Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-3869-8
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐỘ NHẠY XÓI NGẦM
CỦA MỘT SỐ LOẠI ĐẤT CÁT NỀN CỐNG DƯỚI ĐÊ
VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG
Đinh Xuân Trọng1, Đỗ Thị Thùy Dung1, Lê Quý Kiên1
1
Viện Thủy công, email: xuantronghsc@gmail.com
1. GIỚI THIỆU CHUNG bị xói mòn cũng như lưu lượng thấm. Chi tiết
thiết bị thí nghiệm được trình bày trong bài báo
Xói ngầm liên quan đến sự dịch chuyển
của Đinh Xuân Trọng, 2018.
của các hạt mịn ra khỏi kết cấu đất hạt thô
dưới tác dụng của dòng thấm. Sự dịch chuyển
này làm tăng độ rỗng trong đất, tạo nên sự
tập trung dòng chảy và trong nhiều trường
hợp, ống xói có thể hình thành gây mất an
toàn công trình.
Sự khởi đầu và diễn biến của quá trình xói
ngầm phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tỷ lệ hạt mịn
và hạt thô, đường cong phân bố kích thước hạt,
hình dạng hạt, độ rỗng của đất, trạng thái ứng
suất, gradient thủy lực, vận tốc dòng chảy, góc
thấm, mức độ không đều hạt [1].
Nghiên cứu sự khởi đầu của xói ngầm rất
quan trọng cho việc đánh giá ổn định thấm
của tầng cát dưới nền cống qua đê.
Hình 1. Cấu tạo mô hình thí nghiệm xói
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1- mẫu đất; 2- ngăn cấp nước; 3- ngăn thu
đất và nước thấm; 4- ngăn chứa thiết bị nén;
Hiện nay, có ba cách tiếp cận để nhận diện 5- thiết bị nén tạo ứng suất thẳng đứng;
thời điểm bắt đầu xói ngầm, Marot và cộng 8a- bình điều áp; 8b- bình cấp nước; 9- bình
sự (2014): (1) Qua sự thay đổi gradient thủy cân bằng áp lực; 10- bình thu gom đất bị xói;
lực; (2) Từ sự gia tăng của hệ số thấm; và (3) 11- bình đo lượng nước thấm
Dựa vào độ đục của dòng thấm thoát ra khỏi
mẫu thí nghiệm. Tiến hành thí nghiệm trên mô hình vật lý
Cách tiếp cận thứ ba, dựa trên độ đục của cho một số loại đất cát tại nền một số tuyến đê
dòng thấm và khối lượng đất dòng thấm điển hình vùng đồng bằng sông Hồng có hệ số
mang theo khi thoát ra khỏi mẫu thí nghiệm, không đều hạt (Cu) dao động từ 2,5 ÷ 10,0.
được lựa chọn để phân tích hiện tượng xói Các loại đất được lựa chọn như sau:
ngầm trong nền cát dưới cống qua đê. - Đất loại 1: Lớp cát hạt nhỏ, có chỗ là cát
Để thực hiện các kịch bản thí nghiệm, một hạt bụi tại đê Hữu Hồng, tỉnh Hà Nam
thiết bị thí nghiệm thấm ngang đã được nghiên - Đất loại 2: Lớp cát hạt mịn tại đê Tả
cứu thiết lập. Thiết bị này cho phép kiểm soát Hồng, tỉnh Hưng Yên
độc lập trạng thái ứng suất và gradient thủy - Đất loại 3: Lớp cát hạt nhỏ tại đê Hữu
lực, đồng thời định lượng được khối lượng đất Luộc, tỉnh Thái Bình
150
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
- Đất loại 4: Lớp cát hạt trung lẫn bụi tại - Đất loại 5: Lớp cát bụi tại đê Hữu Hồng,
đê Tả Đuống, tỉnh Bắc Ninh Hà Nội.
Bảng 1. Chỉ tiêu cơ lý của các mẫu đất
Hàm lượng các nhóm hạt (%)
Hạt sét Hạt bụi Hạt cát Cuội, sỏi Hệ số
đồng Hệ số
Loại Số Nhỏ Lớn Mịn Nhỏ Vừa Thô nhất thấm Kt
đất mẫu 0,005 - 0,01 - 0,05 - 0,1 - 0,25 - Cu
< 0,005 0,5 - 2,0 > 2,0
0,01 0,05 0,1 0,25 0,5
mm mm mm mm mm mm mm mm cm/s
1 6 0,6 0,6 2,2 12 72,1 12,1 0,4 0 2.54 2,64x10-4
2 6 2 2 10 20 66 0 0 0 5,6 1,2x10-3
3 6 2,2 3,4 8,7 10,5 63,3 11,2 0,7 0 6,8 1,9x10-3
4 6 0 2,98 6,16 6,68 15,06 48,62 18,88 1,62 7,5 5,0.10-4
5 6 6 7,5 14,3 25,2 37,8 7,8 1,4 0 9,2 1,8x10-3
Đất thí nghiệm được chế bị từ cát tự nhiên m
với thành phần hạt, dung trọng tương tự đất I log10 x
Ef
trong thực tế. Mỗi loại đất được thí nghiệm
Trong đó: mx - khối lượng đất bị xói tích
cho 05 mẫu tương ứng với 05 giá trị gradient
lũy (kg); Ef - năng lượng tiêu hao của dòng
J khác nhau (0,25 - 0,50 - 0,75 - 1,00 - 1,25 -
1,50). Mẫu đất thí nghiệm có kích thước chảy gây xói: E f P(t ).t Q.P.t
(rộng x cao x dài) = (300300600) mm. ∆P - chênh lệch áp lực giữa mặt cắt đầu và
Khối lượng đất bị xói được xác định bằng cuối mẫu; ∆t là thời gian xói, trong nghiên
02 phương pháp: (1) Sàng và cân các hạt có cứu này ∆t = 21.600s.
đường kính lớn hơn 0,05mm; và (2) Đo bằng Độ nhạy xói của đất được phân thành 6
máy đo độ đục các hạt lơ lửng và các hạt có cấp, Marot và cộng sự (2014):
đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 0,05mm. - Đất có tính xói cao: Iα < 1;
- Đất có tính xói vừa: 1 ≤ Iα < 2;
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU - Đất kháng xói nhẹ: 2 ≤ Iα < 3;
- Đất có tính kháng xói vừa: 3 ≤ Iα < 4;
Sau khi thí nghiệm thử, hiệu chỉnh các thiết - Đất có tính kháng xói: 4 ≤ Iα < 5;
bị đo đạc; các thí nghiệm chính được thực hiện. - Đất có tính kháng xói cao: Iα ≥ 5;
Theo Marot và cộng sự (2014), độ nhạy xói Kết quả đo khối lượng xói và tính toán xác
của đất được đánh giá dựa trên chỉ số cường độ định độ nhạy xói của các mẫu đất, loại đất thể
xói Iα và xác định theo công thức: hiện trong bảng 2.
Bảng 2. Kết quả đo đạc và tính toán độ nhạy xói của đất
Loại mx Phân Loại mx Phân
Mẫu J Ef (kg) Iα Mẫu J Ef (kg) Iα
đất (kg) loại đất đất (kg) loại đất
N1.1 0,25 0,108 5,1 1,67 N3.4 1,00 1,425 1051,3 2,87
Đất xói
N1.2 0,50 0,422 19,4 1,66 3 N3.5 1,25 2,978 1593,5 2,73
nhẹ
N1.3 0,75 0,950 41,7 1,64 Đất xói N3.6 1,50 4,631 2245,3 2,69
1
N1.4 1,00 1,648 70,0 1,63 vừa N4.1 0,25 0,035 118,58 3,53
N1.5 1,25 3,162 106,2 1,53 N4.2 0,50 0,215 461,81 3,33
N1.6 1,50 5,119 148,9 1,46 N4.3 0,75 0,684 1009,3 3,17
151
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-3869-8
Bảng 2 (Tiếp theo)
N2.1 0,25 0,065 14,7 2,36 N4.4 1,00 1,231 1738,8 3,15 Đất
N2.2 0,50 0,288 56,2 2,29 4 N4.5 1,25 2,328 2659,5 3,06 kháng
xói
N2.3 0,75 0,857 127,3 2,17 Đất xói N4.6 1,50 3,647 3706,6 3,01 vừa
2
N2.4 1,00 1,533 208,9 2,13 nhẹ N5.1 0,25 0,011 189,54 4,24
N2.5 1,25 3,034 318,9 2,02 N5.2 0,50 0,047 738,72 4,20
N2.6 1,50 4,879 446,8 1,96 N5.3 0,75 0,125 1624,9 4,11 Đất
5 kháng
N3.1 0,25 0,043 73,0 3,23 N5.4 1,00 0,264 2799,4 4,03 xói
Đất xói
3 N3.2 0,50 0,246 280,0 3,06 N5.5 1,25 0,402 4260,6 4,03
nhẹ
N3.3 0,75 0,815 609,2 2,87 N5.6 1,50 0,564 5945,4 4,02
Hình 2. Biểu đồ quá trình xói theo thời gian tương ứng với các cấp gradien
4. KẾT LUẬN thấm tăng, độ nhạy xói Iα sẽ giảm dần, đất
càng dễ bị xói ngầm.
Từ kết quả thí nghiệm có thể thấy rằng độ Các biểu đồ ở hình 2 cho thấy, khi gradient
nhạy xói của đất phụ thuộc chủ yếu vào thành càng tăng, mối quan hệ giữa khối lượng xói
phần cấp phối hạt, đặc trưng bởi hệ số không và thời gian tương đối tuyến tính.
đều hạt Cu và gradient thấm J. Kết quả nghiên cứu đã phản ánh được độ
Với năm mẫu đất có Cu biến đổi từ 2,54 ÷ nhạy xói ngầm của một số loại đất cát nền
9,2, độ nhạy xói Iα thay đổi từ 1,5 ÷ 4,2 tương cống dưới đê vùng đồng bằng sông Hồng.
ứng với các loại đất xói vừa, xói nhẹ, đất kháng Các loại đất có tính xói nhẹ đến kháng xói.
xói vừa và đất kháng xói. Điều này chứng tỏ
rằng, khi mức độ không đều hạt của đất càng 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
lớn, các hạt đất càng dễ bị cuốn trôi dưới tác [1] Đinh Xuân Trọng (2018), “Thiết lập mô hình
dụng của dòng thấm và ngược lại, khi hệ số Cu thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng xói ngầm
càng nhỏ, đất có tính kháng xói tốt. dưới đáy cống qua đê trên nền cát có xét đến
Gradien cũng là một tham số ảnh hưởng ảnh hưởng của cọc bê tông cốt thép”, Tạp chí
lớn đến độ nhạy xói của đất, khi gradient Khoa học và Công nghệ Thủy lợi, 45, 80-89.
152
nguon tai.lieu . vn
