Nghiên cứu kết quả xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng để xác định các đặc trưng cơ lý của đất khu vực hải phòng và kiến nghị sử dụng chúng trong thiết kế nền móng công trình

phan mạnh thắng Nghiên cứu kết quả xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng để xác định các đặc trưng cơ lý của đất ở khu vực Hải Phòng và kiến nghị sử dụng chúng trong thiết kế... Tính cấp

phan mạnh thắng

Nghiên cứu kết quả xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ

rỗng để xác định các đặc trưng cơ lý của đất ở khu vực Hải Phòng và kiến nghị sử dụng chúng trong thiết kế

Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Mở đầu 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 1

3 Mục tiêu đề tài: 1

4 Nội dung nghiên cứu: 2

5 Phương pháp nghiên cứu: 2

6 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: 3

7 Cơ sở tài liệu của luận văn: 3

8 Cấu trúc của luận văn: 3

Chương 1: Tổng quan về phương pháp thí nghiệm xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng ( CPTu) 1.1 Sơ lược lịch sử phát triển phương pháp thí nghiệm xuyên tĩnh 5

1.2 Thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng 10

1.3 Mô hình hoạt động mũi xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng trong đất 14

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới kết qủa thí nghiệm 15

1.4.1 ảnh hưởng của áp lực nước lỗ rỗng đến qc và fs 15

1.4.2 ảnh hưởng của vị trí màng thấm 17

1.4.3 ảnh hưởng của áp lực dọc trục đến áp lực nước lỗ rỗng 18

1.4.4 ảnh hưởng của nhiệt độ 18

1.4.5 ảnh hưởng của độ mài mòn dạng hình học của mũi xuyên 19

1.4.6 ảnh hưởng của độ nghiêng mũi xuyên 20

1.4.7 ảnh hưởng của tốc độ xuyên 21

1.5 Xác định một số đặc trưng cơ học của đất từ kết quả thí nghiệm CPTu 22

1.5.3 Xác định hệ số thấm ngang kh 25

1.5.4 Xác định hệ số quá cố kết OCR 25

1.5.5 Xác định lực dính kết không thoát nước 26

1.5.6 Xác định mô đun biến dạng 26

1.6 Phân loại đất theo kết quả thí nghiệm CPTu 27

1.7 Xác định ranh giới giữa các loại đất 27

Chương 2: đặc điểm trầm tích đệ tứ khu vực hải phòng 2.1 Địa tầng trầm tích Đệ Tứ 31

2.2 Phân chia địa tầng trầm tích Đệ tứ khu vực Hải Phòng theo quan điểm địa chất công trình 36

2.2.1 Trầm tích nhân tạo (đất đắp và đất lấp) 36

2.2.2 Trầm tích sông 36

2.2.3 Trầm tích sông biển 37

2.2.4 Trầm tích đầm lầy ven biển, sông biển đầm lầy 40

2.2.5 Trầm tích biển 42

Chương 3: phân tích ảnh hưởng của điều kiện địa chất công trình đến kết quả thí nghiệm xuyên cptu ở khu vực Hải Phòng 3.1 ảnh hưởng của áp lực địa tầng 46

3.2 ảnh hưởng của sự thay đổi địa tầng 47

3.3 ảnh hưởng của thành phần và trạng thái của đất 48

3.4 ảnh hưởng của tính nén lún, độ kết dính và kích thước hạt của đất 53

3.5 ảnh hưởng của áp lực nước lỗ rỗng 54

Chương 4: Thiết lập quan hệ tương quan giữa các chỉ tiêu xác định từ xuyên CPTu với các thí nghiệm khác 4.1 Lựa chọn các chỉ tiêu lập quan hệ tương quan 58

4.2 Tổng hợp kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu xác lập tương quan 60

4.2.1 Khối lương thí nghiệm 60

4.2.2.2 C¸c líp trÇm tÝch hÖ tÇng H¶i H−ng trªn (mQ2 hh2) 78 4.2.2.3 C¸c líp trÇm tÝch hÖ tÇng Th¸i B×nh d−íi (amQ32tb1) 81 4.3 KiÕn nghÞ sö dông kÕt qu¶ thÝ nghiÖm CPTu trong tÝnh to¸n thiÕt kÕ trªn nÒn

KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ 86

Tµi liÖu tham kh¶o

T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng t«i C¸c sè liÖu, kÕt qu¶ nªu trong luËn v¨n lµ trung thùc vµ ch−a tõng cã ai c«ng bè trong bÊt kú c«ng tr×nh nµo kh¸c

T¸c gi¶ luËn v¨n

Phan M¹nh Th¾ng

mở đầu

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Trên thế giới, thí nghiệm xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng (CPTu) được

biết đến như một phương pháp thí nghiệm hiện trường xác định được khá đầy đủ đặc trưng địa chất công trình của đất một cách liên tục và cho kết quả nhanh, chính xác

Đây là thí nghiệm được tiến hành trong điều kiện làm việc thực tế của đất nền nên

sử dụng kết quả thí nghiệm CPTu trong tính toán nền móng công trình cho kết quả tin cậy cao Tuy nhiên, những đặc trưng địa chất công trình của đất được xác định từ thí nghiệm CPTu thường liên quan đến các hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào mỗi loại đất cụ thể Do đó đối với khu vực xây dựng nhất định cần phải nghiên cứu những quan hệ này để đảm bảo kết quả thu được từ thí nghiệm CPTu chính xác và tin cậy

ở Việt Nam nói chung và khu vực Hải Phòng nói riêng, việc ứng dụng thí nghiệm CPTu còn ít phổ biến Hầu hết công trình đã sử dụng phương pháp thí nghiệm này đều là các công trình có vốn đầu tư nước ngoài hoặc thuê tư vấn thiết kế nước ngoài Hiện nay vẫn chưa có những nghiên cứu tổng thể để xác định các đặc trưng cơ lý được xác định từ phương pháp xuyên CPTu, nâng cao hiệu quả sử dụng kết quả thí nghiệm CPTu nên ngay cả khi đã có kết quả thí nghiệm thì việc sử dụng kết quả cũng bị hạn chế Do vậy, việc nghiên cứu đánh giá kết quả xác định các đặc trưng cơ lý bằng phương pháp thí nghiệm xuyên CPTu phục vụ cho thiết kế nền móng công trình trên nền đất ở khu vực cụ thể như Hải Phòng là rất cần thiết

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

- Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài là kết quả xác định các đặc trưng cơ lý nền đất xác định bằng phương pháp thí nghiệm xuyên CPTu và khả năng ứng dụng của chúng trong thiết kế nền móng công trình trên nền đất ở khu vực Hải Phòng

3 Mục tiêu đề tài:

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là làm rõ kết quả xác định các đặc trưng cơ lý

nền đất bằng phương pháp thí nghiệm xuyên CPTu và sử dụng các kết quả này trong thiết kế nền móng công trình trên nền đất khu vực Hải Phòng

4 Nội dung nghiên cứu:

Để đạt được mục tiêu nghiên cứu trên, nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm:

- Tổng hợp, phân tích các tài liệu thu thập về thí nghiệm CPTu ở trong nước và trên thế giới, từ đó đánh giá về khả năng ứng dụng kết quả của thí nghiệm này

- Đánh giá kết quả thí nghiệm CPTu và các phương pháp thí nghiệm khác tương ứng, bao gồm thí nghiệm trong phòng và ngoài trời cho đất nền khu vực Hải Phòng

- Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm xác định các đặc trưng cơ lý ở khu vực Hải Phòng

- Xây dựng quan hệ tương quan giữa các chỉ tiêu xác định từ CPTu với các phương pháp thí nghiệm khác

- Từ kết quả nghiên cứu thực nghiệm đồng bộ (thí nghiệm CPTu và các thí nghiệm khác), xây dựng phương pháp đánh giá các đặc trưng địa chất công trình theo kết quả thí nghiệm CPTu phù hợp với đất nền khu vực Hải Phòng

- Kiến nghị sử dụng kết quả thí nghiệm CPTu trong tính toán phục vụ cho thiết

kế nền móng công trình trên đất nền khu vực Hải Phòng

6 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:

Kết quả nghiên cứu của đề tài cho phép đánh giá khả năng ứng dụng và hiệu quả của phương pháp thí nghiệm xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng phục vụ cho thiết kế nền móng công trình trên đất nền khu vực Hải Phòng

7 Cơ sở tài liệu của luận văn:

- Bản đồ địa chất và khoáng sản khu vực Hải phòng tỷ lệ 1:200.000

- Bản đồ địa chất công trình khu vực Hải phòng tỷ lệ 1:50.000

- Các báo cáo khảo sát địa kỹ thuật ở khu vực Hải Phòng hiện lưu trữ tại Trung tâm KH&CN Địa kỹ thuật - Viện KH&CN GTVT, Công ty Cổ phần Tư vấn xây dựng Cảng Đường thuỷ( TEDI Port), Công ty TNHH Địa kỹ thuật và Môi trường mà tác giả có tham gia

- Kết quả thí nghiệm CPTu của một số công trình ở khu vực Hải Phòng

8 Cấu trúc của luận văn:

Luận văn bao gồm các chương chính sau:

Chương 1: Tổng quan về phương pháp thí nghiệm xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ

rỗng

Chương 2: Đặc điểm trầm tích Đệ tứ khu vực Hải Phòng

Chương 3: Phân tích ảnh hưởng của điều kiện địa chất công trình đến kết quả thí

nghiệm CPTu ở khu vực Hải Phòng

Chương 4: Thiết lập quan hệ tương quan giữa các chỉ tiêu xác định từ xuyên CPTu

với các thí nghiệm khác Kiến nghị sử dụng kết quả thí nghiệm CPTu trong tính toán thiết kế trên nền đất khu vực Hải Phòng

Kết luận và kiến nghị

Luận văn dày 88 trang khổ A4, 21 biểu bảng, 24 hình vẽ và 16 danh mục tài liệu tham khảo

Luận văn được hoàn thành tại Bộ môn Địa chất công trình - Trường Đại học

Mỏ - Địa chất dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Tô Xuân Vu

Trong quá trình hoàn thành luận văn, tác giả đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy giáo, cô giáo và các bạn đồng nghiệp trong Bộ môn Địa chất công trình, Phòng Đại học và Sau đại học, các phòng ban và các cấp lãnh đạo - trường Đại học Mỏ - Địa chất, Công ty TNHH Địa kỹ thuật và Môi trường (ENGEOCO), Trung tâm KH&CN Địa kỹ thuật - Viện KH&CN GTVT, Công ty Cổ phần Tư vấn xây dựng Cảng Đường thuỷ( TEDI Port) .Tác giả cũng nhận được sự giúp đỡ tận tình

và những ý kiến đóng góp quý báu của TS Đinh Ngọc Thông; Ths Huỳnh Thanh Bình và nnk… Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Tô Xuân

Vu - người trực tiếp hướng dẫn khoa học, các tập thể, các cơ quan, các nhà khoa học

và đồng nghiệp kể trên về những sự giúp đỡ quý báu đó

Chương 1

Tổng quan về phương pháp thí nghiệm xuyên tĩnh

có đo áp lực nước lỗ rỗng ( CPTu) 1.1 Sơ lược lịch sử phát triển phương pháp thí nghiệm xuyên tĩnh

Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT) đã được sử dụng và phát triển từ cuối thập kỷ 20 với mục đích xác định sức kháng mũi xuyên và sức kháng áo ma sát khi ấn mũi xuyên vào trong đất với một tốc độ không đổi Kết quả xuyên tĩnh được áp dụng vào việc phân loại đất, phân tích đặc điểm của đất, dự tính sức chịu tải của cọc và làm cơ

sở để so sánh với một số thí nghiệm khác như xuyên tiêu chuẩn (SPT), thí nghiệm trong phòng, thí nghiệm nén ngang (Pressiometer), thí nghiệm cắt cánh (Vane test), vvv

Thí nghiệm xuyên tĩnh là loại thí nghiệm hiện trường phát triển rộng rãi trên thế giới, đặc biệt là các nước Trung Âu Xuyên tĩnh có nguồn gốc từ Mỹ (1929), song thực sự phát triển ở phòng thí nghiệm cơ học đất Delft (Hà Lan) Thí nghiệm CPT đo bằng cơ học (MCPT, tức Mechanical CPT) đầu tiên được thực hiện ở Hà Lan vào năm 1931 Năm 1946, cơ cấu gia lực tối đa của CPT chỉ là 2,5 tấn thì năm

1948 đã tăng lên 10 tấn Năm 1953, cơ cấu gia lực bằng thuỷ lực lần đầu tiên được giới thiệu ở Pháp Năm 1948, nhiều công ty ở Hà Lan bắt đầu nghiên cứu đưa ra loại côn đo bằng điện (ECPT, tức Electrolic CPT) Năm 1964, công ty Furgo (Hà Lan) bắt đầu sử dụng ECPT rộng rãi Năm 1975, một vòng đá thấm để đo áp lực nước lỗ rỗng (U) đầu tiên được thử nghiệm Thí nghiệm này gọi là CPTu hay Piezo-cone CPT Ngày nay, các thiết bị CPT hiện đại đều được đo bằng điện và có khả năng đo

được áp lực nước lỗ rỗng, do đó CPTu thường được hiểu là ECPTu

Những thí nghiệm CPT thô sơ thường không xuyên qua được các lớp cát tương

đối chặt, sét dẻo cứng, nửa cứng Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ hiện đại, khả năng và sự tinh xảo của thí nghiệm CPT ngày càng được nâng cao Hiện nay, CPT sử dụng đối trọng lớn (40 tấn, thậm chí lớn hơn) có thể xuyên qua mọi loại đất, từ sét cứng, cát rất chặt đến ngay cả sỏi cuội chặt vừa cũng như một số loại đá

ThiÕt bÞ xuyªn tÜnh Pagani

ThiÕt bÞ xuyªn tÜnh Geomil

H×nh 1 1: ThiÕt bÞ thÝ nghiÖm xuyªn tÜnh

Hầu hết các thiết bị xuyên cơ học đều đo lực ấn bằng hệ thống cần dẫn với

áp kế đặt trực tiếp ở trên Các cần dẫn trong được chế tạo bằng các loại thép đặc biệt nhằm hạn chế tối đa sự biến dạng trong quá trình thí nghiệm

Thiết bị xuyên cơ học được sử dụng rộng rãi bởi do nó có giá thành thấp, sử dụng đơn giản, số liệu xuyên tương ứng với thiết bị và kinh nghiệm của người sử dụng Chất lượng tài liệu phụ thuộc ít nhiều vào kinh nghiệm của người sử dụng Trong đất yếu, mức độ chính xác của kết quả xuyên cơ học đôi khi chưa thoả mãn việc phân tích đánh giá các điểm đặc biệt của đất

Kết quả mà thiết bị xuyên tĩnh cung cấp được bao gồm các thông số sau:

Trong đó:

qc - sức kháng xuyên đơn vị;

fs - sức kháng áo ma sát ;

Fr - tỷ sức kháng xuyên;

Qc: lực tác dụng của kích lên đáy mũi xuyên;

Qs - lực ấn tác dụng lên áo ma sát;

Ac- diện tích mặt cắt ngang của mũi xuyên ( tiêu chuẩn là 10cm2); As- diện tích áo ma sát ( tiêu chuẩn là 150 cm2)

Năm 1974 hội nghị châu âu về thí nghiệm xuyên tại Stockholm đã công bố những kết quả đầu tiên về sử dụng thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng CPTu Một kiểu thiết bị xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng được phát triển bởi Viện nghiên cứu địa chất Nauy (NGI) đã được Janbu và Senneset sử dụng thí nghiệm ở gần với một hố xuyên tĩnh khác Schmertman (1974) cũng đã có nghiên cứu và sử dụng thiết bị xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng trong khảo sát địa kỹ thuật và ông đã thừa nhận giá trị đo áp lực nước lỗ rỗng trong việc giải thích kết quả thí nghiệm

c

c c

xuyên Các tác giả Janbu , Senneset và Schmertman đều chỉ ra sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng trong khoảng dừng xuyên

Hầu như đồng thời Torstensson (1975) tại Thuỵ điển và Wissa với nhũng người khác (1975) tại Mỹ đã phát triển đầu xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng vào mục đích đo

áp lực nước lỗ rỗng trong quá trình xuyên và khi dừng xuyên Hai loại đầu đo này về mặt hình học là tương tự nhau và đều có khả năng xác định được tính thấm của đất loại sét

Schmertman (1978) đã sử dụng loại đầu đo do Wissa chế tạo với mũi côn có góc ở đỉnh là 60 độ và màng thấm đưọc đặt ở đỉnh mũi côn vào mục đích nghiên cứu

đánh giá sự hoá lỏng của đất loại cát Baligh và đồng nghiệp (1980) đã sử dụng loại

đầu đo kiểu Wissa trong thí nghiệm xuyên kèm theo sự thay đổi vị trí của màng thấm và ông đưa ra đề nghị rằng khi kết hợp đo áp lực nước lỗ rỗng vào xuyên tĩnh thì sẽ mang lại nhiều hứa hẹn trong việc phân loại đất và đánh giá mức độ quá cố kết trong đất sét trầm tích

Công bố đầu tiên về việc đo kết hợp sức kháng mũi xuyên và áp lực nước lỗ rỗng trên cùng một đầu đo được thực hiện bởi Roy và những người khác (1980) Họ

đã tiến hành thí nghiệm trên đất sét Canada và nghiên cứu áp lực nước lỗ rỗng trong

đất khi thay đổi vị trí của màng thấm

Năm 1981 hội nghị quốc tế về xuyên tĩnh được tổ chức tai St.louis, một vài tác giả có những tổng kết báo cáo về việc đo đồng thời cường độ kháng xuyên, sức kháng áo ma sát và áp lực nước lỗ rỗng (Ruiter, 1981; Muromachi, 1981; Baligh và những người khác ) vv

Nhiều loại thiết bị xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng đã được nghiên cứu và phát triển trong những năm gần đây Trong các loại CPTu, hầu hết áp lực nước lỗ rỗng

đều được đo tại một vị trí của màng thấm, một vài kiểu thiết bị với 2 hoặc 3 vị trí màng thấm cũng đã được phát triển Sự thay đổi vị trí của màng thấm được đưa ra trong hình 1.2

Hình 1.2: Sự thay đổi vị trí màng thấm trên đầu xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng Ngoài việc đo đồng thời 3 thông số chính là sức kháng mũi xuyên, sức kháng

áo ma sát và áp lực nước lỗ rỗng, thiết bị xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng có những ưu

điểm sau:

- Đơn giản, thí nghiệm liên tục với tốc độ nhanh;

- Với áp lực nước lỗ rỗng nhận được, nó cho phép đánh giá một cách định lượng về

điều kiện thấm trong quá trình thí nghiệm;

- Xác định được chiều sâu mực nước tĩnh, xác định mặt cắt địa chất, phân loại đất và

đánh giá được nhiều thông số địa chất;

- Đánh giá điều kiện thoát nước và đặc tính cố kết của đất

Ngày nay thiết bị xuyên tĩnh đã được phát triển theo nhiều kiểu với các mục

đích khác nhau như xuyên cơ học (CPT), xuyên điện tử (electric CPT, xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng (piezocone, CPTu), xuyên đo chấn động (seismic piezocone, SCPTu), xuyên đo điện trở suất của đất (Resistivity piezocone, RCPTu), xuyên đo ứng suất ngang (Horizontal stress cone, HSC)

1.2 Thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng

Thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng thông thường bao gồm ba phần chính sau đây:

- Máy ép thuỷ lực dùng tạo lực ấn mũi xuyên và cần xuyên đến độ sâu thí nghiệm Cơ chế tạo lực ấn của máy ép là thông qua hệ thống tạo lực ấn bằng thuỷ lực Các máy ép thuỷ lực hiện nay có lực ấn từ 5 đến 20 tấn tuỳ theo từng loại thiết

Hình 1.4: Các loại mũi xuyên Mũi xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng ngày càng được phát triển và hoàn thiện tạo

được sự tin cậy của kết quả đo Một số đặc tính kỹ thuật của mũi xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng được trình bày trong bảng 1.1

Sensor

Bảng 1 1 Đặc tính kỹ thuật của mũi xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng

Diện tích đầu mũi xuyên hình côn

Đặc tính kỹ thuật

Loại 10 cm 2 Loại 15 cm 2

1 Các kênh đo

- Nguồn điện/thời gian hoạt động 6 pin /10 tiếng 2 pin /10 tiếng

Bảng 1.2 Một số đặc trưng kỹ thuật khác của đầu xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng

Các thông số

Cường độ kháng xuyên (q c )

Sức kháng áo (f s )

áp lực nước lỗ rỗng (u)

- Sai số nhiệt độ <0.05%F.S./10oC <0.05%F.S./10oC <0.05%F.S./10oC

- Bộ phận ghi đo số liệu bao gồm một bộ chuyển đổi số liệu và một hệ thống máy tính, hiển thị và tự động lưu trữ kết quả thí nghiệm với các chương trình được cài sẵn cho phép người sử dụng dễ dàng điều khiển và can thiệp vào quá trình thí nghiệm

Hình 1.5: Bộ phận ghi đo số liệu Ngày nay, với sự phát triển của khoa học và công nghệ loại thiết bị xuyên đo

áp lực nước lỗ rỗng kiểu không dây đã được ứng dụng và phát triển Đây là một trong những công nghệ tiên tiến đã được ứng dụng thành công vào thiết bị xuyên tĩnh và đã sử dụng ở nhiều nước trên thế giới Điểm đặc biệt của công nghệ này là bên trong mũi xuyên người ta đặt một phần tử biến đổi tín hiệu đo được từ mũi xuyên sang dạng âm thanh, tín hiệu âm này truyền lên trên thông qua cần xuyên (chiều dài đường truyền phụ thuộc vào đường kính cần xuyên và đặc điểm của đất bao quanh), thiết bị thu âm Microphone đặt ở trên đỉnh cần xuyên thu tín hiệu truyền lên từ mũi xuyên, thiết bị này lại chuyển tín hiệu âm sang tín hiệu số và chuyển qua máy tính Thiết bị xuyên không dây sử dụng đơn giản , tiện lợi cho phép giảm giá thành và tăng được hiệu quả của công việc Một vài đặc điểm chính của bộ thu nhận chuyển đổi tín hiệu thiết bị xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng kiểu không dây

được thể hiện trong bảng 1.3:

Bảng 1 3 Đặc điểm kỹ thuật bộ thu nhận chuyển đổi tín hiệu

1 Bộ truyền tín hiệu âm thanh

- Khoảng thời gian hoạt động 12 giờ

2 Bộ chuyển đổi tín hiệu số

- Kích thước 240x180x100mm

- Trọng lượng 3,0kg

Thiết bị xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng ngày càng được cải tiến, có thể cho phép

đo được cùng một lúc nhiều thông số như sức kháng mũi xuyên, sức kháng áo ma sát, áp lực nước lỗ rỗng, điện trở suất của đất, độ nghiêng của mũi xuyên, nhiệt độ

đầu mũi, tốc độ xuyên Công tác thu thập số liệu cũng được hoàn chỉnh, các thông tin thu được từ thí nghiệm xuyên được truyền và lưu trữ dưới dạng số cho phép dễ dàng tự động hoá đầu vào các quá trình tính toán

1.3 Mô hình hoạt động mũi xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng trong đất

Khi mũi xuyên đi vào trong đất hình thành vùng nêm nén chặt ở bên dưới và xung quanh mũi xuyên Vùng nén chặt này đuợc hình thành do sự chiếm chỗ của mũi xuyên trong đất gây nên Theo biểu đồ phân bố đường đẳng ứng suất, ở gần xung quanh vị trí mũi xuyên ứng suất tổng có giá trị lớn nhất, càng ra xa thì giá trị ứng suất càng giảm dần, ở phần dưới mũi xuyên vùng kéo và nén được phân chia theo ranh giới đường ứng suất và biến dạng Quan sát biểu đồ áp lực nước lỗ rỗng

các ứng suất lỗ rỗng dư gây bởi đầu mũi xuyên có giá trị giảm dần từ phía dưới đầu mũi xuyên lên phía trên Giá trị áp lực nước lỗ rỗng dư gây bởi mũi xuyên thay đổi

và phụ thuộc vào đặc điểm vật lý và cơ học của đất, giá trị áp lực nước lỗ rỗng dư đo

được đạt giá trị lớn nhất ở vùng dưới mặt côn Điều này đã được thực tế kiểm nghiệm Trong các loại đất sét và sét pha, giá trị áp lực nước lỗ rỗng thường là dương và luôn lớn hơn giá trị áp lực thuỷ tĩnh Trong đất loại cát, giá trị áp lực nước

lỗ rỗng dư nhiều khi mang giá trị âm và nhỏ hơn áp lực thuỷ tĩnh Nó phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hạt và tính thấm của đất

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới kết qủa thí nghiệm

Trong thí nghiệm xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng, sự ảnh hưởng của các yếu tố

đến kết quả đo có thể là ngẫu nhiên hoặc mang tính hệ thống Tìm cách phát hiện và hiệu chỉnh các yếu tố ảnh hưởng sẽ cho kết quả thí nghiệm chính xác và tin cậy khi

sử dụng trong tính toán thiết kế

1.4.1 ảnh hưởng áp lực nước lỗ rỗng đến qc và fs

Thực tế cho thấy dạng hình học của mũi xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng khi tiến hành thí nghiệm xuyên phải chịu áp lực bao quanh do tác dụng áp lực nước lỗ rỗng gây ra trên diện tích hình vành khuyên ở phần tiếp giáp giữa mũi xuyên và áo

ma sát Cũng như vậy lực tác dụng của áp lực nước lỗ rỗng ở phần diện tích cắt qua

ở phía trên và phía dưới của áo ma sát, ảnh hưởng này có tác dụng trực tiếp làm giảm cường độ kháng xuyên và tăng sức kháng áo ma sát (xem hình 1.6 )

Hình 1.6: ảnh hưởng của áp lực nước lỗ rỗng lên các giá trị đo qc và fs

Đây là ảnh hưởng được gọi là sự “không tương xứng về diện tích” Sức kháng xuyên đầu mũi sau khi hiệu chỉnh bằng tổng sức kháng xuyên đầu mũi theo kết quả thí nghiệm tại hiện trường cộng với áp lực do áp lực nước lỗ rỗng tác dụng vào phần vành khuyên theo công thức 1.4 :

Trong đó : qt - sức kháng xuyên đầu mũi sau khi đã hiệu chỉnh ;

qc - sức kháng xuyên đầu mũi đo được khi thí nghiệm ;

u2 - áp lực nước lỗ rỗng đo được khi thí nghiệm;

a - tỷ số về diện tích của mũi xuyên, a= An/Ac;

An- Diện tích hình vành khuyên ở chỗ tiếp giáp giữa mũi xuyên và áo ma sát;

Ac - Diện tích mũi xuyên

Để xác định tỷ diện tích a của mỗi mũi xuyên, có thể làm thí nghiệm đơn giản: Mũi xuyên được treo ở trạng thái tự do được tác dụng một áp lực xung quanh gây bởi nước hoặc chất lỏng không bị nén, tiến hành đọc giá trị qc và fs theo các khoảng giá trị áp lực khác nhau, vẽ đồ thị giữa áp lực mũi xuyên và áp lực tác dụng,

tỷ diện tích a được xác định phụ thuộc vào góc nghiêng của đường thẳng giữa áp lực tác dụng và giá trị qc thu được Phần lớn các mũi xuyên có tỷ diện tích a thay đổi

từ 0.55 đến 0.9 Tuy nhiên, ở một vài thiết bị tỷ số này có thể xuống thấp đến 0.38

Tỷ diện tích này có thể sẽ không được chấp nhận khi dùng trong nghiên cứu cho các loại đất yếu bão hoà nước, vì khi đó áp lực nước lỗ rỗng lớn hơn nhiều cường độ kháng xuyên làm cho số hiệu chỉnh này quá lớn dẫn đến không phản ảnh đúng thực

tế kết quả thí nghiệm Từ kết quả nghiên cứu trên mục tiêu của các nhà sản xuất là chế tạo ra các mũi xuyên có tỷ diện tích a lý tưởng nhất là đạt gần bằng 1

Tương tự như vậy, sức kháng áo ma sát sau hiệu chỉnh được xác định theo công thức 1.5:

ft = fs - (u2.Asb - u3.Ast)/AsTrong đó :

ft - sức kháng áo ma sát sau khi hiệu chỉnh;

fs - sức kháng áo ma sát khi thí nghiệm;

(1.5)

u2- áp lực nước lỗ rỗng tác dụng ở phần cuối của mũi xuyên;

u3 - áp lực nước lỗ rỗng tác dụng ở phần trên của mũi xuyên;

Asb - diện tích mặt cắt vành khuyên phía dưới áo ma sát;

Ast - diện tích mặt cắt vành khuyên phía trên áo ma sát;

As - diện tích bề mặt áo ma sát

Để giảm bớt các ảnh hưởng này đến sức kháng áo ma sát việc chế tạo mũi xuyên có diện tích mặt cắt phía dưới và phía trên sao cho đủ nhỏ và tương xứng bằng nhau (Asb= Ast)

1.4.2 ảnh hưởng của vị trí màng thấm

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, áp lực nước lỗ rỗng đo được phụ thuộc vào

vị trí của màng thấm Tổng quan cho thấy, áp lực nước lỗ rỗng sẽ đạt tới giá trị lớn nhất ở vùng giữa mặt mũi côn mà ở đó ứng suất nén đạt giá trị lớn nhất

Lunne và các đồng nghiệp (1986) đã nhận thấy, áp lực nước lỗ rỗng đo được

ở mũi xuyên và ở phần giữa của mũi xuyên là tương tự nhau Trong một vài trường hợp áp lực nước lỗ rỗng ở mũi côn nhỏ hơn áp lực đo được ở giữa mặt côn

Số liệu thí nghiệm áp lực nước lỗ rỗng trong đất sét cố kết thường chỉ ra sự thay đổi giá trị áp lực nước lỗ rỗng khi màng thấm đặt trực tiếp ngay sau mũi côn có quan hệ với loại đất và tính dẻo của đất Tỷ số giữa áp lực nước lỗ rỗng tại giữa mặt côn và tại vị trí ngay sau mũi côn biến đổi từ 1.15 trong đất sét có tính dẻo thấp đến 1.5 trong đất sét có tính dẻo cao và từ 1.5 đến 1.8 trong đất sét chứa hữu cơ

Giá trị áp lực nước lỗ rỗng đo được phụ thuộc và thay đổi theo vị trí của màng thấm kể từ vị trí ngay sát mũi côn, áp lực nước lỗ rỗng dư tại vị trí phía trên cùng của áo ma sát tương ứng bằng khoảng 70% áp lực nước lỗ rỗng dư tại vị trí tiếp giáp giữa mũi xuyên và áo ma sát

Hiện tại vị trí của màng thấm vẫn chưa được tiêu chuẩn hoá Theo tài liệu tiêu chuẩn hiệp hội cơ học đất và nền móng quốc tế (ISSMFE) vị trí của màng thấm nên

được đặt ngay sau mũi xuyên tại phần tiếp giáp giữa mũi côn và áo ma sát dựa vào những lý do chính như sau:

- Tại vị trí này đá thấm ít bị nghiêng nhất, do vậy tránh được các hư hỏng và

sự hao mòn không cần thiết

- Phép đo ít bị ảnh hưởng nhất bởi tính nén ép

- Dễ dàng tháo lắp và thay thế khi cần thiết, thuận lợi cho công tác bão hoà

- Giá trị áp lực nước lỗ rỗng đo được có thể dùng hiệu chỉnh trực tiếp sức kháng mũi xuyên

- Giá trị áp lực nước lỗ rỗng đo trong quá trình thí nghiệm tiêu tán ít bị ảnh hưởng bởi thủ tục có khoá hoặc không khoá cần

Robertson và Campanella (1988) qua nghiên cứu đã cho thấy sự thay đổi kích thước của đá thấm cũng ảnh hưởng đến giá trị đo áp lực nước lỗ rỗng mặc dù ảnh hưởng này là nhỏ, nhưng đây là nhân tố cần phải được quan tâm nghiên cứu

1.4.3 ảnh hưởng của áp lực dọc trục đến áp lực nước lỗ rỗng

Trong quá trình cải tiến và hiệu chỉnh một số máy xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng, Bruzzi và Battaglio đã nhận ra rằng, áp lực nước lỗ rỗng u có thể bị ảnh hưởng bởi áp lực dọc trục tác dụng lên mũi côn mà người ta gọi là hiện tượng “ảnh hưởng qua lại” Các thí nghiệm trong phòng và ngoài trời đã được tiến hành với sự thay đổi

về vật liệu và vị trí màng thấm đã chỉ ra rằng áp lực nước lỗ rỗng bị ảnh hưởng do tác dụng của áp lực dọc trục mà nguyên nhân chính do sự biến dạng của các thành phần hợp thành trong đầu đo đặc biệt là cảm biến đo áp lực nước lỗ rỗng và phiến đá thấm Để triệt tiêu sai số và ảnh hưởng do áp lực dọc trục gây ra các mũi xuyên đã

được thay đổi thiết kế và sử dụng một cách hợp lý vật liệu thấm

Hầu hết các mũi xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng hiện nay đều được thiết kế tránh ảnh hưởng này Tuy vậy, việc cam kết và chứng nhận sản phẩm của các nhà sản xuất là rất cần thiết đặc biệt trong trường hợp các sản phẩm được áp dụng các quy trình thiết kế mới

1.4.4 ảnh hưởng của nhiệt độ

Đối với các thiết bị đo bằng các cảm biến điện tử, hoặc các đầu đo cảm ứng

điện, sự thay đổi nhiệt độ có thể sẽ ảnh hưởng đến các giá trị đo Lunne và các đồng nghiệp đã tiến hành các thí nghiệm trong phòng và ngoài trời nghiên cứu trên một

số mũi xuyên cho thấy, sự thay đổi của nhiệt độ có ảnh hưởng đáng kể đến các giá trị đo được Lý do chính chỉ ra sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến các giá trị đo chính là

sự thay đổi các giá trị đo của đầu đo cảm biến khi ở trạng thái không tải Những mũi

xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng hiện nay được chế tạo cho phép đạt được sự ổn định

và độ chính xác khi có sự thay đổi nhiệt độ trong phạm vi rộng Tuy vậy khi mũi xuyên hoạt động trong khoảng phạm vi áp lực nhỏ như trong đất sét chảy, hoặc trong đất bùn yếu thì sự ảnh hưởng của nhiệt độ nên được quan tâm một cách đầy

đủ

Để tránh ảnh hưởng và sai số do nhiệt độ gây ra có hai cách như sau:

- Đảm bảo chắc chắn rằng số đọc ở trạng thái không tải trước và sau mỗi thí nghiệm ở cùng một điều kiện nhiệt độ như nhau gần với nhiệt độ bề mặt

- Đặt một cảm biến đo nhiệt độ ở trong mũi côn và hiệu chỉnh kết quả đo dựa trên các giá trị hiệu chỉnh thu được từ trong phòng thí nghiệm

ảnh hưởng của nhiệt độ tới thiết bị xuyên là không hạn chế, sự thay đổi nhiệt

độ trong hệ thống ghi đọc dữ liệu cũng là một nguyên nhân gây ra sự sai lệch của kết quả đo, sự thay đổi nhiệt độ này bao gồm quá trình tự làm nóng của các thiết bị

điện tử cộng với sự thay đổi nhiệt độ của môi trường bên ngoài Nebbeling (1995) cũng đã nhận thấy rằng, trong điều kiện thực tế khi nhiệt độ môi trường thay đổi 5Oc thì gây ra sự sai lệch là 10Kpa trong sức kháng mũi Một đặc điểm rất quan trọng khác là sự thay đổi nhiệt độ xảy ra khi làm các thí nghiệm tiêu tán trong thời gian dài nhất là trong trừơng hợp kéo dài từ ngày qua đêm, khi mà nhiệt độ khí hậu có thể thay đổi trong một phạm vi rộng Để hiệu chỉnh và đánh giá ảnh hưởng của các giá trị đo do sự thay đổi về nhiệt độ nên sử dụng một phép đánh giá định lượng theo một cách tuỳ chọn định trước

1.4.5 ảnh hưởng của độ mài mòn dạng hình học của mũi xuyên

Trước mỗi thí nghiệm xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng nên kiểm tra sự hao mòn hoặc hư hỏng của mũi xuyên, đá thấm và áo ma sát Dung sai dạng hình học của mũi xuyên cũng như áo ma sát trong phạm vi cho phép đã được chỉ ra bởi tiêu chuẩn của Hiệp hội cơ học đất và nền móng quốc tế IRTP(ISSMFE), yêu cầu này có thể

được quy định chặt chẽ hơn trong trường hợp cụ thể khi có một yêu cầu cao hơn về

độ chính xác của kết quả đo

Một nhân tố rất quan trọng là yêu cầu dung sai dạng hình học giữa mũi xuyên và áo ma sát, đường kính của áo ma sát nên luôn luôn bằng hoặc lớn hơn

đường kính của mũi xuyên Tuy nhiên, hiệu số giữa đường kính của áo ma sát và

đường kính mũi xuyên sẽ không lớn hơn 0.35mm

Qua những nghiên cứu của mình (Schaap và Zuidberg,1982) đã đưa ra độ mài mòn dạng hình học của mũi xuyên và áo ma sát là một hàm của số mét thí nghiệm xuyên

Dung sai yêu cầu đối với thiết bị xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng về bản chất cũng giống như đối với thiết bị xuyên cơ học, chỉ khác ở đây có thêm vào một yêu cầu có liên quan đến đá thấm Theo yêu cầu thì đường kính của đá thấm nên tương ứng bằng hoặc không vượt quá đường kính của mũi xuyên trong khoảng sai lệch là 0.2mm Tại mọi thời điểm, đường kính đá thấm đặt tại vị trí ngay sau mũi xuyên phải nhỏ hơn đường kính của áo ma sát Quan hệ giữa đường kính áo ma sát,đường kính mũi côn và đường kính đá thấm trong thí nghiệm xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng

được thể hiện như sau:

da ≥ df ≥ dc

mm d

1.4.6 ảnh hưởng của độ nghiêng mũi xuyên

Độ nghiêng của mũi xuyên và sự không thẳng đứng một cách liên tục của cần xuyên gây ra sai lệch đến kết quả đo Các yêu cầu về độ nghiêng này đã được chỉ ra trong các tiêu chuẩn thí nghiệm xuyên Các mũi xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng hiện

(1.6) (1.7) (1.8)

nay đều được cài đặt một cảm biến đo độ nghiêng của mũi xuyên trong quá trình thí nghiệm Việc thu thập các giá trị độ nghiêng cho phép người thí nghiệm hiệu chỉnh

được các sai số về độ sâu cũng như đánh giá những giá trị bất thường của kết quả

đo Độ nghiêng lệch của mũi xuyên trong các loại đất sét cứng hoặc đất loại cát là

đáng kể

1.4.7 ảnh hưởng của tốc độ xuyên

Nhiều nghiên cứu của các tác giả khác nhau đã đề cập sự ảnh hưởng của tốc

độ xuyên đến các giá trị kết quả đo Trong đất sét đối với hầu hết các thiết bị xuyên cơ học sức kháng xuyên tăng lên đồng thời với sự tăng tốc độ xuyên

Bemben và Myers (1974) đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ xuyên trong đất sét cố kết nhẹ khi sử dụng chín tốc độ xuyên khác nhau từ 0.2mm

đến 200 mm/s Kết quả cho thấy sức kháng xuyên nhỏ nhất thu được tại tốc độ 2mm/s và điều kiện thoát nước trong khoảng tốc độ xuyên đến 0.5mm/s

Nghiên cứu của Roy và các đồng nghiệp tiến hành các thí nghiệm trên đất sét

cố kết nhẹ khi sử dụng bảy tốc độ xuyên thay đổi trong khoảng từ 0.5 đến 40mm/s Những thí nghiệm này đã tạo ra được các đường cong có sự thay đổi tương tự như các thí nghiệm của Bemben và Myers (1974) Sự thay đổi của kết quả các thí nghiệm này phụ thuộc vào các mũi xuyên có hình dạng khác nhau

Rocha Filho và Alencar (1985) sử dụng thiết bị xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ xuyên trong đất sét Tốc độ xuyên dùng nghiên cứu thay đổi từ 0.5 - 15mm/s, các tác giả xác định được trong khoảng tốc độ xuyên

từ 5 - 15mm/s áp lực nước lỗ rỗng u không thay đổi, khi giảm tốc độ xuyên xuống 0.5mm/s tỷ số (qt-u)/qt tăng lên từ 50 - 65% Như vậy khi thí nghiệm xuyên ở tốc độ 0.5mm/s quá trình thoát nước ở xung quanh mũi xuyên đã xảy ra

Theo tiêu chuẩn của hiêp hội cơ học đất và nền móng quốc tế (ISSMFE) tốc

độ xuyên nên sử dụng là 20mm/s ± 5mm/s Mỗi khi bắt đầu xuyên thì tốc độ xuyên bao giờ cũng nhỏ Theo hiệp hội địa kỹ thuật Thuỵ điển tốc độ xuyên nên sử dụng là 20mm/s ± 2mm/s Tuy nhiên trong một vài trường hợp dung sai của tốc độ xuyên là không cần thiết ảnh hưởng của tốc độ xuyên đến kết quả đo cũng đã được nghiên cứu và đánh giá một cách đầy đủ theo các tác giả khác nhau

1.5 Xác định một số đặc trưng cơ học của đất từ kết quả thí nghiệm CPTu:

Từ kết quả xác định trực tiếp bằng thí nghiệm CPTu, cho phép xác định một

số đặc trưng cơ học quan trọng của đất như sau:

1.5.1 Xác định sức chống cắt không thoát nước

Quan hệ giữa sức chống cắt không thoát nước và sức kháng mũi trong đất loại sét được biểu diễn theo phương trình sau :

Nkt- Hệ số của mũi xuyên thay đổi rất nhiều phụ thuộc vào loại côn và loại

đất Giá trị Nkt thường được lấy từ 10 - 30;

SuCPTu - sức chống cắt không thoát nước của đất;

σvo - ứng suất bản thân của đất;

qt- sức kháng xuyên sau khi hiệu chỉnh

Khi biết giới hạn chảy của đất, sức kháng cắt không thoát nước của đất được

đánh giá thông qua thông số (qt- σvo) và giới hạn chảy (Wl) theo công thức 1.10:

Trong đó:

Wl - giới hạn chảy của đất;

a,b - các thông số thực nghiệm rút ra từ phương trình quan hệ theo thí nghiệm cắt cánh hoặc thí nghiệm cắt trực tiếp trong phòng

1.5.2 Xác định hệ số cố kết ngang của đất

Để xác định hệ số cố kết ngang, người ta ghi nhận lại quá trình tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng này và xác định độ tiêu tán U theo công thức:

o t

u u

u u

l

vo t CPTu

bw a

q Su

N

q

=

Trong đó:

- U: là độ tiêu tán, (%);

- ut: là áp lực nước lỗ rỗng đo được tại thời điểm t;

- ui: là áp lực nước lỗ rỗng đo được tại thời điểm bắt đầu thí nghiệm tiêu tán;

- uo: là áp lực thủy tĩnh

Qua độ tiêu tán U xác định hệ số cố kết ngang Ch

Theo Torstensson (1975) sự phân bố áp lực lỗ rỗng dư được đánh giá theo lý thuyết giãn nở "hốc" một chiều Quá trình cố kết ngang được biểu thị bằng hệ số cố kết ngang Ch liên hệ theo biểu thức sau:

2

R t

T

Trong đó: - Ch: là hệ số cố kết ngang;

- T: là nhân tố thời gian phụ thuộc vào độ tiêu tán U;

- t: là thời gian tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng dư;

- R: là bán kính "hốc’’ tương đương

Tốc độ cố kết tùy thuộc vào loại’’hốc’’, bán kính ’’hốc’’ và chỉ số độ cứng Ir:

u

u r

- Su: sức kháng cắt không thoát nước của đất

Đối với đất cứng, vùng ảnh hưởng lớn, khi đó tốc độ tiêu tán của đất giảm làm tốc

độ cố kết của đất giảm

Năm 1980, Baligh và Levadoux sử dụng phương pháp "đường biến dạng" để phân tích quá trình cố kết 2 chiều và giải thích hệ số cố kết ngang Ch Lý thuyết này phân tích bài toán cố kết 2 chiều quanh mũi côn cho thấy rằng tốc độ tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng dư chủ yếu phụ thuộc vào hệ số cố kết ngang Ch Khi áp lực nước lỗ rỗng bắt đầu tiêu tán, ứng suất hiệu quả của đất xung quanh mũi côn tăng lên Hệ số

cố kết ngang Ch theo lý thuyết này được Teaghi - Rendulic giải xác định theo biểu

Trong đó:

- Ch: là hệ số cố kết ngang;

- T: là nhân tố thời gian phụ thuộc vào độ tiêu tán U;

- t: là thời gian tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng dư;

- R: là bán kính đáy mũi côn

Tuy nhiên lời giải này cho thấy chưa đánh giá được vùng ảnh hưởng của vùng

đất bị xáo động quanh mũi côn nên giá trị Ch đưa ra là hơi thấp

Teh và Houlsby (1991) nhận ra rằng lý thuyêt tính toán Ch phụ thuộc rất nhiều vào chỉ số độ cứng của đất và đã đưa ra công thức xác định Ch như sau:

50

2 *

t

Ir T R

từ thí nghiệm Piezocone cung cấp một phương tiện kinh tế và hữu ích cho việc đánh giá gần đúng các tham số cố kết và thoát nước của đất nền

Giữa mặt côn

Trên mũi côn 5 lần bán kính

Trên mũi côn 10 lần bán kính

w

3 ,

γ

Trong đó:

kh - hệ số thấm ngang của đất;

Ch - hệ số cố kết ngang của đất tính được từ thí nghiệm tiêu tán;

γw- khối lượng riêng của nước;

Hệ số quá cố kết ORC của đất là tỷ số giữa áp lực tiền cố kết (pc) và áp lực

địa tầng hiệu quả σ Chúng ta đã biết, thí nghiệm xuyên CPTu có thể phản ánh vo'lịch sử ứng suất của đất trầm tích Ngay từ những năm 1978, nhiều tài liệu và tác giả

đã nghiên cứu và đề xuất phương pháp xác định hệ số quá cố kết ORC từ kết quả thí

nghiệm xuyên CPTu Kulhaway và Mayne (1990) đã đưa ra công thức tính hệ số quá cố kết ORC như sau:

'

(

vo o

u u K OCR

σ

ư

Trong đó:

- OCR: là hệ số quá cố kết của đất;

- K: là hệ số kinh nghiệm xác định trong mối quan hệ với thí nghiệm nén cố kết trong PTN;

- u2: là áp lực nước lỗ rỗng đo được tại vị trí giữa mũi côn và áo ma sát;

- cu: là Lực dính kết không thoát nước của đất;

- qc: là sức kháng xuyên đầu mũi

1.5.6 Xác định mô đun biến dạng

Theo kết quả nghiên cứu thực nghiệm, độ biến dạng của đất có quan hệ tuyến tính với sức kháng xuyên đầu mũi trong kết quả thí nghiệm CPTu theo công thức:

Trong đó: - Eo: là Modun biến dạng của đất;

- α: hệ số phụ thuộc loại đất;

- qc: Sức kháng xuyên đầu mũi

1.6 Phân loại đất theo kết quả thí nghiệm CPTu

Sự phân loại đất theo kết quả xuyên tĩnh dựa trên sức kháng mũi và tỷ sức kháng (fr) chưa mô tả được đầy đủ đặc điểm và bản chất của các loại đất nền.Vấn đề phân chia địa tầng chỉ dựa theo các giá trị về cường độ ít nhiều đã làm hạn chế đến việc giải thích kết quả thí nghiệm

Senneset và Janbu (1984) đã đề nghị đưa vào giá trị đo áp lực nước lỗ rỗng trong phân loại đất Khi sử dụng biểu đồ phân loại đất theo kết quả xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng ngoài việc tăng độ chính xác của kết quả phân loại còn cho phép người

sử dụng đánh giá một cách định lượng về điều kiện thoát nước của các lớp đất nền

1.7 Xác định ranh giới giữa các loại đất

Việc xác định liên tục các giá trị sức kháng xuyên và áp lực nước lỗ rỗng trong quá trình xuyên có thể giúp việc xác định chính xác những phân vị địa tầng Sự phát triển của đầu xuyên CPTu có thể đáp ứng được đầy đủ việc xác định áp lực nước lỗ rỗng tại bất kỳ loại đất nào Đối với vị trí đo áp lực nước lỗ rỗng đặt sau đầu mũi côn (u2) có thể xác định ranh giới giữa các loại đất dựa vào những đặc điểm sau:

+ Đất sét mềm tới nửa cứng áp lực lỗ rỗng lớn;

+ Đất sét quá cố kết hoặc đất sét cứng cho giá trị áp lực nước lỗ rỗng thấp hoặc

có thể là âm;

+ Đất cát rất chặt hoặc cát bụi cho giá trị áp lực nước lỗ rỗng thấp hoặc có thể

là âm;

vo t

o q

q

u u B

σ

ư

ư

+ Đất hạt bụi có tính co ngót có thể cho giá trị áp lực nước lỗ rỗng cao;

+ Đất hạt bụi có tính trương nở có thể cho giá trị áp lực nước lỗ rỗng thấp hoặc giá trị âm;

Các đặc tính thoát nước của các lớp mỏng cũng trở nên rất quan trọng để xác định các lớp cát mỏng, bụi hoặc sét trong một lớp đất sét hoặc đất cát dày hơn

Hình 1 7 Kết quả hiển thị khả năng lập mặt cắt của thí nghiệm CPTu (sau Zuidberg

và NNK, 1982.) Thời gian đầu đo áp lực nước lỗ rỗng bão hòa hoàn toàn rất nhanh do đó hoàn toàn có thể xác định được sự thay đổi của các lớp đất rất mỏng (<5mm) Ghi chép lại các số liệu đo được trên toàn bộ chiều sâu, lọc số liệu, phát hiện được các lớp kẹp mỏng, thời gian đáp ứng nhanh là những ưu điểm của xuyên CPTu

Với các thông số như sức kháng xuyên, áp lực nước lỗ rỗng được đo liên tục trong tất cả các loại đất hạt thô, đất hạt mịn, đất rời, đất dính, đất mềm hay đất cứng,

có thể phân biệt được rõ ràng địa tầng của từng loại đất là khả năng đặc trưng của

xuyên CPTu Powell và Quarterman (1995) đã cho thấy, với một chút thời gian hiệu chỉnh nhỏ trong quá trình khảo sát xuyên CPTu, sự biến đổi các lớp từ trên xuống dưới của mặt cắt trong lớp sét mềm đã được xác định bằng một tập các dữ liệu của xuyên CPTu Trong trường hợp này, kết quả khoan và lấy mẫu thí nghiệm để xác

định các thông số của lớp đất là không thể chính xác do lớp sét ở trạng thái chảy

a) Phát hiện thay đổi địa tầng;

b) Ph¸t hiÖn c¸c líp kÑp tèt h¬n

H×nh 1.8 KÕt qu¶ thÝ nghiÖm xuyªn CPTu trong líp sÐt tr¹ng th¸i ch¶y

Hệ tầng Hà Nội được chia ra 2 kiểu nguồn gốc

Trầm tích nguồn gốc sông (aQ 1 hn) có thành phần chủ yếu là hạt thô: cuội, sạn, sỏi

xen ít bột cát có bề dày thay đổi từ 2m (vùng lộ) đến 50m (trong các lỗ khoan sâu) Tại Dốc Sàng (Lục Nam, Bắc Giang) hệ tầng có 2 phần:

- Phần dưới: cuội, sỏi kích thước 1-1,5cm xen bột cát màu vàng, thành phần đa

khoáng (thạch anh là chủ yếu), phủ không chỉnh hợp trên hệ tầng Mẫu Sơn Dày 1m

- Phần trên: cát, bột màu vàng Dày 0,5m

Tại LK.8HP (Vĩnh Bảo, Hải Phòng), mặt cắt từ dưới lên như sau:

- Tập 1 (89-84m): cuội, sạn, sỏi lẫn cát màu xám sáng; kích thước cuội 2,5cm, chủ yếu là thạch anh, silic, có Bào tử phấn hoa Dicksonia sp., Taxodium sp., Carya sp., Cystopteris sp., Castanea sp., Corylus sp., Cyathea sp., Lygodium sp., Myrtus sp Dày 5m

1 Tập 2 (841 80m): cát lẫn sạn sỏi màu xám sáng; cát chiếm 77%, thành phần

chủ yếu là thạch anh, sạn sỏi 3%, còn lại là bột sét Dày 4m

- Tập 3 (80-70m): cát thành phần chủ yếu là thạch anh, hạt nhỏ đến trung bình

(71%), lẫn bột sét màu xám xanh nhạt, bột sét (29%) Dày 10m Bề dày chung của mặt cắt 19m

Thống Pleistocen thượng

Hệ tầng Vĩnh Phúc (aQ 1vp)

Trầm tích nguồn gốc sông - biển (amQ 1 vp): trầm tích amQ1vp bắt gặp ở phần

lớn các lỗ khoan sâu vùng Hải Phòng

Mặt cắt theo LK.2HP (Vĩnh Bảo, Hải Phòng) gồm 2 tập:

- Tập 1 (68-56m): cát hạt vừa đến thô lẫn ít sạn, sỏi, bột, sét, đôi chỗ lẫn ít tàn

tích thực vật, màu xám, xám vàng, xám xanh nhạt Thành phần độ hạt (%): cát = 62, sạn sỏi = 15, bột sét = 23 Thành phần đá chủ yếu là thạch anh Trong trầm tích có

Trùng lỗ: Quinqueloculina sp., Q philippinensis, Cibicides wellerstorfi, Sigmoilina

sp Reussella sp., Bào tử phấn hoa có: Lyndsaya sp., Taxodium sp., Cupressus sp., Sequoia sp., Quercus sp., Palmae, Morus sp., đặc trưng cho môi trường cửa sông

ven biển, tuổi Pleistocen muộn Dày 12m

- Tập 2 (56-48m): cát hạt mịn đến trung bình, bột sét màu xám nhạt, xám

vàng Thành phần độ hạt: cát 59%, bột sét 41% Cát chủ yếu là thạch anh, độ chọn lọc và mài tròn trung bình Dày 8m Tổng bề dày mặt cắt 20m

Thống Holocen hạ- trung

Hệ tầng Hải Hưng (Q 21-2 hh)

Trầm tích hệ tầng Hải Hưng phân bố trên phần lớn diện tích của các tỉnh Hải Dương, Hưng Yên, một phần các tỉnh Bắc Ninh, Bắc Giang và Hải Phòng, gồm 4 kiểu nguồn gốc

Trầm tích nguồn gốc sông - biển (amQ 2 1-2 hh)

Mặt cắt mô tả theo LK.9/204 (Gia Lộc, Hải Dương) gồm 2 tập

Trần tích nguồn gốc biển - đầm lầy (amQ 2 1-2 hh)

Mặt cắt tại LK.9/204 (Gia Lộc, Hải Dương) gặp trầm tích biển - đầm lầy ở độ sâu 6,1-2,4m (dày 3,7m) là sét bột màu đen, cát, than bùn, mùn thực vật, chứa di tích rễ, thân, lá cây bảo tồn tốt

Tại vết lộ HP.3336 (Vị Xuyên, Gia Lộc, Hải Dương) là lớp cát bột xám đen chứa nhiều mảnh vỏ sò, hến Trong lớp này có thân cây bảo tồn tốt ở độ sâu 2m Phân tích tuổi tuyệt đối cho tuổi 4195 ± 50 năm (tính đến năm 1976) ở độ sâu 2,5m

có hóa thạch động vật Ammonia beccarii, Balanus sp., và nhiều mảnh nhỏ Ostrea

sp Trầm tích có tuổi Holocen sớm - giữa

Trầm tích nguồn gốc biển (amQ 2 1-2 hh)

Trầm tích nguồn gốc biển chiếm gần 1/4 diện tích đồng bằng tỉnh Hải Dương

và rìa đông bắc thành phố Hải Phòng, trên bề mặt địa hình cao 1-2m Thành phần trầm tích gồm bột, sét màu xám vàng nhạt; phần trên bị laterit yếu, có Trùng lỗ:

Ammonia beccarii, Quinqueloculina seminulina cùng với Balanus sp., Ostrea sp., Dentalium sp., đặc trưng cho môi trường biển, tuổi Holocen sớm - giữa

Trầm tích nguồn gốc hồ - đầm lầy (lbQ 2 1-2 hh)

Trầm tích lbQ21-2 hh phân bố hẹp và nhỏ ở Việt Yên, Tiên Du, Quế Võ (Bắc

Ninh) Mặt cắt gồm 3 phần:

- Phần dưới: bột, cát, sạn màu xám sẫm; dày 0,5m

- Phần giữa: sét đen, sét xanh, sét kaolin lẫn nhiều tàn tích thực vật, đôi chỗ có

lớp than bùn mỏng; dày 0,2-1m