Bài giảng Cơ học đất - Chương 1: Khoáng vật và đất đá (Trần Thế Việt)

Chia sẻ: Bạch Khinh Dạ Lưu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:35

Thêm vào BST

Báo xấu

34
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Cơ học đất - Chương 1: Khoáng vật và đất đá (Trần Thế Việt) cung cấp đến học viên các kiến thức về khái niệm khoáng vật và khoáng vật tạo đá, khái niệm về đất đá, đá magma, đá trầm tích, đá biến chất,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cơ học đất - Chương 1: Khoáng vật và đất đá (Trần Thế Việt)

Chương 1: Khoáng Vật và Đất đá Nội dung nghiên cứu: 1. Khái niệm về KV & KV tạo đá 2. Khái niệm về đất đá 3. Đá magma 4. Đá trầm tích 5. Đá biến chất 1 KV = Khoáng Vật 1 I. Kn về KV & ý nghĩa của việc nghiên cứu KV • Định nghĩa KV: KV là những đơn chất hoặc hợp chất hoá học tồn tại trong tự nhiên, thành tạo do các quá trình hoá học & vật lý nhất định trong vỏ trái đất hoặc trên mặt đất, có t/phần & tính chất vật lý xác định. ✓ KV đơn chất: VD vàng; kim cương ✓ KV là hợp chất, VD thạch anh, feldspar 2 I. KN về KV và ý nghĩa khi nghiên cứu KV • Mục đích nghiên cứu KV – Hiểu được nguồn gốc & đk hình thành của đá. – Nhận xét được khả năng sử dụng của đất đá trong xây dựng CT. 3 1
II. Các trạng thái & dạng tồn tại của KV Trạng thái của KV: – Rắn (đại đa số): CaC03; Cu; – Lỏng (một số): H2O; Hg – Khí (một số): CO2; NH4 Đất đá được cấu tạo chủ yếu bởi KV ở trạng thái rắn Dạng tồn tại của KV – Dạng kết tinh (đa số) – Dạng vô định hình – Dạng keo 4 1. Dạng kết tinh • Hình thành do sự kết tinh của các nguyên tố hóa học tạo thành những tinh thể gắn kết lại với nhau. (Salt crystals) 5 2. Dạng vô định hình • Các phân tử vật chất tạo thành KV ko sắp xếp theo 1 trật tự có tính quy luật tuần hoàn trong ko gian (hoặc ko tạo thành tinh thể) 6 2
3. Dạng keo • KV tồn tại trong các dung dịch keo, các hạt keo có tính chất đặc biệt, phức tạp: VD: Dung dịch phù sa, bentonit… 7 III. Phân loại khoáng vật 3.1 Mục đích: – Mô tả KV một cách có hệ thống – Làm rõ mối quan hệ giữa các KV trong đá  Đánh giá sơ bộ tính chất của KV và tính chất xây dựng của đất đá 8 III. Phân loại khoáng vật 3.2 Phân loại • Theo nguồn gốc hình thành: • Theo điều kiện hình thành • Theo vai trò tạo đá • Theo thành phần hóa học 9 3
1. Theo nguồn gốc • KV nguyên sinh: kv hình thành từ các phần tử cơ bản trong các quá trình macma, trầm tích & biến chất • Kv thứ sinh: kv hình thành từ quá trình biến đổi các kv khác. Thường hình thành từ quá trình trầm tích, biến chất 10 2. Theo điều kiện thành tạo • KV nội sinh: do các dạng năng lượng nhiệt & áp suất bên trong trái đất phát sinh • KV ngoại sinh: do các quá trình địa chất ngoại động lực như quá trình phong hóa, quá trình trầm tích 11 3. Theo vai trò tạo đá KV chính: > 5% khối lượng trong 1 đá KV phụ: < 5% khối lượng trong 1 loại đá¸ (Các loại đá khác nhau, khái niệm chính-phụ chỉ mang tính tương đối) 12 4
4. Theo thành phần hóa học: chia thành 9 lớp  Lớp 1: các nguyên tố tự nhiên: vàng (Au)  Lớp 2: sulfua. VD: Pirit (FeS2),  Lớp 3: halogenua. VD: Halit (NaCl)  Lớp 4: cabonat: Canxit (CaCO3)  Lớp 5: Sulfate. VD: Thạch cao (CaSO4.2H2O)  Lớp 6: Phosphate. VD: Apatite  Lớp 7: ô xit. VD: Thạch anh (SiO2)  Lớp 8: Silicat. VD: Felpat KAlSi3O8  Lớp 9: Các chất của hữu cơ 13 Lớp 1: các nguyên tố tự nhiên Diamon Graphit Cabon, C 14 14 2. Lớp sulfua VD Thần sa (cinabar), HgS 15 5
3. Lớp Halogenua; VD Halite, NaCl 1616 4. Lớp cacbonate: 17 5. Lớp Sulfate, VD Thạch cao, CaSO4.2H2O 18 6
6. Lớp phosphate: Apatite, Ca2F(PO4)3 19 7. Lớp OXIT: Corundum (hồng ngọc), Al2O3 20 7. Lớp OXIT: Corundum (hồng ngọc), Al2O3 21 7
8. Lớp Silicate: Muscovite (Mica), KAl2[Si3O10](OH)2 22 IV. Các tính chất vật lý của KV 1. Hình dạng tinh thể khoáng vật 2. Màu của khoáng vật 3. Độ trong suốt và ánh của khoáng vật 4. Tính cát khai của khoáng vật 5. Vết vỡ của khoáng vật 6. Độ cứng 7. Tỷ trọng 23 1. Hình dạng tinh thể khoáng vật Dạng đẳng thước: cấu trúc tinh thể KV phát triển đều theo 3 phương, tinh thể KV có dạng hạt, dạng cầu, VD pyrit, halit, granat Dạng kéo dài 2 phương: KV thường có dạng tấm, phiến, vảy, lá, VD Mica; barit, clorit Dạng kéo dài 1 phương: các KV có cấu tạo tinh thể dạng que, dạng kim, dạng sợi, VD thạch anh, antimoan 24 8
2. Màu của khoáng vật ✓ Do thành phần hóa học của KV quyết định. Chủ yếu do chứa các nguyên tố hóa học mang màu. ✓ Nhiều KV chỉ có 1 màu cố định, khi lẫn tạp chất, KV mang nhiều màu khác nhau. ✓ Màu của KV quan sát đc phụ thuộc đk ánh sáng, trạng thái mặt ngoài của KV ✓ Màu KV quyết định màu đá → ảnh hưởng tới khả năng hấp thụ nhiệt của đá 25 2. Màu của khoáng vật Thạch anh 26 26 26 2. Màu của khoáng vật Limonit Berin (hồng ngọc) 27 9
Độ trong suốt: Khả năng cho ánh sáng đi qua của KV Trong suốt: thạch Nửa trong suốt: Không trong suốt: anh; thủy tinh; spat; Thạch cao; sfalerit pirit; manhetit; grafit Spat Thạch anh Grafit 28 3. Độ trong suốt và ánh KV Ánh của KV: đc tạo thành do phần ánh sáng phản xạ có tần số dao động ko đổi khi ta chiếu sáng vào KV. Ánh chỉ phụ thuộc vào chiết suất của KV.  Ánh thủy tinh: Thạch anh, canxit  Ánh kim cương  Ánh á kim: hemarit (Fe203), thần sa (HgS)  Ánh kim: Pyrit (FeS); Galen (PbS) 29 4. Tính cát khai và vết vỡ Tính cát khai: khả năng của tinh thể KV hoặc hạt tinh thể KV bị tách vỡ thành tấm, hoặc khối có mặt phẳng nhẵn như mặt gương: • Cát khai rất hoàn toàn: Mica; Clorit • Cát khai hoàn toàn: Canxit, Halit • Cát khai trung bình: Piroxen • Cát khai không hoàn toàn: Apatit 30 10
4. Tính cát khai và vết vỡ 31 4. Tính cát khai và vết vỡ Vết vỡ: Khi KV bị vỡ tách theo những mặt lồi lõm hoặc lượn sóng, mặt đó gọi là vết vỡ. Dựa theo hình dạng vết vỡ chia ra: • Vết vỡ xơ • Vết vỡ vỏ sò • Vết vỡ hình móc 32 5. Độ cứng Khả năng chống lại lực cơ học bên ngoài của KV. KV có bán kính điện tử càng nhỏ có độ cứng càng lớn. Hiện nay thường dùng bảng độ cứng tương đối với 10 bậc Độ cứng theo thang Morh (thường dùng) - 10 bậc: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Talc Thạch Canxit Flourit Apatit Fenspat Thạch Topa Corindon Kim cao anh cương 33 11
7. Tỷ trọng G Theo tỷ trọng, chia thành 3 nhóm: Nhẹ : G < 2.4 Trung bình: G = 2,5  4,0 Nặng : G > 4,0 Tỷ trọng 1 số khoáng vật tạo đá chính Khoáng vật Tỷ trọng Khoáng vật Tỷ trọng Thạch anh 2,65  2,66 Plagiocla 2,60  2,78 Canxit 2,71  2,72 Muscovit 2,50  3,10 Đolomit 2,80  2,99 Biotit 2,69  3,40 Anhidrit 2,50  2,70 Piroxen 3,20  3,60 Thạch cao 2,30  2,40 Amfibon 2,99  3,47 Octocla 2,50  2,62 Olivin 3,18  3,45 34 2. KHÁI NIỆM VỀ ĐẤT ĐÁ 35 I. Định nghĩa về đất đá Là tập hợp cơ học của một hoặc nhiều kv khác nhau + Có hoặc chưa có liên kết cứng + Thành tạo do tác dụng của các quá trình hóa lý khác nhau. 36 12
Cần nghiên cứu:  Thành phần KV  Kiến trúc  Cấu tạo  Thế nằm 37 1. Thành phần khoáng vật Khái niệm chỉ sự có mặt của các KV vật trong đá & tỷ lệ hàm lượng của chúng 38 2. Kiến trúc chỉ mức độ kết tinh, kích thước, hình dạng hạt và mức độ đồng đều của chúng. Kích thước và hình dạng hạt là do đk thành tạo của đá quyết định. 39 13
3. Cấu tạo của đất đá Cho biết quy luật phân bố hạt KV theo các phương, hướng khác nhau trong không gian và mức độ sắp xếp chặt xít của nó. cấu tạo của đất đá đặc trưng cho vị trí không gian của các t.phần trong đá, thể hiện mức độ đồng nhất của khối đá. 40 4. Thế nằm của đất đá Cho biết hình dạng, kích thước và tư thế của khối đất đá trong k.gian cũng như mối q.hệ tiếp xúc của khối đá trong không gian đó với nhau. Thế nằm của đất đá còn cho biết mức độ đồng nhất của nền CT cả về cường độ và ổn định thấm 41 Giúp XĐ đc tên đá, loại đá, điều kiện hình thành và tồn tại của đá, từ đó đánh giá được khả năng sử dụng chúng trong xây dựng CT. 42 14
IV. Phân loại đất đá theo nguồn gốc Theo nguồn gốc – quan điểm địa chất: – Đá magma – Đất đá trầm tích – Đá biến chất 43 44 I. Sự hình thành & phân loại đá magma 1. Sự hình thành đá magma ❖ Khi magma đâm thủng vỏ quả đất, chảy trên mặt đất thì đc gọi là dung nham. ❖ Đá magma hình thành do sự nguội lạnh, đông cứng của dung nham magma khi chúng xâm nhập vào hoặc trào lên trên vỏ quả đất. 45 15
1. Sự hình thành 46 2. Phân loại đá magma 2.1 Theo điều kiện hình thành a. Đá magma xâm nhập b. Đá magma phún xuất 47 2.1 Theo điều kiện hình thành a. Đá magma xâm nhập Dung nham magma xuyên cắt vào các khe hở, kẽ nứt của các tầng đất đá trong vỏ quả đất rồi nguội đi, đông cứng thành đá magma xâm nhập - Mắcma xâm nhập nông - Mắcma xâm nhập sâu 48 16
2.1 Theo điều kiện hình thành b. Đá magma phún xuất (phun trào): Dung nham magma phun lên, chảy tràn trên mặt đất rồi nguội đi, đông cứng lại thành đá magma phun trào, theo thời gian thành tạo - Magma phun trào cổ - Magma phun trào trẻ 49 2. Phân loại đá magma (tiếp) 2.2. Theo thành phần hóa học (dựa vào hàm lượng SiO2) • Đá magma axit: SiO2 > 65% • Đá magma trung tính: SiO2 = 55% ÷ 65% • Đá magma bazơ: SiO2 = 45% ÷ 55% • Đá magma siêu bazơ: SiO2 < 45% Lượng SiO2 quyết định tính chất của dung dịch magma và tính chất của đá 50 III. Kiến trúc của đá magma Theo mức độ kết tinh – Kiến trúc toàn tinh: Các kv đều kết tinh, có mặt phân tách rõ rệt, có thể thấy bằng mắt thường – Kiến trúc ban tinh (poocfia): một số kv lớn nổi lên trên nền các tinh thể hạt nhỏ hoặc ko kết tinh – Kiến trúc ẩn tinh: các kv kết tinh hạt bé, ko thấy đc bằng mắt thường – Kiến trúc thủy tinh: các kv ko kết tinh, ở dạng vô định hình 51 17
III. Kiến trúc của đá magma KT toàn tinh KT ban tinh KT ẩn tinh 52 Kiến trúc toàn tinh Kiến trúc ban tinh (poocfia) Khoáng vật nền Khoáng vật kết tinh 18
Kiến trúc ẩn tinh 55 Kiến trúc thủy tinh 56 III. Kiến trúc của đá magma • Theo kích thước hạt – Hạt lớn ( > 5mm) – Hạt vừa (5 - 2mm) – Hạt nhỏ (2 - 0.2mm) – Hạt mịn (< 0.2mm) • Theo mức độ đồng đều giữa các hạt – Kiến trúc hạt đều – Kiến trúc hạt không đều 57 19
Theo kích thước hạt KV 58 IV. Cấu tạo của đá magma Theo quy luật sắp xếp • Cấu tạo khối: loại c.tạo theo bất kỳ hướng nào trong đá các kv cũng phát triển như nhau. Đây là đặc trưng của magma xâm nhập • Cấu tạo dòng: loại cấu tạo mà các kv trong đá tập hợp thành dải theo hướng c.động của dòng dung nham (magma phun trào) 59 IV. Cấu tạo của đá magma Theo mức độ chặt sít ❖ Cấu tạo chặt sít: các kv tạo đá sắp xếp chặt xít, liên tục (magma xâm nhập) ❖ Cấu tạo lỗ rỗng: trong đá tồn tại các lỗ rỗng hình thành do các bọt khí & hơi nước tồn tại trong khối magma trong quá trình đông cứng (magma phún xuất) ❖ Cấu tạo hạnh nhân: Khi các lỗ rỗng trong đá đc lấp đầy bằng các kv thứ sinh như: thạch anh, canxit.. 60 20