NHỮNG ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU, NƯỚC BIỂN DÂNG VÀ HOẠT ĐỘNG KINH TẾ – CÔNG TRÌNH Ở QUẢNG NINH
1. Một số đặc điểm tự nhiên và kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng của khu vực tỉnh Quảng Ninh
Quảng Ninh là tỉnh nằm trong tam giác phát triển kinh tế phía Bắc gồm Hà Nội, Hải Phòng và Quảng Ninh, có nhiều tiềm năng phát triển công nghiệp khai khoáng và du lịch. Quảng Ninh có đặc điểm địa hình đồi núi và các dải đồng bằng hẹp ven biển kéo dài từ Móng cái đến Quảng Yên. Vùng đồi núi Quảng Ninh có mặt các thành tạo đất đá, tuổi từ Paleozoi đến Kainozoi và Đệ tứ, chủ yếu phát triển các thành tạo cuội kết, cát bột kết, sét kết, các thành tạo đá vôi và một số đá nguồn gốc macma thuộc các hệ tầng Tấn Mài, Xuân Sơn, Cát Bà, Bắc Sơn, Bình Liêu, Hòn Gai, Hà Cối.
Biến đổi khí hậu hiện nay và trong tương lai phụ thuộc chủ yếu vào mức độ phát thải khí nhà kính, tức là phụ thuộc vào sự phát triển kinh tế – xã hội của các quốc gia trên thế giới. Vì vậy, các kịch bản biến đổi khí hậu được xây dựng dựa trên các kịch bản phát triển kinh tế – xã hội toàn cầu. Trong báo cáo đặc biệt về các kịch bản phát thải khí nhà kính AR5 năm 2000, Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu (IPCC) đã xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu dựa trên cách tiếp cận mới về kịch bản phát thải nhà kính và chú ý đến nồng độ khí nhà kính hơn là quá trình phát thải và đưa ra 4 kịch bản là RCP 2.6, RCP 4.5(B1), RCP 6.0 (B2)và RCP 8.5(A1FI)..
Dựa vào kịch bản Biến đổi khí hậu của Bộ Tài nguyên môi trường cho các khu vực đồng bằng Bắc Bộ, kịch bản cụ thể cho khu vực tỉnh Quảng Ninh được xác định như sau:
• Về nhiệt độ
Biến đổi của nhiệt độ trung bình năm (0C) so với thời kỳ 1986-2005

Kịch bản RCP 4.5(B1)			Kịch bản RCP 8.5(A1)
2016-2035	2046-2065	2080-2099	2016-2035	2046-2065	2080-2099
0,7 (0,4 ÷1,1)	1,6 (1,1 ÷2,3)	2,1 (1,5 ÷3,0	0,9 (0,6 ÷1,4)	2,0 (1,5 ÷3,0)	3,6 (2,9 ÷4,8)

• về lượng mưa
Biến đổi của lượng mưa trung bình năm (%) so với thời kỳ 1986-2005

Kịch bản RCP 4.5(B1)			Kịch bản RCP 8.5(A1)
2016-2035	2046-2065	2080-2099	2016-2035	2046-2065	2080-2099
20,4 (6,5÷33,4)	19,1 (11,7÷26,9)	29,8 (19,8÷40,9)	14,8 (6,4÷23,4)	24,0 (14,7÷33,0)	36,8 (25,9÷46,5)

• Kịch bản nước biển dâng
Mực nước biển dâng ở Móng Cái-Hòn Dấu theo kịch bản RCP 4.5 (B1), cm

Mốc thời gian của thế kỷ 21
2030	2040	2050	2060	2070	2080	2090	2100
13 (8÷18)	17(10÷24)	22(13÷31)	27(17÷39)	33(20÷47)	39(24÷56)	46(28÷65)	53(32÷75)

Mực nước biển dâng ở Móng Cái-Hòn Dấu theo kịch bản RCP 8.5 (A1), cm

Mốc thời gian của thế kỷ 21
2030	2040	2050	2060	2070	2080	2090	2100
13(9÷18)	18(13÷26)	25(17÷35)	32(22÷45)	41(28÷57)	50(34÷70)	60(41÷85)	72(49÷101)

(Ghi chú: số liệu trong ngoặc là khoảng thay đổi từ nhỏ nhất đến lớn nhất)
2. Đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, nước biển dâng và hoạt động kinh tế ở khu vực Quảng Ninh.
Ảnh hưởng của BĐKH và nước biển dâng ở khu vực Quảng Ninh đã làm gia tăng hoạt động của các quá trình và hiện tượng địa chất động lực công trình khu vực nghiên cứu và được thể hiện chủ yếu như thúc đẩy cường độ hoạt động của các quá trình và hiện tượng phong hóa đất đá và carst hóa, trượt lở, lũ bùn đá, làm gia tăng bồi lấp cửa sông, biến đổi đường bờ biển, gây ngập, bán ngập, xâm nhập mặn nước mặt và nước dưới đất…, gây bất lợi cho hoạt động kinh tế cũng như cuộc sống của con người, ảnh hưởng đến sự phát triển bền vững của khu vực.
2.1. Các quá trình phong hóa đất đá và carst hóa
Đối với các quá trình và hiện tượng phong hóa đất đá và carst hóa thì sự thay đổi của yếu tố khí hậu có ý nghĩa quyết định đến khả năng phát sinh, phát triển cũng như cường độ hoạt động của chúng. Nhiệt độ và nước là những tác nhân chủ yếu gây phong hóa đất đá cũng như thúc đẩy quá trình hòa tan đá cacbonat gây nên hiện tượng carst. Nhiệt độ cao và thay đổi đột ngột gây ra phong hóa vật lý mạnh, thúc đẩy cường độ hoạt động của phong hóa hóa học. Nước không những là tác nhân gây ra phong hóa mà còn là môi trường cho các phản ứng hóa học như hòa tan, thủy hóa, thủy phân, ôxy hóa, cacbonat hóa, …Quá trình phong hóa làm biến đổi đá cả về thành phần, kiến trúc, cấu tạo, trạng thái, tính chất cơ lý, … theo chiều hướng bất lợi đối với hoạt động xây dựng công trình như độ chặt giảm, độ ẩm, độ rỗng, độ thấm nước tăng lên, độ bền, độ ổn định giảm mạnh, mức độ nén lún tăng cao. Phong hóa không những ảnh hưởng bất lợi đến môi trường địa chất mà còn là tiền đề, tạo điều kiện cho các hiện tượng địa chất động lực khác phát sinh, phát triển như thúc đẩy hình thành trượt, đá đổ, đá lở, mương xói trên các sườn dốc, mái dốc, cung cấp vật liệu rắn cho dòng lũ bùn đá, ….
2.2. Trượt lở đất đá
Các tài liệu thực tế đã cho thấy, ở khu vực Cẩm Phả và Hạ Long, các tai biến địa chất do trượt lở xảy ra khá mạnh và thường xuyên vào mùa mưa trên các bờ dốc, sườn dốc, các bờ mỏ lộ thiên cũng như các bờ dốc bãi thải. Những khối trượt ngay ở đầu cầu Bãi Cháy có nguy cơ gây mất an toàn cho công trình và đã được xử lý gia cố nhiều lần gây nhiều tốn kém.
Cuối tháng 7 đầu tháng 8 năm 2015 tại Cẩm Phả, Hạ Long đã có trận mưa rất lớn làm phát sinh những tai biến địa chất, gây nhiều thiệt hại cho Quảng Ninh. Theo các chuyên gia khí tượng, sự bất thường của khí hậu trong đợt mưa này được thể hiện ở sự hình thành rãnh khí áp thấp có nhiều tâm thấp chồng lên nhau và hầu như không di chuyển, đã gây ra mưa lớn, kéo dài với tổng lượng mưa lên tới 1.500mm (tại Cửa Ông, từ ngày 26 – 7 đến ngày 3 – 8). Hậu quả của sự bất thường khí hậu này là nhiều sườn dốc và bờ dốc mỏ, bờ dốc tại các bãi thải khai thác than, mái taluy đường giao thông có nguy cơ mất ổn định và bị trượt lở.

Hình 1. Trượt lở sườn dốc trong khu dân cư tại Hạ Long
2.3. Dòng lũ bùn đá
Có thể nói sự xuất hiện các dòng lũ bùn đá ở khu vực Quảng Ninh, ngoài việc liên quan đến điều kiện về lượng mưa, địa hình và dòng chảy thì nguyên nhân trực tiếp và chủ yếu là sự có mặt của các vật liệu từ các khối trượt, đặc biệt là trượt lở tại các bãi thải từ khai thác mỏ. Vật liệu vụn rời được hình thành từ hoạt động xói ngầm trong lòng bãi thải cũng như trượt lở từ các bãi thải và các quá trình sườn dốc khác cùng với dòng chảy mặt được tạo nên bởi những trận mưa có cường độ lớn và tập trung do biến đổi khí hậu có tính cực đoan đã tạo nên dòng lũ bùn đá, phá hủy công trình, bồi lấp nhà cửa, đường xá, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động khai thác than và các hoạt động kinh tế công trình khác.

Hình 2. Lũ bùn đá gây bồi lấp nhà cửa ở Cẩm Phả
2.4. Hoạt động xói lở, bồi tụ, gây ngập và xâm nhập mặn
Theo kết quả nghiên cứu, trong khoảng thời gian 85 năm trở lại đây, hiện tượng xói lở-bồi tụ bờ biển ở các khu vực ven biển Bắc Bộ diễn ra phức tạp theo thời gian, cả về quy mô và cường độ, đặc biệt là ở các khu vực ven biển đồng bằng. Kết quả nhiên cứu hiện trạng và dự báo ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, nước biển dâng đến hiện tượng xói lở và bồi tụ tại các khu vực ven biển Bắc Bộ theo kịch bản phát thải cao A1 cho thấy, so với giai đoạn từ năm 1930 đến nay, hoạt động xói lở và bồi tụ đến năm 2050 đều có xu hướng tăng lên, tuy nhiên mức tăng xói lở lớn hơn mức tăng bồi tụ (phụ thuộc vào đặc điểm cấu trúc bờ biển và động lực hải văn mỗi khu vực trong vùng. Đối với khu vực Quảng Ninh, diễn biến xói lở và bồi tụ xẩy ra có sự hạn chế hơn so với khu vực bờ biền khác do tác động của các yếu tố địa hình, địa mạo cũng như cấu tạo địa chất của đới ven biển.
Bảng 2. Diễn biến xói lở và bồi tụ bờ biển các khu vực ven biển Quảng Ninh

Khu vực	Từ 1930 đến hiện tại				Dự báo từ hiện tại đến 2050
	D.tích xói (ha)	Tốc độ (ha/năm)	D.tích bồi (ha)	Tốc độ (ha/năm)	D.tích xói (ha)	Tốc độ (ha/năm)	D.tích bồi (ha)	Tốc độ (ha/năm)
Hải Ninh	181.63	2.14	144.04	1.69	200.30	5.72	119.35	3.41
Cẩm Phả	152.26	1.79	91.04	1.07	168.29	4.81	75.91	2.17
Hạ Long	35.12	0.41	53.90	0.63	40.61	1.16	45.47	1.30

Hiện tượng xói lở, bồi tụ xảy ra ở đới ven biển có tác dụng trực tiếp đến quá trình bồi lấp cửa sông, biến đổi đường bờ biển. Vì thế, ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, nước biển dâng thúc đẩy cường độ hoạt động của hiện tượng xói lở và bồi tụ cũng sẽ làm gia tăng các quá trình này.
Tại các khu vực nghiên cứu thuộc Quảng Ninh, ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, nước biển dâng thúc đẩy quá trình bồi lấp cửa sông không điển hình, không ảnh hưởng nhiều đến hoạt động của các công trình ven bờ, do hệ thống lạch triều hình cành cây, về cơ bản giữ được vai trò xâm thực sâu nhờ dòng triều của chế độ triều toàn nhật biên độ lớn.
Ở Quảng Ninh, đường bờ biển biến đổi khá mạnh, đặc biệt là ở khu vực Hạ Long và Cẩm Phả. Kết quả khảo sát cho thấy, từ 1990 đến nay, bờ biển Quảng Ninh có xu hướng bồi tụ, rất ít những điểm bị xói lở và hầu hết tốc độ xói lở đều rất thấp. Xu hướng mở rộng đường bờ về phía biển chủ yếu là do hoạt động san lấp mặt bằng cho các khu dân cư mới, đắp đầm nuôi tôm, đổ thải, … và một phần là do dòng chảy mang theo hạt khoáng từ các bãi thải khai thác than bồi tụ ở các cửa sông, ven biển. Như vậy, nguyên nhân chính gây biến đổi đường bờ đáng kể ở khu vực Quảng Ninh là do các hoạt động nhân sinh, còn tác động của biến đổi khí hậu là không rõ rệt.
Nước biển dâng cao sẽ gây ngập những nơi có địa hình trũng thấp ở các khu vực nghiên cứu. Kết quả lập bản đồ dự báo xu thế ngập do nước biển dâng ứng với các kịch bản biến đổi khí hậu đã chỉ ra nguy cơ bị ngập do nước biển dâng tại khu vực ven biển Quảng Ninh (bảng 3).
Bảng 3. Diện tích ngập vùng ven biển Quảng Ninh khi nước biển dâng (km2)[5]

Diện tích tự nhiên (km2)	Diện tích ngập ứng với kịch bản nước biển dâng (km2)			% diện tích ngập ứng với  kịch bản nước biển dâng
	50cm	70cm	85cm	50cm	70cm	85cm
6 102.3	216.10	287.19	503.29	3.54	4.71	8.25

Quảng Ninh là tỉnh bị ngập không nhiều do đặc điểm địa hình đồi núi. Vân Đồn là nơi bị ngập nhiều nhất, diện tích ngập được dự báo từ 63.18 – 86.36%. Hạ Long, Cẩm Phả ngập ít nhất, diện tích ngập từ 3.83 – 8.02%. Tại các khu vực phát triển kinh tế ven biển Quảng Ninh, Móng Cái là khu vực bị ảnh hưởng ngập khá nặng, diện tích ngập có thể lên tới gần 30% khi nước biển dâng cao 0.85m, tập trung ở những bãi bồi, bãi lầy ở phía Nam khu vực, nơi có địa hình trũng thấp giáp biển. Trong phạm vi ảnh hưởng ngập, diện tích chiếm chủ yếu là khi nước biển dâng cao 0.5m, còn trong trường hợp nước biển dâng cao 0.7m hay 0.85m thì phần ngập thêm chỉ là những dải hẹp (rộng từ 100 – 300m) phát triển theo ranh giới diện tích đã ngập tương ứng với trường hợp nước biển dâng 0.5m.
Đối với khu vực Hạ Long, ảnh hưởng của nước biển dâng không nhiều. Diện tích có nguy cơ ngập chủ yếu là những bãi lầy, bãi triều nằm sâu phía trong vịnh. Ngoài ra, nguy cơ ngập cũng xảy ra trên một số đoạn bờ biển, kéo dài theo những dải hẹp, đứt đoạn ở Hồng Hà, Hồng Hải, Bạch Đằng, Cao Xanh.
Khu vực Cẩm Phả ít bị ảnh hưởng của nước biển dâng. Diện tích có nguy cơ ngập không đáng kể. Chúng chỉ là những dải hẹp (từ 100 – 200m) nằm sát biển ở đoạn bờ thuộc Cửa Ông, Cẩm Thịnh, Cẩm Sơn, Cẩm Thủy.
Xâm nhập mặn do biến đổi khí hậu, nước biển dâng, không chỉ xảy ra đối với nước mặt (chủ yếu ở những cửa sông và nơi có địa hình trũng thấp), mà còn xảy ra đối với cả nước dưới đất, đặc biệt là các tầng chứa nước có nguồn cung cấp từ nước sông, biển hay có quan hệ thủy lực trực tiếp với nước mặt.
Tại vùng ven biển Bắc Bộ, do đặc điểm địa chất, địa hình, thủy văn nên ảnh hưởng xâm nhập mặn nước mặt ở các khu vực ven biển Quảng Ninh không nhiều.
Trong vùng nghiên cứu, do nước biển và nước dưới đất (đặc biệt là tầng chứa nước Holocen và tầng chứa nước Pleistocen) có quan hệ thủy lực trực tiếp với nhau nên khi nước biển dâng, ranh giới mặn nhạt nước dưới đất sẽ di chuyển về phía lục địa, xâm nhập mặn gia tăng. Điều đó có nghĩa là nước nhạt ở một phần lãnh thổ bị mặn hóa, suy giảm chất lượng, trữ lượng nguồn nước, làm giảm khả năng cung cấp nước cho sinh hoạt và sản xuất. Tuy nhiên, những tác động xâm nhập mặn không làm thay đổi đáng kể tiềm năng cung cấp nước ngầm của khu vực do hầu kết nước ngầm trong khu vực đã bị nhiễm mặn và nguồn nước sinh hoạt cung cấp cho khu vực chủ yếu lấy từ nguồn nước mặt. Bởi vậy, việc tìm kiếm nguồn nước cung cấp lâu dài, bảo đảm phát triển bền vững cho Quảng Ninh cũng là vấn đề cần được đặt ra, nhất là trong điều kiện biến đổi khí hậu.
2.5. Hoạt động kinh tế – công trình chủ yếu ảnh hưởng đến khu vực Quảng Ninh.
Hoạt động kinh tế – công trình chủ yếu tác động đến môi trường và sự phát triển bền vững của khu vực, gây ảnh hưởng nhiều đến cuộc sống của người dân cũng như ảnh hưởng đến các hoạt động kinh tế khác ở khu vực Quảng Ninh chủ yếu là các hoạt động khai thác than. Những hoạt động này làm thay đổi các điều kiện tự nhiên cũng như môi trường sống của khu vực và ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của các quá trình và hiện tượng địa chất. Hiện nay ở Quảng Ninh chủ yếu sử dụng các công nghệ khai thác than lộ thiên và hầm lò. Việc tạo nên các công trường khai thác than lộ thiên cũng như các đường lò khai thác ngầm cũng như hình thành hệ thống các bãi thải đã gây nên những biến đổi có tính khu vực sau:
– Làm thay đổi trạng thái ứng suất trong các khối đá do việc đào bới lộ thiên cũng như tạo nên các đường lò trong khối đá. Hậu quả là làm xuất hiện hệ thống khe nứt giảm tải dọc theo mặt các bờ dốc mỏ lộ thiên gây nguy cơ trượt lở bờ mỏ cũng như gây mất ổn định vách các hầm lò khai thác than.
– Việc tạo nên các bãi thải trên một diện tích rộng lớn làm tăng tải trọng lên một diện tích lớn, cùng với hệ thống hầm lò cũng như các công trường khai thác lộ thiên đã làm biến dạng bề mặt đất, gây nguy cơ trượt lở và phá hoại các công trình trên mặt. Hình 4 là các khe nứt hình thành nên do ảnh hưởng của bãi thải và hệ thống đường lò khai thác ở phía dưới gây nên ở khu vực mỏ Khe Chàm, Quảng Ninh.

Hình 4: Khe nứt hình thành trong đá cát bột kết do tác động của bãi thải và hệ thống đường lò khai thác ở khu vực cạnh Dự án Nhà máy tuyển than Khe Chàm
– Việc hình thành hệ thống các bãi thải dọc theo sườn núi chạy song song với giải đất ven biển đã tạo nên nguy cơ trượt lở, tạo điều kiện hình thành nên dòng lũ bùn đá, đe dọa an toàn cho cuộc sống của người dân sống ở khu vực chân bãi thải.

Hình 6. Dòng bùn đá từ bãi thải mỏ than Mông Dương
Từ những phân tích trên, có thể thấy rõ, các khu vực địa hình đồi núi ở Cẩm Phả, Hạ Long, Móng Cái vốn đã phát triển khá mạnh các quá trình và hiện tượng địa chất động lực, trong điều kiện biến đổi khí hậu như hiện tại và trong tương lai (nhiệt độ tăng từ 3.1 – 3.50C và lượng mưa tăng từ 5.7 – 9.4% như dự báo), cùng với quá trình khai thác, sử dụng đất đai không hợp lý, phá vỡ cân bằng tự nhiên của con người do các hoạt động kinh tế thì cường độ hoạt động của các quá trình và hiện tượng địa chất ngoại sinh liên quan đến nước mặt, nước dưới đất (trượt lở, mương xói, lũ bùn đá, …) ở các khu vực nghiên cứu sẽ ngày càng mạnh hơn, không những ảnh hưởng đến đời sống dân sinh mà còn gây khó khăn cho chính các hoạt động kinh tế, công trình của con người như khai thác than, khai thác vật liệu xây dựng, hoạt động giao thông đường bộ hay xây dựng các công trình, ….
KẾT LUẬN
1. Từ những tài liệu công bố cũng như thực tế diễn ra ở khu vực đã cho thấy, biến đổi khí hậu và nước biển dâng đã thúc đẩy sự hoạt động của các quá trình và hiện tượng địa chất, gây ngập và nhiễm mặn, tác động tiêu cực đến sự phát triển kinh tế xã hội cũng như cuộc sống của người dân ở khu vực Quảng Ninh và cần có những giải pháp thích hợp để phòng chống, nhằm hạn chế những tác động bất lợi do biến đổi khí hậu và nước biển dâng gây nên.
2. Hoạt động kinh tế mà chủ yếu là hoạt động khai thác than đã gây nên những thay đổi về trạng thái ứng suất trong khối đất đá, ảnh hưởng đến sự ổn định của khu vực nói chung và của các công trình nói riêng. Những sự thay đổi trạng thái ứng suất cần được chú ý khi tiến hành các hoạt động kinh tế-công trình. Do các bãi thải vẫn còn thiếu hệ thống thoát nước mặt và nước trong lòng bãi thải nên có nhiều nguy cơ gây nên những tai biến địa chất như trượt lở và lũ bùn đá, đặc biệt là trong điều kiện biến đổi khí hậu.
3. Để hạn chế những tác động bất lợi do biến đổi khí hậu, nước biển dâng cũng như hoạt động kinh tế-công trình đối với với sự phát triến bền vững của khu vực, cần xây dựng các các dự án khơi thông dòng chảy, xây dựng hệ thống thoát nước trên mặt và trong lòng bãi thải; quy hoạch hợp lý các công trình khai thác sau khi đóng cửa mỏ, đặc biệt cần có nghiên cứu xây dựng các hồ nhân tạo cũng như khả năng tàng trữ nước ngầm trong các hầm lò và công trường khai thác lộ thiên để cung cấp nước lâu dài cho các đô thị của khu vực.

L.T.T

 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG THIẾT BỊ DILATOMETER (DMT) ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐÁT NỀN

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển công nghệ trong lĩnh vực địa chất công trình (ĐCCT), một số công nghệ và thiết bị hiện đại đã được du nhập vào nước ta để phục vụ công tác khảo sát và thiết kế xây dựng của các dự án đầu tư nước ngoài như: các thiết bị thí nghiệm trong phòng được tự động hóa và tin học hóa; các thiết bị ngoài trời như xuyên tiêu chuẩn (SPT), xuyên tĩnh (CPT) và xuyên tĩnh đo áp lực nước lỗ rỗng (CPTU); thiết bị cắt cánh (VST); thiết bị nén ngang trong hố khoan (Pressuremetr- PMT). Gần đây, một số đơn vị đã nhập thiết bị nén ngang bằng tấm nén phẳng (Dilatometer -DMT). Tuy nhiên, việc ứng dụng thiết bị này vẫn còn  là mới mẻ trong công tác khảo sát cũng như thiết kế xây dựng ở nước ta. Việc làm sáng tỏ bản chất thí nghiệm và khả năng xác định các thông số địa kỹ thuật của đất nền của thiết bị DMT nhằm mở rộng khả năng ứng dụng của thiết bị này trong khảo sát ĐCCT cũng như thiết kế xây dựng các loại công trình khác nhau, nhất là đối với các công trình xây dựng trên nền đất yếu.

Thí nghiệm DMT là thí nghiệm nén ngang bằng tấm nén phẳng, được thực hiện bằng cách ấn một mũi xuyên hình lưỡi mai xuống độ sâu thí nghiệm. Mặt bên của lưỡi mai có màng thép tiêu chuẩn. Màng thép được kết hợp với hệ thống khí nén – điện truyền áp suất qua cáp điện – khí. Đầu kia của cáp được gắn với bộ điều khiển. Khí Nitơ dùng để tạo áp lực ép màng thép vào đất. Tại mỗi vị trí đo, dùng áp lực khí nén đẩy màng thép về phía đất và đo áp lực của đất lên màng tại các thời điểm chuyển vị là 0mm; 1,1mm và 0mm. Kết quả thí nghiệm cho phép xác định nhiều thông số của đất nền.

Hình 1 minh hoạ thành phần cơ bản của thiết bị DMT: (1) Mũi xuyên phẳng trên đó có gắn màng thép; (2) Mũi xuyên được nối với cần để đưa mũi xuyên vào đất. (3) Dây cáp khí –điện dẫn khí nén  và điện từ hộp điều khiển vào mũi xuyên phía trong màng thép; (4) Đồng hồ đo trên  hộp điều khiển; (5) Dây cáp dẫn khí nén từ bình khí đến hộp điều khiển; (6) Bình khí nén, (7) Độ giãn nở của màng.

            

Hình 1: Sơ đồ thí nghiệm DMT

• Trình tự thí nghiệm
  –  Xác định ∆A và ∆B:  ∆A và ∆B là áp lực khí cần có để vượt qua độ cứng của màng thép. ∆A và ∆B sau đó được dùng để hiệu chỉnh số đọc A, B. ∆A là áp lực khí nén ở bên ngoài tác dụng vào màng thép (đặt trong không khí) làm xẹp nó về vị trí A (áp suất khí nén âm – hút vào). ∆B là áp lực khí nén ở bên trong tác dụng vào màng (đặt trong không khí) đẩy tâm màng thép ra vị trí B, cách 1,1 mm so với vị trí A (áp suất khí nén dương – đẩy ra).Trình tự thí nghiệm  

– Xác định số đọc A: là số đọc khi màng thép bị đẩy ra 0,05mm và không còn tiếp xúc với đĩa cảm ứng (tiếng bíp ngừng kêu).

– Xác định số đọc B: là số đọc khi màng thép tiếp tục bị đẩy ra 1,1 mm (ngay khi có tiếng bíp kêu lại).

– Để đọc số đọc C: xả khí từ vị trí số đọc B, không xả hết khí ngay mà đóng van xả nhanh lúc áp suất vẫn còn một chút, mở van xả chậm. Tiếng bíp sẽ ngừng kêu. Sau 45-50 giây, màng thép sẽ tiếp xúc với đĩa cảm ứng, tiếng bíp kêu lại, ta đọc số đọc C.

• Xác định các giá trị áp lực chuẩn hóa của thí nghiệm:

P0= 1,05(A – ZM + ∆A) – 0,05(B -ZM + ∆B)	(1)
P1 = B – ZM – ∆B	(2)
P2 = C – ZM + ∆A	(3)

Trong đó:

– Áp suất Z_M: là độ lệch số đọc trên đồng hồ đo áp suất lệch khỏi vị trí gốc “0” khi tấm nén được để trong điều kiện khí quyển. Nếu trước khi thí nghiệm mà chỉnh kim về 0 lúc áp lực khí là 0 thì  Z_M = 0.

– Áp suất đất P₀: là áp suất tác dụng lên mặt tấm nén, khi mặt tấm nén ngang bằng với mặt mũi xuyên lưỡi mai (độ giãn nở bằng 0).

– Áp suất đất P₁: là áp suất tác dụng lên mặt tấm nén để tâm tấm nén giãn ra 1,10 mm.

– Áp suất đất P₂: là áp suất tác dụng lên tấm nén khi xả áp lực khí từ vị trí B về vị trí A.

Các giá trị áp lực chuẩn hoá sẽ được dùng để tính toán các chỉ số DMT như sau:

– Chỉ số vật liệu hay còn gọi là chỉ số đất (I_D):               (4)

Có thể sử dụng I_D để phân loại đất như sau: sét I_D < 0,6; bụi 0,6 < I_D< 1,8; cát I_D >1,8

– Chỉ số ứng suất theo phương ngang (K_D):                   (5)

– Mô đun nén ngang (E_DMT):                              E_D = 34,7(P₁-P₀)                                     (6)

 

Hệ số áp lực nước lỗ rỗng:                                                      (7)

Trong đó:

P₀ là áp lực cần thiết thực tế để đẩy màng thép về vị trí 0;

P₁ là áp lực cần thiết thực tế để đẩy màng thép giãn nở 1,1 mm;

U₀ là áp lực nước lỗ rỗng ban đầu (bằng áp lực thuỷ tĩnh);

là ứng suất thẳng đứng có hiệu của đất.

·         Thí nghiệm tiêu tán xác định hệ số cố kết theo phương ngang (C_h)

Đối với đất dính có tính thấm kém, quá trình đưa mũi xuyên phẳng xuống sẽ tạo ra áp lực nước lỗ rỗng. Sử dụng DMT, có thể tiến hành thí nghiệm tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng để xác định hệ số cố kết theo phương ngang (C_h), là thông số rất quan trọng trong thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm.

Các gía trị chỉ tiêu xác định trực tiếp từ kết quả thí nghiệm DMT không sử dụng trực tiếp để tính toán thiết kế công trình được, mà phải thông qua các công thức liên quan để tính toán các thông số đặc trưng của đất như: mô đun biến dạng, sức kháng cắt không thoát nước, hệ số áp lực ngang, hệ số quá cố kết (OCR), hệ số cố kết theo phương ngang (C_h)…

 

·         Xác định sức kháng cắt (S_u) của đất sét theo kết quả DMT   

• Theo Marchetti (1980): S_u= 0,22.’_v.(0,5K_D)^1,25

Trong đó :

S_u: là sức kháng cắt không thoát nước của đất;

’_v: là ứng suất thẳng đứng có hiệu của đất;

K_D: là chỉ số ứng suất theo phương ngang của đất.

• Theo Kamei và nnk (1995) : S_u = 0,35.’_v.(0,47K_D)^1,14
• Theo Iwasaki và nnk (1994) : S_u = 0,E_D

•  Xác định môđun biến dạng của đất

Kết quả thí nghiệm DMT cho phép ta xác định được môđun nén ngang E_D. Đây chính là môđun biến dạng theo phương ngang của đất. Từ giá trị E_D  ta có thể sử dụng để tính toán chuyển vị ngang của nền móng. Ngoài ra, còn có thể tính toán chuyển đổi từ E_D sang M_DMT phục vụ cho việc tính toán biến dạng lún theo phương đứng của nền móng:

M_DMT =  R_M.E_D                                                            (11)

Trong đó:

E_D là môđun nén ngang DMT;

M_DMT là môđun biến dạng theo phương đứng, không nở hông; R_M là hệ số hiệu chỉnh, phụ thuộc vào I_D và K_D như sau:

– Khi I_D ≤ 0,6 lấy       R_M = 0,14 + 2,36.log(K_D)

– Khi I_D ≥ 3                 lấy       R_M = 0,5 + 2.log(K_D)

– Khi 0,6 < I_D < 3        lấy       R_M = R_M,0 + (2,5-R_M,0).log(K_D),

(với R_M,0 = 0,14 + 0,15.(I_D – 0,6))

– Khi K_D >10   lấy       R_M= 0,32+2,18logK_D

– Khi R_M <0,85            lấy       R_M = 0,85

 

• Xác định hệ số quá cố kết (OCR) của đất

Theo Marchetti (1980):    OCR = 0,34(K_D)^1,56              

Trong đó y là hệ số biến đổi từ 1,35 đến 1,67.

• Xác định hệ số áp lực đất tĩnh (K₀) 

Theo Marchetti (1980) đối với đất sét không bị xi măng hoá:

Theo Lacasse và Lunne (1989), khi K_D <4 thì có thể sử dụng công thức:

Trong đó: m là hệ số liên quan đến tính dẻo của đất và dao động từ 0,44 đến 0,64.      m = 0,44 với sét có tính dẻo cao; m = 0,64 với sét có tính dẻo thấp.

Một số bình luận:

1. DMT là phương pháp thí nghiệm xác định được hầu hết các đặc trưng biến dạng, độ bền cũng như nhiều thông số của đất nền khác như S_u, M_D, OCR, K_o, C_h … và được sử dụng trong thiết kế nền móng, xử lý nền đất yếu cũng như tính toán ổn định của vách hố móng sâu… Do điều kiện làm việc của mũi xuyên khi thí nghiệm ít làm ảnh hưởng đến tính nguyên dạng của đất, nên thí nghiệm có độ chính xác
2. Dựa vào các chỉ số I_D’ U_D và các giá trị chỉ tiêu khác được xác định theo chiều sâu với khoảng cách 20 cm/điểm, có thể sử dụng kết quả thí nghiệm DMT để phân chia địa tầng tương tự như đối với các phương pháp xuyên để nâng cao độ tin cậy của tài liệu khảo sát.
3. Trong các công thức tính sức kháng cắt không thoát nước (S_u) và mô đun biến dạng M_D thì công thức do Marchetti đề xuất cho kết quả phù hợp với kết quả thí nghiệm trong phòng và ngoài trời khác như nén 3 trục theo sơ đồ UU, CU, thí nghiệm cắt cánh VST, xuyên tĩnh CPTU và thích hợp hơn khi xác định các hệ số quá cố kết (OCR) cũng như hệ số áp lực đất tĩnh (K₀).

L.T.T