Đặc điểm sức hút dính của một số loại đất bờ Sông Hồng khu vực Hà Nội

Nội dung text: Đặc điểm sức hút dính của một số loại đất bờ Sông Hồng khu vực Hà Nội

1. Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 9-18 Đặc điểm sức hút dính của một số loại đất bờ Sông Hồng khu vực Hà Nội Dương Thị Toan Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 05 tháng 8 năm 2016 Chỉnh sửa ngày 20 tháng 9 năm 2016; chấp nhận đăng ngày 28 tháng 10 năm 2016 Tóm tắt: Sức hút dính là tính chất đặc trưng cho tính chất không bão hòa của đất và là một trong những yếu tố quan trọng tác động đến ổn định bờ sông, đặc biệt trong điều kiện thay đổi của đới thủy động lực và nước ngầm khu vực bờ sông. Mục tiêu của bài báo nhằm nghiên cứu đặc điểm sức hút dính, ảnh hưởng của thành phần độ hạt và dung trọng đến sức hút dính cho một số loại đất bờ Sông Hồng khu vực Hà Nội. Kết quả thí nghiệm cho thấy sức hút dính chịu ảnh hưởng rất lớn bởi thành phần độ hạt và dung trọng của đất. Giá trị sức hút dính tại điểm khí bắt đầu xâm nhập vào mẫu (air-entry value, AEV) và sức hút dính tại điểm đất gần khô hoàn toàn (residual suction value, RSV) có xu hướng giảm rõ giữa các nhóm đất khác nhau, từ nhóm đất sét đến nhóm cát khi hàm lượng sét giảm, hàm lượng bột và cát trong đất tăng. Với cùng dung trọng bằng 15,0 kN/m3, giá trị AEV giảm từ 50 kPa đến 9 kPa, giá trị RSV giảm từ 600 đến 25 kPa khi hàm lượng hạt mịn trong đất giảm dần. Giá trị AEV và RSV có giá trị cao hơn khi dung trọng đất cao hơn. Với dung trọng là 13,5 kN/m3; 15,0 kN/m3; và 16,5 kN/m3, giá trị lớn nhất của AEV lần lượt là 25kPa, 50 kPa và 60 kPa; của RSV là 120 kPa, 600 kPa và 900 kPa. Từ khóa: Dung trọng, độ hạt, sức hút dính. 1. Mở đầu * hưởng đến các tính chất cơ học của đất như độ bền sức chống cắt, hệ số thấm [2]. Đây là các Sức hút dính của đất đặc trưng cho tính chất tính chất bắt buộc trong các bài toán phân tích cơ học không bão hòa của đất, được xác định trượt lở mái dốc, ổn định bờ sông bờ biển. Hình bằng hiệu số của áp lực khí lỗ rỗng và áp lực 1 thể hiện sơ bộ cơ chế gây sự ảnh hưởng của nước lỗ rỗng. Trong đất không bão hòa, có ít độ bão hòa đến hút dính của đất và ảnh hưởng nhất ba pha gồm hạt đất, không khí và nước đến các tính cơ học của đất. Trong đất bão hòa trong lỗ rỗng. Khí và nước tồn tại trong đất tạo (chứa nước trọng lực), áp lực nước lớn thắng ra áp lực, chênh lệch giữa áp lực khí lỗ rỗng và lực liên kết giữa các hạt đất đẩy chúng ra xa áp lực nước lỗ rỗng được gọi là sức hút dính nhau làm sức hút dính giảm, giảm khả năng của đất. Sự chênh lệnh này càng lớn, có nghĩa kháng cắt đất, tăng độ rỗng trong đất, do đó tính là đất bị bão hòa ít thì sức hút dính càng cao thấm cũng tăng nên. Đối với bài toán phân tích [1]. Sức hút dính là tính chất quan trọng ảnh có sự thay đổi áp lực của nước và của không ___ khí, chế độ bão của đất, đặc biệt là các bài toán * ĐT.: 84-934543261 liên quan đến đới bờ có sự tham gia của dao Email: duongtoan109@gmail.com 9
2. 10 D.T. Toan / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 9-18 động của mực nước, việc xác định sức hút dính của các loại đất khác nhau đến ổn định bờ Sông của đất là bắt buộc để đạt được kết quả phân Hồng khu vực Hà Nội (Hình 3). tích phù hợp với thực tế. Ngoài ra việc xác định 40 đặc trưng sức hút dính của đất giúp cho lý giải cơ chế mất ổn định mái dốc khi có sự thay đổi (04) 30 về điều kiện mưa, nhiệt độ bốc hơi, và chế độ (01) (02) (03) dao động thủy động lực nước ngầm và nước tích (%) tích 20 mặt. ể Ngoài yếu tố tác động từ bên ngoài, sức hút m th ẩ 01: Cát 01: Cát 10 dính của mỗi loại được quy định bởi các tính ộ 02:02: B BộtÙ cátt pha Đ 03:03: B Sétột sét1 pha vật lý của đất gồm độ ẩm, dung trọng và thành 04:04: Sét Set 2 phần độ hạt. Kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng 0 của tính chất vật lý đến sức hút dính có thể tìm 1 10 100 1000 10000 100000 1000000 thấy trong các bài báo [3-8]. Sự ảnh hưởng của Sức hút dính của đất (kPa) thành phần độ hạt đến sức hút dính của đất Hình 2. Sức hút dính của các loại đất được khái quát trên biểu đồ Hình 2. Các kết quả có độ hạt khác nhau [5, 9]. nghiên cứu trên có chung xu thế là sức hút dính của đất đạt được giá trị cao hơn đối với đất có 2. Khu vực nghiên cứu và mẫu đất thành phần hạt mịn hơn và dung trọng cao hơn. Sông Hồng chảy khu vực Hà Nội (Hình 3) bắt nguồn từ huyện Ba Vì đến huyện Thành Trì, uw có chiều dài khoảng 163 km. Đoạn bờ Sông Hồng từ Ba Vì tới Đan Phương (phía bờ phải) Nước và Đông Anh (phía bờ trái), là ranh giới giữa trọng lực Hà Nội và Vĩnh Phúc. Phía bờ phải, khu vực a. Đất bão hòa huyện Sơn Tây và Đan Phượng, bờ sông bị xói lở mạnh mẽ. Đoạn sông từ Đan Phượng về phía Thanh Trì, bờ sông chuyển hướng uốn khúc và xói lở sang phía bờ trái, có nhiều điểm đã bị sạt lở mạnh mẽ và tiếp tục diễn tiếp trong các mùa mưa như khu vực bờ sông các xã Hải Bối, Xuân Nước Canh (Đông Anh), Ngọc Thụy (Gia Lâm), mao dẫn Duyên Hà (Thanh Trì). b. Đất không bão hòa Việc khảo sát được thực hiện dọc hai bên Hình 1. Sự thay đổi lực tác dụng trong trường hợp bờ Sông Hồng, bao gồm công tác khảo sát các đất bão hòa và không bão hòa [2]. bờ tự nhiên, đo vẽ địa hình bờ chiều cao, góc dốc và mô tả sự phân bố các lớp đất theo chiều Mục tiêu của bài báo nhằm phân tích đặc sâu và không gian. Qua khảo sát bờ Sông Hồng điểm của sức hút dính của một số loại đất, khu vực Hà Nội, cho thấy bờ sông ở khu vực thành lập mối tương quan giữa sức hút dính của này được cấu tạo bởi 2 kiểu chủ yếu. Kiểu thứ 1 đất với thành phần hạt, sức hút dính của đất với là bờ sông có các lớp đất cát pha xen với lớp cát dung trọng của đất. Kết quả của bài báo giúp từ hạt mịn đến hạt trung (Hình 4), chiều dày các việc xây dựng dữ liệu cho việc phân tích ổn lớp cát dao động từ 0,2 m đến 0,5 m. Kiểu thứ 2 định bờ sông, phân tích cơ chế và ảnh hưởng
3. D.T. Toan / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 9-18 11 là bờ sông đồng nhất một loại đất sét pha từ trên bề mặt xuống dưới chân bờ (Hình 5). Mẫu đất thí nghiệm được thu thập tại các vị trí lựa chọn tại các điểm như trên Bảng 1 và Hình 3. Đây là các vị trí bờ sông tự nhiên chưa được bảo vệ bằng các công trình gia cố bờ sông. Hàng năm tại các vị trí khảo sát và lân cận thường xảy ra quá trình mất ổn định bờ sông. Vị trí lấy mẫu và mẫu thí nghiệm trình bày trong bài báo này đồng thời được lựa chọn đại diện cho việc phân tích xói lở bờ Sông Hồng, khu vực Hà Nội. Hình 5. Loại bờ có các lớp đất đồng nhất ở bờ Sông Hồng, khu vực Hà Nội. Bảng 1. Một số vị trí lấy mẫu tại các vị trí xói lở mạnh của bờ Sông Hồng, khu vực Hà Nội Chiều Kinh Vị trí Vĩ tuyến cao bờ tuyến sông(m) Phú Thịnh 511000 2342000 8m (PT) Liêm Mạc 579700 2333300 8 m (LM) Đại Mạch 573100 2339100 13 m (DM) Hải Bối 582000 2334500 8 m (HB) Xuân Canh 586000 2337000 7 m (XC) Ngọc Thụy 589300 2329200 11m Hình 3. Sơ đồ đoạn Sông Hồng chảy qua khu vực (NT) Hà Nội và vị trí các đoạn bờ sông lấy mẫu. 3. Phương pháp Các kết quả đạt được trong bài báo này từ các thí nghiệm trong phòng bao gồm: xác định các tính chất vật lý của đất như độ ẩm, dung trọng, thành phần hạt, và xác định sức hút dính của đất. Các tính chất vật lý là những tính chất cơ bản, thông dụng trong ngành Địa kỹ thuật được thực hiện theo các tiêu chuẩn hiện hành, trong bài viết này chỉ đề cập đến phương pháp xác định sức hút dính của đất. Hiện nay tại Việt Nam có rất ít đơn vị có Hình 4. Loại bờ có các lớp đất không đồng nhất thể thực hiện được thí nghiệm sức hút dính của ở bờ Sông Hồng, khu vực Hà Nội. đất. Trong nghiên cứu này, sức hút dính được
4. 12 D.T. Toan / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 9-18 xác định tại phòng thí nghiệm Địa kỹ thuật, Đại học Ibaraki, Nhật Bản. Thiết bị thí nghiệm xác định sức hút dính sử dụng là thiết bị nén áp lực (pressure plate apparatus). Sơ đồ thiết bị thí nghiệm như trên Hình 6 (a và b). Trong buồng mẫu, mẫu được đặt giữa hai tấm đĩa gốm. Đĩa gốm có tác dụng cho nước đi qua nhưng không cho khí đi qua. Bộ thiết bị thí nghiệm gồm bộ cấp tải trọng thẳng đứng, thiết bị nén áp lực khí, áp lực nước lỗ rỗng, ống đôi thể tích truyền áp lực nước lỗ rỗng và đo thể tích nước. Quy trình thí nghiệm gồm ba quá trình: (1) Đầu tiên mẫu được chế bị vào hộp mẫu có lót đĩa gốm phía dưới. Mẫu được bão hòa hoàn toàn bằng cách cho nước chảy từ ống thể tích vào mẫu từ phía đáy hộp mẫu. (2) Sau khi mẫu Hình 6b. Sơ đồ thiết bị thí nghiệm xác định sức hút dính của đất. bão hòa hoàn toàn (đồng hồ đo thể tích không thay đổi (0,01 mm/giờ), tác dụng áp lực khí vào mẫu. Quá trình này được gọi là quá trình làm Kết quả đạt được từ thí nghiệm này cho khô mẫu. Dưới tác dụng của áp lực khí, nước từ phép tính toán sức hút dính (là hiệu của áp lực mẫu thoát ra ngoài, và khí được chặn lại bởi đĩa khí lỗ rỗng và áp lực nước lỗ rỗng), tương ứng gốm. Áp lực khí được tăng theo từng cấp, và với độ ẩm của đất. Kết quả được thể hiện trên mỗi cấp được hoàn thành khi nước không thể đồ thị như Hình 7. Đường cong đồ thị được gọi tiếp tục thoát ra ngoài. (3) Quá trình cuối cùng là quá trình bão hòa mẫu trở lại gọi là quá trình là đường cong sức hút dính hay đường cong đất làm ướt, khi đó áp lực khí giữ nguyên, tác dụng nước. Các đặc trưng của đường cong sức hút áp lực nước lỗ rỗng thông qua ống thể tích. Áp dính được thể hiện bằng các thông số khớp: sức lực nước lỗ rỗng cũng được tăng theo từng cấp hút dính tại điểm khí bắt đầu vào đất ( Air-entry tương tự như quá trình làm khô mẫu. value - ARV, và a), tại điểm đối xứng và độ dốc (n), tại điểm đất gần khô hoàn toàn (Residual suction value - RSV, và m). 40 a, AEV 30 m (%) m n ẩ  i ;i 20 ộ Đ Đường cong Đường cong làm ướt mẫu làm khô mẫu 10 m, RSV  ; 0 r r 1 10 100 1000 10000 100000 1000000 Sức hút dính (kPa) Hình 6a. Hình ảnh thiết bị thí nghiệm xác định sức Hình 7. Đồ thị biểu diễn kết quả sức hút dính. hút dính của đất.
5. D.T. Toan / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 9-18 13 4. Kết quả P0,005 là phần trăm độ hạt nhỏ hơn đường kính 0,075 mm và 0,005 mm. Độ dốc của các loại 4.1. Thành phần độ hạt đất thí nghiệm được thể hiện trong Hình 9. Từ Mẫu thí nghiệm được thu thập tại các vị trí kết quả cho thấy, đất loại sét nhìn chung có độ lựa chọn dọc bờ sông, qua phân tích thành phần dốc nhỏ nhất, sau đó đến nhóm đất pha, và cuối hạt cho thấy các loại đất bờ sông khá da dạng, cùng là nhóm đất cát. Nhóm cát có sự đồng phân bố từ hạt mịn đến thô. Trong nghiên cứu nhất về thành hạt là tương đối lớn, ít chứa thành này lựa chọn một số mẫu có sự biến đối quy phần hạt mịn. luật về thành phần hạt để cho thấy sự ảnh 4.2. Sức hút dính của đất hưởng của thành phần hạt đến tính chất của sức hút dính. Sự biến thiên thành phần của một số Đường cong sức hút dính của đất thể hiện loại đất được thể hiện trên Hình 8 và Bảng 2. mối tương quan giữa sức hút dính và độ ẩm thể Có 11 loại đất, chia làm 4 nhóm có tên gọi và tích. Bảng 3 và các hình từ Hình 10 đến Hình ký hiệu sau: nhóm đất sét (Sét 01, Sét 02, và Sét 15 thể hiện kết quả, các đặc trưng sức hút dính 03), nhóm đất pha Bột-sét (Bột I-01, Bột I-02, và của đất khác nhau theo độ hạt và dung trọng của Bột I-03), nhóm đất pha Bột-cát (Bột II-01, Bột đất. Các mẫu được thực hiện thí nghiệm sức hút II-02, và Bột II-03); và nhóm cát (Cát 01 và dính với dung trọng tại 13,5 kN/m3; 15,0 Cát 03). kN/m3; and 16,5 kN/m3. Từ đường cong hút Các đặc trưng của thành phần độ hạt bao dính các thông số thể hiện đặc trưng cho đường gồm hàm lượng sét, bột và cát; giá trị D50, là cong này được xác định bao gồm: giá trị lực hút đường kính hạt mịn hơn 50%; và độ dốc đường dính tại thời điểm không khí bắt đầu xâm nhập cong độ hạt. Nhóm đất sét không chứa cát, có vào mẫu đất, AEV và a; sức hút dính tại thời hàm lượng sét thay đổi là 70%, 45%, và 35% điểm mà khí đã chiếm gần như toàn bộ lỗ rỗng lần lượt đối với các mẫu Sét 01, Sét 02, và Sét và đất gần khô hoàn toàn, RSV và m; và độ dốc 03. Nhóm này có giá trị D50 nhỏ hơn 0,01mm. của đường cong sức hút dính. Các thông số này Nhóm đất pha Bột-sét (Bột I) có hàm lượng bột được xác định dựa vào phần mềm Soil Vision khoảng 70%, trong đó hàm lượng sét biến đổi và Geoslope. Bảng 3 thể hiện các kết quả tính 25%, 20%, và 15%, giá trị D50 bằng 0,013 mm, toán các thông số trên cho 11 loại đất khác nhau 0,016 mm, và 0,020 mm lần lượt đối với Bột I-01, về thành phần độ hạt, từ trái sang phải thể hiện Bột I-02, và Bột I-03. Nhóm đất pha Bột-cát sự biến thiên với phần trăm đất sét giảm dần, (Bột II) có hàm lượng sét khoảng 10%, hàm phần trăm của đất bột và cát tăng. Tất cả các lượng bột là 70%, 65%, và 53%, giá trị D50 mẫu được thí nghiệm ở dung trọng 15,0 kN/m3, bằng 0,040 mm đối với Bột II-01 and Bột II-03, và có 6 mẫu là Sét 01, Sét 02, Sét 03, Bột I-01, và bằng 0,056 mm đối với Bột II-02. Bột I-03, Bột II-03 được thực hiện thí nghiệm Đặc tính của đường cong độ hạt và cấp phối sức hút dính tại các dung trọng khác nhau tại hạt còn thể hiện bằng độ dốc đường cong độ 13,5 kN/m3; 15,0 kN/m3; và 16,5 kN/m3. hạt. Độ dốc được tính bằng công thức (P0,075 - P0,005)/(0,075 - 0,005) [6]. Trong đó P0,075 và GG
6. 14 D.T. Toan / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 9-18 t ạ h ộ t rây (%) t ọ t l ấ ng cong đ ng cong ờ a đư ủ n trăm đ n trăm ầ c ố Ph d ộ Đ Đường kính hạt (mm) Mẫu từ nhóm sét đến nhóm cát Hình 8. Đường cong độ hạt của đất. Hình 9. Độ dốc đường cong độ hạt. Bảng 2. Các tính chất và phân loại cơ bản một số loại đất bờ Sông Hồng, khu vực Hà Nội Tính chất đất Nhóm đất sét Nhóm đất Bột-sét (Bột I) Nhóm đất Bột-cát (Bột II) Nhóm Cát (Cát) Ký hiệu mẫu Sét 01 Sét 02 Sét 03 Bột I-01 Bột I-02 Bột I-03 Bột II-01 Bột II-02 Bột II-03 Cát 01 Cát 03 Vị trí lấy mẫu NT 22 NT 21 NT01 NT 03 PT06 HB21 HB 01 NT04 XC NT 12 DM 22 1-0,25 mm 0,56 18,38 Cát 0,25-0,075 mm 1,39 1,14 1,34 3,93 9,82 13,46 20,33 25,5 36,57 94,26 80,91 Bột 0,075-0,005 mm 28,61 56,42 62,66 71,07 70,79 71,03 69,67 64,5 53,43 5,17 0,71 Sét < 0,005 mm 70,00 42,44 36,00 25,00 19,40 15,51 10,00 10,00 10,00 0 0 D50 0,002 0,006 0,009 0,013 0,016 0,020 0,040 0,056 0,040 0,150 0,180 D10 0,003 0,003 0,006 0,017 0,004 0,085 0,110 D30 0,003 0,031 0,006 0,009 0,011 0,020 0,020 0,003 0,120 0,145 D60 0,003 0,008 0,012 0,015 0,021 0,025 0,050 0,055 0,050 0,165 0,200 Cc 1,61 1,33 0,43 0,03 1,03 0,96 Cu 8,33 8,33 3,24 12,50 1,94 1,82 Độ dốc độ hạt 3,94 7,69 9,09 10,15 10,11 10,15 9,95 9,21 7,63 12,73 11,46 Độ ẩm tự nhiên (%) 32,68 32,42 28,44 19,42 37,25 30,52 28,20 11,12 16,06 2,81 4,72 Dung trong tự nhiên 19,5 19,9 19,6 18,7 19,0 18,0 18,5 16,8 17,3 (kN/m3) Khối lượng riêng 2,75 2,72 2,57 2,61 2,63 2,62 26,4 2,64 2,62 2,71 2,68 Giới hạn chảy (%) 57,98 57,01 42,45 34,56 38,67 37,77 54,36 27,92 Giới hạn dẻo (%) 31,35 24,14 17,5 31,23 25,63 24,06 19,35 Hệ số dẻo 26,63 32,87 24,94 7,44 12,14 30,3 8,57 Hệ số chảy 0,05 0,64 0,19 0,81 1,23 0,14 0,06 Phân loại đất CH CH CL ML ML ML MH ML ML SP SP Ghi chú: Tên đất được phân loại và gọi tên theo tiêu chuẩn Mỹ USCS (United Soil Classification System) CL: Sét có tính dẻo thấp (Giới hạn chảy thấp hơn 50%), CH: Sét có tính dẻo cao (Giới hạn chảy lớn hơn 50%) ML: Bột có tính dẻo thấp (Giới hạn chảy thấp hơn 50%), MH: Sét có tính dẻo cao (Giới hạn chảy lớn hơn 50%), SP: Cát cấp phối kém.
7. D.T. Toan / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 9-18 15 Bảng 3. Các thông số khớp của đường cong sức hút dính Dung trọng tại 13,5 kN/m3 Loại đất Sét 01 Sét 02 Sét 03 Bột I-01 Bột I-02 Bột I-03 Bột II-01 Bột II-02 Bột II-03 Cát 01 Cát 03 Ví trí lấy NT22 NT21 NT01 NT 03 PT06 HB21 HB 01 NT 03 XC NT 02 DM 22 mẫu Độ ẩm bão 54 48 48 34 45 43 hòa (%) AEV (kPa) 25 15 12 15 11 6 RSV (kPa) 108 120 120 70 60 50 a 33,71 36,03 20,37 19,43 16,44 9,33 n 2,88 1,35 1,48 4,2 4,88 3,49 Độ dốc 0,49 0,45 0,43 1,35 0,95 1,01 Dung trọng tại 15,0 kN/m3 Độ ẩm bão 57 49 43 30 42 42 40 43 45 43 29 hòa (%) AEV (kPa) 50 40 32,25 27 21 20,05 22 20 10 9,5 9,3 RSV (kPa) 600 500 400 100 95 90 61 59 55 27 25 a 61 57,75 53,12 35,76 29,47 28,39 30,05 28,1 16,59 10,78 10,33 n 1,72 1,83 2,03 4,19 4,18 4,205 4,85 6,8 3,535 19,99 18,89 Độ dốc 0,43 0,41 0,44 1,43 1,29 1,33 1,85 1,56 0,84 3,31 2,58 Dung trọng tại 16,5 kN/m3 Độ ẩm bão 51 48 52 52 42 32 hòa (%) AEV (kPa) 60 45 40 30 25 18 RSV (kPa) 900 600 500 105 102 80 a 80,97 69,15 54,68 35,36 30,48 23,64 n 1,54 2,82 2,13 5,67 4,1 5,47 Độ dốc 0,48 0,51 0,54 1,12 0,72 1,26 ơ Đối với sự thay đổi thành phần hạt, kết quả 600 kPa, 500 kPa, và 400 kPa khi dung trọng cho thấy giá trị AEV và RSV có xu hướng giảm bằng 15,0 kN/m3, và bằng 900 kPa, 600 kPa, rõ giữa các nhóm đất khác nhau, từ nhóm đất 500 kPa khi dung trọng bằng 16,5 kN/m3. sét đến nhóm cát. Nhóm đất sét, có hàm lượng Nhóm Bột I có hàm lượng bột khoảng 70%, sét giảm tương ứng là 70%, 42%, 36% đối với và hàm lượng sét giảm từ 25%, 20% và 15%. mẫu Sét 01, Sét 02, Sét 03, giá trị AEV, RSV Đối với nhóm Bột II, nhóm có hàm lượng đất giảm rõ rệt đối với cả ba trường hợp dung trọng sét là 10%, hàm lượng bột là 70%, 65%, và đất khác nhau (trừ trường hợp đối với đất có 55%. Giá trị tại AEV biến thiên của hai nhóm dung trọng thấp (13,5 kN/m3), giá trị RSV này khi hàm lượng sét giảm cũng theo xu không tuân theo quy luật này). AEV của Sét 01, hướng giảm dần nhưng không rõ rệt, dao động Sét 02, Sét 03 bằng 25 kPa, 15 kPa, và 12 kPa trong khoảng 27-20 kPa. Đối với đất Bột II-03 khi dung trọng bằng 13,5 kN/m3, bằng 50 kPa, và nhóm cát có giá trị AEV khoảng 10 kPa. Giá 40 kPa, và 32 kPa khi dung trọng bằng 15,0 trị RSV có giá trị giảm rõ rệt với đất từ nhóm kN/m3, và bằng 60 kPa, 45 kPa, và 40 kPa khi bột sét đến bột cát, dao dộng từ 105 - 60 kPa dung trọng bằng 16 kN/m3. Giá trị RSV của Sét với nhóm Bột I, từ 61 - 55 kPa với nhóm Bột II, 01, Sét 02, Sét 03 bằng 108 kPa, 120 kPa, và và 27-25 kPa với nhóm cát. 120 kPa khi dung trọng bằng 13,5 kN/m3, bằng
8. 16 D.T. Toan / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 9-18 Kết quả trên cũng cho thấy mối tương quan cong hút dính. Sự biến đổi của giá trị (a) tương giữa dung trọng và các thông số của sức hút đương với AEV và sự biến đổi của giá trị (m) dính. Khi dung trọng tăng lên thì giá trị AEV, và tương đương với RSV. Độ dốc là thông số quan RSV cũng tăng lên rõ rệt. Đối với dung trọng trọng ảnh hưởng đến sự thay đổi của sức chống thay đổi AEV của nhóm sét và bột sét, bột-cát cắt và độ thấm của đất trong điều kiện không lần lượt đạt giá trị: 25-6 kPa với dung trọng bão hòa. Hình 15 thể hiện sự so sánh giữa độ bằng 13,5 kN/m3, 50-10 kPa với dung trọng dốc đường cong độ hạt với đường cong của sức bằng 15,0 kN/m3, và 60 -18 kPa với dung trọng hút dính. Độ dốc đường cong độ hạt của đất bằng 16,5 kN/m3. Giá trị RSV lần lượt là: 120- nhóm sét và nhóm bột (Bột I và Bột II) không 50 kPa với dung trọng bằng 13,5 kN/m3; 600-55 có sự khác biệt rõ rệt. Tuy nhiên có thể thấy kPa với dung trọng bằng 15,0 kN/m3; và 900-80 được xu hướng chung là độ dốc tăng từ nhóm kPa với dung trọng bằng 16,0 kN/m3. Hình 13 đất sét đến nhóm đất bột. Kết quả so sánh cho và Hình 14 thể hiện sự thay đổi của hai thông thấy độ dốc của đường cong lực hút dính của số AEV và RSV của các loại đất khác nhau về đất tại các dung trọng cũng biến thiên cùng thành phần hạt và dung trọng. chiều với độ dốc của đường cong độ hạt. Độ Ngoài hai thông số AEV và RSV, các tính dốc nhỏ đối với nhóm đất sét và lớn hơn đối với chất đường cong sức hút dính còn thể hiện bằng nhóm đất bột, cát. thông số khớp (a, n, và m) và độ dốc của đường Lf tích (%) tích (%) ể ể m th m th ẩ ẩ ộ ộ Đ Đ Sức hút dính (kPa) Sức hút dính (kPa) Hình 10. Sức hút dính với đất có dung trọng là 13,5 kN/m3. Hình 11. Sức hút dính với đất có dung trọng là 15,0 kN/m3. 200 1200 13,5 kN/m3 15,0 kN/m3 16,5 kN/m3 1100 180 1000 RSV 900 160 800 R 700 S V 600 ( 140 500 k P tích (%) a ể 400 120 300 ) 200 m th 100 ẩ 100 0 ộ -100 Đ 80 -200 AEV -300 ) 60 a -400 P -500 k ( 40 -600 V E -700 A 20 -800 -900 0 -1000 Hình 12. Sức hút dính với đất 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 3 có dung trọng 16,5 kN/m . Phần trăm hàm lượng sét (%) Hình 13. Giá trị AEV và RSVcủa nhóm đất loại sét.
9. D.T. Toan / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 9-18 17 80 140 13,5 kN/m3 15,0 kN/m3 16,5 kN/m3 120 R 70 S RSV V 100 ( k 60 P a 80 ) 50 60 c ố 40 40 d ộ 20 Đ 30 AEV ) a P 0 k ( 20 V -20 E A 10 -40 0 -60 60 65 70 75 80 85 90 95 100 Phần trăm hàm lượng bột (%) Đất theo thứ tự hàm lượng sét giảm dần Hình 14. Giá trị AEV, RSV của nhóm đất bột-sét và Hình 15. Sánh độ dốc của đường cong độ hạt với bột-cát (Bột I, Bột II). độ dốc của đường cong sức hút dính. 5. Kết luận Đối với dung trọng thay đổi, AEV của nhóm sét và bột sét, bột-cát lần lượt dao động trong Nghiên cứu này tiến hành khảo sát và lấy khoảng giá trị: 25-6 kPa với dung trọng bằng mẫu đất thí nghiệm tại một số vị trí trọng yếu 13,5 kN/m3; 50-10 kPa với dung trọng bằng của bờ Sông Hồng khu vực Hà Nội. Trong đó 15,0 kN/m3; và 60 -18 kPa với dung trong bằng lựa chọn 11 loại mẫu đại diện thuộc 4 nhóm đất 16,5 kN/m3. Giá trị RSV lần lượt là: 120-50 kPa là nhóm đất sét, nhóm đất bột-sét (Bột I), nhóm với dung trọng bằng 13,5 kN/m3; 600-55 kPa đất bột-cát (Bột II) và nhóm đất cát. Các tính với dung trọng bằng 15,0 kN/m3; và 900-80 kPa chất của đất được xác định bao gồm các tính với dung trọng bằng 16,5 kN/m3. chất vật lý (độ ẩm, dung trọng), thành phần độ hạt và sức hút dính của đất. Đặc điểm sức hút dính của đất khu vực nghiên cứu và mối tương Lời cảm ơn quan với thành phần hạt và dung trọng thông qua kết quả thí nghiệm như sau: Bài báo được hoàn thành với sự hỗ trợ Giá trị AEV và RSV có xu hướng giảm rõ của đề tài mã số 105.08-2015.24 do Quỹ giữa các nhóm đất khác nhau, từ nhóm đất sét NAFOSTED, Bộ Khoa học và Công nghệ đến nhóm cát. Đối với cùng dung trọng 15,0 tài trợ. kN/m3, nhóm sét từ Sét 01, Sét 02, Sét 03 có hàm lượng sét giảm từ 70% đến 36%, thì giá trị AEV giảm từ 50 kPa đến 32 kPa, giá trị RSV Tài liệu tham khảo giảm từ 600 kPa đến 400 kPa. Nhóm bột sét và bột cát có hàm lượng bột giảm từ 70% đến [1] D. G. Fredlund, and H. Rahardjo, Soil 55%, thì giá trị AEV giảm từ 30 kPa đến 10 Mechanics for Unsaturated Soil, A Wiley kPa, giá trị RSV giảm từ 100 kPa đến 55 kPa. Interscience Publication, John Wiley & Sons, Nhóm cát có AEV và RSV có giá trị thay đổi Hoboken (1993). không nhiều, AEV có giá trị dưới 10 kPa và [2] D. G. Fredlund, H. Rahardjo, The role of RSV có giá trị dưới 30 kPa. unsaturated soil behaviour in geotechnical engineering practice. Eleventh Southeast
10. 18 D.T. Toan / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 9-18 Asian Geotechnical Conference 4-8May, Soil-water Characteristics Curve of Cáty Soils, 1993, Singapore. Canada Geotechnical Journal, Vol. 41 (2004), [3] D. T. Toan, H. Komine, S. Murakami and D. M. pp. 908-920. Duc. Grain size and soil suction effect on [7] K. S. Vikas, S. Thakur, Sreedeep, N. Devendra, hydraulic conductivity and shear strength of and M. Singh, ASCE, Parameters Affecting Soil simulate. Southeast Asian Geotechnical Water Characteristic Curve of Fine Grain Soils, Conference 4-8May, 2012, Singapore. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental [4] C. Gallage, and T. Uchimura, Effects of Dry E n g i n e e r i n g, Vol. 131, No. 4 (2005), pp. Density and Grain Size Distribution on Soil– 521-524. water Characteristic Curves of Cáty Soils, Soils [8] S. K. Vanapalli, D. G. Fredlund and D. E. and F oundations, Vol. 50, No. 1 (2010), Pufahl, The Influence of Soil Structure and pp. 161-172. Stress History on the Soil Water Characteristics [5] E. C. Leong, and H. Rahardjo, Review of of a Compacted Till, Geotechniques Vol. 49, No. Soil-water Characteristic Curve Equation, Journal of 2 (2001), pp. 143-159. Geotechnical and Geoenvironmental E ngineering, [9] D. G. Fredlund and A. Xing, Equations for the Vol. 123, No. 12 (1997), pp. 1106-1117. Soil Water Characteristic Curve, Can. Geot. J ., [6] H. Yang, H. Rahardjo, E. C. Leong and D. G. Vol. 31, No. 4 (1994), pp. 521-532. Fredlund, Factors Affecting Drying and Wetting Suction Characteristics of Soils in Red River Bank, Hanoi Area Duong Thi Toan Faculty of Geology, VNU University of Science, 334 Nguyen Trai, Thanh Xuan, Hanoi, Vietnam Abstract: Soil suction is one of the specific properties of unsaturated soils, which is a main factor affecting to stability of riverbank exposed to water level and seepage change. The objective of this paper is to analyze characteristics of soil suction, and the effects of soil grain sizes, density to soil suction. Soil samples were collected along riverbank of the Red river bank in Hanoi area. The results show that the soil suction has a good agreement with grain sizes and dry density. The air-entry value (AEV) and residual suction value (RSV) decrease in obviously trend from clay group to sand group with decrease of fine grain size content. When the soil density is 15,0 kN/m3, AEV decreases from 50 kPa to 9 kPa, and RSV decreases from 600 to 25 kPa as decreasing of the clay content. Both AEV and RSV are higher with higher soil density. With the soil density of 13,5 kN/m3, 15,0 kN/m3, and 16,5 kN/m3, the maximum AEV are 25kPa, 50 kPa and 60 kPa; and the maximum RSV are 120 kPa, 600 kPa and 900 kPa, respectively. Keywords: Soil density, soil grain size, soil suction.