Giáo trình cơ học đá - Chương 2

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:71

Thêm vào BST

Báo xấu

94
lượt xem 23
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo Giáo trình cơ học đá ( Nhà xuất bản Giao thông vận tải ) dành cho sinh viên chuyên ngành xây dựng công trình - Chương 2 Các tính chất của khối đá nguyên trạng

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình cơ học đá - Chương 2

. Chương 2 CÁC TÍNH CH T C A KH I ðÁ NGUYÊN TR NG 2.1. KH I ðÁ NGUYÊN TR NG VÀ M T VÀI ð C ðI M C A NÓ 2.1.1. KHÁI NI M V KH I ðÁ NGUYÊN TR NG Khi xây d ng các công trình, khai thác khoáng s n… các công vi c không ch ti n hành các m u ñá riêng bi t mà trên c m t vùng ñá có th tích khá l n g i là kh i ñá nguyên tr ng (hay ñôi khi cũng ñư c g i t t là kh i ñá). Các ñ c trưng cơ h c c a kh i ñá này có nh ng giá tr khác h n v i nh ng k t qu ñã thu ñư c khi xác ñ nh trên các m u ñá trong phòng thí nghi m, nên không th l y các k t qu thí nghi m v i các m u ñá ñ gi i các bài toán cơ h c ñá trong xây d ng công trình. Nhưng vi c nghiên c u kh i ñá nguyên tr ng không ñơn gi n, còn t n t i r t nhi u quan ñi m khác nhau khi nghiên c u các ñ c trưng c a kh i ñá và ngay c quan ni m v kh i ñá nguyên tr ng, cho ñ n nay cũng chưa ñi ñ n m t s th ng nh t hoàn toàn. Theo G.I. Jagodkin, M.F.Kuntưs thì kh i ñá nguyên tr ng là m t th tích ñá ñ ñ có khái ni m mô hình c u trúc c a ñá vây quanh, ñư c xác ñ nh b ng nh ng ñi u ki n c th tuỳ theo s tác d ng c a ngo i l c lên th tích ñá y. E.I.Iinixhkaja thì cho r ng kh i ñá nguyên tr ng là ph n môi trư ng tách ra kh i các ph n xung quanh b ng các m t ph ng t nhiên và ñư c thí nghi m các tr ng thái ng su t khác nhau ñ nghiên c u các v n ñ cho trư c. Quan ni m c a P.N.Panjukov ñư c nhi u ngư i th a nh n hơn. Theo ông, kh i ñá nguyên tr ng là nh ng ph n c u trúc riêng bi t c a v trái ñ t n m trong ph m vi tác ñ ng c a các công trình (ngo i l c), ñư c nghiên c u ñ l p ra các ñi u ki n thi công các công trình và s d ng chúng. Như v y ph i phân bi t hai khái ni m: m u ñá và kh i ñá nguyên tr ng. M u ñá là ph n ñá ñư c l y ra t m t t ng hay kh i ñá. Khi thí nghi m, nó ñã b m t s liên h v i các v t ch t vây quanh tr ng thái ban ñ u, nên tính ch t c a nó không ñ c trưng cho tính ch t c a kh i ñá và l i càng không ñ c trưng cho toàn b kh i ñá nguyên tr ng. Kh i ñá nguyên tr ng do còn gi nguyên ñư c tr ng thái ban ñ u, quan h v i các kh i ñá vây quanh nên khi xác ñ nh, tính ch t c a nó ph n ánh toàn b c u trúc c a kh i ñá, các s li u thu ñư c có th khác h n v i m u ñá, nhưng l i ñáng tin c y trong khi thi t k và thi công các công trình trong ñá. Vì v y vi c nghiên c u tính ch t c a kh i ñá nguyên tr ng là r t c n thi t, nhưng vi c làm này cũng không ñơn gi n. C¬ häc ®¸.127
Tuy nhiên, cũng không ñư c l n l n gi a kh i ñá và kh i ñá nguyên tr ng. Kh i ñá là m t th tích ñá to hơn nhi u l n t ng ñá hay các m u ñá trong phòng thí nghi m nhưng ñá b tách kh i kh i ñá vây quanh, không ch u tác ñ ng c a t nhiên hay các ho t ñ ng c a con ngư i. 2.1.2. VÀI ð C ðI M C A KH I ðÁ NGUYÊN TR NG kh i ñá nguyên tr ng, có th th y m t s ñ c ñi m sau: 2.1.2.1.Tính không ñ ng nh t Tính không ñ ng nh t là m t ñ c ñi m r t quan tr ng c a kh i ñá. M t kh i ñá ñư c coi là ñ ng nh t khi t t c các ph n c a nó ñ u có cùng m t thành ph n, m t c u t o, nghĩa là t i b t kỳ m t ñi m nào ñó trong kh i ñá ñ u có tính ch t v t lý như nhau. Kh i ñá trong t nhiên ñ u không tho mãn các yêu c u trên vì trong nó luôn luôn có s không ñ ng nh t v thành ph n khoáng v t (s s p x p các lo i khoáng v t t o ra trong ñá không ph i ch nào cũng như ch nào), không ñ ng nh t v ki n trúc, c u t o (không ph i trong toàn b kh i ñá, m i ch ñ u có cùng m t lo i ki n trúc, m t lo i c u t o) hay không ñ ng nh t do tác ñ ng c a ngo i l c, môi trư ng hay các ho t ñ ng c a con ngư i (các ch khác nhau trong kh i ñá ch u các tác ñ ng khác nhau c a các tác ñ ng bên ngoài…), nên vì th , kh i ñá mang tính không ñ ng nh t. Tuỳ theo ngu n g c c a s không ñ ng nh t, ngư i ta chia thành hai lo i: Không ñ ng nh t nguyên sinh xu t hi n trong quá trình thành t o ñá, th hi n s thay ñ i hình dáng, kích thư c, thành ph n h t khoáng v t và s s p x p gi a chúng v i nhau trong ñá. Không ñ ng nh t th sinh liên quan ñ n các giai ño n bi n ñ i sau khi thành t o, có th do thiên nhiên như các quá trình phong hoá, làm ch t, tái k t tinh, ki n t o hay do nhân t o như các quá trình xây d ng, công ngh m khác nhau. Không ñ ng nh t th sinh có ý nghĩa quan tr ng trong khi nghiên c u ñ a ch t công trình vì nó liên quan ñ n s thay ñ i tr ng thái, tính ch t c a kh i ñá nguyên tr ng. Tính không ñ ng nh t còn ñư c phân bi t theo ph m vi xu t hi n nó. Tuỳ theo kích thư c ph n t không ñ ng nh t là ph n ñá ñ ng nh t l n nh t bên trong có tính ch t khác v i ph n ñá vây quanh và M.V.Raxh quy ư c chia thành 4 c p không ñ ng nh t. Không ñ ng nh t c p I: không ñ ng nh t v thành ph n, c u t o, ki n trúc c a các t ng ñá có các phá hu ki n t o, các ñ i phong hoá… kích thư c ph n t không ñ ng nh t > 103cm. Không ñ ng nh t c p II: không ñ ng nh t v c u trúc và thành ph n c a ñá. Kích thư c phân t không ñ ng nh t t 1 – 103 cm. Không ñ ng nh t c p III: th hi n s khác nhau v thành ph n khoáng v t và hoá h c, d ng và kích thư c h t; s không ñ ng nh t trong vi c s p x p các ch t g n k t, s xu t hi n các vi khe n t… kích thư c ph n t không ñ ng nh t t 10-3 – 1cm. 128.C¬ häc ®¸
Không ñ ng nh t c p IV: Xu t hi n trong các tinh th (như các khuy t t t c a m ng tinh th ) v i kích thư c ph n t không ñ ng nh t t 10-6 – 10-3cm. Tính không ñ ng nh t trong kh i ñá ñôi khi cũng là do các ho t ñ ng có ý th c c a con ngư i. Khi ñào m t ñư ng h m trong ñá và không ñư c ch ng, tuỳ theo kho ng cách t ñá t i kho ng không, tuỳ theo tr ng thái c a ñá mà trong kh i ñá nguyên tr ng ñã chia thành nhi u vùng v i các tính ch t khác nhau, gây ra tính không ñ ng nh t trong kh i ñá (hình 2.1): Vùng I: Vùng ñá t nhiên, không b phá hu Vùng II: Vùng ñá b bi n d ng ñàn h i, không b n Vùng III: Vùng ñá b n t n , không n ñ nh Vùng IV: Vùng ñá b phá hu , d ch chuy n – không n ñ nh. Vùng V: Vùng ñá b s p ñ – n ñ nh. Như v y m i vùng có m t ñ c ñi m, m t c u trúc khác nhau. Tuy nhiên trong th c t không th có m t s phân chia rõ ràng như trên mà c u trúc c a ñá thay ñ i d n d n t vùng này sang vùng khác và có nh ng vùng mang tính ch t h n h p, nhưng dù sao cũng ñã gây cho kh i ñá m t ñ c tính không ñ ng nh t. M t khác, s ñ ng nh t hay Hình 2.1. S không ñ ng nh t ca không cũng ch mang ý nghĩa tương kh i ñá xung quanh h m. ñ i: Trong m t kh i ñá không ñ ng nh t, ngư i ta v n có th tìm ñư c nh ng ph n ñá nh hơn nhưng có tính ñ ng nh t. M t kh i ñá có th có tính không ñ ng nh t m t vài ch tiêu khác (như không ñ ng nh t v ñ b n nhưng l i có th ñ ng nh t tính d n nhi t…). Kh i ñá ñư c coi là gi ñ ng nh t m t ch tiêu nào ñó khi s dao ñ ng c a ch tiêu ñó không quá 25%. 2.1.2.2. Tính d hư ng D hư ng là hi n tư ng thay ñ i tr s c a m t ch tiêu nào ñó khi xác ñ nh theo các hư ng khác nhau t i m t ñi m c a kh i ñá. Tính d hư ng r t ph bi n v i m i v t r n trong t nhiên. B.Kujundzic ñã gi i thích nguyên nhân c a tính d hư ng trong kh i ñá là do s phân l p, phân phi n, tính ch t n t n và tr ng thái ng su t c a nó. M t khác , s không ñ ng nh t c a kh i ñá cũng là m t nguyên nhân gây ra tính d hư ng. Nh ng nguyên nhân này luôn luôn xu t hi n trong kh i ñá, nên trong t nhiên, hi m th y m t v t hay m t kh i ñá hoàn toàn ñ ng hư ng. Trong m t ch ng m c nh t ñ nh, m t ch tiêu nào ñó c a ñá ñư c coi là gi ñ ng hư ng khi s dao ñ ng các giá tr c a ch tiêu ñó không quá 25%. Cũng như v i tính không ñ ng nh t, M.V.Raxh ñã chia tính d hư ng c a ñá thành 4 c p: C¬ häc ®¸.129
D hư ng c p I th y hàng lo t kh i ñá b phân c t do các phá hu ki n t o. D hư ng c p II liên quan ñ n các phân l p bên ngoài và các khe n t thô. D hư ng c p III th hi n b ng các phân l p nh bên trong kh i ñá, các h t ñư c ñ nh hư ng và các h th ng khe n t. D hư ng c p IV là nh ng d hư ng c a các tinh th . ð ñánh giá m c ñ d hư ng c a kh i ñá, trong th c t s n xu t thư ng dùng h s d hư ng là t s gi a các tr s c a m t ch tiêu tính ch t nào ñó c a ñá ñư c xác ñ nh theo các hư ng khác nhau. V i các ñá phân phi n và phân l p thì h s này thư ng ñư c xác ñ nh b ng t s c a m t ch tiêu nào ñó theo phương vuông góc v i m t l p và tr s c a chính ch tiêu y, xác ñ nh theo hư ng song song v i m t l p. K t h p v i tính không ñ ng nh t c a kh i ñá, tuỳ theo m c ñ d hư ng c a nó mà P.N.Panjubov ñã chia kh i ñá thành các lo i: ñ ng nh t, không ñ ng nh t và gi ñ ng hư ng, ñ ng nh t và d hư ng, không ñ ng nh t và d hư ng. V i m i lo i ñá như v y, khi tính toán s ph i tuân theo nh ng ñi u ki n thích h p tương ng. 2.1.2.3. Tính gián ño n Tính gián ño n c a kh i ñá xu t hi n do s t n t i trong nó nh ng l r ng và khe n t. Các l r ng thư ng ñư c t o thành trong quá trình thành t o ñá, còn các khe n t thì ñư c thành t o do nhi u ngu n g c khác nhau, t o nên nhi u lo i khe n t khác nhau. Các khe n t phân l p liên quan ch y u ñ n ñá tr m tích m c dù phân l p dòng cũng có th x y ra trong v t li u núi l a. Chúng ñư c ñ c trưng b i màu s c, ki n trúc và thành ph n khoáng v t khác nhau và thư ng song song v i ranh gi i gi a các l p. Trong khe n t thư ng có các l p sét làm gi m ñ b n c t c a ñá. Các khe n t phân l p thư ng liên t c và ph ng nhưng chúng cũng có th b m nh t ñi do ñư c g n k t l i trong quá trình bi n ch t. Các khe n t phân phi n liên quan ch y u ñ n các quá trình bi n ch t do tác ñ ng c a các l c ki n t o như trong các ñá phi n mica, clorit, talc… xen k p gi a các l p ñá c ng hơn như gneis, granit và quarzit. Các khe n t có th r t g n nhau, song song hay có d ng b c thang. Các th n t ñư c t o ra do bi n d ng trong quá trình bi n ch t và ñ c trưng b i s tái k t tinh c a nh ng khoáng v t n m song song v i nhau, ñ nh hư ng theo phương g n như vuông góc v i ng su t nén l n nh t. Th n t có th theo nhi u hư ng n u như quá trình bi n ch t x y ra trong vài giai ño n. V i ñá magma, th n t cũng xu t hi n do s ngu i l nh ñ t ng t c a nh ng kh i dung nham phun lên trên m t ñ t. Các th n t thư ng phân b sát g n nhau nên ngư i ta d dàng xác ñ nh phương hư ng c a th n t nhưng khó xác ñ nh kho ng cách và ñ b n c a chúng. Các khe n t do ñ t gãy và trư t. Khi có s chuy n ñ ng tương ñ i gi a các ph n c a m t l p ñá do tác d ng c a ngo i l c thì s t o thành ñ t gãy, kèm theo ñ i phá hu ki n t o. Các khe n t 130.C¬ häc ®¸
này có th nh , h p v i c ly d ch chuy n không l n nhưng cũng khi do ngo i l c quá l n, ñã t o thành ñ t gãy dài 430 km chuy n v ñ ng t i 7m như sau tr n ñ ng ñ t San Franxisco năm 1906. Các khe n t khác như khe n t ñ a hình ch y g n song song v i m t ñ t, lư n theo ñ a hình và liên quan t i ng su t ñ a hình; khe n t ti p xúc th ch h c t n t i nh ng ch ti p giáp các l p ñá có thành ph n th ch h c khác nhau hay nh ng khe n t khác không th phân chia ñư c theo ngu n g c hay theo s liên k t gi a các c u trúc… Tuỳ theo s t n t i, m c ñ phát tri n c a các khe n t mà kh i ñá có th ñư c coi là liên t c hay gián ño n. Thư ng không ít thì nhi u, ñá nào cũng có nh ng khe n t nh hay l n nên cũng hi m g p nh ng kh i ñá liên t c (không gián ño n). Khi nh ng khe n t r t nh , r t ng n thì có th coi là kh i ñá có tính gi liên t c. V i nh ng kh i ñá này, theo G.A.Krupenikov, chúng ph i tho mãn ñi u ki n: ∆A < ε khi ∆a < l0 (2.1) trong ñó: ∆A là s chênh l ch tr s ng su t, bi n d ng và chuy n v t i các ñi m g n kh i ñá có gia s to ñ là ∆a. ε là ñ sai l ch cho phép khi xác ñ nh A (t i 15% theo tr s trung bình). l0 là kích thư c dài c a kh i ñá phân t (ñ c trưng cho tính ch t c a kh i ñá). Theo K.V.Ruppeneyt thì l0 = 0,29cm Ba ñ c ñi m không ñ ng nh t, d hư ng, gián ño n c a kh i ñá liên quan ch t ch v i nhau. Vì không ñ ng nh t nên làm kh i ñá có tính d hư ng và gián ño n nhưng m t khác, s gián ño n cũng chính là nguyên nhân c a tính không ñ ng nh t, d hư ng c a kh i ñá. Các ñ c ñi m này c a kh i ñá ph thu c vào m c ñích và ph m vi nghiên c u. m t kh i ñá l n thì có th coi nó là không ñ ng nh t, d hư ng và gián ño n vì trong ñó có nhi u vùng thành ph n th ch h c không như nhau, c u trúc khác nhau, có nhi u l r ng, khe n t… Nhưng n u h n ch ph m vi nghiên c u l i, thì trong kh i ñá y, ngư i ta v n tìm ñư c nh ng ph n ñá nh hơn có tính ñ ng nh t hay gi ñ ng nh t, ñ ng hư ng hay gi ñ ng hư ng, liên t c hay gi liên t c… 2.2. CÁC TÍNH CH T C A KH I ðÁ NGUYÊN TR NG Kh i ñá nguyên tr ng cũng có ñ y ñ các tính ch t v t lý như m u ñá, nhưng do nh ng ñ c ñi m c a kh i ñá nguyên tr ng ñã nêu trên, nên vi c nghiên c u các tính ch t c a kh i ñá nguyên tr ng ph c t p và t n kém hơn nhi u so v i m u ñá. ð i v i kh i ñá nguyên tr ng, ngư i ta cũng xác ñ nh các ch tiêu ñ c trưng cho ñ ch t, tính ch t cơ h c… Nh ng ch tiêu nào mà khi xác ñ nh gi ng như làm v i m u ñá (như kh i lư ng riêng, kh i lư ng th tích, ñ r ng) thì ñây s không trình bày l i n a, nhưng cũng có nh ng ch tiêu chưa ñư c nói t i khi nghiên c u m u ñá, thì trong ph n này s ñư c trình bày t m hơn như tính ch t lưu bi n, tính ch t th m…. Hi n nay, ñ nghiên c u các tính ch t c a kh i ñá nguyên tr ng ngư i ta thư ng ti n hành theo 3 phương pháp: C¬ häc ®¸.131
- ðo tr c ti p t i kh i ñá nguyên tr ng. Phương pháp này ñáng tin c y nhưng ñ t và không ph i trong trư ng h p nào cũng làm ñư c. - Phương pháp gi i tích, dùng các mô hình toán h c ph n ánh c u trúc c a kh i ñá ñ nh nghiên c u. Phương pháp này kém chính xác. - Phương pháp mô hình dùng các v t li u ñ t o nên mô hình có tính ch t g n như tính ch t c a kh i ñá ñ nh nghiên c u và rút ra nh ng k t lu n trên cơ s thí nghi m v i các mô hình này. Hai phương pháp sau tuy d th c hi n nhưng kém chính xác vì không th xác ñ nh ñư c ñ y ñ tính ch t, tr ng thái c a kh i ñá và không th th hi n hoàn toàn các tính ch t c a kh i ñá trên mô hình ñư c. Vì v y trong khi kh o sát, ñôi khi ngư i ta hay dùng phương pháp mà có th t m g i là phương pháp tương quan, d a trên m t quan h nh t ñ nh gi a tính ch t v t lý c a ñá và m t ñ i lư ng v t lý nào ñó (thí d như s liên quan gi a các tính ch t c a ñá và t c ñ truy n sóng ñàn h i trong chúng). 2.2.1. TÍNH PHONG HOÁ Phong hoá là hi n tư ng ñá b bi n ñ i thành ph n, tr ng thái và tính ch t c a nó dư i tác ñ ng c a khí quy n, thu quy n và sinh quy n. 2.2.1.1. Các ki u và m t c t phong hoá Tuỳ theo các ñ c trưng bi n ñ i và các tác nhân gây ra phong hoá, ngư i ta thư ng chia ra các ki u sau: - Phong hoá cơ h c (hay v t lý) là quá trình phá v ñá thành các h t nh hơn khi các ng su t sinh ra l n hơn ñ b n kéo c a ñá. Các tác nhân gây ra lo i phong hoá này có th là do ho t ñ ng băng giá, do s k t tinh c a mu i, s thay ñ i c a ñ m và nhi t ñ hay s d t i x y ra trong ñá. Ho t ñ ng băng giá là m t trong nh ng quá trình phong hoá cơ h c m nh nh t. Khi nư c ñóng băng trong kh i ñá, th tích c a chúng tăng lên (t i 9%), t o nên m t áp l c r t l n ( – 220C, áp l c này t i 200MPa) làm ñá b n t ra, ñ y hai thành khe n t cách xa nhau hơn. S k t tinh c a mu i trong ñá cũng ph n nào tương t như tác d ng c a nư c ñóng băng. Khi mu i k t tinh làm giãn n và làm gi m ñ b n c a ñá. Các mu i hoà tan có th xâm nh p vào ñá b ng nhi u cách khác nhau. Nư c mưa và không khí ô nhi m cũng là nh ng ngu n mu i r t l n. Mu i có th k t tinh trong các khe n t hay trên b m t ñá làm ñá b n t n sâu thêm ho c tách thành các l p m ng. S thay ñ i nhi t ñ gây ra s giãn n vì nhi t bên trong kh i ñá. ðá thư ng là ña khoáng, các khoáng v t giãn n không như nhau, làm ñá b n t n do các ng su t nhi t ñã phá hu các m i liên k t trong ñá. S thay ñ i ñ m c a ñá dư i d ng ư t – khô xen k liên t c cũng làm ñá b co giãn liên t c s làm ñ b n c a ñá gi m ñi. Tác d ng này càng tăng lên khi k t h p v i s thay ñ i c a nhi t ñ . 132.C¬ häc ®¸
Cũng như m i v t li u khác, khi b tác d ng l c, ñá b bi n d ng. Khi ñư c d t i, Hình 2.2. Kh i ñá “ð u n ñá ñư c n ra, nhi u khi làm phá hu ñá hoàng” Yehliu b c ðài Loan. trên các m t song song v i m t ñư c d t i, t o nên nh ng phi n ñá m ng gi i h n b i các th n t song song v i m t ñ t. Các phi n ñá ñã tách ra r t d b ti p t c phong hoá. Quá trình phong hóa cơ h c x y ra liên t c dư i tác ñ ng c a các tác nhân phong hoá, t o thành nh ng bãi ñá góc c nh, nh ng t ng ñá tròn hay nh ng kh i ñá có hình thù ñ c bi t như kh i ñá “ ð u n hoàng” Yehliu (b c ðài Loan) t o thành t ñá cát k t vôi (hình 2.2). Hình này ñã ñư c dùng làm logo cho H i th o khoa h c Qu c t v ñá tr m tích khu v c Châu Á tháng XI – 1997 t i ðài B c. - Phong hoá h c x y ra do tác d ng c a các ph n ng hoá h c gi a các thành ph n t o nên ñá và ôxy, carbonic và nư c trong khí quy n và th ch quy n. Khí C02 có trong khí quy n hay ñư c t o thành do s phân hu các ch t h u cơ trong ñi u ki n thoáng khí trong ñ t. Lư ng khí C02 này l n hơn r t nhi u so v i n ng ñ c a nó trong khí quy n và s ph n ng v i nư c mưa hay tuy t tan th m xu ng ñ t o thành axít carbonic H2C03. M t khác, khi phân hu ch t h u cơ còn làm s n sinh ra axit humic, làm tăng lư ng các axit trong ñ t và làm gi m ñ pH c a nó. Ph n ng hoà tan x y ra do nư c (ch a C02, các lo i axit…) có tính xâm th c, hoà tan các khoáng v t d tan c a ñá: CaC03 + H20 + C02 ⇔ Ca (HC03)2 Khi các ñá d tan như ñá vôi, ñôlomit l ra trên m t ñ t thì quá trình hoà ta s t o thành các h c ñá l i lõm, r ng ñá l m ch m. V i các ñá trên nhưng n m Hình 2.3. Th ch nhũ sâu dư i ñ t thì quá trình hoà tan s t o thành các ñ ng Tiên Sơn (Vĩnh hang ñ ng, các ñ a hình karst thư ng r t ñ p và thơ An, Vĩnh L c, Thanh Hoá) m ng. (hình 2.3). Ph n ng ôxy hoá x y ra do oxy t do tác d ng v i các nguyên t kim lo i khác có trong ñá. Nh ng ñá g m các khoáng v t có ch a Fe (như pyrit, pyroxen…) khi b ôxy hoá thư ng t o thành limonit. Quá trình bi n ñ i t pyrit (FeS2) thành limonit (Fe203. nH20) có th th y như sau: FeS2 + 02 + H20 → FeS04 → Fe2 (S04)3 → Fe203. nH20. S có m t c a limonit trong ñ t ñá th hi n qua nh ng v t màu ph t nâu hay ph t ñ . Ph n ng thu phân thư ng th y trong các khoáng v t thu c l p silicat như felspat. Felspat s ph n ng v i các ion H+ ñ t o thành các s n ph m hoà tan và sét kaolinit. T m t khoáng v t n ñ nh nhi t ñ cao và áp su t l n, do tác d ng c a C¬ häc ®¸.133
nư c ñã b phân hu thành khoáng v t khác n ñ nh v i các ñi u ki n g n m t ñ t hơn. Ph n ng thu phân orthoclas thành kaolinit và opal v i potat ñư c bi u di n: K20. Al203. 6Si02+H20 +C02 → Al203. 2Si02. 2H20 + Si02. nH20 + K2C03. Trong ph n ng trên, t orthoclas có ñ c ng 6 ñã t o thành kaolinit có ñ c ng 1. Ph n ng thu phân x y ra trên di n l n thư ng t o thành các m ñ t sét, ñư c s d ng trong nhi u ngành công nghi p. Trong ñi u ki n nóng, m, kaolinit l i b thu phân ti p thành bauxit (Al203. mH20) và opal. Ph n ng thu hoá x y ra khi nư c h p ph vào trong c u trúc m ng c a các khoáng v t, t o thành các ch t ng m nư c. S h p ph nư c (hyñrat hoá) c a anhyñrit t o thành th ch cao có th bi u di n: CaS04 + 2H20 = CaS04 . 2H20. Quá trình hydrat làm tăng th tích v t li u (t i 33%) và là nguyên nhân làm y u và phá v ñá v m t cơ h c. Trong quá trình phong hoá hoá h c, tính n ñ nh c a khoáng v t trư c các tác nhân phong hoá ph thu c vào s khác nhau gi a các ñi u ki n trên m t (nơi x y ra phong hoá) v i các ñi u ki n k t tinh ban ñ u. N u trong dãy ph n ng. N.L. Bowen mô t th t k t tinh các khoáng v t trong ñi u ki n t nhi t ñ cao ñ n th p d n, thì cũng v n v i nh ng khoáng v t y, m c ñ n ñ nh s tăng d n t các ch t k t tinh ñ u tiên (kém n ñ nh, d phong hoá nh t) cho t i các ch t k t tinh cu i cùng ( n ñ nh nh t, phong hoá ch m nh t). Goldich ñã l p thành sơ ñ ñ mô t tính n ñ nh tương ñ i trong ñi u ki n phong hoá c a các khoáng v t ch y u c a ñá magma như trong hình 2.4. Phong hoá ch m n ñ nh nh t Th ch anh Muscovit Orthoclas (Felspat Kali) Biotit Albit Horblend (Felspat Natri) Augit Anorthit Olivin (Felspat Calci) Phong hoá nhanh Kém n ñ nh nh t Hình 2.4. Dãy n ñ nh Goldich. 134.C¬ häc ®¸
Nhìn vào dãy n ñ nh có th th y th ch anh là khoáng v t k t tinh cu i cùng t magma thì n ñ nh nh t trong môi trư ng phong hoá, th c t coi như không tan. ði u này gi i thích s ph bi n c a th ch anh trong các ñá tr m tích. Các khoáng v t felspat d b phong hoá, l ng ñ ng l i thành bùn và khi b nén ch t, g n k t l i thành ñá phi n. Phong hoá sinh v t là quá trình sinh v t (ñ ng v t và th c v t) tham gia vào vi c làm thay ñ i tr ng thái hay phá v , làm n t n kh i ñá do các tác ñ ng cơ h c và hoá h c. Tác ñ ng cơ h c ch y u là do r cây m c chèn vào trong các khe n t và th n t c a ñá r i l n d n lên. Áp l c c a các r l n có th làm n t, tách ch các kh i ñá, thúc ñ y các quá trình phong hoá khác. Trên hình 2.5 th y rõ tác d ng phong hoá c a sinh v t ñ i v i các kh i ñá. Các ki u phong hoá thư ng ñ ng th i x y ra và m t vùng c th ch y u do y u t khí h u quy t ñ nh. nh hư ng Hình 2.5. R cây làm n t kh i ñá c a khí h u ñ n các ki u phong hoá có Thích Ca Ph t ñài (Vũng Tàu). th th y qua hình 2.6. Dư i tác ñ ng c a các tác nhân phong hoá, quá trình phong hoá c a m t kh i ñá gi m d n khi càng ñi sâu vào trong kh i ñá, t o nên s s p x p các v t li u b phong hóa c c m nh ph n m t ñ t t i các v t li u ít b phong hoá và ñá tươi hơn hay chưa b phong hoá t i các ñ sâu l n hơn, và như v y s t o nên các ñ i ñ t ñá khác nhau v tr ng thái, tính ch t khi ñi t ngoài vào trong m t kh i ñá. M t c t phong hoá s bi u hi n quá trình thay ñ i tính ch t, tr ng thái c a ñ t ñá khi b phong hoá. Thư ng thì m t m t c t phong hoá có th chia làm 3 vùng Hình 2.6. nh hư ng c a khí h u ñ n chính. các ki u phong hoá. Vùng ñ t tàn dư g m các h t ñ t ñư c t o thành do ñá ñã b phong hoá C¬ häc ®¸.135
hoàn toàn. Vùng này cũng ñư c chia thành 3 l p nh như l p l n r cây, các v t li u h u cơ; l p ñ t sét có nhi u các nguyên t Fe, Al và Si; l p ñ t g m các h t b i và cát l n mica. Vùng ñá phong hoá g m các ph n ñá ñã b phong hoá - Trong vùng này có th chia làm 2 l p: m t l p g m các lo i t ñ t tàn tích hay ñ t bùn (saprolit) t i ñá ñã b phong hoá t ng ph n v i các ñ c ñi m thay ñ i t gi ng như ñ t t i gi ng như ñá. T l l y m u ñá khi khoan t 10 - 90%. Ti p theo là l p ñá m m ho c c ng ñã b phong hoá t ng ph n. M t s thành ph n như felspat và mica ñã b phong hoá. T l l y m u khi khoan thư ng > 90%. Vùng ñá không phong hoá có tính ch t tương t như ñá g c ban ñ u, không th y s phong hoá c a felspat và mica. T l l y m u khi khoan thư ng là 100%. Tuy nhiên, v i m i lo i ñá khác nhau, quá trình phong hoá x y ra cũng khác nhau và t o nên nh ng m t c t phong hoá không gi ng nhau. D.U. Deere và F.D.Patton (1971) ñã nghiên c u các m t c t phong hoá c a các lo i ñá magma, tr m tích và bi n ch t: Hình 2.7. M t c t Hình 2.8. M t c t Hình 2.9. M t c t phong hoá c a ñá phong hoá c a ñá phong hoá c a ñá magma. bi n ch t. tr m tích. . - Trong ñá magma, v i lo i ñá xâm nh p mà ñi n hình là granit và m t s lo i ñá khác tương ñ i ñ ng nh t và ñ ng hư ng, hi n tư ng phong hoá phát tri n ch y u d c theo các khe n t hay ñ t gãy và các ñư ng d n nư c ng m khác – các 136.C¬ häc ®¸
khoáng v t kém b n s b phong hoá m nh hơn, còn nh ng ph n ñá g m nh ng khoáng v t b n hơn s ít b phong hoá t o thành nh ng lõi ñá, kích thư c to nh khác nhau. N m gi a các l p tàn tích g n m t ñ t v n có th th y các c c ñá tươi khá tròn c nh có ñ b n tương t như c a v t li u ñá g c, có th coi như các lõi ñá còn sót l i trong quá trình phong hoá. các ñ sâu l n hơn, lõi ñá có kích thư c l n hơn, có d ng hình ch nh t hơn và hàm lư ng ñ t bao quanh cũng ít hơn (hình 2.7). V i ñá magma phún xu t như ñá bazan, m t ñ t phong hoá phát tri n cũng g n gi ng như ñá xâm nh p, nhưng do ñ c ñi m thành t o, khi b th m nư c, m c ñ phong hoá tăng lên và ñ t tàn tích phía trên có th là không áp và các khoáng v t sét ñư c t o thành t s phong hoá ñá g c thư ng có hàm lư ng Fe, Mg cao. - Trong ñá bi n ch t, vì c u t o c a nó g m t các lo i ñá phi n ñ n các kh i ñá gneis, m t c t phong hoá thay ñ i r t m nh. Do s chia thành các l p m ng v i s thay ñ i thành ph n th ch h c ña d ng ñã làm ph c t p thêm m t c t phong hoá c a ñá bi n ch t. K t qu là chi u sâu phong hoá c a ñá bi n ch t r t khác nhau, có ch t i 50m theo chi u th ng ñ ng, nhưng có ch cũng ch có vài mét theo chi u ngang. Nh ng m ch xâm nh p trong ñá bi n ch t có th làm ñá bi n ch t gi m hay tăng kh năng ch ng phong hoá so v i ñá vây quanh, t o thành các m m hay m t c t phong hoá r t sâu. Trong m t c t phong hoá s có nh ng vùng không n ñ nh d c theo các m t phân phi n, s thay ñ i m nh chi u sâu t i vùng ñá không phong hoá hay áp l c nư c ng m l n trong các ñ t gãy c a ñá. (hình 2.8). - Trong ñá tr m tích như các ñá carbonat, s phong hoá c a ñá liên quan ñ n s phát tri n c a karst trong kh i ñá. ði u ki n phong hoá nh hư ng t i b m t c a ñá. B m t ti p xúc gi a ñ t và ñá phong hoá không gi ng như trong ñá magma hay bi n ch t. ða s các trư ng h p, khi b phong hoá, ñá carbonat tr thành ñ t ñ s m “ñ t hoa h ng” n m ngay trên ñá b phong hoá. M t phong hoá phát tri n d c theo các ñ t gãy hay các khe n t g n như th ng ñ ng. Gi a các ñ nh nh n, có th có sét m m, no nư c g i là “các túi làm m t calci” (hình 2.9). Khi xây d ng vùng ñá phong hoá này có th g p các l p sét m m, m t ñá y u xù xì, các l p tàn tích không n ñ nh hay các ñá n t n , r ng. V i các ñá phi n sét, m t c t phong hoá cũng phát tri n ch y u d c theo các khe n t,m ng hơn và s chuy n ti p t ñ t sang ñá không phong hoá x y ra m t cách t t hơn. Chi u dày l p phong hoá m i nơi trên trái ñ t không gi ng nhau: ðá granit Washington D.C. b phong hoá m nh ñ n n i ñ sâu 24m, chúng có th ñào ñư c b ng cu c chim và x ng. ðá vôi bang Georgia c a M b phân hu t i ñ sâu 60m còn ñá phi n sét Braxin, ñ sâu phân hu là 120m. T i công trình thu ñi n Keiwa c a Úc, ñ sâu phong hoá c a ñá là trên 300m. Nga, chi u sâu phong hoá c a ñá ñ t t i 1.500m. nư c ta, chi u dày l p phong hoá thư ng t 5 – 15 m. Riêng mi n ñông Nam b , chi u dày l p phong hoá ñ t t i 30 – 40m. 2.2.1.2. ðánh giá m c ñ phong hoá ð ñánh giá m c ñ phong hoá c a ñá, ngư i ta có th dùng m t s ch tiêu sau: C¬ häc ®¸.137
ð b n v ng khi tôi ð b n v ng khi tôi ñ c trưng cho ñ b n c a m u ñá v i các chu kỳ s y khô và làm ư t liên t c. ð thí nghi m, ngư i ta l y kho ng 10 c c ñá, m i c c có kh i lư ng kho ng 40g. ð t các m u ñá vào trong sàng hình tr ng có kích thư c m t sàng là 2mm và s y khô. Sau ñó nh n chìm tr ng ng p m t n a trong nư c và cho quay ch m trong 10 phút v i t c ñ 20vòng/phút. Nh ng m nh v n nh b phong hoá s l t qua m t sàng, còn nh ng m nh l n s ñư c gi l i trong tr ng. Nh c tr ng và ph n m u còn l i trong ñó ra kh i b n nư c, s y khô và th c hi n chu kỳ tôi th 2 gi ng như chu kỳ trư c. Ch s ñ b n v ng khi tôi tìm ñư c b ng cách chia kh i lư ng c a m u ñá còn l i trong tr ng sau hai chu kỳ tôi cho kh i lư ng m u ban ñ u. Ch s này ñư c tính b ng %. Tuỳ theo giá tr c a ñ b n v ng khi tôi mà ngư i ta s ñánh giá ch t lư ng ñá ñ i v i phong hoá: ð b nv ng khi tôi r t kém khi ch s trên < 25%. ð b nv ng khi tôi kém khi ch s trên t 25 - 50% ð b nv ng khi tôi trung bình khi ch s trên t 50 - 75% ð b nv ng khi tôi cao khi ch s trên t 75 - 90% ð b nv ng khi tôi r t cao khi ch s trên t 90 - 95% ð b nv ng khi tôi c c cao khi ch s trên t > 95%. ð b nv ng khi tôi càng cao ch ng t m c ñ phong hoá càng th p. Các h s phong hoá. - Theo H i ð a ch t công trình Qu c t IAEG (the Internationl Association of Engineering Geology) thì tuỳ theo m c ñ thay ñ i tính ch t c a ñá (là s thay ñ i tương ñ i c a m t ch tiêu tính ch t nào ñó ñư c tính b ng %) mà m c ñ phong hoá có th ñư c chia thành: Không phong hoá khi m c ñ thay ñ i là 0%; Phong hoá nh khi m c ñ thay ñ i là 10%; Phong hoá v a khi m c ñ thay ñ i là 10 - 35%; Phong hoá m nh khi m c ñ thay ñ i là 35 - 75%; Phong hoá c c m nh khi m c ñ thay ñ i là > 75%. - Theo Tiêu chu n và quy ph m xây d ng c a Liên Xô cũ (CH 2.02.01.83) cũng như TCXD 45 – 78 c a nư c ta, m c ñ phong hoá ñư c ñánh giá b ng h s phong hoá, là t s gi a tr ng lư ng th tích c a ñá ñã b phong hoá và tr ng lư ng th tích c a ñá cùng lo i nhưng chưa b phong hoá. γ ph k ph = (2.2) γ Theo t s này, m c ñ phong hoá ñư c chia thành: Không phong hoá khi kph = 1; Phong hoá nh khi kph= 0,9 – 1; 138.C¬ häc ®¸
Phong hoá v a khi kph = 0,8 – 0,9; Phong hoá m nh khi kph < 0,8. - I.G. Iliev (1967) ñã xác ñ nh m c ñ phong hoá granit theo h s k, ñư c tính theo công th c: v − v ph k= (2.3) v trong ñó: v là t c ñ truy n sóng siêu âm trong ñá không b phong hoá; vph là t c ñ truy n sóng siêu âm trong ñá cùng lo i ñã b phong hoá; Tuỳ theo giá tr c a h s k, ngư i ta ñã phân chia m c ñ phong hoá c a ñá theo b ng 2.1. B ng 2.1 M c ñ phong hoá T c ñ sóng siêu âm, m/s H s phong hoá Không phong hoá > 5000 0 Phong hoá nh 4000 – 5000 0 – 0,2 Phong hoá v a 3000 – 4000 0,2 – 0,4 Phong hoá m nh 2000 – 3000 0,4 – 0,6 Phong hoá r t m nh < 2000 0,6 - 1 - Năm 1978, T.Y.Irfan và W.R.Dearman ñã nghiên c u s phong hoá c a ñá granit và ñã xác ñ nh ñư c m c ñ phong hoá c a ñá qua kh i lư ng th tích, ñ b n t i tr ng ñi m và ñ b n nén m t tr c c a ñá theo b ng 2.2. B ng 2.2 ð b nt i ð b n nén Kh i lư ng th M c ñ phong hoá tr ng ñi m, m t tr c, tích t/m3 MPa MPa Không phong hoá > 2,61 >10 > 250 Phong hoá nh t ng ph n 2,56 – 2,61 6 – 10 150 – 250 Phong hoá nh hoàn toàn 2.51 – 2.56 4–6 100 – 150 Phong hoá v a 2.05 – 2.51 0,1 – 4 2,5 – 100 Phong hoá m nh hoàn toàn < 2.05 < 0,1 < 2,5 2.2.1.3. Phân lo i m c ñ phong hoá ð phân lo i m c ñ phong hoá c a ñá, ngư i ta có th ñưa ra nhi u cách phân lo i khác nhau, d a theo m c ñ xâm nh p theo khe n t vào phiá trong ñá g c c a hi n tư ng phong hóa, theo m c ñ phân hu c a các khoáng v t t o nên ñá hay theo s thay ñ i c a các ñ c trưng ñ a ch t c a ñá… R t nhi u tác gi ñã nghiên c u ñ phân lo i m c ñ phong hoá c a ñá như W.R.Dearman (1974) ñã nghiên c u s phá hu cơ h c và hoá h c c a các ñá carbonat Anh; G.W.Lovegrove và P.G.Fookes (1972) ñã nghiên c u phong hoá c a C¬ häc ®¸.139
các tuf núi l a và ñá tr m tích Fiji; S.G.Lee và M.H.De Freitus (1989) ñã nghiên c u s phong hoá c a ñá granit Hàn Qu c; M.H.Ward và R.J.Chandler (1968 - 1969) ñã nghiên c u s phong hoá c a ñá ph n và ñá marn Anh; các nghiên c u c a A.L.Little (1969), N.B.Hobbs (1975) và R.P.Martin (1986)… ñ t m th ng nh t phân chia m c ñ phong hoá c a ñá thành 6 c p, v i các ñ c trưng tóm t t có th th y trong b ng 2.3. B ng 2.3 Cp phong Mô t Các ñ c trưng ñi n hình hoá (1) (2) (3) I ðá tươi (UW) Không d u hi u phong hoá - ñá không ñ i màu II Phong hoá ðá ñ i màu d c theo ch m t liên t c. ð b n g n b ng nh (SW) ñá tươi. Giá tr ñ n y c a búa Schmidt>45. ð làm v m u b ng búa, ph i ñ p nhi u l n. III Phong hoá ðá ñ i màu hoàn toàn. ðá ñã b phong hoá tương ñ i v a (MW) nhi u (g n 50%) nhưng còn ñ b n ,nh ng c c có ñư ng kính 55mm không th bóp v b ng tay. Giá tr ñ n y c a búa Schmidt t 25 – 45. V t li u ñá không d nát v n. (1) (2) (3) IV Phong hoá ðá m m y u, các c c l n có th d bóp v b ng tay. Giá m nh (HW) tr ñ n y c a búa Schmidt có th t i 25. Không b tôi nhanh trong nư c. Không th n búa ñ a ch t lên b m t ñá. S c kháng mũi xuyên tay > 250kPa. Các h t riêng bi t có th b bung ra t m t ñá. V Phong hoá ðá b phân hu hoàn toàn nhưng còn gi ñư c ki n trúc hoàn toàn ñá. ð n y c a búa Schmidt b ng 0. ðá b tôi nhanh (CW) trong nư c. D dàng n búa ñ a ch t lên m t ñá. VI ð t tàn tích ð t hình thành do phong hoá t i ch . Ki n trúc g c c a (RW) ñá b phá hu hoàn toàn. Khi m c ñ phong hoá c a ñá càng tăng thì ñ b n c a ñá càng gi m. T.R.Stacey và C.H.Page (1986) ñã nghiên c u và v thành VI bi u ñ th hi n quan h gi a các c p phong V hoá c a ñá và h s gi m ñ b n c a ñá (hình IV 2.10). III nư c ta, s phân chia m c ñ phong II hoá có th d a vào h s phong hoá (công th c 2.2) hay h s khe n t th tích kkn là t s ph n I 0.0010.004 0.01 0.04 0.1 0.4 1.0 trăm gi a t ng th tích các khe n t, l r ng và Hình 2.10. M c ñ gi m ñ b n c a ñá theo các c p phong 140.C¬ häc ®¸ hoá.
th tích c a toàn b kh i ñá. Cách phân lo i này có th th y trong b ng 2.4. B ng 2.4 M c ñ phong hoá H s phong hoá, kph H s khe n t, kkn, % Không phong hoá 1,0 5 Nư c ta do khí h u m, nóng nên quá trình phong hoá x y ra r t m nh. Khi nghiên c u m than Na Dương (L ng Sơn), Chu Thư ng Dân (1974) ñã l p ñư c công th c kinh nghi m ñ xác ñ nh chi u dày l p phong hoá và s bi n ñ i tính ch t cơ h c c a ñá theo th i gian phong hoá. d = 0,4 tn (2.4) trong ñó: d là chi u dày ñ i phong hoá; t là th i gian phong hoá; n là h s xác ñ nh b ng th c nghi m. y = a. ebt hay (2.5) trong ñó: y là các ñ c trưng cơ h c c a ñá; a, b là các h s xác ñ nh b ng th c nghi m; e là cơ s lg t nhiên. G n ñây, khi nghiên c u v i các ñá b t k t, sét k t và cát k t cũng t i m Na Dương, Lê Xuân Thu (1997) ñã nêu ra các s li u v góc ma sát trong ϕ và cư ng ñ l c dính c trong các ñ i phong hoá theo b ng 2.5. B ng 2.5 Góc ma sát trong ϕ, Cư ng ñ l c Các ñ i phong hoá Chi u sâu, m dính c, kG/cm2 ñ Hoàn toàn < 0,5 12 0,8 M nh 0,5 – 1 15 0,96 Va 1–2 18 1,2 Nh >2 20 1,4 Do nh hư ng c a phong hoá, Na Dương ñã nhi u l n x y ra trư t vào nh ng năm 1962 – 1963; 1967 – 1968 và nh ng năm sau ñó. 2.2.2. TÍNH CH T N T N 2.2.2.1. Khái ni m C¬ häc ®¸.141
Theo các nhà ñ a ch t, n t n là nh ng phá hu do nhi u nguyên nhân khác nhau (t nhiên, ki n t o, phong hoá, trư t…) làm m t tính ch t liên t c c a ñá. Hơn 70 năm trư c, nhà ñ a ch t ngư i Áo J.Stini là ngư i ñ u tiên ñã nghiên c u m t cách h th ng tính ch t n t n c a ñá. Trong cơ h c ñá, n t n là m t khái ni m r t r ng. Nó bao g m nh ng phá hu ki n t o c c b kéo dài hàng ch c kilomét hay vài mét và c nh ng vi khe n t ch th y ñư c dư i kính hi n vi. Các khe n t trong ñá có th song song v i nhau hay s p x p h n lo n, không theo m t quy lu t nào. T p h p c a nh ng khe n t song song hay g n song song v i nhau t o thành m t h th ng hay m t h khe n t. H th ng khe n t này n u b hàng lo t các khe n t khác c t dư i các góc nh n, thì chúng s thu c m t h th ng khe n t khác. Th c t thư ng th y 2 hay 3 h th ng khe n t trong m t kh i ñá, c t nhau theo nh ng góc g n như vuông. nhi u kh i ñá có khi t ng th y 5 – 6 h th ng khe n t. Các khe n t c t nhau ch ng ch t trong không gian làm kh i ñá b phân c t thành nh ng t ng riêng bi t. S t n t i các khe n t trong ñá làm thay ñ i tính ch t c a nó và nh hư ng r t l n ñ n kh năng ch u l c c a kh i ñá. Không tính ñ n tính ch t n t n c a ñá khi xây d ng s d n ñ n nh ng h u qu r t tai h i: Năm 1916, Nh t, ngư i ta thi công m t ñư ng h m cách xa b bi n kho ng 1600m và sâu dư i m t nư c 70m. Do kh i ñá b n t n m nh, nư c bi n theo các khe n t t ch y vào h m. Sau 2h, h m ng p ñ y nư c, làm 257 ngư i b thi t m ng. Hơn 40 năm sau, ngày 2-11-1959, Pháp l i x y ra m t tai n n khác: ð p Malpasset g n thành ph Frejus (mi n nam nư c Pháp) b phá hu làm m t ph n thành ph b tàn phá và hơn 400 ngư i b ch t. Sau này J.Bernaix ñã nghiên c u tính ch t c a ñá n n ñ p và phát hi n th y kh i ñá này có hai h th ng khe n t. Kho ng cách gi a các khe n t c a m t h th ng là g n 1 cm, còn h th ng kia ch là vài mm. Nh ng khe n t này r t khó phát hi n b ng m t thư ng, nhưng chính chúng là nguyên nhân làm gi m ñ n ñ nh c a n n ñ p, gây ra s phá hu ñ p. Tuy m i ñư c nghiên c u nhưng tính ch t n t n c a ñá ñã ñư c ñánh giá theo nhi u khía c nh khác nhau d a vào ngu n g c thành t o, hình dáng hình h c, ñ a m o, ñ a ch t công trình, ñ a ch t thu văn hay công ngh m … 2.2.2.2. Các ñ c trưng c a khe n t ð i v i m t h th ng khe n t, ngư i ta thư ng chú ý t i m t s ñ c trưng sau: V trí c a khe n t trong không gian. Các khe n t có th là m t ñư ng mà cũng có th là m t m t. Th n m hay v trí c a khe n t trong không gian ñư c xác ñ nh qua các y u t : - ðư ng phương là giao tuy n c a m t khe n t v i m t ph ng n m ngang, là m t ñư ng n m ngang b t kỳ trong m t khe n t. - Góc phương v ñư ng phương α là góc h p gi a hư ng c a ñư ng phương và hư ng b c c a kim nam châm. Vì ñư ng phương có hai ñ a hư ng ngư c nhau 180 o nên các góc phương v ñư ng phương cũng s l ch nhau 180o. 142.C¬ häc ®¸
- ðư ng hư ng d c (cũng g i là ñư ng d c) là ñư ng vuông góc v i ñư ng phương, n m trong m t khe n t và hư ng v phía nghiêng xu ng. - Góc d c β là góc h p gi a ñư ng hư ng d c và hình chi u c a nó trên m t ph ng n m ngang. - Góc phương v hư ng d c αp là góc h p gi a hình chi u c a ñư ng hư ng d c trên m t ph ng n m ngang và hư ng b c c a kim nam châm. V trí các góc ñư c minh ho trên hình 2.11. Th c t ñ xác ñ nh v trí c a khe n t trong không gian, thư ng ch c n xác ñ nh góc phương v hư ng d c và góc d c. Các góc phương v hư ng d c thay ñ i t 0 – 360o, còn các góc d c thay ñ i t 0 – 90o. Tuỳ theo giá tr c a góc d c, ngư i ta l i chia ra: β = 0 – 15o Khe n t n m ngang khi β = 15 – 45o Khe n t tho i khi β = 45 – 750 Khe n t d c khi β = 75 – 90o-. Khe n t th ng ñ ng khi Kích thư c c a khe n t. α αp αp - Chi u dài c a khe n t là ph m vi phân b ho c kích thư c c a khe n t theo chi u l n c a m t khe n t. ðây β β là m t thông s r t quan tr ng nhưng P P cũng l i là m t thông s khó xác ñ nh nh t. Trư c kia, L. M u ller ñã phân chia các khe n t theo chi u dài thành các lo i: && Khe n t nh khi chi u dài Hình 2.11. Cácaynó t th n 1m. a c u t 0,1 – m c Khe n t l n, khi chi u dài c a khe n t. nó t 1 – 10m. Khe n t r t l n, khi chi u dài c a nó t 10 – 100m. ð t gãy, khi chi u dài c a nó > 100m. G n ñây, ngư i ta phân lo i khe n t theo chi u dài như sau: Khe n t r t ng n, khi chi u dài c a nó < 1m Khe n t ng n, khi chi u dài c a nó 1 – 3m Khe n t v a, khi chi u dài c a nó 3 – 10m Khe n t dài, khi chi u dài c a nó 10 – 20m Khe n t r t dài, khi chi u dài c a nó > 20m. - Chi u r ng là kho ng cách l n nh t gi a 2 b c a khe n t. Cũng có th coi chi u r ng gi ng như ñ m c a khe n t (ñư c ñ nh nghĩa là kho ng cách theo phương vuông góc gi a hai thành khe n t mà kho ng không gian gi a chúng ch có không khí và nư c). Chi u r ng khe n t thư ng ñư c ño m t trên cùng c a khe n t, do các khe n t càng h p d n khi xu ng sâu. Nó nh hư ng l n ñ n ñ b n, tính bi n d ng, tính C¬ häc ®¸.143
th m, kh năng ch a nư c, khí và các v t li u r i và nó cũng nh hư ng ñáng k t i hi u qu c a công tác khoan và khoan n . Anon (1977) ñã chia ra: Khe n t kín, khi chi u r ng khe n t b ng 0 Khe n t c c h p, khi chi u r ng khe n t < 2mm Khe n t r t h p, khi chi u r ng khe n t 2 – 6mm Khe n t h p, khi chi u r ng khe n t 6 – 20mm Khe n t khá h p, khi chi u r ng khe n t 20 – 60mm Khe n t khá r ng, khi chi u r ng khe n t 60 – 200mm Khe n t r ng, khi chi u r ng khe n t > 200mm. N.Barton (1978) l i chia thành 3 lo i khe n t. Khe n t m : Rãnh, khi chi u r ng > 1000mm C c r ng, khi chi u r ng 100 – 1000mm R t r ng, khi chi u r ng 10 – 100mm Khe n t h : R ng, khi chi u r ng > 10mm Khá r ng, khi chi u r ng 2,5 – 10mm H , khi chi u r ng 0,5 – 2,5mm Khe n t kín: Hơi h , khi chi u r ng 0,25 – 0,5mm Kín, khi chi u r ng 0,1 – 0,25mm R t kín, khi chi u r ng < 0,1mm. ð c tính phân cách. - Kho ng cách gi a các khe n t Kho ng cách là c ly trung bình gi a các khe n t k nhau trong m t h khe n t, ñư c ño vuông góc v i m t khe n t. Kho ng cách gi a các khe n t s quy t ñ nh kích thư c riêng bi t các kh i c a ñá nguyên tr ng. Nó nh hư ng l n ñ n tính th m ho c d n nư c trong kh i ñá. Nói chung, ñ d n nư c thư ng t l ngh ch v i kho ng cách gi a các khe n t. H i Cơ h c ñá Qu c t ñã phân chia kho ng cách gi a các khe n t thành các lo i sau (n u ký hi u kho ng cách gi a các khe n t là d): Kho ng cách c c kỳ g n, khi d< 20mm Kho ng cách r t g n, khi 20 – 60mm 144.C¬ häc ®¸
Kho ng cách g n, khi 60 – 200mm Kho ng cách trung bình, khi 200 – 600mm Kho ng cách xa, khi 600 – 2000mm Kho ng cách r t xa, khi 2000 – 6000mm Kho ng cách c c kỳ xa, khi > 6000mm. - Ch t l p ñ y Ch t l p ñ y là b t kỳ v t li u nào trong khe n t mà các tính ch t c a nó khác v i tính ch t cùng lo i c a ñá. Các ch t l p ñ y có ngu n g c khác nhau: Các m ch phi n sét trong các khe n t phân l p c a cát k t hay ñá vôi có ngu n g c nguyên sinh (tr m tích).Các m ch th ch anh hay calcit trong ñá granit thư ng sinh ra khi dung nham xâm nh p vào khe n t. Tuy nhiên, nhi u lo i v t li u l p ñ y hình thành sau quá trình t o ñá và là k t qu c a s bi n ñ i ho c quá trình phong hoá. Các v t li u l p ñ y cũng r t khác nhau v tính ch t cơ h c: có các v t li u l p ñ y có ñ b n th p như các khoáng v t sét d ng t m (monmorilonit, illit…), graphit, talc…, m t s ch t l p ñ y có ñ b n trung bình như cát , các m nh v n ho c dăm c a ñá c ng trung bình và c ng. Các ch t l p ñ y b n v ng như các m ch th ch anh, calcit, ñolomit… có th làm li n và tái g n k t các khe n t và ñá tr lên b n v ng như ñá xung quanh. Trong các khe n t khác nhau, chi u dày c a các ch t l p ñ y cũng không như nhau. ð c tính b m t. - B m t khe n t. Nhìn b m t khe n t, ngư i ta có th tư ng tư ng ra ngu n g c hình thành c a nó: các khe n t nguyên sinh do ngu n g c tr m tích ch liên quan t i các khe n t phân l p, các r n n t ña giác và các g n sóng. Các khe n t th sinh thư ng g m các g và v t lông chim c a d ng khe n t kéo ñư c t o ra do s lan truy n nhanh khe n t khi hình thành. ð t gãy bao g m nhi u m t trư t g n sóng hay nh n riêng bi t, trên ñó ch a các dăm k t hay các ñá v m n. Tuỳ theo hình dáng b m t khe n t mà ngư i ta có th chia thành các khe n t ph ng, g n sóng hay t o b c. Tuỳ theo m c ñ liên t c c a khe n t mà ngư i ta chia thành khe n t liên t c (li n) hay gián ño n khi gi a chúng là các c u ñá (ph n ñá gi a hai khe n t). Tuỳ theo d ng c a thành khe n t mà ngư i ta cùng chia thành khe n t nh n (trơn) và nhám. Tuỳ theo ñ m c a khe n t mà s chia thành khe n t kín hay m . Tuỳ theo ch t l p ñ y t n t i trong khe n t mà ngư i ta cũng chia ra khe n t có hay không có ch t l p ñ y. (hình 2.12). ch ng không C¬ häc ®¸.145
lên nhau ch ng lên nhau nh n ph ng nhám nh n g n sóng nhám nh n không ñ u nhám Thí d : Khe n t có ch t l p ñ y, g n sóng, nh n, ch ng lên nhau. Hình 2.12. Các hình thái m t khe n t T nh ng quy ư c trên, W.Wittke (1984) ñã phân chia các m t khe n t thành m t s d ng sau: Khe n t li n (liên t c), ph ng, trơn ho c nhám và kín, Khe n t li n, ph ng, nhám, không kín hoàn toàn, Khe n t li n, không ph ng, m ho c có ch t l p ñ y, Khe n t ch a ñ y ch t l p ñ y Khe n t gián ño n, có các c u ñá và kín. Khe n t gián ño n, m và có ch t l p ñ y. - ð nhám (ñ xù xì, ñ g gh ) Thành khe n t thư ng không b ng ph ng. Khi c t ngang khe n t s ñư c nh ng ñư ng g n sóng. Tuỳ theo m c ñ g n sóng c a thành khe n t mà ngư i ta có th chia thành khe n t nhám, nh n và bóng. Trên quy mô l n hơn, ngư i ta có th chia thành khe n t ph ng, g n sóng hay t o b c như ñã nói trên. ð ñ c trưng cho ñ nhám c a khe n t, ngư i ta dùng ch tiêu h s ñ nhám c a khe n t JRC (Joint Roughess Coefficient) do N.Barton và V.Choubey ñưa ra t năm 1977 d a trên 10 tr c di n nhám ñi n hình. Giá tr c a JRC thay ñ i t 0 v i các khe n t ph ng và nh n t i 20 v i các khe n t g n sóng và xù xì (hình 2.13). 146.C¬ häc ®¸