KHẢ NĂNG TRƯƠNG NỞ CỦA ĐẤT LOẠI SÉT VỚI CÁC HỆ SỐ ĐẦM NÉN (K) KHÁC NHAU
Dựa vào các kết quả phân tích trong phòng thí nghiệm, tác giả tìm hiểu đặc tính trương nở của đất đắp khi tiếp xúc với nước. Qua đó, tác giả đề nghị cách lựa chọn hệ số đầm nén (K) thích hợp
Hội nghị khoa học và công nghệ lần thứ 9, Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM, 11/10/2005
KHẢ NĂNG TRƯƠNG NỞ CỦA ĐẤT LOẠI SÉT
VỚI CÁC HỆ SỐ ĐẦM NÉN (K) KHÁC NHAU
SWELLING CHARACTERISTICS OF EARTHFILL
CORRESPONDING TO DIFFERENT COMPACTNESS COEFFICIENTS
Lê Thanh Phong
Khoa Kỹ thuật Địa Chất & Dầu Khí, Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh, Việt Nam
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
TÓM TẮT
Dựa vào các kết quả phân tích trong phòng thí nghiệm, tác giả tìm hiểu đặc tính trương nở của đất
đắp khi tiếp xúc với nước. Qua đó, tác giả đề nghị cách lựa chọn hệ số đầm nén (K) thích hợp
ABSTRACT
In this paper, the swelling characteristic of earthfill in approaching water is studied on the basis
of the testing results in the laboratory. The author then proposes a procedure for selecting a
suitable compactness coefficient (K).
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong thực tế có hai hệ thống thí ngiệm
Phần lớn đất loại sét thường được dùng làm trương nở và phân cấp trương nở theo thể
vật liệu đất đắp cho các công trình đất. Theo tài ∆V
tích δV = , USBR và theo chiều
liệu thống kê về các mỏ vật liệu đã dùng đắp đập V
ở tỉnh Khánh Hòa [3] thì có đến 75% mỏ vật ∆h
cao δh = , Snhip 2-05-08-85. Tuy nhiên khi
liệu thuộc loại đất sét pha, 20% thuộc loại sét và h
5% thuộc loại đất cát pha. dùng phương pháp giải tích và phương pháp
Trong quá trình trương nở không chỉ thể tích thực nghiệm cho thấy rằng số liệu phân cấp đất
của đất được nâng lên, mà còn làm giảm tính theo hai hệ thống trên là hợp nhau [1]. Vì nghiên
dính của nó do sự làm giảm yếu đáng kể lực cứu cho đập đất thuộc bài toán phẳng và cũng để
dính kết giữa các hạt đất riêng lẻ. hạn chế phức tạp trong điều kiện thí nghiệm nên
tác giả đã chọn phương pháp thí nghiệm theo
Để góp phần giải quyết bài toán ổn định cho
chiều cao RN, phân cấp trương nở theo Snhip.
công trình đập trong nhiều trường hợp phải tính
Việc lựa chọn phương pháp thí nghiệm là cần
đến sự ổn định của khối đất khi tiếp xúc với
thiết trước khi tiến hành thí nghiệm. Đề tài này
nước ở hệ số đầm nén (K) khác nhau. Đặc biệt
nghiên cứu đối với đất đắp nên tác giả chọn điều
là khả năng trương nở của đất loại sét trong điều
kiện chế bị mẫu để thí nghiệm. Việc chế bị mẫu
kiện khí hậu khô và ẩm theo mùa ở các tỉnh phía
γc
Nam. theo các hệ số đầm nén K = được dựa
2. PHƯƠNG PHÁP, PHẠM VI VÀ ĐỐI γ c max
TƯỢNG NGHIÊN CỨU trên thí nghiệm đận nện tiêu chuẩn Proctor.
14
Hội nghị khoa học và công nghệ lần thứ 9, Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM, 11/10/2005
Nội dung của báo cáo là nghiên cứu sự ảnh Cùng một loại đất có tính trương nở, dung
hưởng của độ chặt, độ ẩm ban đầu tính tính trọng khô (γc) và độ ẩm ban đầu (W) có ảnh
trương nở của của các loại đất sườn tàn tích hưởng rất lớn đến mức độ trương nở.
(phong hóa từ Bazan, Cát bột kết và Granite)
Theo các công trình nghiên cứu của nhiều tác
trong khu vự nghiên cứu (Sông Quao – Ninh
giả [1] đều cho thấy rằng: quan hệ giữa hệ số
Thuận, Thuận Ninh – Bình Định, Easoup
trương nở RN và dung trọng khô (γc), độ ẩm(W)
thượng – Đaklak), từ đó làm cơ sở khoa học cho
là tuyến tính RN = f(γc), RN = f1(W), tN=f2(W).
việc sử dụng hiệu quả đắp đập các loại đất này.
Những kết quả nghiên cứu của D.C
3. CÁC ĐẶC TRƯNG DÙNG ĐỂ ĐÁNH
Goriaxeva (1968), trên những mẫu chế bị từ đất
GIÁ ĐẤT TRƯƠNG NỞ
sét Kaolinite và Montmorillinite cho thấy rằng:
Mức độ trương nở
- Mối quan hệ giữa biến dạng (RN) và áp lực
Được xác định bởi sự thay đổi chiều cao trương nở (PN) so với dung trọng khô ban đầu
(hoặc thể tích) mẫu đất và được thể hiện bằng số (γc) là tuyến tính được thể hiện bằng phương
phần trăm theo công thứ sau đây: trình (2):
- Nếu xác định bằng sự thay đổi theo RN (PN) = Kγ (γN – γ0) (2)
chiều cao thì mức độ trương nở theo chiều cao
(RN) được tính theo công thức: Trong đó: Kγ = tgα - hệ số tính trương nở,
góc hợp bởi đường thẳng và trục dung trọng
hc - hd khô.
RN = ,% (1)
hd γN – dung trọng khô sau khi trương nở
Trong đó: hđ, hc tương ứng chiều cao ban đầu γ0 – dung trọng khô ban đầu
và chiều cao cuối cùng của mẫu.
- Mối quan hệ giữa biến dạng (RN) và áp lực
Nếu trong thí nghiệm để mẫu trương nở tự do trương nở (PN) so với độ ẩm ban đầu (W0) là
có hệ số trương nở tự do, nếu trương nở dưới tác tuyến tính được thể hiện bằng phương trình (3):
dụng của áp lực thì gọi đó là trương ở có áp.
RN (PN) = KW(WN – W0) (3)
N
Áp lực trương nở (P )
Trong đó:
Độ ẩm trương nở (WN)
KW = tgα - hệ số tính trương nở, góc hợp bởi
- Trương nở – co ngót là hai quá trình thuận đường thẳng và trục độ ẩm.
nghịch xảy ra trong đất loại sét khi độ ẩm của nó
thay đổi. Trong những trường hợp nhất định, WN – độ ẩm trương nở
quá trình thuận nghịch này sẽ tạo ra khe nứt gây W0 – độ ẩm ban đầu
mất ổn định cho đập.
4.1 Ảnh hưởng độ chặt đến tính trương nở
- Kết quả nghiên cứu [1] cho thấy rằng nhiều của đất
loại đất sét ở miền Trung không bị trương nở khi
Mục đích thí nghiệm
còn kết cấu tự nhiên, nguyên trạng. Nhưng lại bị
trương nở rõ rệt khi bị phá vỡ kết cấu tự nhiên Các thí nghiệm ở đây là nhằm nghiên cứu
rồi đầm nén lại (đất đắp). ảnh hưởng dung trọng khô của đất đắp đến tính
trương nở của nó. Thường người ta tìm biện
4. ẢNH HƯỞNG ĐỘ CHẶT – ĐỘ ẨM BAN
ĐẦU ĐẾN TÍNH TRƯƠNG NỞ CỦA pháp đầm nén đạt dung trọng khô cao để tăng
ĐẤT ĐẮP khả năng chống trượt, giảm lún của khối đất
15
Hội nghị khoa học và công nghệ lần thứ 9, Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM, 11/10/2005
đắp. Trên cơ sở đó giúp lựa chọn dung trọng khô áp lực trương nở (PN) và độ ẩm trương nở (WN).
hợp lý cho đập đất.
Kết quả thí nghiệm, nhận xét và kết luận
Phương pháp thí nghiệm
Trong thí nghiệm đã dùng các nhóm mẫu: hồ
Các nhóm mẫu thí nghiệm trương nở được chứa nước Sông Quao, T3 ở hồ Thuận Ninh –
chế bị theo những dung trọng khô (γc) khác Bình Định và ở lõi đập Easoup thượng (mẫu
nhau, có độ ẩm bằng độ ẩm tối ưu khi đầm nén 6/lớp 4). Chỉ tiêu vật lý và kết quả thí nghiệm
(W = Wopt) của từng nhóm mẫu đất. Mỗi dung của nhóm mẫu được ghi ở bảng 1, được thể hiện
trọng khô trong từng nhóm đất đều được thí trên biểu đồ hình 1, 2.
nghiệm để xác định hệ số trương nở tự do (RN),
Bảng 1
Mẫu chế bị Hệ số Áp lực Độ ẩm
Thứ tự
trương nở trương trương nở
TÊN CÔNG TRÌNH VÀ NHÓM ĐẤT thí W gc
tự do RN nở PN WN
TRONG THÍ NGHIỆM nghiệm
% g/cm3 % kG/cm2 %
Đất đắp đập hồ Sông Quao 1 1.64 3.90 0.20 24.00
3
gcmax = 1.81 g/cm ,Wopt = 16% 2 16.0 1.72 5.50 0.34 22.00
WL = 35%, WP = 20%, IP = 15% 3 1.81 11.50 0.45 23.00
Đất đắp đập hồ Thuận Ninh 1 1.76 14.00 0.51 32.00
3
gcmax = 1.76 g/cm ,Wopt = 15.5% 2 15.5 1.66 9.50 0.24 33.90
WL = 48%, WP = 28%, IP = 20% 3 1.58 6.75 0.10 35.00
Đất đắp đập hồ Easoup thượng 1 1.56 7.30 0.70 29.00
gcmax = 1.79 g/cm3,Wopt = 17.0% 2 17.0 1.63 8.15 0.90 26.00
WL = 40%, WP = 23%, IP = 17% 3 1.69 9.50 1.10 32.00
20 1.2
Soâ ng Quao y = 3.0709x - 4.0953 Soâ ng Quao
18 1.1
R2 = 0.998
y = 40.471x - 57.369 1
Aùp löïc tröông nôû PN, kG/cm2
16
R2 = 0.9945 Thuaä n
Heä soá tröông nôû RN, %
Thuaä n 0.9
14 Ninh
Ninh 0.8
12 0.7 y = 2.2951x - 3.5418
Easoup
10 R2 = 0.9864
Easoup 0.6
thöôïng
y = 16.791x - 18.997 thöôïng 0.5
8
R2 = 0.9697 0.4
6
0.3
4
y = 45.161x - 70.861 0.2 y = 1.4661x - 2.1976
2 R2 = 0.919 0.1 R2 = 0.992
0 0
1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0
3 Dung troïng khoâ γ c, g/cm3
Dung troïng khoâ γ c, g/cm
Hình 1: Moái quan heä giöõa γ c vaø RN Hình 2: Moái quan heä giöõa γ c vaø PN
16
Hội nghị khoa học và công nghệ lần thứ 9, Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM, 11/10/2005
thí nghiệm tác giả đã dùng các nhóm mẫu đất
Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng:
T1, T2, ở vùng hồ Thuận Ninh (Bình Định). Chỉ
– Sự tăng dung trọng khô (γc) của các mẫu tiêu vật lý của nhóm mẫu và kết quả thí nghiệm
đất sẽ kéo theo sự tăng mức độ trương nở tự do được ghi ở bảng 2. Ở các mẫu thí nghiệm trương
(RN) và áp lực trương nở (PN). Kết quả thí nở tự do được chế bị cùng dung trọng khô (γc)
nghiệm này phù hợp với số liệu của D. C. nhưng có các độ ẩm (W) khác nhau.
Goriaxeva (1968) và cũng phù hợp với kết quả
Kết quả thí nghiệm được ghi trong bảng 2 và
nghiên cứu trong điều kiện mẫu đất ở Việt Nam
thể hiện trên các biểu đồ (hình 3, 4) cho thấy
của GSTS. Nguyễn Văn Thơ [1].
rằng: khi tăng độ ẩm ban đầu của mẫu, hệ số
– Ngoài ra, cũng trong bảng kết quả (bảng 1) trương nở tự do (RN) giảm xuống và thời gian
cho ta thấy thêm rằng: dung trọng khô của đất cũng được rút ngắn. Cụ thể:
càng nhỏ thì độ ẩm trương nở lại càng tăng.
- Đối với mẫu T1: hệ số trương nở tự do giảm
Điều này nói lên rằng độ ẩm trương nở (WN) của
từ 9.40% xuống còn 8.60% và thời gian được rút
đất phụ thuộc vào dung trọng khô (γc) của nó.
ngắn xuống từ 1.643 giờ còn 634 giờ khi độ ẩm
4.2 Ảnh hưởng độ ẩm đến tính trương nở tự ban đầu tăng từ 14.0% lên 19.0% (mẫu có cùng
do (RN) và thời gian trương nở γc = 1.52 g/cm3).
Quá trình trương nở khi thấm nước của mẫu - Đối với mẫu T2: hệ số trương nở tự do giảm
đất sẽ kết thúc khi mẫu đất đạt đến độ ẩm trương từ 5.30% xuống còn 4.30% và thời gian được rút
nở (WN). Do đó, độ ẩm ban đầu của đất có ảnh ngắn từ 941 giờ xuống còn 425 giờ khi độ ẩm
hưởng lớn đến hệ số trương nở (RN) và thời gian ban đầu tăng từ 14.0% lên 18.0% (mẫu có cùng
trương nở (tN). Để nghiên cứu vấn đề này, trong γc = 1.61 g/cm3).
Bảng 2
Một số chỉ tiêu vật lý chủ yếu của Mẫu chế bị Hệ số trương nở Thời gian trương
Thứ tự thí
các nhóm mẫu thí nghiệm T1và T2 gc W tự do RN nở tN
nghiệm
ở hồ Thuận Ninh (Bình Định) g/cm3 % % giờ
Nhóm mẫu T1 1 19.00 8.60 634
gcmax = 1.75 g/cm3,Wopt = 15.5% 2 1.52 16.00 9.10 847
WL = 47%, WP = 27%, IP = 20% 3 14.00 9.40 1163
Nhóm mẫu T2 1 18.00 4.30 425
gcmax = 1.76 g/cm3,Wopt = 16.0% 2 1.61 16.00 4.84 670
WL = 46%, WP = 26%, IP = 20% 3 14.00 5.30 941
14 1600
Heä soá tröông nôû töï do RN, %
Thôøi gian tröông nôû tN, giôø
1400
12 y = -0.1605x + 11.655 Nhoù m T1
2
R = 0.9992 1200 y = -103.05x + 2564.5
10
Nhoù m 1000 R2 = 0.9494
8
T1 800
6 Nhoù m T2
Nhoù m T2 600
y = -129x + 2742.7
4 y = -0.25x + 8.8133 400 R2 = 0.9992
R2 = 0.9979
2 200
0 0
10.0 12.0 14.0 16.0 18.0 20.0 10.0 12.0 14.0 16.0 18.0 20.0
Ñoä aåm, % Ñoä aåm, %
N
Hình 3: Moái quan heä giöõa W vaø R
N Hình 4: Moái quan heä giöõa W vaø t
17
Hội nghị khoa học và công nghệ lần thứ 9, Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM, 11/10/2005
Hình 5: Thiết bị trương nở Hình 6: Mẫu thí nghiệm trương nở (Thuận Ninh)
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Trần Thị Thanh. Những nguyên lý sử dụng
đất loại sét có tính trương nở-co ngót vào
công trình đất đắp đập trong điều kiện nhiệt
đới ẩm Việt Nam. Luận án Tiến Sĩ kỹ thuật,
Trường Đại Học Bách Khoa, Thành Phố Hồ
Chí Minh (1998).
2. Nguyễn Văn Thơ, Trần Thị Thanh: Sử dụng
đất tại chỗ để đắp đập ở Tây Nguyên, Nam
Trung Bộ và Đông Nam Bộ. Nhà xuất bản
Nông Nghiệp (2001).
3. Tuyển tập hội thảo khoa học. Sử dụng đất
đắp đập Miền Trung. Nha Trang-Khánh
Hoà, Bộ Thuỷ Lợi (1994).
4. V. Đ. Lômtađze, Thạch luận công trình,
NXB ĐH và THCN, Hà Nội (1978).
5. Roy Whitlow, Cơ học đất, NXB Giáo dục,
(1996)
18
