Các phương pháp khảo sát hiện trường và thí nghiệm đất trong phòng là những công cụ quan trọng để nghiên cứu tính chất cơ lý, hóa lý và cơ học của đất. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giới thiệu một số phương pháp khảo sát hiện trường và thí nghiệm đất trong phòng phổ biến, ưu nhược điểm, cách thực hiện và ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực liên quan đến đất.
Phương pháp khảo sát hiện trường
Phương pháp khảo sát hiện trường là những phương pháp được thực hiện trực tiếp tại vị trí của đất, không cần mang mẫu đất về phòng thí nghiệm. Các phương pháp khảo sát hiện trường có thể chia làm hai loại chính: phương pháp động và phương pháp tĩnh.
Phương pháp động là những phương pháp dùng lực va đập hoặc rung để tác động lên đất và ghi nhận các thông số như số lần va đập, chiều sâu xuyên, biến dạng, tốc độ sóng, v.v. Các ví dụ của phương pháp động là: thử nghiệm nén tiêu chuẩn (SPT), thử nghiệm nén vòng (CPT), thử nghiệm rung (VST), v.v.
Phương pháp tĩnh là những phương pháp dùng lực ép hoặc kéo để tác động lên đất và ghi nhận các thông số như áp suất, lực cắt, góc ma sát nội, v.v. Các ví dụ của phương pháp tĩnh là: thử nghiệm ép bê tông (PMT), thử nghiệm kéo bằng ống (DMT), thử nghiệm cắt bằng dao (FVT), v.v.
Ưu điểm của các phương pháp khảo sát hiện trường là:
– Không bị ảnh hưởng bởi quá trình lấy mẫu, vận chuyển và bảo quản mẫu đất.
– Có thể khảo sát được diện tích rộng và chiều sâu lớn của đất.
– Có thể thu được các thông số đại diện cho trạng thái ban đầu của đất.
– Có thể tiết kiệm chi phí và thời gian so với việc mang mẫu đất về phòng thí nghiệm.
Nhược điểm của các phương pháp khảo sát hiện trường là:
– Không thể kiểm tra được tính chất hóa lý của đất như hàm lượng nước, tỷ trọng riêng, kích thước hạt, v.v.
– Không thể kiểm tra được tính chất cơ học của đất ở các điều kiện biên khác nhau như áp suất xung quanh, biến dạng kiểm soát, v.v.
– Không thể kiểm tra được tính chất không liên tục của đất như khe nứt, rãnh rời, v.v.
– Không thể kiểm tra được tính chất động của đất như tần số rung, gia tốc, v.v.
Cách thực hiện và ứng dụng của các phương pháp khảo sát hiện trường phụ thuộc vào loại đất, mục đích khảo sát, thiết bị có sẵn, v.v. Một số ví dụ cụ thể như sau:
– Thử nghiệm nén tiêu chuẩn (SPT) là phương pháp động dùng để xác định số lần va đập cần thiết để đẩy một ống thép có đường kính 50 mm và chiều dài 650 mm xuyên vào đất một đoạn 300 mm. Số lần va đập này được gọi là chỉ số nén tiêu chuẩn (N) và được dùng để ước lượng các thông số như góc ma sát nội, áp suất tiền nén, khả năng chịu tải của móng, v.v. Thử nghiệm SPT thường được thực hiện trong các lỗ khoan có đường kính từ 100 mm đến 150 mm và có thể khảo sát được đến chiều sâu khoảng 50 m. Thử nghiệm SPT phù hợp với các loại đất cát, sét, v.v.
– Thử nghiệm nén vòng (CPT) là phương pháp động dùng để xác định lực cần thiết để đẩy một đầu dò có hình trụ hoặc hình nón có đường kính 35.7 mm và chiều cao 60 mm xuyên vào đất với tốc độ 20 mm/s. Lực này được gọi là lực nén vòng (qc) và được dùng để ước lượng các thông số như tỷ trọng riêng, hàm lượng nước, góc ma sát nội, áp suất tiền nén, khả năng chịu tải của móng, v.v. Thử nghiệm CPT thường được thực hiện trong các lỗ khoan có đường kính từ 50 mm đến 100 mm và có thể khảo sát được đến chiều sâu khoảng 30 m. Thử nghiệm CPT phù hợp với các loại đất cát, sét, v.v.
– Thử nghiệm rung (VST) là phương pháp động dùng để xác định tốc độ sóng cắt (Vs) của đất bằng cách gây ra một nguồn rung tại bề mặt hoặc trong lòng đất và ghi nhận thời gian truyền sóng tới các cảm biến được gắn tại các vị trí khác nhau. Tốc độ sóng cắt (Vs) được dùng để ước lượng các thông số như tỷ trọng riêng, hệ số Poisson, môđun biến dạng cắt, khả năng chịu rung của đất, v.v. Thử nghiệm VST có thể được thực hiện trên bề mặt hoặc trong các lỗ khoan có đường kính từ 50 mm trở lên và có thể khảo sát được đến chiều sâu khoảng 100 m. Thử nghiệm VST phù hợp với các loại đất cát, sét, v.v.
Phương pháp thí nghiệm đất trong phòng
Phương pháp thí nghiệm đất trong phòng là những phương pháp được thực hiện tại phòng thí nghiệm với các mẫu đất đã được lấy từ hiện trường hoặc tái chế từ các nguyên liệu tự nhiên. Các phương pháp thí nghiệm đất trong phòng có thể chia làm hai loại chính: phương pháp xác đị