thanh-Hai Do (2010) [16] đã nghiên cứu bằng thực

nghiệm ảnh hưởng của việc lọc đến đặc tính nén lún của đất sét biển ở Busan Và các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng nếu có sự diễn ra quá trình lọc muối xảy ra trên đất mặn (thường là đất sét biển) thì tính nén lún của nó sẽ tăng lên so với đất ban đầu

Hình 1.10 Mặt cắt và thí nghiệm đo pH và hàm lượng muối tại hiện trường tại khu

vực Hawjeon [16]

Hình 1.11 Khảo sát sự biến thiên của hệ số rỗng trước và sau khi lọc [16]

Theo tác giả, ứng xử cố kết của đất sét lọc muối vùng Busan sau khi hàm lượng muối được giảm từ 17g/l xuống 3g/l thì áp lực tiền cố kết giảm do ảnh hưởng của quá trình lọc Tuy nhiên, chỉ số nén và chỉ số nở của mẫu đất tăng lên sẽ dẫn đến mẫu đất lọc có tính nén lún cao hơn mẫu tự nhiên

Và kết quả tổng hợp của các nghiên cứu điển hình đi trước về đất nhiễm mặn bị lọc muối có những thay đổi về đặc trưng cơ lý được thể hiện qua bảng 1.3

Bảng 1.3 Sự thay đổi đặc trưng cơ lý của đất bị rửa mặn đã được nghiên cứu

là lực dính c Còn Ismale [15] thì cho thấy chỉ số nén và chỉ số nở đều tăng đối với đất sau khi đã lọc muối Các nghiên cứu đều chỉ ra rằng đối với đất lọc muối thì độ lún sẽ gia tăng thêm khi xảy ra quá trình lọc muối

Nhìn chung, các tác giả đã cải tiến các thiết bị đo thông thường thành các thiết

bị toàn diện hơn, để đánh giá đúng điều kiện thực tế bên ngoài hơn

Từ những công trình nghiên cứu trên, phần nào cũng đưa ra được những nền tảng ban đầu cho các công trình nghiên cứu tiếp theo

Nhìn chung, các nghiên cứu trước đây tập trung vào sự ảnh hưởng của việc gia tăng hàm lượng muối đến các đặc trưng cơ lý đối với những loại đất cụ thể ở từng khu vực có những đặc thù về các điều kiện tự nhiên, đặc điểm địa chất, lịch sử hình thành,

… khác nhau

a) Đỗ Minh Toàn (Trường Đại học Mỏ Địa chất Hà Nội)[11]

Tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng muối dễ hòa tan đến một số tính chất của đất loại sét thuộc trầm tích mQIV3 như: tính dẻo, độ bền chống cắt, sự biến dạng và hiện tượng rửa trôi muối ở một số nơi thuộc đồng bằng Bắc Bộ Sau đây

là các kết luận của tác giả:

- Khi hàm lượng muối thay đổi tính dẻo của đất cũng thay đổi: đầu tiên hàm lượng muối tăng thì tính dẻo của đất cũng tăng đến một giới hạn nào đó tùy thuộc vào các loại đất, sau đó tính dẻo bắt đầu giảm rõ rệt cùng với sự gia tăng hàm lượng muối

- Đối với độ bền chống cắt: khi hàm lượng muối NaCl nhỏ hơn 0,5%, cùng với

sự gia tăng hàm lượng muối, độ bền chống cắt giảm Khi tăng một giá trị nào đó của hàm lượng muối thay đổi, độ bền chống cắt của đất tăng rõ rệt tùy theo từng loại đất

b) Trần Thị Thanh (Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam) [11]

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng muối đến tính dẻo về độ bền chống cắt của tác giả được thực hiện trên các loại đất ở Tầm Vu – Long An, Bến Giá - Vĩnh Long, Vàm Rồng - Bến Tre Dưới đây là một số kết luận về kết quả nghiên cứu của tác giả:

- Giới hạn chảy, giới hạn dẻo và chỉ số dẻo nhìn chung đều giảm khi hàm lượng muối tăng (từ 0 - 8%)

- Nhìn chung, độ bền chống cắt của đất giảm cùng với sự tăng hàm lượng muối,

có thể giảm đến 50% khi hàm lượng muối tăng từ 0% đến 5%

c) Tô Văn Lận (Công ty Tư vấn xây dựng tỉnh Bình Thuận) [11]

Tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của mức độ nhiễm mặn đến các tính chất cơ

lý và sự tan rã của đất nhiễm mặn trong quá trình rửa trôi muối bằng thí nghiệm Pinhole trên một số loại đất ở một số loại đất ở một số nơi thuộc tỉnh Bình Thuận và một số nơi ơ Đồng bằng sông Cửu Long Các thí nghiệm được thực hiện trên các loại đất chế bị lại, ban đầu không chứa muối; sau đó ngâm trong các loại dung dịch muối

có nồng độ 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 10% trong thời gian 10 ngày, 15 ngày, 20 ngày Dưới đây là kết quả nghiên cứu của tác giả:

- Khi độ mặn của dung dịch càng tăng thì sự hấp thụ muối của đất càng cao Đặc biệt là trong 10 ngày đầu, độ mặn của đất tăng khá nhanh, sau đó tăng chậm dần

- Khi có mặt của muối trong đất, tính dẻo của đất nhìn chung giảm đi, chỉ số dẻo có thể giảm đến 31%

- Về sức chống cắt: trong khoảng hàm lượng muối từ 0% đến 0,4 - 0,5%, sức chống cắt giảm; sau đó chúng tăng trở lại và đạt cực đại khi hàm lượng muối đạt 2%; nếu hàm lượng muối tiếp tục tăng thì sức chống cắt giảm đi

- Về tính biến dạng lún: nhìn chung tính biến dạng của đất giảm đi khi hàm lượng muối tăng lên

- Về sự trương nở: đất nhiễm mặn trương nở mạnh trong nước ngọt nhưng trương nở rất ít trong môi trường mặn

bằng độ ẩm tốt nhất và khi hàm lượng muối đạt 2% trở lên, các mẫu chuyển từ trạng

độ ẩm thấp hơn độ ẩm tốt nhất, các mẫu chuyển từ trạng thái không xói rửa (khi hàm lượng muối là 0%) sang xói rửa (khi hàm lượng muối 0.1%); đối với đất á cát, khi hàm lượng muối tăng thì xu hướng xói rửa tăng lên rất nhanh

Kết luận chung về các nghiên cứu trong nước trước đây:

- Các kết quả nghiên cứu cho thấy, khi có mặt của một lượng nhất định muối

hòa tan trong đất, tính chất của đất (tính dẻo, độ bền chống cắt, tính biến dạng) biến đổi rất phức tạp

- Các nghiên cứu trước đây tập trung vào những loại đất cụ thể ở từng khu vực

có những đặc thù về các điều kiện tự nhiên, đặc điểm địa chất, lịch sử hình thành, …

khác nhau Do đó, các kết quả nghiên cứu mặc dù có những nét chung song cũng mang nhiều điểm khác biệt Vì vậy rất cần thiết phải có những nghiên cứu cho từng vùng cụ thể để có những giải pháp phù hợp

Nghiên cứu gần đây:

Hai đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học cấp trường năm 2011 của hai nhóm sinh viên Kỹ sư tài năng, khoa Kỹ thuật Xây dựng, trường Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh - do TS Đỗ Thanh Hải hướng dẫn đã báo cáo về đề tài đất nhiễm mặn ở Huyện Cần Giờ, Thành Phố Hồ Chí Minh

Hai nhóm đã tiến hành các thí nghiệm trong phòng trên những mẫu đất được lấy từ 3 vùng với độ mặn khác nhau (ở độ sâu 0.5m) Thí nghiệm chung bao gồm thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ bản của đất: Độ ẩm, dung trọng tự nhiên, tỷ trọng hạt,

và thí nghiệm đo độ mặn ban đầu của đất Tất cả các thí nghiệm được tiến hành trên mẫu tự nhiên và mẫu sau khi lọc Việc lọc mẫu được tiến hành trong phòng thí nghiệm bằng dụng cụ lọc tự chế dưới áp lực thấp (chiều cao cột nước khoảng 3-5cm), sử dụng nước sạch

Hình 1.12 Thiết bị lọc tự chế trong đề tài nghiên cứu [10]

Đề tài thứ nhất: “ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ MẶN ĐẾN ĐẶC TRƯNG SỨC CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT Ở CẦN GIỜ TP.HỒ CHÍ MINH” hai tác giả Bùi Đắc Khương và Chương Công Danh đã thí nghiệm riêng thí nghiệm cắt trực tiếp để xác định các thông số sức chống cắt của đất trước và sau khi lọc Kết quả đã chỉ ra rằng, qua việc lọc muối thì các thông số sức chống cắt c giảm 30% -70% và φ giảm 8% - 20% [10]

Đề tài thứ hai: “ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ MẶN ĐẾN ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT Ở CẦN GIỜ TP.HỒ CHÍ MINH” hai tác giả Nguyễn Cao Trung và Đoàn Quốc Thịnh đã thí nghiệm riêng thí nghiệm nén cố kết với các cấp áp lực 25kPa,

50kPa, 100kPa, 200kPa, và 400kPa để xác định đặc trưng nén lún của đất, chỉ số nén

Cc và chỉ số nở Cs Kết quả đã chỉ ra rằng, qua việc lọc muối thì chỉ số nén Cc có sự thay đổi, chúng tăng lên trong khoảng từ 7% đến 10% tùy thuộc vào đặc tính ban đầu của đất Điều này cũng chứng tỏ tính hợp lý của đề tài với các nghiên cứu trước đây

Bảng 1.4 Bảng tổng kết đặc trưng nén lún của mẫu trước và sau lọc [10]

Trước lọc

Sau lọc Trước lọc

Sau lọc

Nhận xét chương 1:

- Qua những phân tích trên, ta có thể thấy rằng, tình hình nghiên cứu về ảnh hưởng của việc lọc muối đến đặc trưng cơ lý của đất nhiễm mặn ở nước ta còn rất ít vì gặp nhiều khó khăn Nguyên nhân là do thiếu trang thiết bị thí nghiệm và công tác khảo sát vùng đất ngập mặn còn hạn chế

- Trong khi theo nhiều nghiên cứu trên thế giới, khi hàm lượng muối trong đất giảm đi sẽ làm thay đổi đặc trưng cơ lý của đất so với ban đầu Cụ thể là sức chống cắt của đất nhiễm mặn sau khi bị lọc muối sẽ giảm, tính nén lún tăng và đặc biệt là đất sẽ trở nên nhạy hơn Điều này rất đáng được quan tâm và xem xét

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYỂT VỀ ĐỘ MẶN CỦA ĐẤT, CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG VÀ NGOÀI HIỆN TRƯỜNG

2.1 CƠ SỞ CHỌN LOẠI ĐẤT ĐỂ TIẾN HÀNH KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG MUỐI ĐẾN CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ

2.1.1 Cơ sở chọn loại đất để tiến hành thí nghiệm

Trong luận văn này, tác giả chỉ tập trung nghiên cứu cho các loại đất dính nhiễm mặn như: sét hữu cơ, sét lẫn bột, cát pha sét, có chứa hàm lượng muối trong đất cao Và đây cũng là những loại đất nền thường gặp ở địa chất khu vực Cần Giờ, Thành Phố Hồ Chí Minh

Loại đất sét nhiễm mặn vùng Cần Giờ mà tác giả chọn làm thí nghiệm trong đề tài là phù hợp với các nghiên cứu về đất nhiễm mặn trên thế giới

- Laurits Bjerrum (1954) nghiên cứu về đất sét mặn ở Oslo Na Uy.[12]

- Nabil F.Ismael, Member, ASCE, và M.A Mollah (1998) đã công bố kết quả

nghiên cứu về ảnh hưởng của việc lọc muối đến tính chất của đất cát pha sét ở Kuwait.[15]

- Yun-Tae Kim and Thanh-Hai Do (2008) đã nghiên cứu bằng thực nghiệm ảnh

hưởng của việc lọc đến đặc tính nén lún của đất sét biển ở Busan.[16]

Còn đối với đất cát thì việc thí nghiệm lọc muối ít tốn thời gian nhưng khó lấy mẫu nguyên dạng và khi vận chuyển mẫu đất dể bị xáo trộn, nên các kết quả thí nghiệm trong phòng không đáng tin cậy Hơn nữa, đối với đất cát thì việc xác định góc

ma sát trong để ứng dụng vào việc tính toán nền-móng cần được xác định bằng các phương pháp thí nghiệm ở hiện trường sẽ cho kết quả chính xác hơn Do đó, việc đo hàm lượng muối ban đầu và sau khi lọc đối với đất cát phải được tiến hành ngoài hiện trường, mà đây lại là vấn đề phạm vi của đề tài về trang thiết bị thí nghiệm

2.1.2 Cơ sở phân loại trạng thái và tên đất theo TCVN và ASTM [8]

Đối với mỗi loại đất trong nghiên cứu được phân ra thành nhiều trạng thái khác

nhau theo qui phạm hiện hành, cụ thể như bảng 2.1 và bảng 2.2

Bảng 2.1 Tên đất và trạng thái của đất theo TCXD 45-78

Tên đất Chỉ số nhão Trạng thái

Sét pha cát

IL < 0

0  IL 0.25 0.25 < IL 0.50 0.50 < IL 0.75

Cứng Nửa cứng Dẻo cứng Dẻo nhão

Bảng 2.2 Tên các loại bùn theo TCXD 45-78

Đối với tiêu chuẩn của ASTM phân loại đất theo bảng 2.3

Bảng 2.3 Phân loại đất theo ASTM D2487

Loại đất Tên đất Chỉ số nhão Trạng thái

Sét hữu cơ OH

IL < -0.5 -0.5  IL 0 0< IL 0.25 0.25 < IL 0.50 0.50 < IL 1.00

IL>1

Rất rắn Cứng Nửa cứng Dẻo cứng Mềm Rất mềm

2.2 KHÁI NIỆM ĐỘ MẶN, PHÂN LOẠI ĐẤT NHIỄM MẶN, THIẾT BỊ ĐO

ĐỘ MẶN TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM VÀ MÔ HÌNH LỌC MUỐI

2.2.1 Khái niệm độ mặn

- Khái niệm về muối: muối là một hợp chất được hình thành từ các cation hoặc anion hay có thể ion hóa trong dung dịch Đặc điểm nhận biết của muối: màu trắng, dạng bột, có chứa các thành phần khoáng Muối NaCl là dạng quen thuộc nhất với chúng ta và cũng là dạng muối phổ biến nhất

- Độ mặn của nước dựa trên hàm lượng các muối hòa tan có trong 1 lít nước (g/l) Nước được xem là mặn khi nó chứa 1 hàm lượng vừa phải hoặc tương đối cao các chất muối hòa tan Nước cất có độ mặn thấp hơn 100ppm hay 0.1mg/l Nước biển

có độ mặn khoảng 35g/l-50g/l, nghĩa là 1 lít nước biển chứa 35g-50g muối hòa tan

- Độ mặn được đo bằng phần triệu (ppm) hay mg của muối trong 1 lít dung dịch (mg/l), 1mg/l sẽ tương đương 1000ppm Chúng ta không đo độ mặn bằng cách phân tích thành phần hóa học, ta thường đo độ dẫn điện (EC) rồi suy ra độ mặn Đơn vị đo

độ dẫn điện tiêu chuẩn là dS/m 1dS/m=0.55g/l=550mg/l

- Độ mặn của đất: ở bề mặt đất có sự tích lũy muối dư thừa và rõ rệt nhất Muối

có thể được chuyển vào mặt đất bởi quá trình mao dẫn từ muối chứa trong nước ngầm sau đó tích lũy do quá trình bay hơi Nguyên nhân một phần là do tác động của con người như bón phân Kali vào đất Khi độ mặn của đất càng cao sẽ gây suy thoái cho đất và thực vật

- Độ mặn của đất được đo trong nước lổ rỗng của mẫu đất Giá trị này được liên

hệ với độ mặn của đất như nồng độ muối trong đất Đơn vị tiêu chuẩn là đơn vị của NaCl (g/l) hay (mg/l)

2.2.2 Phân loại đất nhiễm mặn [11]

Các muối hòa tan trong đất được chia thành ba nhóm:

- Nhóm muối dễ hòa tan: bao gồm các muối clorua, sulfat, và cacbonat của

Hiện nay, đất nhiễm mặn được phân loại chủ yếu dựa vào dạng muối và mức độ nhiễm muối:

2.1.2.1 Phân loại theo dạng muối trong đất [11]

Theo cách phân loại này, đất nhiễm mặn được chia thành các dạng nhiễm muối như trong bảng 2.4

Bảng 2.4 Phân loại đất nhiễm mặn theo dạng muối trong đất

(Theo V.M.Bezruk; Yu.L.Moutlep; A.I.Znamenxki; và M.F.Ieruxalimxkaya)

2.1.2.2 Phân loại theo mức độ nhiễm muối [11]

Theo mức độ nhiễm muối, đất nhiễm mặn được chia thành các loại như trong

Hàm lượng muối được xác định bằng thiết bị bán dẫn điện tử (EC) dựa trên nguyên lý là muối dẫn điện, lượng muối cao thì sự dẫn điện cũng cao Hàm lượng muối trong đất và trong nước được xác định bằng thiết bị CPC -401 với thể hiện là nồng độ muối g/L

- Cho đất lắng đọng và ngấm xuống dưới dung dịch

- Đo EC của dung dịch phía trên đất lắng đọng

 Quá trình đo:

- Lấy một cái chai hay bình nhỏ có thể tích khoảng 1000ml

- Cho 500g nước cất vào bình đo

- Cân 100g đất nhiễm mặn đã sấy khô và dã nhuyễn rồi cho vào bình đo

- Khuấy đều cho đến khi đất tan ra thành dung dịch huyền phù

- Sau đó, cần bịt kín miệng bình đo để không cho nước bốc hơi

- Để ổn định trong 1 ngày

- Đo độ mặn của chất lỏng ở trên đất lắng xuống bằng ống đo Đơn vị thể hiện

có thể là (g/l) hay (mg/l)

- Khi đo, lưu ý:

+ Giữ ống đo cách ít nhất 1cm từ đáy và thành của tách (bước 2) + Nhấn Function/ Mode để tới chế độ đo độ mặn NaCl (bước 3) + Sau đó nhấn CAL và chờ đợi cho đến khi ổn định (bước 4 đến bước 7) + Hoàn thành và nhẹ nhàng lau khô bằng giấy

Quá trình thực hiện được thể hiện trong hình 2.2

Hình 2.2 Các bước thực hiện đo độ mặn của đất.[16]

2.2.4 Mô hình và quy trình lọc muối

Việc tìm hiểu về quá trình lọc muối cần được xem xét, theo Moore [17], quá trình lọc bởi nước nước thấm qua trong phòng thí nghiệm là một quá trình không hoàn