Bài giảng Địa chất công trình: Chương 2.1 - Dr.-Ing. Nguyễn Quang Tuấn

Trường Đại học Thủy lợi Bộ môn Địa kỹ thuật

Bài giảng môn học Địa chất công trình Chương 2 CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤT NGOẠI SINH

Giảng viên:

Dr.-Ing. Nguyễn Quang Tuấn

1

Các hiện tượng: Phong hoá Trượt mái dốc Karst (các tơ) Hoạt động địa chất của dòng nước tạm thời Hoạt động địa chất của sông

Bài 1. PHONG HÓA

Nội dung: 1. Khái niệm phong hóa 2. Các hình thức phong hoá đá 3. Tầng tàn tích và các đặc trưng địa

chất công trình của nó

4. Các vấn đề cần điều tra và biện pháp xử lý tầng phong hóa trong xây dựng

1. Phong hóa – Khái niệm  Phong hóa là quá trình đất đá bị vỡ vụn và biến đổi thành phần khi do các tác nhân khác nhau (VD: sự dao động của nhiệt độ, hơi ẩm, nước và các chất hóa học trong nước, sinh vật) khi đất đá tiếp xúc với khí quyển, thủy quyển và giới sinh vật.

 Phong hóa xảy ra ở phần trên cùng của vỏ trái đất làm đất đá thay đổi thành phần, cấu trúc và trạng thái, thường làm suy giảm tính chất xây dựng của đất đá.

2. Các hình thức phong hoá đá

Theo các tác nhân gây phong hóa, có 3 hình thức phong hoá: a. Phong hoá vật lý b.Phong hoá hoá học c. Phong hoá sinh học

a. Phong hóa vật lý Phong hóa vật lý là hình thức phá hủy đá dưới tác động vật lý, làm vỡ vụn đá mà không thay đổi thành phần.  Nguyên nhân:

 Do sự dao động nhiệt độ trong đá (nguyên nhân chủ yếu), các khoáng vật giãn nở khác nhau, dẫn tới liên kết giữa các hạt khoáng vật bị phá hủy.

 Do nước đóng băng trong các kẽ nứt, hay thành phần muối trong các đất đá kết tinh tạo ra áp lực lên vách khe nứt các khe nứt mở rộng và ăn sâu thêm.  Do dỡ tải (các tầng đá phía trên bị bóc bỏ) làm đá bị

tróc vỡ do ứng suất được giải phóng.

 Do đá bị tẩm ướt, khô đi nhiều lần làm đá bị nứt vỡ,

tan rã.

b. Phong hóa hoá học Phong hóa hóa học là hình thức phá hủy đá do tác dụng hóa học, làm biến đổi thành phần của đất đá • Tác nhân: Nước và các chất hóa học

trong nước.

• Các hình thức phản ứng hoá học làm

biến đổi thành phần của đá:

– Hoà tan, oxy hoá, – thuỷ phân – thuỷ hoá –

Tác dụng hòa tan

Nước có tính xâm thực: CO2, axit... hòa tan (rửa trôi) các khoáng vật dễ tan Ví dụ:

Tác dụng ô xy hóa

Phản ứng ô xy hóa làm thay đổi thành phần hóa học của nhiều loại khoáng vật tạo thành các ôxit Ví dụ:

Pyrit

Pyroxen

Limonit

magnetit Thạch anh

Tác dụng thủy phân Khoáng vật (lớp silicat, alumosilicat) dưới tác dụng phân giải của nước  thành khoáng vật mới. Ví dụ:

Opan

Octocla (feldpar)

Kaolinit cường độ thấp hơn, ổn định với phong hóa hơn

Tác dụng thủy hóa Khoáng vật hấp thụ nước  khoáng vật mới VD:

thạch cao

Anhydrit (thạch cao khan)

Đá granite tươi

Đá granite phong hóa vừa

Đá granite phong hóa nhẹ

Đá granite phong hóa mạnh

Đá granite phong hóa hoàn toàn

Mức độ Phân loại Đặc điểm Minh họa

I Đá tươi Đá gốc không thay đổi, đá liên tục,

II

Phong hóa

Đá bị biến màu nhẹ, đá bị giảm

chỉ có vi khe nứt

nhẹ cường độ nhẹ, đá liền khối, có thể

có các vết nứt nhỏ

III Phong hóa Đá bị biến màu, giảm cường độ

cứng, trong đá có các khe nứt và vi

vừa đáng kể, những mẩu đá lớn còn

khe nứt

IV Phong hóa Đá biến màu,

mạnh

c. Phong hoá sinh vật

• Do giới sinh vật như địa y, rêu, giun,

kiến, chuột, vi khuẩn … gây phá huỷ đá, bản chất sinh vật làm phong hóa đá 2 hình thức (phong hóa vật lý và phong hóa hóa học).

• Ví dụ: Rễ cây phát triển gây phá huỷ cơ học đồng thời tiết ra các chất hữu cơ làm đá biến đổi hóa học.

Phong hóa vật lý làm vỡ vụn đá, tăng diện tiếp xúc của đá với các tác nhân của môi trường...

...thúc đẩy phong hoá hoá học

3. Tầng tàn tích và các đặc trưng địa chất

công trình của nó

• Tầng tàn tích là sản phẩm của quá trình phong hóa nằm tại chỗ trên mặt đá gốc. • Đặc điểm: mức độ phong hóa giảm theo chiều sâu, phân thành các đới có tính chất khác nhau. Càng xuống sâu thành phần, tính chất càng gần với đá gốc. Giữa các đới phong hóa không có bề mặt ranh giới rõ ràng, mặt cắt phong hóa có thể có nhiều dạng phức tạp .

Các đới trong mặt cắt phong hoá đầy đủ

Đá magma Đá trầm tích

1. Đới thổ nhưỡng 2. Đới vỡ mịn

3. Đới vỡ nhỡ

4. Đới dạng khối

5. Đới nguyên thể

Sinh viên tự đọc giáo trình về đặc điểm của từng đới

Ví dụ: Đá vôi bị phong hóa hóa học ở các mức độ khác nhau, từ phong hóa rất yếu đến phong hóa rất mạnh

Nguồn: https://en.wikipedia.org/wiki/Weathering#/media/File:Weathered_limestone_cores.jpg

Ví dụ một mặt cắt phong hóa

Phong hóa hoàn toàn

Phong hóa mạnh đến phong hóa vừa

Phong hóa vừa

Phong hóa nhẹ đến đá tươi

Các dạng mặt cắt phong hóa thường gặp

4. Các vấn đề cần điều tra và biện pháp xử

lý tầng phong hóa trong xây dựng

Những vấn đề cần điều tra: • Mức độ phong hóa: dựa trên các đặc

điểm tính chất của vật liệu phong hóa để chia ra các đới phong hóa, cần xác bề dày và tính chất xây dựng của các đới phong hóa.

• Tốc độ phong hóa: cần đánh giá khả năng phong hóa nhanh hay chậm • Hình thức phong hóa, các tác nhân gây

phong hóa

•

•

•

Các biện pháp xử lý tầng phong hóa Chọn địa điểm xây dựng hợp lý • Bóc bỏ toàn bộ hoặc một phần tầng phong • hóa Làm hệ thống thoát nước hạn chế xâm nhập của nước vào trong đá Che phủ bảo vệ đá khỏi các tác nhân phong hóa Cải tạo tầng phong hóa bằng các biện pháp như phun xi măng, phun dung dịch sét… Chọn giải pháp công trình hợp lý

•

Câu hỏi ôn tập

1. Thế nào là hiện tượng phong hóa? Các hình

thức phong hóa đá?

2. Tầng tàn tích? Các đặc điểm chung của tầng

tàn tích?

3. Sự phân chia các đới phong hóa? Vẽ hình

minh họa mặt cắt các đới phong hóa

4. Các vấn đề cần điều tra đối với hiện tượng phong hóa trong xây dựng công trình? 5. Các biện pháp xử lý tầng phong hóa?