BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN THỊ NỤ

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH ĐỊA CHẤT CÔNG 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 CÔNG 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:
1. PGS.TS.Đỗ Minh Toàn
2. TS.Nguyễn Viết Tình

8. Những điểm mới của luận án ..............................................................................4
9. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.............................................................................4
10. Cơ sở tài liệu của luận án ..................................................................................4
11. Cấu trúc của luận án..........................................................................................5
12. Lời cảm ơn ........................................................................................................5
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ĐỊA CHẤT CÔNG
TRÌNH ĐẤT LOẠI SÉT YẾU VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG.
PHƯƠNG PHÁP LUẬN NGHIÊN CỨU ..................................................................7
1.1. Tổng quan về nghiên cứu tính chất địa chất công trình đất loại sét yếu trên
thế giới và ở Việt Nam ............................................................................................7
1.2. Sơ lược lịch sử nghiên cứu trầm tích Đệ tứ vùng đồng bằng sông Cửu Long
...............................................................................................................................14
1.3. Tổng quan về nghiên cứu tính chất địa chất công trình đất loại sét yếu vùng
đồng bằng sông Cửu Long ....................................................................................16


1.4. Phương pháp luận và cách tiếp cận vấn đề nghiên cứu. ................................23
Chương 2: ĐẶC ĐIỂM TRẦM TÍCH amQ22-3 CÁC TỈNH VEN BIỂN ĐỒNG
BẰNG SÔNG CỬU LONG......................................................................................25
2.1. Khái quát về địa tầng trầm tích Đệ tứ và 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 nay.....29
2.2. Đặc điểm cấu trúc trầm tích amQ22-3..............................................................32
2.3. Ảnh hưởng của một số yếu tố tự nhiên hiện đại ảnh hưởng tới sự hình thành
và tồn tại của 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

kế xử lý................................................................................................................124
4.3.1. Giải pháp thiết bị tiêu thoát nước thẳng đứng.......................................124
4.3.2. Giải pháp cải tạo bằng cọc vật liệu rời (cọc cát, cọc cát đầm chặt)......129
4.3.3. Giải pháp cải tạo bằng chất kết dính vô cơ ...........................................130
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................133
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG 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 sông, sông –
biển, biển

a, am, mQ21-2

Trầm tích Holocen dưới – giữa, nguồn gốc sông,
sông – biển, biển

a1-2

1/kPa


Bùn sét, bùn sét pha

Ca

Hệ số nén thứ cấp

Ca/Cc

Tỷ số giữa hệ số nén thứ cấp và chỉ số nén

c, c’, cu , ccu

kPa

Lực dính kết, lực dính kết hữu hiệu, lực dính kết
không thoát nước theo sơ đồ UU, CU

Cc

Chỉ số nén

CD

Cố kết - thoát nước

Cr

Chỉ số nở


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 thoát nước

D

mm

Đường kính mẫu thí nghiệm

de

mm

Đường kính ảnh hưởng của giếng thoát nước

ds/dw

Tỷ số giữa đường kính vùng xáo động và đường
kính tương đương của thiết bị tiêu thoát nước thẳng
đứng


Mô đun đàn hồi
Mô 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



Chiều dài tính toán của giếng thoát nước

M, Mi
mv

Nhiễm muối, nhiễm muối ít
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


Bán kính

r0

cm

Bán kính của mũi xuyên

re , rw

mm

Bán kính mẫu đất; đường kính lõi thoát nước ở 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

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 được 50%

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

Tri

Nhân tố thời gian trong trường hợp thoát nước
hướng tâm.

U

%

Độ cố kết, mức độ tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng

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



p

mm/phút

Tốc độ gia tải nén



Biến dạng dẻo thể tích

a

Tỷ số độ tăng sức kháng cắt



Hệ số phụ thuộc vào re và rw

j, j’, ju, jcu

độ

Góc ma sát trong, góc ma sát trong hữu hiệu, góc
ma sát trong không thoát nước theo sơ đồ UU, CU

s; s’

kPa


Sự tăng ứng suất bởi tải trọng công trình

t

ngày

Khoảng thời gian xác định độ lún

u

kPa

Áp lực nước lỗ rỗng
Áp lực nước lỗ rỗng dư ở vai mũi xuyên

u2, u2i
uoct

kPa

Thành phần do ứng suất pháp bát diện tạo ra từ môi
trường phá hoại dẻo khi xuyên vào trong đất và
luôn có giá trị dương.

ushear

kPa

Thành phần do ứng suất cắt tạo ra và có thể âm
hoặc dương phụ thuộc vào OCR và mức độ ma sát.


4

2.3

Đặc trưng thủy hóa theo diện của tầng chứa nước Holocen

5

2.4

Thành phần hạt của đất

6

2.5

Lượng hữu cơ và muối dễ hòa tan trong đất

7

2.6

Thành phần khoáng vật của đất

8

2.7

Thành phần hóa học của đất

Các thông số cố kết thấm của bùn sét pha

14

3.4

Kết quả xác định ch, ch/cv của bùn sét tại Long Phú - KV III-1

15

3.5

Kết quả xác định ch, ch/cv trong phòng của đất

16

3.6

Kết quả xác định ch, ch/cv của đất theo CPTu

17

3.7

Kết quả xác định ch của đất bùn sét từ bài toán phân tích ngược tại
Long Phú – KV.III-1

18

3.8

3.13

Kết quả xác định các thông số kháng cắt không thoát nước của đất


24

3.14

Kết quả xác định các thông số kháng cắt hữu hiệu theo sơ đồ CU
của đất

25

3.15

Kết quả xác định các thông số kháng cắt hữu hiệu của đất theo sơ đồ
CD

26

4.1

Thuyết minh các kiểu, phụ kiểu cấu trúc nền (CTN) đặc trưng

27

4.2

Các phụ kiểu cấu trúc nền đặc trưng


Các giải pháp cải tạo nền đường ứng với các khu vực khác nhau
thuộc các tỉnh ven biển ĐBSCL

33

4.7

Kiến nghị các thông số ch, cv và tỷ số ch/cv của đất

34

4.8

Kiến nghị các thông số biến dạng và lịch sử chịu tải của đất

35

4.9

Kiến nghị các thông số sức kháng cắt của đất

36

4.10

Các thông số dự báo lún cho zone 1-1 (Long Phú – KV. III-1)

37


tích ngược quan trắc lún mặt tại Long Phú – KV.III-1.

42

3.2b

Kết quả xác định hệ số cố kết theo phương ngang từ kết quả phân
tích ngược quan trắc lún theo chiều sâu tại Long Phú – KV.III-1.


43

4.1

Các phụ kiểu cấu trúc nền có phân bố đất loại sét yếu amQ22-3 vùng
nghiên cứu

44

4.2a

Các thông số tính toán và xác định khoảng cách bấc thấm zone 1-1
(Long Phú – KV.III-1)

45

4.2b

Tính toán bấc thấm và độ lún zone 1-1(Long Phú – KV.III-1)



51

4.7

Kết quả xác định qu và E50 cho đất gia cố đất - xi măng với hàm
lượng hữu cơ khác nhau (hàm lượng xi măng 200kg/m3)

52

4.8

Kết quả xác định qu và E50 cho đất gia cố đất - xi măng với điều
kiện bão dưỡng khác nhau (hàm lượng xi măng 200kg/m3)

53

4.9

Kết quả thí nghiệm đầm chặt của một số đất loại sét yếu amQ22-3

54

4.10

Cường độ kháng nén và mô đun biến dạng hỗn hợp đất +xi măng

55

4.11


4

2.3

Địa tầng đặc trưng trầm tích amQ22-3 tại khu vực giữa hai sông

5

2.4

Địa tầng đặc trưng trầm tích amQ22-3 tại khu vực Sóc Trăng

6

2.5

Địa tầng đặc trưng trầm tích amQ22-3 tại khu vực bán đảo Cà Mau

7

2.6

Lượng hữu cơ và muối dễ hoà tan của đất

8

2.7

Sự thay đổi thành phần hạt (a); hàm lượng muối hòa tan (b); hàm


3.3

Sự thay đổi khối lượng thể tích khô và áp lực tiền cố kết của bùn sét
theo chiều sâu tại Long Phú - KV. III-1

14

3.4

Chỉ số OCR của bùn sét

15

3.5

Đồ thị quan hệ giữa lượng hữu cơ và các chỉ tiêu cơ lý của bùn sét
(Long Phú – KV.III-1)

16

3.6

Đồ thị quan hệ giữa các chỉ tiêu cơ lý và lượng muối dễ hòa tan của
bùn sét (Long Phú – KV.III-1)

17

3.7


Hệ số cố kết thay đổi theo cấp áp lực nén mẫu bùn sét DM-CM7
(KV.III-2)

22

3.12

Sự thay đổi hệ số cố kết theo giới hạn chảy của bùn sét (Long Phú –
KV.III-1)

23

3.13

Hộp nén hướng tâm kiểu Rowes

24

3.14

Sơ đồ cấu tạo thiết bị nén CRS - R và cách lấy mẫu thí nghiệm.

25

3.15

Thiết bị nén CRS - R

26


31

3.20

Đồ thị u = f(t) ở các cấp áp lực khác nhau khi nén cố kết hướng tâm
kiểu Rowes (mẫu bùn sét - TG5, KV.I).

32

3.21

Đồ thị sn = f(sn-1) tại mốc quan trắc lún mặt SS 1.1-01, zone 1-1a,


Long Phú - KV.III-1
33

3.22

Sự thay đổi tỷ số ch/cv theo chiều sâu, a- KV.II; b- KV.III - 1

34

3.23

Tỷ số Ca/Cc của bùn sét

35

3.24

3.28

Sự thay đổi lực dính kết không thoát nước của bùn sét theo hàm
lượng muối dễ hòa tan (Long Phú – KV.III-1)

42

3.29

Đồ thị quan hệ giữa hàm lượng hữu cơ và lực dính kết, góc ma sát
trong không thoát nước của đất bùn sét (An Biên – KV.III-2)

43

3.30

Quan hệ sức kháng cắt không thoát nước theo thí nghiệm nén ba
trục sơ đồ UU (Su) và cắt cánh ngoài hiện trường (vst)

44

3.31

Sự thay đổi Su, Su/s’v0 theo độ sâu

45

3.32

Quan hệ góc ma sát trong hữu hiệu và hàm lượng hạt sét, chỉ số dẻo

tỉnh ven biển ĐBSCL

50

2.2a

Mặt cắt địa chất trầm tích Đệ tứ khu vực Cà Mau (III-III)

51

2.2b

Mặt cắt địa chất vùng cửa sông ven bờ châu thổ sông Cửu Long

52

2.2c

Sơ đồ mặt cắt địa chất thủy văn tuyến I-I vùng ĐBSCL

53

2.2d

Đường đẳng độ sâu bề mặt đáy các thành tạo Holocen vùng ĐBSCL

54

2.2e


Sơ đồ phân vùng nước dưới đất vùng ĐBSCL

60

2.8

Đặc điểm khoáng vật sét dưới kính hiển vi điện tử quét (mẫu LP16,06,2m, Long Phú – KV. III-1)

61

2.9

Đặc điểm khoáng vật sét dưới kính hiển vi điện tử quét (mẫu LP28,08,2m, Long Phú – KV. III-1)

62

2.10

Đặc điểm khoáng vật sét dưới kính hiển vi điện tử quét (mẫu LP310,010,2m, Long Phú – KV. III-1)

63

2.11

Đặc điểm khoáng vật sét dưới kính hiển vi điện tử quét (mẫu LP414,014,2m, Long Phú – KV. III-1)

64

2.12a Mẫu lát mỏng theo hướng song song với mặt lớp (mẫu LP1 - KV.
III-1)

III-1)

71

2.15b Mẫu lát mỏng theo hướng vuông góc với mặt lớp (mẫu LP4- KV.
III-1)

72

3.1

Vị trí các điểm lấy mẫu thí nghiệm nghiên cứu đặc tính ĐCCT của
đất loại sét yếu amQ22-3 ở các tỉnh ven biển ĐBSCL

73

4.1

Vị trí các kiểu cấu trúc nền đặc trưng có phân bố đất loại sét yếu
amQ22-3

74

4.2

Sơ đồ vị trí các điểm nhiễm muối - phèn trong thực tế

75

4.3

80

4.8

Cường độ kháng nén một trục nở hông và mô đun biến dạng của
hỗn hợp xi măng và bùn sét (200kg xi măng/1m3 đất - 28 ngày tuổi)


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Các tỉnh ven biển đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) bao gồm Tiền Giang,
Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau và Kiên Giang có tiềm năng phát
triển kinh tế xã hội to lớn, đặc biệt là trong các lĩnh vực nông và ngư nghiệp. Tuy
nhiên, cơ sở hạ tầng giao thông trong vùng phát triển còn yếu, không đáp ứng được
nhu cầu thực tế. Các tuyến đường bộ (trừ những tuyến mới được xây dựng vào
những năm gần đây) thường bị ngập lụt vào mùa mưa lũ, chỉ các tuyến đường nối
các tỉnh là được trải nhựa, còn lại hầu hết là đường đất và đường cấp phối. Do vậy,
để tương xứng với tiềm năng phát triển kinh tế xã hội, hiện tại Nhà nước đang phải
xây dựng lại và nâng cấp hệ thống giao thông trong vùng này.
Việc xây dựng mạng lưới đường giao thông ở các tỉnh ven biển ĐBSCL còn
gặp rất nhiều khó khăn. Bởi lẽ, nơi đây là một phần của vùng châu thổ có địa hình
trũng thấp, mạng thủy văn dày đặc lại được phủ bởi các trầm tích trẻ với bề dày lớn.
Các trầm tích có nguồn gốc khác nhau, nhưng phổ biến nhất là nguồn gốc hỗn hợp
sông biển, thuộc thống Holocen, phụ thống trung – thượng (amQ22-3). Trầm tích nằm
ngay trên bề mặt địa hình, đa phần là đất loại sét yếu, có chiều dày tương đối lớn,
thường bị nhiễm muối, phèn và có chứa hữu cơ với mức độ khác nhau. Đây là đối
tượng chịu tác động trực tiếp của hoạt động xây dựng đường giao thông, do vậy,
muốn đường đắp ổn định cần phải xử lý.

- Tổng quan về nghiên cứu tính chất ĐCCT của đất loại sét yếu ở ĐBSCL;
- Lịch sử phát triển trầm tích Đệ tứ và ảnh hưởng của một số yếu tố tự nhiên
hiện đại (khí hậu, địa hình, địa mạo, mạng lưới thủy văn và hải văn, địa chất thủy
văn) tới sự hình thành và tồn tại của trầm tích amQ22-3;
- Sự phân bố trên diện và theo chiều sâu của đất loại sét yếu amQ22-3;
- Thành phần (hạt, khoáng vật, hoá học), khả năng trao đổi hoá lý, độ pH,
hàm lượng muối, hữu cơ của đất loại sét yếu amQ22-3;
- Tính chất cơ học của đất loại sét yếu amQ22-3 bao gồm: tính biến dạng (cố
kết theo các phương thẳng đứng và nằm ngang, từ biến) và sức kháng cắt;
- Các nhân tố ảnh hưởng và bước đầu nghiên cứu sự biến đổi của các tính
chất cơ lý phụ thuộc vào hàm lượng muối, hữu cơ trong đất;


3

- Trên cơ sở phân chia cấu trúc nền và nghiên cứu thành phần và tính chất cơ
lý của đất loại sét yếu amQ22-3, phân tích và đề xuất về các vấn đề khảo sát ĐCCT,
kiến nghị các biện pháp xử lý và sử dụng các chỉ tiêu cơ lý trong tính toán xử lý nền
đường đất yếu.
6. Phương pháp nghiên cứu
Luận án sử dụng tổ hợp các phương pháp nghiên cứu:
- Tổng hợp, phân tích tài liệu đã có trong vùng;
- Địa chất: nghiên cứu sự thành tạo và sự phân bố đất loại sét yếu amQ22-3 ;
- Thực nghiệm: thí nghiệm trong phòng, ngoài trời xác định tính chất cơ lý;
- Thống kê và địa thống kê: xử lý để tìm ra các giá trị đặc trưng của kết quả
thí nghiệm, lập mối tương quan, ….;
- Tính toán lý thuyết: dự báo độ lún, tính toán các tính chất cơ lý của đất ;
- Phân tích hệ thống: định hướng cho nghiên cứu đề tài, sử dụng để phân tích
logic các vấn đề lý thuyết và thực nghiệm.
7. Luận điểm bảo vệ

chỉ tiêu cơ lý định hướng cho việc thiết kế xử lý nền đường.
9. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Kết quả của luận án góp phần vào việc nghiên cứu ĐCCT khu vực: đã làm
sáng tỏ đặc tính ĐCCT của các loại đất chủ yếu của tầng trầm tích amQ22-3 phân bố
rộng rãi nhất ở ĐBSCL.
Kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo tốt và là cơ sở để định hướng cho
công tác khảo sát, thiết kế xử lý nền đất yếu trong xây dựng đường giao thông và
các dạng xây dựng khác ở các tỉnh ven biển ĐBSCL và những vùng khác có điều
kiện ĐCCT tương tự.
10. Cơ sở tài liệu của luận án
Luận án được hoàn thành trên cơ sở các kết quả học tập và nghiên cứu nhiều
năm tại trường Đại học Mỏ - Địa chất. Các đề tài khoa học đã chủ trì hoặc tham gia:
- Đề tài cấp bộ mã số B2009-02-66, Nghiên cứu đặc tính xây dựng của trầm
tích loại sét amQ22-3 phân bố ở ĐBSCL phục vụ gia cố nền bằng các giải pháp làm
chặt, có sử dụng chất kết dính vô cơ do PGS.TS Đỗ Minh Toàn chủ trì, tác giả là
thư ký của đề tài;


5

- Đề tài NCKH cấp cơ sở, mã số N2009-13, Nghiên cứu xác định quan hệ
giữa hệ số cố kết theo phương thẳng đứng và ngang của một số loại đất amQ22-3
phân bố ở các tỉnh ven biển ĐBSCL do tác giả chủ trì;
- Đề tài NCKH cấp cơ sở, mã số N2010-07, Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm
lượng phèn và muối dễ hoà tan trong đất loại sét yếu amQ22-3 phân bố ở các tỉnh
ven biển ĐBSCL đến khả năng gia cố bằng xi măng do tác giả chủ trì;
- Đề tài cấp cơ sở, T12-03, Ứng dụng phần mềm Plaxis 8.2 để tính toán xử lý
nền đất yếu bằng cọc cát và giếng cát kết hợp với gia tải trước do tác giả chủ trì.
Luận án còn sử dụng các kết quả nghiên cứu ĐCCT của nhiều cơ quan và tác
giả khác nhau đã được công bố và lưu trữ có liên quan đến đề tài nghiên cứu. Các

TS. Bùi Đức Hải, PGS.TS. Đoàn Thế Tường, PGS.TSKH. Vũ Cao Minh,
PGS.TSKH. Trần Mạnh Liểu, PGS.TS.Phạm Hữu Sy, TS. Phạm Văn Thìn, TS.Tạ
Hồng Quân, PGS.TS.Đỗ Minh Đức, TS. Phan Sỹ Thanh, GS.TSKH. Đặng Văn Bát,
PGS.TS.Lê Thanh Mẽ, …., và các bạn đồng nghiệp đã có nhiều đóng góp và giúp
đỡ quý báu để tác giả hoàn thiện luận án.
Gia đình đã cổ vũ tinh thần, đóng góp nhiều công sức cho nghiên cứu sinh
thực hiện luận án.