intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Bài giảng Địa chất công trình: Phần 1

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:95

Thêm vào BST
Báo xấu
8
lượt xem 3
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Địa chất công trình - Phần 1 cung cấp cho người học những kiến thức như: trái đất và vỏ trái đất; tính chất cơ lý của đất đá. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Địa chất công trình: Phần 1

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI KHOA XÂY DỰNG BÀI GIẢNG MÔN HỌC ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Chủ biên: ThS. Nguyễn Hoài Nam Thành viên tham gia: ThS. Nguyễn Thành An ThS. Phan Tự Hướng HÀ NỘI, THÁNG 06 NĂM 2015
  2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI KHOA XÂY DỰNG BÀI GIẢNG MÔN HỌC ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Chủ biên: ThS. Nguyễn Hoài Nam Thành viên tham gia: ThS. Nguyễn Thành An ThS. Phan Tự Hướng Hà Nội, ngày 10 tháng 06 năm 2015 Hà Nội, ngày 10 tháng 06 năm 2015 CHỦ BIÊN TRƯỞNG BỘ MÔN ThS. Nguyễn Hoài Nam PGS. TS. Vương Văn Thành
  3. Mục lục MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 6 1. Địa chất công trình và nội dung của môn học ...................................................... 6 2. Nhiệm vụ của ĐCCT ........................................................................................... 7 3. Các phương pháp nghiên cứu và ý nghĩa tài liệu khảo sát ĐCCT ......................... 7 CHƯƠNG 1. TRÁI ĐẤT VÀ VỎ TRÁI ĐẤT ........................................................ 8 1.1. Cấu trúc bên trong của Trái đất ......................................................................... 8 1.2. Hoạt động địa chất nội sinh............................................................................... 9 1.2.1. Vận động kiến tạo .......................................................................................... 9 1.2.2. Động đất ...................................................................................................... 13 1.3. Hoạt động địa chất ngoại sinh ......................................................................... 18 1.3.1. Phong hoá đất đá.......................................................................................... 19 1.3.2. Hiện tượng karst (cactơ) .............................................................................. 22 1.3.3. Hiện tượng trượt đất đá trên sườn dốc .......................................................... 25 1.3.4. Hiện tượng mương xói ................................................................................. 29 1.3.5. Hiện tượng xâm thực và tích tụ của sông ..................................................... 30 1.4. Khái niệm cơ bản về khoáng vật và đất đá ...................................................... 33 1.4.1. Khoáng vật .................................................................................................. 33 1.4.2. Đất đá .......................................................................................................... 38 1.5. Đá magma ...................................................................................................... 39 1.6. Đất đá trầm tích .............................................................................................. 42 1.7. Đá biến chất .................................................................................................... 49 CHƯƠNG 2. TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ............................................... 51 2.1. Phân loại đất đá theo quan điểm Địa chất công trình ....................................... 51 2.2. Tính chất cơ lý của đá ..................................................................................... 51 2.2.1. Tính chất vật lý của đá ................................................................................. 51 2.2.2. Tính chất đối với nước của đá ...................................................................... 54 2.2.3. Tính chất cơ học của đá ............................................................................... 55 2.3. Tính chất cơ lý của đất .................................................................................... 70 2.3.1. Tính chất vật lý của đất ................................................................................ 70 2.3.2. Tính chất đối với nước của đất ..................................................................... 76 2.3.3. Tính chất cơ học của đất .............................................................................. 82 2.3.4. Đặc trưng thống kê và giá trị tính toán các chỉ tiêu cơ lý của đất .................. 90 CHƯƠNG 3. NƯỚC DƯỚI ĐẤT.......................................................................... 96 3.1. Khái niệm chung............................................................................................. 96 3.1.1. Nguồn gốc nước dưới đất ............................................................................. 96 3.1.2. Các dạng nước trong đất đá.......................................................................... 96 3.1.3. Phân loại tầng chứa nước ............................................................................. 97 3
  4. Mục lục 3.1.4. Tính chất vật lý và hoá học của nước dưới đất ........................................... 100 3.2. Hiện tượng thấm trong đất đá........................................................................ 103 3.2.1. Khái niệm về thấm ..................................................................................... 103 3.2.2. Các yếu tố thuỷ động lực của dòng thấm.................................................... 103 3.2.3. Tốc độ thấm và định luật Darcy ................................................................. 106 3.3. Dòng thấm phẳng ổn định của nước dưới đất ................................................ 108 3.3.1. Dòng thấm phẳng trong tầng đất đá đồng nhất ........................................... 109 3.3.2. Dòng thấm phẳng trong tầng đất đá không đồng nhất................................. 113 3.4. Vận động của nước dưới đất đến các công trình thu nước thẳng đứng ........... 115 3.4.1. Dòng thấm đến giếng thu nước hoàn chỉnh ................................................ 116 3.4.2. Dòng thấm đến giếng thu nước không hoàn chỉnh...................................... 119 3.5. Dòng thấm đến công trình thu nước nằm ngang (kênh) ................................. 122 3.5.1. Dòng thấm đến kênh thu nước hoàn chỉnh ................................................. 122 3.5.2. Dòng thấm đến kênh thu nước không hoàn chỉnh ....................................... 123 3.6. Biến dạng thấm ............................................................................................. 124 3.6.1. Hiện tượng cát chảy ................................................................................... 124 3.6.2. Hiện tượng xói ngầm ................................................................................. 126 CHƯƠNG 4. KHẢO SÁT ĐỊA KỸ THUẬT....................................................... 128 4.1. Nguyên tắc chung ......................................................................................... 128 4.2. Nội dung và phương pháp tiến hành công tác khảo sát địa kỹ thuật............... 129 4.2.1. Công tác thu thập tài liệu ........................................................................... 129 4.2.2. Công tác trắc địa ........................................................................................ 129 4.2.3. Công tác đo vẽ ĐCCT ................................................................................ 129 4.2.4. Công tác địa vật lý ..................................................................................... 132 4.2.5. Công tác thí nghiệm trong phòng ............................................................... 135 4.2.6. Công tác khoan đào thăm dò ...................................................................... 136 4.3. Các thí nghiệm hiện trường trong khảo sát địa kỹ thuật................................. 138 4.3.1. Công tác thí nghiệm nén tĩnh nền ............................................................... 138 4.3.2. Công tác thí nghiệm cắt cánh ..................................................................... 140 4.3.3. Công tác thí nghiệm xuyên tĩnh ................................................................. 141 4.3.4. Công tác thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) ............................................. 144 4.4. Báo cáo khảo sát địa kỹ thuật ........................................................................ 146 4.5. Khảo sát địa kỹ thuật cho xây dựng dân dụng và công nghiệp....................... 146 4.5.1. Khảo sát ĐCCT sơ bộ ................................................................................ 147 4.5.2. Khảo sát ĐCCT chi tiết trên khoảnh đất được chọn.................................... 147 4.5.3. Khảo sát ĐCCT bổ sung ............................................................................ 148 CHƯƠNG 5. CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI TẠO ĐẤT ......................................... 149 5.1. Khái niệm chung........................................................................................... 149 5.2. Các phương pháp làm tăng độ chặt của đất nền ............................................. 149 4
  5. Mục lục 5.2.1. Độ chặt của đất và các yếu tố ảnh hưởng ................................................... 149 5.2.2. Các biện pháp nén chặt đất trên mặt ........................................................... 151 5.2.3. Nén chặt đất dưới sâu................................................................................. 151 5.2.4. Gia cố đất yếu bằng năng lượng nổ: ........................................................... 151 5.2.5. Nhóm các phương pháp gia cố bằng thiết bị tiêu nước thẳng đứng............. 152 5.3. Các biện pháp cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng của nền ... 152 5.3.1. Đệm cát: .................................................................................................... 152 5.3.2. Đệm đất: .................................................................................................... 152 5.3.3. Đệm đá sỏi:................................................................................................ 152 5.3.4. Bệ phản áp: ................................................................................................ 152 5.4. Các phương pháp xử lý nền bằng hoá lý ....................................................... 152 5.4.1. Phương pháp phụt vữa ximăng................................................................... 152 5.4.2. Phương pháp silicat hoá ............................................................................. 152 5.4.3. Phương pháp điện thấm ............................................................................. 152 5.4.4. Phương pháp điện hoá học ......................................................................... 152 5.5. Một số phương pháp khác ............................................................................. 152 PHỤ LỤC TƯƠNG QUAN GIỮA CÁC HỆ ĐƠN VỊ ....................................... 153 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 154 5
  6. Mở đầu MỞ ĐẦU 1. Địa chất công trình và nội dung của môn học “Công trình xây dựng là sản phẩm được tạo thành bởi sức lao động của con người, vật liệu xây dựng, thiết bị lắp đặt vào công trình, được liên kết định vị với đất, có thể bao gồm phần dưới mặt đất, phần trên mặt đất, phần dưới mặt nước và phần trên mặt nước, được xây dựng theo thiết kế.” - Luật Xây dựng 2003. Theo định nghĩa này, các công trình xây dựng đều “được liên kết định vị với đất”. Do đó khả năng ổn định và làm việc bình thường của công trình xây dựng không những phụ thuộc vào phần thân của công trình, mà còn phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện địa chất công trình (ĐCCT) của khu vực xây dựng. Do tầm quan trọng rất lớn của điều kiện địa chất công trình đối với công trình xây dựng, nên các sinh viên Ngành Xây dựng đều được trang bị các kiến thức về lĩnh vực này. Cho tới nay đã có nhiều định nghĩa khác nhau về địa chất công trình: Theo F.P. Xavarenxky: Địa chất công trình là một lĩnh vực của địa chất, nghiên cứu các vấn đề ứng dụng địa chất vào việc xây dựng công trình. Ông cho rằng nhiệm vụ cơ bản của ĐCCT là nghiên cứu các quá trình địa chất và các tính chất vật lý kỹ thuật của đất đá có tác dụng quyết định đến điều kiện xây dựng công trình và phương hướng của các biện pháp ĐCCT, nhằm bảo đảm điều kiện ổn định của các khối đất tự nhiên. G.N. Kamenxky quan niệm: ĐCCT là một khoa học nhằm phục vụ các mục đích thực hành và xây dựng, với nhiệm vụ cơ bản là thuyết minh và nghiên cứu những hiện tượng địa chất có thể phát sinh tại địa điểm xây dựng công trình và có thể gây ảnh hưởng tới công trình cũng như điều kiện thi công xây dựng. I.V. Popov cho rằng: Về phương diện lý thuyết nên coi ĐCCT như một lĩnh vực của địa chất nghiên cứu động lực học của vỏ trái đất liên quan với hoạt động xây dựng của con người. Ông nhấn mạnh: Để nghiên cứu hoàn cảnh địa chất của việc xây dựng và khai thác công trình, ĐCCT phải khảo sát các đối tượng địa chất. Theo V.D Lomtadze: ĐCCT là một môn khoa học về điều kiện địa chất để xây dựng các loại công trình và sử dụng lãnh thổ vào nhiều mục đích kinh tế khác nhau. ĐCCT gồm những nhánh chủ yếu sau: - Thạch luận công trình nghiên cứu bản chất các tính chất của đất đá và quy luật biến đổi trong không gian của chúng nghĩa là các quá trình gây nên trạng thái vật lí và tính chất của chúng trong thời gian thành tạo và sự tồn tại về sau trong vỏ Trái đất. TLCT còn dự báo sự thay đổi tính chất của đất đá dưới tác dụng của hoạt động xây dựng, đề ra các phương pháp nghiên cứu và cấu tạo tính chất cơ lý của đất đá. - Địa chất động lực công trình nghiên cứu các quá trình địa chất và ảnh hưởng của 6
  7. Mở đầu chúng đến xây dựng công trình. - Địa chất công trình chuyên môn nghiên cứu khả năng xây dựng các công trình trong các điều kiện địa chất khác nhau tìm ra các biện pháp KSCT phục vụ cho việc thiết kế xây dựng công trình và cải tạo lãnh thổ về mặt xây dựng. - Địa chất công trình khu vực nghiên cứu điều kiện ĐCCT từng vùng lớn, từng khu vực của đất nước phục vụ cho sử dụng lãnh thổ về xây dựng. 2. Nhiệm vụ của ĐCCT Là một khoa học nảy sinh do yêu cầu của hoạt động xây dựng và khai tác hợp lý lãnh thổ, ĐCCT hướng tới giải quyết các nhiệm vụ cơ bản sau: 1 - Nghiên cứu về mặt địa chất công trình những loại đất đá có thể dùng làm nền thiên nhiên, làm môi trường và làm vật liệu xây dựng cho những công trình khác nhau. Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn gốc đất đá và sự tái tạo về sau của chúng ở trong vỏ Trái đất đối với tính chất cơ lý. Do đó lại có nhiệm vụ nghiên cứu các quy luật biến đổi tính chất của đất đá trong không gian, cũng như các nhân tố ảnh hưởng đến sự biến đổi đó; lập ra hệ phân loại đất đá về mặt ĐCCT theo nguồn gốc; đề xuất ra những phương pháp mới và thống nhất các phương pháp hiện có để nghiên cứu cũng như xử lý kết quả nghiên cứu; vạch ra các phương pháp cải tạo tính chất của những loại đất đá khác nhau. 2 - Nghiên cứu các quá trình và hiện tượng địa chất ảnh hưởng đến việc đánh giá lãnh thổ về mặt xây dựng, cũng như các nguyên nhân và nhân tố tạo điều kiện cho các quá trình và hiện tượng đó phát sinh và thúc đẩy chúng phát triển; đề ra các phương pháp nghiên cứu những quá trình và hiện tượng địa chất, phương pháp đánh giá chúng về mặt định tính và định lượng. 3 - Nghiên cứu nước dưới đất để khắc phục các khó khăn do nước gây ra khi thi công và sử dụng công trình cũng như dùng nó để phục vụ cho sinh hoạt, tưới và các nhu cầu của sản xuất đời sống. 4 - Nghiên cứu và hoàn thiện các phương pháp khảo sát ĐCCT. 5 - Nghiên cứu ĐCCT khu vực để quy hoạch xây dựng công nghiệp và dân dụng, để quy hoạch thuỷ lợi, giao thông,... 3. Các phương pháp nghiên cứu và ý nghĩa tài liệu khảo sát ĐCCT * Phương pháp địa chất: * Phương pháp thực nghiệm: * Phương pháp tương tự địa chất: * Phương pháp lý thuyết tính toán: 7
  8. Chương 1: Đất đá CHƯƠNG 1. TRÁI ĐẤT VÀ VỎ TRÁI ĐẤT 1.1. Cấu trúc bên trong của Trái đất Các kết quả nghiên cứu cấu trúc bên trong của Trái đất bằng các phương pháp địa địa vật lý, đặc biệt là phương pháp địa chấn đo tốc độ truyền sóng dọc (Vp) và tốc độ truyền sóng ngang (Vs) khi đi qua vật chất bên trong Trái đất, người ta chia Trái đất ra thành ba vành đồng tâm (hình 1.1), ngoài cùng là vỏ Trái đất, giữa là manti và trong cùng là nhân. Hình 1.1: Cấu trúc bên trong Trái đất - Vỏ Trái đất (crust): Trong phần vỏ Trái đất, tốc độ truyền sóng dọc thay đổi từ 6,5-7,4km/s, khi sang phần manti thì tăng đột ngột lên 7,9-8,2km/s; còn tốc độ truyền sóng ngang thay đổi từ 3,7-3,8km/s, đến manti thì đột ngột tăng lên 4,5-4,7km/s. Chiều dày vỏ thay đổi từ 5-12km ở đại dương, 30-40km ở đồng bằng và 50-70km ở vùng núi cao, trung bình 35km, chiếm khoảng 15% thể tích và khoảng 1% trọng lượng của toàn bộ Trái đất. Mặt ranh giới giữa lớp vỏ và lớp manti được gọi là mặt Mohorovixic (được lấy theo tên của nhà địa vật lý người Nam Tư), còn gọi là mặt Môhô hay mặt M. - Manti (mantle): Lớp manti phân bố từ mặt M đến độ sâu 2900km, tại đây có một ranh giới phân chia giữa manti với nhân Trái đất (gọi là mặt Guten Berg) biểu hiện ở sự thay đổi đột ngột tốc độ truyền sóng địa chấn, Vp từ 13,64km/s xuống 7,98km/s, Vs nguyên là 7,23km/s đột nhiên biến mất. - Nhân Trái đất ngăn cách với manti bằng ranh giới Gutenberg ở độ sâu 2900km 8
  9. Chương 1: Đất đá đến tâm Trái đất (6370km). Người ta nhận thấy ở phần manti trên, trong quãng độ sâu từ 60 đến 250km, có tính chất là tốc độ truyền sóng địa chấn giảm đi rõ rệt, điều đó chứng tỏ thành phần vật chất ở đây có tính dẻo và mềm. Vì thế đới này được gọi là quyển mềm. Sự tương tác giữa các phần tử bên trong vỏ Trái đất, cũng như sự tương tác giữa vỏ Trái đất với các quyển bên trong và bên ngoài Trái đất đã dẫn tới sự hình thành và phát triển các hoạt động địa chất nội sinh và ngoại sinh; sự hình thành và biến đổi các loại đất đá khác nhau. 1.2. Hoạt động địa chất nội sinh Nhiều hoạt động địa chất biểu hiện thường xuyên trên bề mặt Trái đất như núi lửa, động đất có nguồn gốc từ năng lượng bên trong Trái đất tạo nên và có liên quan trực tiếp với những hoạt động của các mảng thạch quyển, đó là những quá trình hay hoạt động địa chất nội sinh. Hoạt động địa chất nội sinh bao gồm 2 loại chính là vận động kiến tạo và động đất. 1.2.1. Vận động kiến tạo Vận động kiến tạo, còn gọi là chuyển động kiến tạo hay hoạt động kiến tạo. Đó là quá trình vận động của vỏ Trái đất do hoạt động của nội lực. Kết quả của sự vận động này là tạo ra các đặc điểm cơ bản của bề mặt Trái đất như: nếp uốn, đứt gãy, thay đổi thế nằm các lớp đất đá, gây ra hoạt động magma - núi lửa,… Theo phương vận động của vỏ, vận động kiến tạo được chia làm 2 dạng: vận động thẳng đứng và vận động ngang. a) Vận động thẳng đứng (thăng trầm) Vận động thẳng đứng hay vận động lên xuống còn được gọi là vận động thăng trầm được biểu hiện bằng sự nâng lên hay hạ xuống một cách rất chậm của các khu vực khác nhau của vỏ Trái đất. Cùng với thời gian hướng vận động của các khu vực này thay đổi, các khu vực được nâng lên sẽ hạ xuống, còn khu vực bị hạ xuống sẽ nâng lên (cũng vì vậy vận động này còn được gọi là vận động dao động). Vận động thăng trầm làm xê dịch đường bờ biển, dẫn tới sự thành tạo thềm sông, biển, hồ; thành tạo các dạng địa hình xâm thực bóc mòn ở vùng núi, các bậc hang động ở vùng địa hình karst,... Ở nước ta, có các vệt sóng vỗ trên vách đá vôi ở độ cao 2-5m ở Hạ Long; cao 10- 15m tại vùng Đồng Giao (Ninh Bình); các lớp trầm tích sò hến biển nằm cao 5m trên mực nước biển ở Diễn Châu (Nghệ An);… Theo đo đạc, Vịnh Bothnia (Thụy Điển) nâng lên 10,2mm/năm; NewYork (Mỹ) hạ thấp 2,3mm/năm; Hà Lan hạ thấp 2- 3mm/năm; Nhiều miền ở Pháp và Đức hạ thấp 3mm/năm. 9
  10. Chương 1: Đất đá Hình 1.2: Dấu vết biển lùi ở Hà Tiên Khi mặt đất nâng lên, biển bị lùi ra xa, mặt đất được mở rộng, tạo ra hiện tượng biển lùi, trầm tích biển lùi có kích thước hạt giảm dần từ trên xuống dưới. Khi mặt đất hạ xuống, nước biển tràn vào làm lục địa bị thu hẹp lại, tạo nên hiện tượng biển tiến, trầm tích biển tiến có kích thước hạt tăng dần từ trên xuống dưới. Kết quả tạo nên các lớp trầm tích khổng lồ, hình thành tương quan biển và lục địa ngày nay. b) Vận động ngang Vận động ngang bao gồm những vận động do áp lực theo phương ngang gây ra, làm đất đá bị uốn nếp tạo thành các nếp uốn hay bị phá hủy tạo thành các khe nứt và đứt gãy. * Nếp uốn Nếp uốn là kết quả của hiện tượng biến dạng dẻo các lớp đất đá, xảy ra do các lực theo phương ngang tác động từ từ, trong một khoảng một khoảng thời gian rất dài với tốc độ chuyển động rất nhỏ làm đất đá bị uốn cong, lượn sóng nhưng không bị mất tính liên tục của chúng (hình 1.3). Các nếp uốn được chia làm hai loại cơ bản là nếp lồi và nếp lõm: Nếp lồi (bồi tà) khi các lớp đá bị cong lên; Nếp lõm (hướng tà) khi các lớp đá bị võng xuống. Mỗi nếp uốn được đặc trưng bởi yếu tố sau (hình 1.4): - Vòm là phần uốn cong của nếp uốn chuyến tiếp từ cánh này sang cánh khác; - Mặt trục nếp uốn là mặt giả thiết đi qua đỉnh vòm, phân chia nếp uốn hai phần bằng nhau. Mặt này có thể phẳng hoặc cong. - Cánh là phần đất đá bị nghiêng đi ở hai bên mặt trục; - Đường trục là giao tuyến giữa mặt trục và mặt tầng đất đá; - Góc cắm của nếp uốn là góc nghiêng của đường trục với mặt phẳng nằm ngang. 10
  11. Chương 1: Đất đá a) b) Hình 1.3: Cấu trúc nếp lồi (a) và nếp lõm (b) Hình 1.4: Các yếu tố của nếp uốn * Đứt gãy Khi đá bị các lực kiến tạo tác dụng, trong đá xuất hiện ứng lực. Khi ứng lực vượt quá một giới hạn nào đó (gọi là giới hạn bền), đá bị biến dạng phá hủy, trong đá xuất hiện các mặt nứt gọi là các khe nứt. Nếu dọc theo các mặt nứt này các khối đá bị nứt 11
  12. Chương 1: Đất đá ra, dịch chuyển tương đối với nhau thì các khe nứt đó được gọi là đứt gãy. Vậy đứt gãy là sản phẩm biến dạng của đá, là một mặt hoặc một đới, dọc theo mặt hoặc đới ấy có hiện tượng dịch chuyển theo phương song song với mặt hoặc đới đó. Khối đá ở 2 phía của đứt gãy gọi là 2 cánh của đứt gãy. Theo đặc tính dịch chuyển của các cánh, người ta chia thành đứt gãy thuận, đứt gãy nghịch và đứt gãy ngang (hình 1.5): a) b) Hình 1.5: Một số dạng đứt gãy thường gặp a - Đứt gãy thuận; b - Đứt gãy nghịch; c) c - Đứt gãy bằng. Trong thực tế các đứt gãy có thể phát triển thành hệ thống để tạo thành địa hào hay địa lũy (hình 1.6): Hình 1.6: Cấu trúc địa hào và địa lũy Để nhận biết đứt gãy có thể dựa vào các dấu hiệu: - Sự bất chỉnh hợp địa tầng: Thế nằm không chỉnh hợp là thế nằm của các lớp đất đá phản ánh sự gián đoạn, không liên tục của quá trình thành tạo. - Đới dăm kết kiến tạo nằm giữa đứt gãy: các đá nằm song song với mặt đứt gãy bị phá huỷ vỡ vụn và được gắn kết lại. 12
  13. Chương 1: Đất đá - Mặt đứt gãy còn sót lại với kích thước nhỏ. - Sự định hướng của các dãy núi, sông, thung lũng theo phương đứt gãy. - Sự xuất lộ thuỷ văn hoặc có mặt của thảm thực vật dọc theo đứt gãy. c) Ảnh hưởng của vận động kiến tạo đến công trình Nói chung các vận động kiến tạo đều làm giảm tính đồng nhất, độ bền và tăng tính thấm của đất đá,… đòi hỏi các biện pháp xử lý phức tạp và tốn kém khi xây dựng. Xây dựng ở đây cần lưu ý đến hiện tượng lún không đều, hiện tượng mất nước, không ổn định nền và mái dốc. * Ảnh hưởng của khe nứt, đứt gãy kiến tạo - Gây ra hiện tượng thấm mất nước, trượt lở và kém ổn định đối với nền đập, mái đường, mái kênh. - Khi xây dựng tuyến đường, đường hầm cần bố trí vuông góc hoặc chéo với đường phương của mặt đứt gãy thì việc xử lý nền yếu ở khu vực mặt đứt gãy ít, nếu bố trí song song hoặc trùng với mặt đứt gãy thì vần đề xử lý nền móng và thi công khó khăn. * Ảnh hưởng của nếp uốn - Khi xây dựng các công trình ngầm cắm vào cấu trúc của nếp lõm thì tại đó áp lực đất, áp lực nước lớn gây khó khăn cho thiết kế và thi công. - Khi công trình ngầm cắm vào cấu trúc của nếp lồi thì tại đó áp lực đất, áp lực nước bé thuận lợi cho việc thiết kế và thi công, nhưng phần nóc của công trình thường xuất hiện nhiều khe nứt làm sạt lở phần nóc. - Khi xây dựng hồ chứa nếu xây trên cấu trúc của nếp lồi thì gây ra hiện tượng mất nước, do đó nên xây dựng trên cấu trúc của nếp lõm vì tại đó nước tập trung lớn. 1.2.2. Động đất a) Khái niệm Sự rung chuyển đột ngột của thạch quyển tại một khu vực nào đó trong lòng đất gây nên sự dao động lan truyền trên một vùng lớn hoặc nhỏ được gọi là động đất (địa chấn). Trên thế giới trung bình 3 năm thì có 1 trận động đất phá hoại mạnh và hàng nghìn trận động đất nhỏ hơn. Trên bảng 1.1 liệt kê một số trận động đất đáng chú ý. Ở Việt Nam cũng đã xảy ra những trận động đất khá mạnh, thí dụ năm 1935 ở Điện Biên (6,8 độ Richter); 24/3/1983 - Tuần Giáo (6,7 độ Richter);… b) Nguyên nhân gây ra động đất Động đất có thể xảy ra do các nguyên nhân sau: + Động đất do đất sụt (chiếm khoảng 3%): Sinh ra do khối đất đá ở trên nóc các 13
  14. Chương 1: Đất đá hang động ngầm, các hầm lò khai thác,... bị sụt lún đột ngột. Động đất loại này thường xảy ra ở gần mặt đất, nơi có các loại đá dễ hoà tan (thạch cao, đá vôi,...). Do đó, cường độ nhỏ, và chỉ có ý nghĩa địa phương. Bảng 1.1: Một số trận động đất lớn trên thế giới Thời gian Địa điểm Thiệt hại 1556 Sơn Tây (Trung Quốc) 830.000 người thiệt mạng 1/11/1755 Lisbon (Bồ Đào Nha) Phá hủy toàn bộ cảng, hàng chục nghìn người chết 1923 Tokyo Hơn 100.000 người chết, hạ tầng cơ sở bị phá hủy. 1976 Đường Sơn (Trung Quốc) 240.000 người chết 1978 Iran 25.000 người chết 7/12/1988 Armenia 25.000 người chết 21/6/1990 Iran 50.000 người chết 30/9/1993 Nepan, Bắc Ấn Độ 22.000 người chết 17/1/1995 Cobe (Nhật Bản) 6.055 người chết, thiệt hại hằng trăm tỉ đô la 17/8/1999 Thổ Nhĩ Kỳ 20.000 người chết 26/12/2004 Ấn Độ Dương 225.000 người chết 11/3/2011 Thái Bình Dương Hơn 15.884 người thiệt mạng. + Động đất do núi lửa (chiếm khoảng 7%): Do nén ép khí núi lửa tạo nên. Loại này có thể làm huỷ diệt các vùng dân cư như đã xảy ra với thành phố Pompei (Ý) và các thành phố khác. Tuy nhiên, phạm vi ảnh hưởng của động đất không lớn và số lần xảy ra cũng không nhiều. + Động đất do chuyển động kiến tạo (chiếm khoảng 90%): Loại động đất này rất phổ biến, có cường độ mạnh và phạm vi ảnh hưởng lớn nhất. Các trận động đất lớn đã xảy ra đều thuộc loại này. Sự hình thành động đất do chuyển động kiến tạo có thể được giải thích như sau: - Vỏ trái đất được chia làm 6 mảng chính: Phi, Mỹ, Nam Cực, Úc-Ấn, Âu-Á và Thái Bình Dương, ngoài ra còn có 14 tiểu vùng lục địa (hình 1.7). - Các dòng đối lưu trong quyển mềm làm cho các mảng chuyển động theo 3 hình thức cơ bản: tách rãn; hội tụ và trượt song song (hình 1.8). - Khi các mảng di chuyển hội tụ hay trượt song song, năng lượng được tích luỹ dọc theo các đứt gãy giữa các mảng. Biến dạng có thể xuất hiện từ từ và liên tục, hoặc đột biến dưới dạng một trận động đất. Khi động đất xảy ra, năng lượng tích luỹ ở vị trí đứt đoạn địa tầng được giải phóng gây phá huỷ môi trường xung quanh chấn tiêu (gây nứt, trượt, vò nhàu đất đá), một phần năng lượng được truyền đi dưới dạng sóng, gọi là sóng địa chấn. Sau khi năng lượng được giải phóng thì quá trình tích luỹ năng lượng lại bắt đầu ở vùng xung yếu tại đứt gãy, sau khoảng thời gian 10 - 100 năm lại có khả 14
  15. Chương 1: Đất đá năng xảy ra động đất. Vì vậy động đất có tính chu kỳ. Ngoài ra động đất có thể xảy ra do một số hoạt động của con người như: nổ mìn, nổ bom, do xây dựng hồ chứa nước có cột nước cao,... Hình 1.7: Mô hình kiến tạo mảng và vành đai núi lửa Hình 1.8: Hướng chuyển động của các mảng c) Các yếu tố cấu tạo động đất Chấn tâm (tâm trong - focus): Là một khu vực trong lòng đất, nơi phát sinh động đất, nơi tập trung và giải thoát năng lượng cho động đất (hình 1.9). Dựa vào độ sâu lò động đất, người ta chia động đất thành các loại: - Động đất nông hay động đất mặt có độ sâu chấn tiêu nhỏ hơn 70km tính từ mặt đất (chiếm khoảng 72,5% tổng số trận động đất). - Động đất trung gian: Chấn tiêu nằm ở độ sâu 70-300km (chiếm khoảng 23,5%). - Động đất sâu: Chấn tiêu nằm ở độ sâu 300-720km (chiếm khoảng 4%). Cho đến nay các nhà địa chấn chưa quan trắc được trận động đất nào có độ sâu chấn tiêu vượt quá 720km. Tâm ngoài (epicenter): là hình chiếu của chấn tâm lên mặt đất. Sóng địa chấn (seismic waves): Các dao động được truyền đi từ tâm địa chấn dưới dạng sóng, được gọi là sóng địa chấn. Theo quan hệ giữa phương truyền sóng và 15
  16. Chương 1: Đất đá phương dao động của vật chất, các sóng địa chấn được chia ra làm 3 loại: Hình 1.9: Sơ đồ cấu tạo động đất - Sóng dọc (sóng nén - sóng Primary - sóng P): là sóng có phương dao động trùng với phương truyền sóng. Có đặc tính là biên độ nhỏ, chu kỳ ngắn, tốc độ truyền sóng lớn, bình quân 5-6km/s. Dựa vào sóng P có thể biết được hướng phân bố của lò. Nếu có trên 2 trạm đo địa chấn thì xác định được vị trí của lò động đất. - Sóng ngang (sóng cắt - sóng Secondary- sóng S): là sóng có phương dao động vuông góc với phương truyền sóng, có đặc điểm là biên độ và chu kỳ tương đối lớn, tốc độ truyền sóng tương đối nhỏ. Sóng ngang chỉ lan truyền trong vật thể rắn với tốc độ nhỏ hơn tốc độ truyền sóng dọc 1,7 lần. - Sóng trên mặt (sóng Long - sóng L): từ tâm ngoài, nơi sóng đến sớm nhất, dao động sẽ truyền ra xung quanh theo các làn sóng đồng tâm tựa như dao động của mặt nước khi có một vật nặng rơi xuống, gọi là sóng mặt đất. Sóng này có dạng hình sin tắt dần và có tốc độ nhỏ hơn cả tốc độ sóng ngang. Nó gây lực phá hoại chủ yếu. Các sóng P, S, L sẽ gây ra các chấn động thẳng đứng, nằm ngang trên bề mặt Trái đất. Trước tiên sẽ gặp chấn động thẳng đứng sau đó là chấn động ngang rồi mới đến chấn động mặt. d) Cấp động đất và cường độ động đất Động đất được thể hiện ở sự dịch chuyển hoặc biên độ thay đổi của các phần tử đất được ghi lại trong các hiện tượng tàn phá đối với các công trình hoặc trong các máy đo địa chấn. Có 2 kiểu thể hiện mức độ động đất là cấp động đất và cường độ động đất. * Cấp động đất: Cấp động đất là những đơn vị biểu thị độ lớn nhỏ của năng lượng động đất. Hiện nay cấp động đất thường được đánh giá theo độ Richter (do C.F. Richter đề xuất năm 1935): Độ mạnh của động đất được đánh giá bằng chấn cấp M (Magnitude) - là logarit cơ số 10 của biên độ cực đại A (m - bằng một phần nghìn milimet) ghi tại 1 điểm 16
  17. Chương 1: Đất đá cách chấn tâm D = 100km trên máy đo địa chấn có chu kỳ dao động riêng T = 0,8s (M = lgA). Ví dụ trong một lần động đất, biên độ lớn nhất A = 10mm = 10.000m, và logA = log10000 = 4, như vậy động đất thuộc cấp 4. Quan hệ giữa năng lượng E được giải phóng ở chấn tiêu với cường độ sóng mặt Ms được tính theo công thức: LogE = 11,8 + 1,5Ms (1.1) Để hình dung cụ thể hơn về độ Richter, chúng ta có thể đưa ra so sánh sau: năng lượng của một trận động đất mạnh 7,3 độ Richter tương đương với năng lượng nổ của quả bom 50 triệu tấn thuốc nổ TNT; trận động đất 8,5 độ Richter đã từng xảy ra năm 1950 trong dãy Hymalaya có năng lượng tương đương với năng lượng của 100.000 quả bom nguyên tử mà Mỹ ném xuống Hiroshima tháng 8 năm 1945. * Cường độ động đất: Cường độ động đất là khái niệm chỉ sự phá hoại và ảnh hưởng của động đất đối với vật kiến trúc trên mặt đất. Để phân chia cường độ có thể dựa vào các thang sau: - Thang độ MCS (do Mercalli, Cancani và Sieberg đề xuất năm 1912): Cường độ của động đất được chia thành 12 cấp dựa theo gia tốc cực đại (a) của sóng động đất: 4 2 a=A (1.2) T2 trong đó: A: biên độ dao động của sóng địa chấn, cm; T: chu kỳ dao động sóng động đất, s; V: vận tốc truyền sóng động đất, cm/s; γs: khối lượng riêng lớp trên của vỏ Trái đất, g/cm3. - Thang độ MSK-64 (do Medvedv, Sponheier, Karnik đề xuất vào năm 1964): Cường độ của động đất được thành phân thành 12 cấp theo dấu hiệu chủ yếu nhất về mức độ hư hỏng công trình, các biến dạng tàn dư trong đất đá, sự phá hoại địa hình,... Cường độ động đất và cấp động đất có mối quan hệ thuận (bảng 1.2). Thang cường độ phân chia có nhiều yếu tố chủ quan, vì vậy đánh giá mức độ động đất theo phân cấp được định lượng hơn. Ở Việt Nam, theo kết quả phân vùng động do trung tâm Vật lý Địa cầu - Viện Khoa học Việt Nam tiến hành thì những vùng có khả năng xảy ra động đất mạnh gồm: 1. Vùng Đông Bắc trũng Hà Nội: cấp 7; 2. Vùng sông Hồng, sông Chảy: cấp 7 - 8; 3. Vùng sông Đà: cấp 8; 4. Vùng sông Mã: cấp 8 - 9; 17
  18. Chương 1: Đất đá 5. Vùng biển Trung bộ: cấp 7; 6. Vùng biển Nam Bộ và vùng sông Đồng Nai, sông Cửu Long: cấp 7. Bảng 1.2: Bảng cường độ động đất Cường Gia tốc a Cấp động Mức độ tác hại của động đất độ (mm/s2) đất M 1 Máy ghi độ nhạy lớn mới phát hiện được 5000 7,75-8,25 e) Biện pháp giảm nhẹ tác hại của động đất khi xây dựng công trình Động đất có thể ảnh hưởng đến công trình xây dựng theo 2 cách. Trước hết, động đất làm cho các công trình giao động, làm phá hoại các kết cấu công trình. Mặt khác, ngay cả khi kết cấu rất bền vững thì tác dụng động đất cũng có thể làm thay đổi trạng thái đất đá ở nền công trình, đặc biệt là nó làm phá huỷ mối liên kết kiến trúc giữa các hạt, làm giảm lực dính và góc ma sát trong của đất đá, gây hiện tượng hoá lỏng đất loại cát. Nó làm mất ổn định các sườn dốc tự nhiên và mái dốc, dễ gây hiện tượng trượt. Để làm giảm ảnh hưởng của động đất khi xây dựng công trình có thể sử dụng các biện pháp sau: - Chọn vị trí xây dựng ở những vùng bằng phẳng, cấu tạo địa chất đơn giản (đất đá nằm ngang, đồng nhất,…), mực nước dưới đất sâu; - Chọn vật liệu xây dựng nhẹ, đàn hồi; - Chọn kết cấu công trình chắc chắn, đối xứng và có trọng tâm ở thấp;… 1.3. Hoạt động địa chất ngoại sinh Các quá trình địa chất xảy ra trên bề mặt Trái đất hoặc trong những phần trên cùng của thạch quyển do các tác nhân bên ngoài Trái đất được gọi là các quá trình địa chất ngoại sinh hay các hoạt động địa chất ngoại sinh. 18
  19. Chương 1: Đất đá 1.3.1. Phong hoá đất đá a) Khái niệm Trong tự nhiên, khi đá bị lộ ra ngoài, không thể giữ được nguyên trạng ban đầu mà bị biến đổi đa dạng do bị tác động bởi nhiều yếu tố. Đó là quá trình phong hoá. Như vậy, phong hoá đất đá là quá trình địa chất ngoại sinh làm phá vỡ hoặc phân hủy tại chỗ các khoáng vật cấu tạo nên đất đá, xẩy ra ở phần trên cùng của vỏ Trái đất dưới tác dụng của các tác nhân phong hoá như nhiệt độ, nước, các axit, sinh vật,... Tác dụng phong hóa làm suy yếu độ bền của đá, của các công trình xây dựng lên trên và vào trong chúng, do đó rất có ý nghĩa đối với công tác xây dựng công trình. b) Các kiểu phong hoá Dựa vào các đặc trưng biến đổi và các tác nhân phong hoá có thể chia ra các loại phong hoá: * Phong hoá lý học Phong hoá lý học là quá trình phá huỷ đất đá bằng các phương thức vật lý (hay cơ học), làm cho đất đá bị vỡ vụn ra nhưng không bị biến đổi về thành phần hoá học và thành phần khoáng vật. Yếu tố tác dụng chủ yếu trong quá trình phong hoá lý học là sự biến thiên nhiệt độ, sự đông kết của nước và tác dụng kết tinh của muối. - Tác dụng của nhiệt độ: - Tác dụng kết tinh của muối: - Tác dụng đóng băng của nước: * Phong hoá hoá học Phong hoá hoá học là quá trình phá huỷ đất đá bằng các tác dụng hoá học, làm cho đất đá bị thay đổi cơ bản về thành phần, cấu trúc, và tính chất. - Tác dụng hoà tan: - Tác dụng ôxy hoá: - Tác dụng hợp nước (thuỷ hoá): - Tác dụng thuỷ phân: * Phong hoá sinh học Là phong hoá lý học và hoá học do hoạt động của thế giới sinh vật. Sinh vật vừa phá hoại đá theo phương thức vật lý vừa phá hủy đá bằng các axit hữu cơ. Thông thường cả 3 quá trình phong hóa này xảy ra đồng thời, sự mạnh yếu của các quá trình phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vị trí địa lý, thành phần đá và độ sâu thế nằm của đá,... 19
  20. Chương 1: Đất đá c) Vỏ phong hoá Lớp vỏ mỏng ngoài cùng của Trái đất bao gồm các sản phẩm phong hóa tại chỗ (các tàn tích - eluvi) và lớp đất trồng (lớp thổ nhưỡng) được gọi là vỏ phong hóa. Dựa theo mức độ nứt nẻ của đất đá, màu sắc và sự phá huỷ khoáng vật nguyên sinh, sự thay đổi tính chất cơ lý của đất đá, người ta chia vỏ phong hoá thành các đới từ trên xuống dưới như sau (hình 1.10): - Đới thổ nhưỡng: thường có màu xám đen, trong thành phần có cát, sét lẫn các di tích thực vật. - Đới I - Đới vỡ mịn: chủ yếu là khoáng vật thứ sinh (tạo thành đất sét và sét pha), chứa các mảnh vụn nhỏ hơn 1cm. - Đới II - Đới vụn thô: có khoáng vật thứ sinh nhiều hơn khoáng vật nguyên sinh tạo thành đất cát, cát pha; chứa các mảnh vụn kích thước từ 1- 10cm, màu sắc khác hoàn toàn đá gốc. Hình 1.10: Cấu tạo vỏ phong hóa - Đới III - Đới đá tảng: chủ yếu là những tảng đá kích thước lớn hơn 10cm, nứt nẻ nhiều, vẫn giữ được cấu trúc nguyên thuỷ, có sức chịu tải lớn hơn nhiều so với các đới trên. - Đới IV - Đới nguyên khối: xuất hiện rất ít khe nứt nhỏ, khó phân biệt với đá gốc. Tuỳ thuộc và đặc điểm địa hình, ĐCTV, ĐCCT ở từng nơi mà mặt cắt vỏ phong hoá có thể có đủ các đới trên, hoặc thiếu 1, 2 hoặc 3 đới. Chiều dày của mỗi đới và của cả vỏ phong hoá rất khác nhau ở từng nơi. Sản phẩm phong hoá của tầng tàn tích phụ thuộc vào thành phần của đá bị phong hoá và loại tác nhân gây phong hoá: - Quá trình phong hoá hoá học đóng vai trò quan trọng nhất trong việc hình thành 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2