BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN THỊ NỤ NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH CỦA ĐẤT LOẠI SÉT YẾU amQ22-3 PHÂN BỐ Ở CÁC TỈNH VEN BIỂN ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG PHỤC VỤ XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI, 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN THỊ NỤ NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH CỦA ĐẤT LOẠI SÉT YẾU amQ22-3 PHÂN BỐ Ở CÁC TỈNH VEN BIỂN ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG PHỤC VỤ XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG Ngành: Kỹ thuật Địa chất Mã số: 62.52.05.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS.Đỗ Minh Toàn TS.Nguyễn Viết Tình HÀ NỘI, 2014 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu kết luận án trung thực, chưa công bố, ghi đầy đủ nguồn trích dẫn TÁC GIẢ LUẬN ÁN NGUYỄN THỊ NỤ MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu .2 Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Luận điểm bảo vệ Những điểm luận án Ý nghĩa khoa học thực tiễn 10 Cơ sở tài liệu luận án 11 Cấu trúc luận án 12 Lời cảm ơn Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH ĐẤT LOẠI SÉT YẾU VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG PHƯƠNG PHÁP LUẬN NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan nghiên cứu tính chất địa chất cơng trình đất loại sét yếu giới Việt Nam 1.2 Sơ lược lịch sử nghiên cứu trầm tích Đệ tứ vùng đồng sơng Cửu Long .14 1.3 Tổng quan nghiên cứu tính chất địa chất cơng trình đất loại sét yếu vùng đồng sông Cửu Long 16 1.4 Phương pháp luận cách tiếp cận vấn đề nghiên cứu 23 Chương 2: ĐẶC ĐIỂM TRẦM TÍCH amQ22-3 CÁC TỈNH VEN BIỂN ĐỒNG BẰNG SƠNG CỬU LONG 25 2.1 Khái quát địa tầng trầm tích Đệ tứ sơ lược lịch sử phát triển địa chất vùng nghiên cứu 25 2.1.1 Khái quát địa tầng trầm tích Đệ tứ 25 2.1.2 Sơ lược lịch sử phát triển địa chất Đệ tứ từ Pleistocen muộn tới 29 2.2 Đặc điểm cấu trúc trầm tích amQ22-3 32 2.3 Ảnh hưởng số yếu tố tự nhiên đại ảnh hưởng tới hình thành tồn trầm tích amQ22-3 39 2.3.1 Địa hình, địa mạo 39 2.3.2 Khí hậu 40 2.3.3 Mạng lưới thủy văn 41 2.3.4 Chế độ thủy triều 42 2.3.5 Địa chất thủy văn 43 2.4 Kết nghiên cứu thành phần hạt, thành phần vật chất trầm tích amQ22-3 44 2.4.1 Lựa chọn vị trí lấy mẫu phân tích nghiên cứu bổ sung 45 2.4.2 Thành phần hạt, lượng muối dễ hòa tan, phèn hữu .46 2.4.4 Thành phần khống vật, hóa học khả hấp phụ đất 51 2.5 Kết nghiên cứu đặc điểm kiến trúc, cấu tạo đất 56 Chương 3: NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH BIẾN DẠNG VÀ SỨC KHÁNG CẮT CỦA ĐẤT LOẠI SÉT YẾU amQ22-3 58 3.1 Đặc điểm chung tính chất lý đất loại sét yếu amQ22-3 58 3.2 Đặc tính biến dạng - cố kết thấm từ biến 62 3.2.1 Cố kết thấm theo phương thẳng đứng 62 3.2.2 Cố kết thấm theo phương ngang (hệ số cố kết theo phương ngang) 73 3.2.3 Tính từ biến đất yếu (hệ số nén thứ cấp) 91 3.3 Các đặc trưng sức kháng cắt 95 3.3.1 Các phương pháp xác định 95 3.3.2 Sức kháng cắt khơng nước .97 3.3.3 Sức kháng cắt hữu hiệu 102 Chương 4: KIẾN NGHỊ SỬ DỤNG CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG 104 4.1 Đặt vấn đề 104 4.2 Các vấn đề khảo sát ĐCCT lựa chọn biện pháp xử lý đường .104 4.2.1 Các kiểu cấu trúc đặc trưng có phân bố đất loại sét yếu amQ22-3 104 4.2.2 Vấn đề khảo sát địa chất cơng trình phục vụ cho thiết kế xử lý đường .108 4.2.3 Kiến nghị giải pháp xử lý đường đất yếu .111 4.3 Kiến nghị sử dụng tiêu lý đất loại sét yếu amQ22-3 thiết kế xử lý 124 4.3.1 Giải pháp thiết bị tiêu thoát nước thẳng đứng .124 4.3.2 Giải pháp cải tạo cọc vật liệu rời (cọc cát, cọc cát đầm chặt) 129 4.3.3 Giải pháp cải tạo chất kết dính vơ 130 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .133 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .136 TÀI LIỆU THAM KHẢO .138 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Đơn vị a, am, mQ13 Giải thích Trầm tích Pleistocen trên, nguồn gốc sơng, sơng – biển, biển a, am, mQ21-2 Trầm tích Holocen – giữa, nguồn gốc sông, sông – biển, biển a1-2 1/kPa Hệ số nén lún cấp áp lực từ 100 đến 200kPa ab, mb, b, Trầm tích Holocen trên, nguồn gốc sông – đầm lầy, mv Q23 biển – đầm lầy, đầm lầy; biển – gió amQ22-3 Trầm tích Holocen – trên, nguồn gốc hỗn hợp sơng - biển amQ22-3cg Trầm tích Holocen – trên, nguồn gốc hỗn hợp sông - biển, hệ tầng Cần Giờ as B Tỷ diện tích thay m Bề rộng BS, BSF Bùn sét, bùn sét pha Ca Hệ số nén thứ cấp Ca/Cc Tỷ số hệ số nén thứ cấp số nén c, c’, cu , ccu kPa Lực dính kết, lực dính kết hữu hiệu, lực dính kết khơng nước theo sơ đồ UU, CU Cc Chỉ số nén CD Cố kết - thoát nước Cr Chỉ số nở CRS - R Nén cố kết với tốc độ biến dạng khơng đổi - nước hướng tâm CTN Cấu trúc CU Cố kết – khơng nước cv m2/năm Hệ số cố kết theo phương thẳng đứng Cv(NC) m2/năm ch /cv Hệ số cố kết giai đoạn cố kết thông thường Tỷ số hệ số cố kết theo phương ngang theo phương thẳng đứng ch, ch(ap) m2/năm Hệ số cố kết theo phương ngang, hệ số cố kết theo phương ngang tương đương d mm Đường kính, đường kính lõi nước D mm Đường kính mẫu thí nghiệm de mm Đường kính ảnh hưởng giếng nước ds/dw Tỷ số đường kính vùng xáo động đường kính tương đương thiết bị tiêu nước thẳng đứng dw mm ĐCCT Địa chất cơng trình ĐCTV - Địa chất thủy văn - Địa chất cơng trình ĐCCT E kPa e; e0 Eđh Mô đun biến dạng Hệ số rỗng; hệ số rỗng tự nhiên kPa G H Đường kính tương đương bấc thấm Mơ đun đàn hồi Mơ đun trượt cm Chiều cao mẫu thí nghiệm IP Chỉ số dẻo Ir Chỉ số độ cứng Is Độ sệt k cm/s Hệ số thấm Kd Hệ số nén chặt kh/ks Tỷ số hệ số thấm theo phương ngang vùng đất nguyên trạng vùng đất xáo động KL Khối lượng KV Khu vực kv, kh cm/s Hệ số thấm theo phương thẳng đứng, theo phương ngang L m Khoảng cách bấc thấm l m Chiều dài tính tốn giếng nước M, Mi mv Nhiễm muối, nhiễm muối 1/kPa n Hệ số nén thể tích Hệ số phân bố ứng suất N.hạt sét, Nhóm hạt sét, bụi, cát bụi, cát N30 Chỉ số SPT NCKH Nghiên cứu khoa học nnk Những người khác OCR Chỉ số cố kết QL61 Quốc lộ 61 qu kPa Cường độ nén trục nở hông qu28 kPa Cường độ kháng nén trục 28 ngày tuổi r % Độ lỗ rỗng R cm Bán kính r0 cm Bán kính mũi xuyên re , rw mm Bán kính mẫu đất; đường kính lõi thoát nước tâm rk = kh/kv Hệ số đẳng hướng Rn kPa Cường độ kháng nén S, Sc cm Độ lún ổn định cuối cùng, độ lún cố kết SPT Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn Sr % Độ bão hồ Su kPa Sức kháng cắt khơng nước Su/σ’vo Tỷ số sức kháng cắt khơng nước ứng suất địa tầng hữu hiệu Sue/Suc Tỷ số sức kháng cắt giai đoạn nở nén lại xác định từ thí nghiệm đường ứng suất t giây, phút T*, Tv t50 Thời gian Nhân tố thời gian giây, phút T50, T*50 Thời gian ứng với độ cố kết thấm đạt 50% Nhân tố thời gian ứng với áp lực nước lỗ rỗng dư tiêu tán 50% TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam Tri Nhân tố thời gian trường hợp thoát nước hướng tâm U % Độ cố kết, mức độ tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng u, ub, ui kPa Áp lực nước lỗ rỗng; áp lực nước lỗ rỗng đất biên không thấm hộp nén; áp lực nước lỗ rỗng thời điểm tiêu tán ut, u0 % Áp lực nước lỗ rỗng thời điểm t, áp lực thủy tĩnh UU Khơng nước - khơng cố kết W % Độ ẩm tự nhiên WL % Độ ẩm giới hạn chảy Wp % Độ ẩm giới hạn dẻo Wtu % Độ ẩm tối ưu z cm, m Độ sâu  % Biến dạng thể tích g g/cm3 Khối lượng thể tích tự nhiên gc g/cm3 Khối lượng thể tích khơ gcmax g/cm3 Khối lượng thể tích khơ lớn gn g/cm3 Khối lượng riêng nước gs g/cm3 Khối lượng riêng  Hệ số poisson 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 3-2b 3-2c ss3-2a-20 ss3-2a-21 ss3-2a-19 ss3-2b-24 ss3-2b-22 ss3-2b-23 ss3-2b-24 ss3-2b-22 ss3-2b-23 ss3-2b-24 ss3-2b-23 ss3-2b-22 ss3-2b-24 ss3-2b-22 ss3-2b-23 ss3-2b-24 ss3-2b-22 ss3-2b-23 ss3-2c-26 ss3-2c-27 ss3-2c-25 ss3-2c-25 ss3-2c-27 ss3-2c-26 ss3-2c-26 ss3-2c-27 ss3-2c-25 ss3-2c-26 ss3-2c-27 ss3-2c-25 ss3-2c-26 ss3-2c-25 ss3-2c-27 14567 14616 14711 2708 2772 2798 5716 5758 5763 8676 8701 8712 11516 11632 11642 14385 14567 14591 2649 2922 2938 5777 5835 5586 8533 8804 8826 11432 11722 11724 14292 14638 14654 TB Max Min 0,949 0,907 0,861 0,904 0,897 0,905 0,911 0,888 0,908 0,876 0,848 0,847 0,885 0,875 0,871 0,942 0,943 0,934 0,927 0,938 0,942 0,942 0,936 0,947 0,896 0,880 0,916 0,850 0,864 0,889 0,935 0,934 0,925 0,90 1,70 2,61 1,75 1,90 1,73 1,63 2,06 1,67 2,30 2,88 2,89 2,12 2,32 2,40 1,04 1,03 1,19 1,32 1,12 1,05 1,04 1,15 0,94 1,92 2,23 1,52 2,82 2,55 2,04 1,17 1,20 1,35 2.07 3.37 0.90 1,50 2,83 4,33 2,91 3,16 2,87 2,70 3,42 2,77 3,82 4,78 4,79 3,52 3,85 3,99 1,73 1,70 1,97 2,19 1,86 1,74 1,72 1,92 1,56 3,18 3,70 2,53 4,68 4,23 3,39 1,94 1,98 2,24 3,43 5,60 1,50 1,84 3,47 5,31 3,56 3,87 3,51 3,31 4,19 3,40 4,68 5,85 5,87 4,30 4,72 4,88 2,12 2,09 2,42 2,69 2,28 2,13 2,11 2,35 1,92 3,90 4,53 3,10 5,73 5,18 4,15 2,37 2,43 2,74 4,20 6,86 1,84 2,30 4,34 6,65 4,46 4,84 4,40 4,15 5,25 4,26 5,86 7,33 7,35 5,39 5,91 6,11 2,65 2,61 3,03 3,37 2,85 2,66 2,64 2,94 2,40 4,88 5,68 3,88 7,18 6,49 5,20 2,97 3,04 3,44 5,26 8,59 2,30 1,63 3,08 4,72 3,17 3,44 3,13 2,94 3,73 3,02 4,16 5,21 5,22 3,83 4,20 4,34 1,88 1,86 2,15 2,39 2,02 1,89 1,88 2,09 1,70 3,47 4,03 2,75 5,10 4,61 3,70 2,11 2,16 2,44 3,74 6,10 1,63 2.36 4.45 6.82 4.58 4.97 4.52 4.25 5.39 4.37 6.01 7.52 7.54 5.53 6.06 6.27 2.72 2.68 3.11 3.45 2.93 2.73 2.71 3.02 2.46 5.01 5.82 3.98 7.37 6.66 5.34 3.05 3.12 3.53 5,40 8,82 2,36 3.09 5.83 8.92 5.99 6.50 5.91 5.56 7.04 5.71 7.86 9.84 9.86 7.24 7.93 8.20 2.72 2.68 3.11 4.52 3.83 3.57 3.54 3.94 3.22 6.55 7.62 5.20 9.64 8.71 6.98 3.98 4.09 4.61 7,03 11,53 2,68 1.35 2.55 3.91 2.62 2.85 2.59 2.44 3.08 2.50 3.44 4.31 4.32 3.17 3.47 3.59 1.56 1.54 1.78 1.98 1.67 1.56 1.55 1.73 1.41 2.87 3.34 2.28 4.22 3.82 3.06 1.74 1.79 2.02 2,96 4,98 1,35 II Phần phụ lục kiểu cấu trúc đặc trưng có phân bố đất loại sét yếu amQ22-3 vùng nghiên cứu Bảng 4.1 Các phụ kiểu cấu trúc có phân bố đất loại sét yếu amQ22-3 vùng nghiên cứu Vị trí 10 Tọa độ X 617117,10 621547,89 625499,70 628792,89 623412,72 646273,81 646442,40 648214,71 649350,55 650595,70 Y 11160306,76 11159228,98 11158390,74 11157372,85 11150300,99 11150114,36 11146018,76 11145820,76 11144775,59 11146720,24 Kiểu cấu trúc I.C I.C I.C I.C I.B I.C I.B II.B I.A II.B Vị trí 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 Tọa độ X 602235,35 605258,49 581526,76 608954,21 608789,96 608610,82 622913,99 592971,29 610165,20 608983,01 Y 11066821,88 11065514,72 11063209,25 11063089,53 11061207,93 11060266,29 11061521,97 11049993,82 11033451,16 11031597,67 Kiểu cấu trúc II.C I.B I.C I.C I.C II.C I.C II.C II.C II.C 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 651126,75 651956,82 656918,47 656336,45 660914,69 683921,40 683119,27 685887,87 633097,07 637930,03 645081,13 651609,30 652549,79 655872,97 656961,09 645434,17 651092,91 671386,46 667755,18 630158,12 637666,18 646340,11 647705,84 646627,51 647573,28 647527,60 648303,98 647527,60 647798,96 648112,41 654099,81 618290,77 623270,42 640771,17 655083,22 649727,91 663641,45 658231,51 660618,85 11146860,48 11144853,87 11149762,57 11145159,39 11144344,95 11148079,17 11146325,37 11140617,46 11136562,99 11136759,45 11134720,14 11131857,77 11133583,79 11136734,00 11137634,13 11116031,42 11110394,39 11118096,22 11103458,04 11102251,05 11099162,48 11103014,51 11103230,80 11101505,68 11101371,95 11099183,17 11100475,85 11099183,17 11097133,98 11093961,55 11093099,36 11090373,51 11087900,15 11079004,30 11081248,15 11081119,09 11074608,15 11069314,59 11069959,80 I.C II.B II.C II.B II.B II.C II.C I.B I.B, I.C I.C I.C I.C I.C I.C I.C I.C II.C II.C II.C II.C I.C II.B II.B II.B I.C I.C II.B II.C II.C II.B I.C II.C II.C II.C II.C II.C II.B I.C I.C 60 62 62 63 64 65 66 67 69 69 70 71 72 73 74 75 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 553236,02 553428,07 555807,59 551103,39 563632,55 579596,33 578391,61 562450,79 582155,78 543643,36 531597,29 520999,19 518607,70 516674,47 520336,41 515156,79 503469,38 501379,00 524005,01 502109,74 499116,68 516531,73 518199,99 534586,29 514010,66 518177,24 533077,91 515580,28 542442,17 532231,00 531808,30 502055,19 505603,28 487124,36 514707,06 495148,25 517681,84 11046203,76 11045232,98 11045130,04 11044015,24 11040401,86 11028400,43 11027285,14 11026303,69 11021362,47 11019681,40 11010660,48 11022137,89 11018432,10 11015013,54 11015015,24 11011423,25 11005433,60 11008212,41 11003961,39 10999703,64 10988389,87 10977657,87 11126569,50 11119037,42 11092431,41 11107971,09 11101631,03 11096361,11 11081828,15 11074759,93 11074753,85 11080700,23 11079012,88 11074792,83 11070309,66 11065617,30 11048640,19 I.C I.C I.C I.C I.C I.C I.C II.C I.C I.C I.C I.C I.C I.C I.C I.C I.C I.C I.C I.C I.C I.C IA IB IB IB IC IIB IC IC IC I,B I.C I.C I.C I.C I.C Hình 4.1 Vị trí kiểu cấu trúc đặc trưng có phân bố đất loại sét yếu amQ22 Hình 4.2 Sơ đồ vị trí điểm nhiễm muối - phèn thực tế III Phần phụ lục tính tốn xử lý bấc thấm kết hợp hút chân không gia tải trước III.1 Thiết kế xử lý đường bấc thấm kết hợp gia tải + hút chân không + Đắp đường theo giai đoạn Theo Rujikiatkamjorn Indraratna (2008)100 bước tính tốn thiết kế đường theo giai đoạn: Xác định thông số đất; chiều sâu bấc thấm (l), thời gian yêu cầu cho cố kết (t); Xác định độ cố kết yêu cầu Ut cho chất tải; Trong trường hợp hút chân không, xác định áp lực chân không po, tổng ứng suất thiết kế s, áp lực gia tải p xác định độ cố kết theo yêu cầu độ lún: Ut,vac = Ut.c,novaccum/c,withvaccum ; ( c,novaccum , c,withvaccum - độ lún khơng có hút chân khơng); Ut,vac = ( s/(p0+p))*Ut Xác định u* theo phương trình sau theo hình 4.3   2m   2    exp  Tv  2     m 1 2 m  1     u   u* 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.001 0.01 0.1 Tv = cvt/l 10 Hình 4.3 Quan hệ Tv u* Lựa chọn kích cỡ bấc thấm tính tốn đường kính tương đương bấc thấm, dw =2(a+b)/ Xác định T’h từ phương trình , T’h = cht/dw2 g  Xác định g  8T 'h   Ut  ln   u*  trường hợp chất tải 8T 'h trường hợp hút chân không + chất tải   U t , vax  ln   u*  Xác định đường kính, tính thấm vùng xáo động xung quanh bấc thấm dựa vào trình lắp đặt bấc thấm, kích thước thiết bị loại đất Tính tốn  theo phương trình sau hình 4.4 a = 0,3938 - 9,505.10-4 1,5+ 0,03714 0,5 Hình 4.4 Xác định  10 Xác định n theo  từ phương trình sau hình 4.5 n = exp(a.lng+) 11 Xác định đường kính vùng ảnh hưởng de = n.dw 12 Lựa chọn kiểu bố trí bấc thấm xác định khoảng cách bấc thấm L = de/1.05, L = de/1.13 cho trường hợp bố trí theo mạng tam giác hình vng + Đắp đường theo giai đoạn Theo Rujikiatkamjorn Indraratna (2007) 100, 113 bước tính tốn thiết kế đắp đường theo giai đoạn sau: Xác định tải trọng đắp giới hạn qmax vào hệ số mái dốc bề rộng đường đắp dựa vào phân tích ổn định sức kháng cắt khơng nước (Ladd, 1991) Hệ số ổn định thi công k  1,2 hệ số ổn định giai đoạn khai thác kmin 1,4 Hình 4.5 Quan hệ a,   Xác định tải trọng gia tải qreq để loại trừ cố kết thấm tải trọng đắp (qf) bù cho cố kết từ biến trình sử dụng cơng trình: q req  s 'i 10              q     f  p'c   ts     C (1e ) log  Cr log C log  o tp  s 'i  c  p 'c   a           0,9Cc - thời gian kết thúc lún cố kết thấm;         s 'i (13) Nếu qmax>qreq, đắp đường theo giai đoạn Nếu tác dụng áp lực hút chân không p0 qmax>qreq - p0, việc đắp đường theo giai đoạn thực Khi qmax