Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 12662:2019 (ISO 17313:2004) về Chất lượng đất - hệ số thấm thủy lực của vật liệu

• Số hiệu: TCVN12662:2019
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2019

CHÚ DẪN 1. Cột quan sát thay đổi chiều cao 2. Buồng thấm 3. Tấm bịt xốp 4. Mẫu thử 5. Buồng thấm 6. Đường cấp áp buồng thấm 7. Đường ống dẫn nước vào 8. Đường ống dẫn nước ra 9. Van

Hình 1 - Sơ đồ hệ thống đo độ thấm điển hình

5.11  Dụng cụ cắt mẫu thử đạt kích thước yêu cầu

Tùy thuộc vào chất lượng và đặc điểm của mẫu thử, có thể sử dụng các dụng cụ cắt khác nhau. Có thể sử dụng các dụng cụ như sau:

a) Máy tiện;

b) Cưa dây thép với dây thép có đường kính 0,3 mm;

c) Bay;

d) Dao;

e) Giũa thép thô với mẫu thử là đất sét cứng,

f) Khung hoặc khuôn ghép để cắt tại các đáy mẫu thử.

...

...

...

5.12  Dụng cụ gá mẫu thử trong buồng thấm, bao gồm dụng cụ căng màng hoặc ống hình trụ căng màng, dụng cụ để căng và đặt các vòng chống thấm lên phần chân đế và nắp để làm kín màng.

5.13  Thiết bị ổn nhiệt

Nhiệt độ của thiết bị đo độ thấm, mẫu thử và bình chứa dịch thấm phải không được chênh lệch nhau quá ± 3 °C. Thông thường, thử nghiệm được thực hiện trong phòng có nhiệt độ tương đối ổn định. Nếu nhiệt độ phòng không ổn định, các dụng cụ thử phải được đặt trong bể nước, buồng cách nhiệt hoặc các thiết bị có khả năng duy trì nhiệt độ ổn định. Phải đo và ghi lại nhiệt độ theo định kỳ.

6  Mẫu thử

6.1  Kích thước mẫu thử

Các mẫu thử phải có đường kính tối thiểu 70 mm và chiều cao tối thiểu 25 mm. Đường kính và chiều cao của mẫu thử ít nhất phải lớn hơn 6 lần kích thước hạt lớn nhất trong mẫu thử. Nếu sau khi kết thúc thử nghiệm, bằng mắt thường quan sát thấy các hạt có kích thước lớn hơn quy định, phải ghi lại các thông tin này trong báo cáo thử nghiệm.

6.2  Mẫu thử nguyên trạng

Các mẫu thử được lấy bằng cách sử dụng dao vòng hoặc mẫu khoan rút lõi, khi thử nghiệm không cần cắt gọt, chỉ cắt phần bề mặt đáy theo hướng vuông góc với trục dọc của mẫu thử, để mẫu thử giữ nguyên đặc tính ban đầu của đất. Nếu quá trình lấy mẫu gây xáo trộn đất thì phải cắt bỏ các phần vật liệu bị xáo trộn. Nếu việc loại bỏ các hạt sỏi hoặc quá trình cắt mẫu tạo ra các lỗ trống trên bề mặt mẫu thử, thì các lỗ trống này phải được điền đầy bằng vật liệu đã bị loại bỏ trong quá trình cắt. Các mặt đáy của mẫu thử phải được cắt và không được miết phẳng (việc miết phẳng có thể làm kín các vết nứt, các cạnh mặt bên hoặc các phần phụ khác ảnh hưởng đến dòng chảy của nước). Các mẫu thử phải được cắt trong môi trường hạn chế sự thay đổi về độ ẩm, thưởng được tiến hành trong phòng có thể duy trì độ ẩm cao. Mẫu thử phải được xác định khối lượng, kích thước và phải đặt ngay vào buồng thấm. Độ ẩm của phần mẫu bị cắt cũng phải được xác định.

6.3  Mẫu thử đầm nén trong phòng thí nghiệm

...

...

...

6.4  Các phương pháp chuẩn bị mẫu khác

Các phương pháp chuẩn bị mẫu thử khác được phép tiến hành nếu có yêu cầu cụ thể. Phương pháp chuẩn bị mẫu phải được ghi rõ trong báo cáo thử nghiệm.

Sau khi xác định chiều cao, đường kính, khối lượng và độ ẩm của mẫu thử, phải tiến hành tính toán khối lượng thể tích khô của mẫu thử. Ngoài ra, phải ước tính độ bão hòa ban đầu của mẫu thử (thông tin này có thể sử dụng sau này, trong giai đoạn cấp áp suất ngược).

7  Cách tiến hành

7.1  Lắp đặt mẫu thử

7.1.1  Cắt 02 tấm giấy lọc có hình dạng tương tự, xấp xỉ mặt cắt ngang của mẫu thử. Ngâm hai tấm bịt xốp và các tấm giấy lọc vào bình có chứa nước thấm trước khi sử dụng.

7.1.2  Đặt màng vào dụng cụ căng màng. Bôi một lớp mỏng mỡ gốc silicon làm kín khí lên các mặt cạnh của phần nắp. Đặt một tấm bịt xốp lên phần chân đế và đặt một tấm giấy lọc nếu sử dụng trên tấm bịt xốp, tiếp theo sẽ đặt là mẫu thử. Đặt tiếp tấm giấy lọc thứ hai nếu sử dụng tấm bịt xốp trên đỉnh mẫu thử, tiếp theo sẽ đặt tấm bịt xốp và phần nắp. Kéo màng xung quanh mẫu thử, sử dụng dụng cụ căng màng hoặc dụng cụ căng vòng chống thấm phù hợp khác, đặt một hoặc nhiều vòng chống thấm làm kín màng ở phần chân đế và một hoặc thêm nhiều vòng chống thấm làm kín màng ở phần nắp.

7.1.3  Gắn ống cấp nước vào phần nắp (nếu chưa gắn ống sẵn), lắp lại buồng thấm, và cấp nước đã khử khi hoặc chất lỏng khác vào buồng thấm. Gắn bình tích áp vào đường cấp áp của buồng thấm, và gắn hệ thống thủy lực vào đường ống dẫn vào và đường ống dẫn ra. Cấp nước đã khử khí hoặc chất lỏng thích hợp vào bình tích áp và cấp nước thấm đã khử khí vào hệ thống thủy lực. Đặt một áp suất hông nhỏ có giá trị từ 7 kPa đến 35 kPa vào buồng thấm, và đặt một áp suất có giá trị nhỏ hơn áp suất hông vào cả đường ống dẫn vào và đường ống dẫn ra. Cho nước thấm chảy qua hệ thống dẫn. Sau khi đuổi hết toàn bộ không khí hiện có trong dòng chảy, đóng van điều khiển lại. Trong toàn bộ thời gian làm bão hòa nước hệ thống và mẫu thử hoặc trong khi đo hệ số thấm thủy lực, ứng suất hiệu quả lớn nhất phải không được tăng quá giá trị có thể làm mẫu bị cố kết.

7.2  Ngâm mẫu thử

...

...

...

7.3  Bão hòa mẫu dùng áp suất ngược

Mẫu được bão hòa bằng cách sử dụng áp suất ngược. Hình 2 chỉ dẫn giá trị áp suất ngược cần thiết để mẫu đạt mức bão hòa yêu cầu.

Cách tiến hành như sau:

a) Mở các van đường ống và xả hết bọt khí ra khỏi hệ thống, cách tiến hành trình bày ở Mục 7.1.3. Trong quá trình thử nghiệm, khi sử dụng các dụng cụ đo cảm biến áp suất hoặc các dụng cụ đo khác, phải xả khí trước khi đo áp suất lỗ rỗng hoặc gradient thủy lực. Ghi và lưu lại giá trị khối lượng của mẫu ban đầu nếu được kiểm soát.

b) Điều chỉnh áp suất hông đạt giá trị dùng để bão hòa mẫu. Tiến hành tạo áp suất ngược bằng cách tăng đồng thời áp suất buồng thấm cùng với áp suất đầu vào và đầu ra theo từng bước nhỏ. Giá trị lớn nhất của bước tăng áp suất ngược phải đủ nhỏ sao cho ứng suất hiệu quả bên trong mẫu không vượt quá giá trị khiến mẫu thử bị cố kết. Tùy thuộc vào đặc tính của mẫu thử, duy trì bước tăng áp này trong thời gian từ vài phút đến vài giờ để tạo dòng chảy.

CHÚ DẪN:

Y: Áp suất ngược yêu cầu, kPa;

X: Mức bão hòa ban đầu, %.

...

...

...

7.4  Cố kết mẫu

Mẫu sẽ được cố kết khi đạt ứng suất hiệu quả được xác định theo yêu cầu kỹ thuật. Quá trình cố kết có thể xảy ra theo các giai đoạn sau:

a) Ghi lại chiều cao mẫu thử, nếu được đo, trước khi đặt áp suất cố kết và ghi theo định kỳ trong quá trình cố kết.

b) Tăng áp suất buồng đến giá trị cần thiết để đạt ứng suất hiệu quả đã xác định trước, để bắt đầu cố kết. Nước có thể thoát ra từ phần đáy hoặc đỉnh của mẫu thử, hoặc đồng thời ở cả hai đầu của mẫu thử.

c) (Tùy chọn) Trước khi bắt đầu thử nghiệm đo hệ số thấm thủy lực, có thể ghi thể tích dòng chảy ra. Hoặc đo sự thay đổi chiều cao của mẫu thử để xác nhận đã kết thúc quá trình cố kết ban đầu.

7.5  Độ thấm

7.5.1  Gradient thủy lực

Nếu có thế, gradient thủy lực được sử dụng để đo hệ số thấm thủy lực phải có giá trị tương đương với giá trị dự kiến xảy ra ngoài hiện trường, ở ngoài hiện trường, các gradient thủy lực thường từ nhỏ hơn 1 cho đến 5. Tuy nhiên, với vật liệu có hệ số thấm thủy lực nhỏ (nhỏ hơn khoảng 1 x 10^-^8 m/s), thời gian thử nghiệm có thể kéo dài nếu sử dụng các gradient thủy lực có giá trị nhỏ. Một số các gradient thủy lực có giá trị lớn hơn thường được sử dụng trong phòng thử nghiệm để tăng tốc độ thử nghiệm, nhưng cần tránh sử dụng gradient thủy lực quá lớn vì áp suất thấm cao có thể gây cố kết vật liệu, vật liệu trong mẫu thử có thể bị rửa trôi, hoặc các hạt mịn có thể bị rửa trôi theo dòng chảy và gây tắc đáy thoát nước của mẫu thử. Các tác động này có thể làm tăng hoặc giảm hệ số thấm thủy lực. Nếu bên yêu cầu không đưa ra giá trị gradient thủy lực thì thực hiện theo hướng dẫn tại Bảng 1.

Bảng 1 - Hướng dẫn xác định gradient thủy lực theo hệ số thấm thủy lực

...

...

...

Gradient thủy lực lớn nhất khuyến nghị

Từ 10^-^5 đến 10^-6

2

Từ 10^-6 đến 10^-7

5

Từ 10^-^7 đến 10^-^8

10

Từ 10^-^8 đến 10^-9

20

...

...

...

50

7.5.2  Điều kiện thử ổn định

Đánh giá hệ số thấm thủy lực theo định luật Darcy bằng cách xác định lưu lượng vào và dòng chảy ra trong giai đoạn thử nghiệm ngắn là không đúng, cần phải kéo dài cho đến khi đạt trạng thái ổn định và được xác nhận theo hướng dẫn ở Điều 7.5.3 và 7.5.5.

7.5.3  Thử nghiệm cột nước không đổi (Phương pháp A)

Đo và ghi lại tổn thất áp suất qua mẫu thử. Tổn thất áp suất qua mẫu thử phải giữ không đổi. Đo và ghi lại theo chu kỳ thể tích dòng chảy ra. Đo và ghi lại tất cả sự thay đổi chiều cao của mẫu thử nếu được kiểm soát.

Tiếp tục quá trình thấm cho đến khi đạt được ít nhất 4 giá trị hệ số thấm thủy lực sau một khoảng thời gian khi:

a) Tỷ lệ giữa lưu lượng ra trên lưu lượng dòng chảy vào nằm trong khoảng từ 0,75 - 1,25.

b) Hệ số thấm thủy lực ổn định.

Hệ số thấm thủy lực phải được coi là ổn định nếu đo được 4 hoặc nhiều hơn 4 hệ số thấm thủy lực liên tiếp nằm trong khoảng ± 25 % giá trị trung bình với k ≤ 1 x 10^-10m/s hoặc ± 50 % của giá trị trung bình với k < 1 x 10^-^10m/s, và đồ thị của hệ số thấm thủy lực theo thời gian không biểu diễn theo xu hướng tăng hay giảm đáng kể.

...

...

...

7.5.4.1  Quy định chung

Đo và ghi lại tổn thất áp suất qua mẫu thử. Trong thí nghiệm này, tổn thất áp suất khi đặt áp suất qua mẫu thử phải luôn lớn hơn 75 % tổn thất áp suất ban đầu (tổn thất áp suất lớn nhất) tương ứng với mỗi hệ số thấm thủy lực đo được. Đo và ghi lại theo chu kỳ tất cả sự thay đổi chiều cao của mẫu thử nếu được kiểm soát.

Tiếp tục quá trình thấm cho đến khi đạt được ít nhất 4 giá trị hệ số thấm thủy lực sau một khoảng thời gian khi:

a) Tỷ lệ giữa lưu lượng ra trên lưu lượng dòng chảy vào nằm trong khoảng từ 0,75 - 1,25.

b) Hệ số thấm thủy lực ổn định.

7.5.4.2  Thử nghiệm với mực nước ra không đổi (Phương pháp B)

Nếu áp suất nước tại điểm cuối dòng chảy ra của mẫu thử không đổi, đo và ghi lại theo chu kỳ cả thể tích dòng chảy vào hoặc mức nước trong cột chứa nước chảy vào; đo và ghi lại thể tích dòng chảy ra từ mẫu thử.

7.5.4.3  Thử nghiệm với mực nước ra tăng dần (Phương pháp C)

Nếu áp suất nước tại điểm cuối dòng chảy ra của mẫu thử tăng trong một khoảng thời gian, đo và ghi lại theo chu kỳ cả thể tích dòng chảy vào và dòng chảy ra hoặc sự thay đổi mực nước trong cột chứa nước chảy vào và chảy ra.

...

...

...

Đặt mực nước ra không đổi trong quá trình thấm ban đầu. Chọn lưu lượng sao cho gradient thủy lực không vượt quá giá trị quy định, nếu không quy định gradient thủy lực thì lấy giá trị khuyến nghị theo 7.5.1. Đo theo chu kỳ lưu lượng dòng chảy vào, lưu lượng ra, và tổn thất áp suất qua mẫu thử. Đo và ghi lại tất cả sự thay đổi chiều cao của mẫu thử nếu được kiểm soát. Tiếp tục quá trình thấm cho đến khi có ít nhất 4 hệ số thấm thủy lực đo được sau một khoảng thời gian khi a) tỷ lệ giữa lưu lượng ra trên lưu lượng dòng chảy vào nằm trong khoảng từ 0,75 -1,25 và b) hệ số thấm thủy lực ổn định (xem 7.5.3).

7.6  Kích thước của mẫu thử khi kết thúc thử nghiệm

Sau khi kết thúc quá trình đo độ thấm, giảm áp suất hông, áp suất tại dòng chảy vào và dòng chảy ra sao cho mẫu thử không có sự thay đổi thể tích đáng kể. Sau đó cẩn thận tháo buồng thấm và lấy mẫu thử ra. Đo và ghi lại chiều cao, đường kính, tổng khối lượng và độ ẩm của mẫu thử khi kết thúc thử nghiệm.

8  Biểu thị kết quả

8.1  Thử nghiệm với cột nước không đổi và mực nước ra không đổi (Phương pháp A và D)

Hệ số thấm thủy lực k được tính như sau:

(1)

Trong đó:

...

...

...

V là thể tích nước chảy qua mẫu thử, giá trị trung bình của thể tích dòng chảy vào và dòng chảy ra, tính bằng mét khối (m^3);

l là chiều dài của mẫu dọc theo dòng chảy, tính bằng mét (m);

A là diện tích mặt cắt ngang của mẫu thử, tính bằng mét vuông (m^2);

t là khoảng thời gian, tính bằng giây (s), tương ứng với thể tích V chảy qua;

h là tổn thất áp suất qua mẫu thử, mét cột nước, tính bằng mét nước (m nước).

8.2  Thử nghiệm với cột nước giảm dần

8.2.1  Thử nghiệm với lưu lượng ra không đổi (Phương pháp B)

Hệ số thấm thủy lực k được tính như sau:

...

...

...

trong đó:

a_vao là diện tích mặt cắt ngang của bình chứa chất lỏng chảy vào, tính bằng mét vuông (m^2);

l là chiều dài của mẫu thử (đo theo hướng của dòng chảy), tính bằng mét (m);

A là diện tích mặt cắt ngang của mẫu thử, tính bằng mét vuông (m^2);

t là thời gian đo, tính bằng giây (s), thời gian giữa hai lần đo h₁ và h₂,

h₁ là tổn thất áp suất của mẫu thử tại thời điểm t₁, tính bằng mét nước (m nước); và

h₂ là tổn thất áp suất của mẫu thử tại thời điểm t₂, tính bằng mét nước (m nước).

8.2.2  Thử nghiệm với mực nước ra tăng dần (Phương pháp C)

Hệ số thấm thủy lực k được tính như sau:

...

...

...

(3)

trong đó:

a_vao là diện tích mặt cắt ngang của bình chứa chất lỏng chảy vào, tính bằng mét vuông (m^2);

a_ra là diện tích mặt cắt ngang của bình chứa chất lỏng chảy ra, tính bằng mét vuông (m^2);

l là chiều dài của mẫu thử (đo theo hướng của dòng chảy), tính bằng mét (m);

A là diện tích mặt cắt ngang của mẫu thử, tính bằng mét vuông (m^2);

t là thời gian đo, tính bằng giây (s), thời gian giữa hai lần đo h₁ và h₂;

h₁ là tổn thất áp suất của mẫu thử tại thời điểm t₁, tính bằng mét nước (m nước) và

h₂ là tổn thất áp suất của mẫu thử tại thời điểm t₂, tính bằng mét nước (m nước).

...

...

...

Hiệu chỉnh hệ số thấm thủy lực ở các nhiệt độ khác nhau về hệ số thấm thủy lực ở nhiệt độ 20 °C, bằng cách sử dụng hệ số hiệu chính R_T ở Bảng 2 như sau:

k₂₀ = R_T x k

(4)

Bảng 2 - Hệ số hiệu chỉnh Rt theo độ nhớt của nước ở các nhiệt độ khác nhau

Nhiệt độ (°C)

R_T

Nhiệt độ (°C)

R_T

0

...

...

...

25

0,889

1

1,723

26

0,869

2

1,664

27

...

...

...

3

1,611

28

0,832

4

1,560

29

0,814

5

...

...

...

30

0,797

6

1,465

31

0,780

7

1,421

32

...

...

...

8

1,379

33

0,749

9

1,339

34

0,733

10

...

...

...

35

0,719

11

1,265

36

0,705

12

1,230

37

...

...

...

13

1,197

38

0,678

14

1,165

39

0,665

15

...

...

...

40

0,653

16

1,106

41

0,641

17

1,077

42

...

...

...

18

1,051

43

0,618

19

1,025

44

0,607

20

...

...

...

45

0,598

21

0,976

46

0,585

22

0,953

47

...

...

...

23

0,931

48

0,565

24

0,910

49

0,556

9  Báo cáo thử nghiệm

...

...

...

a) Đặc điểm nhận dạng của mẫu thử;

b) Các điểm đặc biệt trong quá trình chuẩn bị và lựa chọn mẫu, ví dụ loại bỏ đá hoặc các loại vật liệu khác, hoặc chỉ ra sự có mặt chúng trong mẫu thử nếu là mẫu thử nguyên trạng.

c) Mô tả các thông tin về phương pháp đầm nén;

d) Kích thước ban đầu của mẫu;

e) Hàm lượng nước ban đầu và khối lượng mẫu thử khô;

f) Loại dịch thấm sử dụng;

g) Giá trị áp suất ngược tổng;

h) Ứng suất cố kết hiệu quả nhỏ nhất và lớn nhất;

i) Chiều cao của mẫu thử sau khi kết thúc quá trình cố kết mẫu thử, nếu được kiểm soát;

...

...

...

k) Chiều dài, đường kính, độ ẩm, khối lượng khô và mức độ bão hòa của mẫu thử khi kết thúc thử nghiệm;

l) Hệ số thấm thủy lực trung bình với 4 lần đo cuối (đo và mô tả ở Điều 7.5.3 và 7.5.4), được báo cáo đến 2 chữ số có nghĩa, ví dụ 7,1 x 10^-^10 m/s, và đơn vị biểu thị là m/s (có thể biểu diễn thêm bằng các đơn vị khác nếu khách hàng yêu cầu);

m) Đồ thị hoặc bảng biểu diễn hệ số thấm thủy lực theo thời gian hoặc thể tích rỗng của dòng chảy.

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] ISO 11277, Soil quality- Determination of particle size distribution in mineral soil material - Method by sieving and sedimentation.

[2] ISO 11465, Soil quality - Determination of dry matter and water content on a mass basis - Gravimetric method.

[3] ISSMGE, 1999, Recommendations of the ISSMGE For Geotechnical Laboratory Testing. ISBN 3-410-14048-4.

...

...

...

1  Phạm vi áp dụng

2  Thuật ngữ và định nghĩa

3  Ý nghĩa và ứng dụng

4  Dịch thấm

5  Thiết bị và dụng cụ

6  Mẫu thử

7  Cách tiến hành

8  Biểu thị kết quả

9  Báo cáo thử nghiệm

...

...

...