Giáo trình cơ học đá - Chương 3

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

94
lượt xem 27
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 3 Kháo sát và đánh giá khối đá

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình cơ học đá - Chương 3

. Chương 3 KH O SÁT VÀ ðÁNH GIÁ KH I ðÁ Trong th c t xây d ng, các công trình có th ñư c ti n hành trên ñá, trong ñá hay làm b ng ñá . Mu n thi t k và thi công công trình có k t qu , ph i có nh ng d báo v ñá , nư c dư i ñ t và tr ng thái ng su t c a n n ñá. Vì v y vi c kh o sát, ñánh giá kh i ñá là vi c làm r t quan tr ng và c n thi t. Vi c kh o sát ñ a ch t công trình (trong ñó có kh i ñá ) ñã ñư c trình bày nhi u trong các giáo trình ñ a ch t công trình, trong các chuyên kh o… chương này ch nêu nh ng ñi m cơ b n nh t khi kh o sát kh i ñá hi n trư ng, ñánh giá và phân lo i chúng ñ s d ng thu n l i trong thi t k và thi công công trình trong ñá . 3.1. KH O SÁT KH I ðÁ 3.1.1. M C ðÍCH VÀ N I DUNG KH O SÁT KH I ðÁ 3.1.1.1. M c ñích kh o sát Vi c kh o sát kh i ñá t i hi n trư ng nh m m t s m c ñích sau: Tìm hi u c u trúc c a kh i ñá g m nh ng thông tin v s phân b , thành ph n, ki n trúc, c u t o, th n m c a ñá trong khu v c s xây d ng công trình. Nghiên c u, các ñ c ñi m c a kh i ñá như tính không ñ ng nh t, tính d hư ng và tính gián ño n c a kh i ñá. Nghiên c u, xác ñ nh các tính ch t c a kh i ñá như m c ñ phong hoá, tính ch t n t n , tính ch t cơ h c và m t s tính ch t ñ c bi t khác. Nghiên c u nư c dư i ñ t qua s phân b , các ñ c trưng ñ a ch t thu văn và nh hư ng c a chúng ñ n xây d ng công trình. Nghiên c u s phân b ng su t và tr s ng su t t nhiên trong kh i ñá n n công trình. 3.1.1.2. N i dung kh o sát ð th c hi n ñư c m c ñích c a kh o sát, n i dung kh o sát kh i ñá bao g m m t s công vi c sau: Thu th p và nghiên c u các tài li u ñã có, liên quan ñ n khu v c xây d ng. Vi c thu th p, phân tích và t ng h p tài li u ñã có giúp cho vi c ñánh giá m c ñ ph c t p c a ñi u ki n ñ a ch t công trình khu v c ñ nh nghiên c u- B ng vi c k th a các k t qu ñã có tài li u cũ, s ñ nh hư ng ñúng ñ n cho các công vi c ti p theo. Kh o sát khái quát t i th c ñ a. 202.C¬ häc ®¸
B ng vi c tr c ti p kh o sát th c ñ a s ñánh giá, làm chính xác hơn nh ng tài li u ñã thu th p ñư c, trên cơ s ñó s ñ ra ñư c n i dung c a các công vi c trong giai ño n ti p theo. Thăm dò t i th c ñ a b ng các phương ti n kh o sát khác nhau ñ gi i quy t nh ng t n t i khi ño v t i th c ñ a. Vi c thăm dò này có th ti n hành b ng các phương pháp th công(như ñào các h , các gi ng thăm dò) hay cơ gi i (như các lo i máy khoan) hay b ng các thi t b ñ a- v t lý (như ño ñ a ch n, ño ñi n tr su t c a ñá…). Thí nghi m trong phòng ñ xác ñ nh các ch tiêu tính ch t c a m u ñá ñư c l y t th c ñ a, ñ ng th i ti n hành các thí nghi m hi n trư ng ñ làm chính xác thêm các k t qu ñ xác ñ nh ñư c trong phòng, nghiên c u tìm các tương quan th c nghi m gi a các ch tiêu c a m u ñá và kh i ñá ñ s d ng trong thi t k , tính toán xây d ng công trình. Nhi u thí nghi m hi n trư ng cũng ñư c ti n hành ñ xác ñ nh các thông s ñ a ch t thu văn hay tr ng thái và tr s ng su t ban ñ u t i các ñi m trong kh i ñá. Quan tr c lâu dài ñ ch nh lý các tài li u ñã s d ng trong thi t k , thi công và khai thác công trình. Các công trình thư ng có th i gian s d ng lâu. Theo th i gian, tính ch t c a ñá và v t li u xây d ng công trình cũng b thay ñ i. Vi c quan tr c lâu dài s góp ph n ch nh lý các s li u ñã có trong th i gian trư c, ñ nh hư ng cho vi c ñ su t các bi n pháp ñ ñ m b o khai thác công trình n ñ nh lâu dài. 3.1.2. NGUYÊN T C CƠ B N TRONG KH O SÁT KH I ðÁ Kh o sát kh i ñá là m t công vi c ph c t p, ñòi h i ph i s d ng các thi t b d a trên nh ng thành t u c a khoa h c và k thu t tiên ti n k t h p v i tư duy lao ñ ng khoa h c sáng t o c a con ngư i. Khi kh o sát, m t s nguyên t c ph i tuân theo là: 3.1.2.1. Nguyên t c k th a Nguyên t c này nh m t n d ng các tài li u các k t qu ñã thu ñư c c a các giai ño n kh o sát và phương pháp kh o sát trư c ñó. Trên cơ s phân tích các tài li u c a giai ño n trư c, k th a nhưng có ch n l c s không ch ti t ki m ñư c v m t kinh phí mà còn giúp cho vi c ñ nh hư ng, l p phương án kh o sát trong các giai ño n sau, rút ng n th i gian và ñ t k t qu kh o sát t t nh t. Thông thư ng, kinh phí kh o sát chi m kho ng 2,5% kinh phí xây d ng cơ b n ñ i v i nh ng công trình có ñi u ki n ñ a hình c u trúc ch t ñơn gi n, giao thông thu n ti n và có th l n hơn, t i 5% cho nh ng công trình các vùng sâu, vùng xa và ñi u ki n ñ a ch t ph c t p. V i ngu n kinh phí có h n như v y, vi c k th a có ch n l c k t qu kh o sát có trư c là m t nguyên t c không th quên trong khi kh o sát kh i ñá, góp ph n ñem l i hi u qu kinh t c a vi c kh o sát. C¬ häc ®¸.203
3.1.2.2. Nguyên t c giai ño n Vi c kh o sát kh i ñá ph i ñư c ti n hành d n d n theo các giai ño n khác nhau, ñi t khái quát ñ n chi ti t, t ñ nh tính ñ n ñ nh lư ng, t khu v c l n ñ n di n tích h p…ñ ph c v cho vi c chu n b ñ u tư và th c hi n ñ u tư các d án xây d ng công trình. ng v i m i giai ño n, ngư i ta s có nh ng quy ñ nh c th v m c ñích, n i dung và kh i lư ng công vi c ph i ti n hành. Trong th i kỳ chu n b ñ u tư, vi c kh o sát kh i ñá nh m m c ñích l p ñư c báo cáo nghiên c u ti n kh thi và báo cáo nghiên c u kh thi. Trong th i kỳ th c hi n ñ u tư, vi c kh o sát nh m m c ñích l p ñư c thi t k k thu t và thi t k b n v thi công. Khi hoàn thành ñ u tư, k t thúc vi c xây d ng công trình cũng ph i kh o sát t i th c ñ a, nh m ñánh giá, so sánh các s li u th c t v i các d báo ban ñ u, các tác ñ ng c a vi c khai thác công trình v i môi trư ng xung quanh… Tuỳ ñi u ki n c th c a công trình xây d ng và m c ñ quan tr ng c a nó, trong nh ng ñi u ki n cho phép, ngư i ta có th g p hai giai ño n vào làm m t. Trong m i giai ño n kh o sát trên, phương pháp và kh i lư ng công vi c kh o sát ñư c l a ch n trên các cơ s sau: - M c ñ ph c t p c a các ñi u ki n ñ a ch t khu v c xây d ng công trình - Quy mô công trình và ý nghĩa kinh t - xã h i c a nó - M c ñ nghiên c u ñ a k thu t c a khu v c xây d ng - Ph m vi s d ng c a các phương pháp kh o sát và kh năng trang b các thi t b kh o sát c a ñơn v thi công. T ng h p các nhi m v kh o sát, các phương pháp khuy n ngh và k t qu c a các giai ño n kh o sát có th tóm t t trong b ng 3.1 (theo Nghiêm H u H nh, 2001). T ng h p nhi m các v kh o sát hi n trư ng B ng 3.1 Giai ño n Nhi m v Các phương pháp khuy n ngh K t qu (1) (2) (3) (4) Chu n b Nghiên Nghiên c u các ñi u ki n ñ a ch t, K t lu n ñ u tư – c u t ng th ñ a m o theo các tài li u lưu tr : ñánh giá Ti n kh nghiên c u nh v tinh, nh máy thi bay, th c hi n các l trình ñ a ch t, l p b n ñ t ng quan Lu n L a ch n v trí Nghiên c u l p b n ñ ñ a k thu t K t qu sơ ch ng ho c tuy n xây (ðKT). Nghiên c u ñ a ch t, ñ a b v ñi u 204.C¬ häc ®¸
kinh t k d ng. ðánh giá m o d a trên các công trình kh o ki n ðKT thu t – n n, móng thu n sát ñã có s n(gi ng, taluy, b d c, khu v c l i nh t, kh o sát tr ng thái công trình); ti n hành v i các ñ c Kh thi v t li u xây d ng kh o sát (ñ a v t lý, khoan, ñào) ñi m v ñ a phương v i kh i lư ng không l n ñi u ki n ñ a ch t, ñ a m o, ña ch t thu văn Thi t k Thu th p các s Nghiên c u ðKT trong quá trình K t lu n k thu t li u ñ u vào ñ ño ñ c ñ a ch t: L p b n ñ ðKT v ñi u và t ng d lu n ch ng v ñ có kèm theo các công trình kh o sát ki n ña toán tin c y và tính (ñ a v t lý, khoan, ñào); thí nghi m ch t công hi u qu c a công trong phòng và hi n trư ng; các thí trình các trình, ch n v trí nghi m ñ a ch t thu văn. Thăm dò h ng m c, cho t ng lo i t m v t li u ñ a phương (các thí ñ i tư ng công trình c th , nghi m trong phòng và hi n c th , ch n lo i k t c u trư ng); tính toán tr lư ng. Báo ñánh giá và phương pháp cáo v ñi u ki n ðKT c a n n công ñ nh lư ng thi công, k t lu n trình. các ch tiêu v m c ñ phù cơ lý c a h p c a v t li u ñ t ñá xây d ng (1) (2) (3) (4) Kh o sát Cung c p tài li u L p h sơ ðKT t t c các công Các tư cho b n ñ hoàn ch nh gi i trình kh o sát trong thi công. Tư li u, h sơ v thi pháp thi t k và v n l p ñ t các thi t b quan tr c; xây d ng; công x lý n n. Tư v n giám sát vi c s d ng v t li u ñ a báo cáo các v n ñ ðKT phương; ki n ngh các bi n pháp trung gian; xu t hi n trong gia cư ng n n công trình các kt quá trình xây lu n d ng; nghi m thu hoàn công n n; l p h sơ các công trình kh o sát trong xây d ng K t thúc So sánh các k t Phân tích k t qu quan tr c, nghiên Báo cáo, xây d ng qu kh o sát, l p c u tính hi u qu c a các bi n pháp công b , h sơ các công ñ c bi t khác nhau: nghiên c u các tham gia trình khai ñào quá trình t nhiên phát sinh do tác l p h sơ trong xây d ng. ñ ng c a xây d ng ho c v n hành công trình ð i ch ng ñi u công trình ki n làm vi c c a C¬ häc ®¸.205
công trình v i nh ng d báo ðKT trong các giai ño n 3.1.2.3. Nguyên t c k t h p Trong th c t kh o sát, m i phương pháp kh o sát ñ u có nh ng ưu, như c ñi m và ph m vi s d ng riêng. K t h p chúng l i, các phương pháp s b sung cho nhau, nâng cao và làm chính xác thêm k t qu kh o sát. Th c t ñã th y là hi u qu kh o sát s tăng lên r t nhi u khi áp d ng nhi u phương pháp kh o sát và thí nghi m cùng m t lúc. 3.1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP KH O SÁT Vi c kh o sát kh i ñá t i hi n trư ng có th ñư c ti n hành b ng nhi u phương pháp khác nhau t nh ng d ng c ño v ñơn gi n ñ n các thi t b , máy móc ph c t p. 3.1.3.1. ðo v ñ a ch t B ng m t thư ng và các d ng c ño ñ c ñơn gi n k t h p v i tư duy khoa h c, ngư i ta có th thu th p ñư c r t nhi u thông tin v các v t l ñá, s phân b cũng như ki n trúc, c u t o c a kh i ñá trong vùng ñ nh nghiên c u. ð i v i ñá c n ghi chép tên ñá, màu s c, thành ph n khoáng v t, c h t, tính phân l p, th n m c a các l p ñá… ð i v i các khe n t ph i xác ñ nh ñư c v trí c a khe n t trong không gian, s lư ng và lo i các khe n t, các ñ c tính c a h th ng khe n t. 3.1.3.2. Phương pháp ch p nh Ch p nh là phương pháp nghiên c u, thăm dò t xa (cũng g i là vi n thám) nh m thu ñư c nh ng hình nh c a vùng ñá ñ nh nghiên c u- B ng phương pháp ch p nh s lo i tr ñư c các sai s ch quan, có kh năng kh o sát nh ng vùng r ng l n, phát hi n ñư c các ñ c ñi m ñ a ch t c a khu v c như các u n n p, ñ t gãy và có th kh o sát t xa, nh ng vùng ñ a hình khó khăn mà không th tr c ti p ñ n g n ñư c. Vi c ch p nh có th ñư c th c hi n trên m t ñ t (b ng các máy nh thông thư ng) hay t trên máy bay (b ng các máy nh hàng không chuyên d ng). ð x lý các nh ch p, có th b ng m t thư ng hay b ng các kính l p th . Trong nh ng trư ng h p ñ c bi t, ph i s d ng vi c ch p nh b ng các tia h ng ngo i hay ra ña và tia c c tím thu ñư c các b c x sóng ng n và cao t n có ñ xuyên th u l n. Sóng ra ña ch ph n x v i ñ t ñá, m t nư c mà không ph n x v i th c v t và mây- ði u này cho phép s d ng chúng trong vùng r ng r m ho c quanh năm mây ph hay ñ nghiên c u tr ng thái no nư c c a ñ t ñá. 206.C¬ häc ®¸
Tuy nhiên, như c ñi m c a phương pháp ch p nh là b ph thu c nhi u vào ñi u ki n ñ a m o, th i ti t, th m th c v t và chi phí l n. 3.1.3.3. Các công trình th công Vi c ñào các công trình thăm dò thư ng ñư c ti n hành b ng th công- trong nh ng trư ng h p ñ c bi t l m, khi ñi u ki n ñ a ch t và không gian cho phép m i có th s d ng các phương ti n cơ gi i như máy ñào, xe i… H ñào thư ng có d ng ch nh t, kích thư c kho ng 1,5x2,5m. Chi u sâu h ñào ph thu c vào tính ch t c a ñ t ñá nhưng cũng không quá 4m, v i các h ñào sâu thì ph i ñào theo ki u b c thang, ph i ch ng thành h ñào khi ñào trong nh ng ñi u ki n ñ a ch t ph c t p, trong các ñá y u… Hào thăm dò có th ch y dài hàng ch c mét theo m t hư ng nào ñó ñ theo dõi s phân b c a các l p ñá. Cũng như h ñào, khi c n thi t, ph i ch ng thành hào, gi cho thành hào không b s p l . Gi ng thăm dò ñư c ti n hành khi ñ nh nghiên c u s phân b các l p ñá theo chi u sâu. Chi u sâu c a gi ng có th t i hàng ch c mét. Trong vùng ñá không n ñ nh, ph i ch ng thành gi ng b ng các vì ch ng b ng g . Lò thăm dò là nh ng công trình n m ngang, ñào sâu vào trong lòng ñá ñ nghiên c u l p v phong hoá hay tính ch t c a các l p ñá . Ti t di n lò thư ng là hình thang, chi u r ng kho ng1,4-1,8m và chi u cao kho ng 1,8-2m. Lò càng ñào sâu, ñá càng không n ñ nh thì càng ph i ch ng lò b ng các vì ch ng b ng các lo i v t li u khác nhau nhưng thư ng là b ng g . Ph i có h th ng chi u sáng, thông gió, thoát nư c cho các lò thăm dò. Nói chung, khi kh o sát b ng các công trình th công, ph i ño v th n m c a ñá, các y u t n t n c a ñá ñ ng th i ph i quan sát, mô t ñá b ng tên, màu s c, c u t o và ki n trúc c a chúng. V i các khe n t, c n ghi chép kích thư c, s lư ng và lo i khe n t, h th ng khe n t. V i t ng h khe n t, ph i quan sát và ño th n m, kho ng cách, ñ nhám, ch t l p ñ y và ñ c trưng c a nư c dư i ñ t. Trong các công trình th công, ph i l y m u ñá ñ i di n cho t ng l p. Các m u ñá y u ph i ñư c b o qu n c n th n và chuy n t i nơi thí nghi m. 3.1.3.4. Các l khoan thăm dò Khoan nghĩa là dùng các thi t b khác nhau khoan sâu vào lòng ñ t ñ l y m u ñ t ñá t i m t chi u sâu nào ñó hay ñ t o thành các l khoan nh m ti n hành các thí nghi m khác như ño ñ a v t lý, nén ngang, xuyên tiêu chu n… trong l khoan. Vi c khoan có th ñư c ti n hành trên m t ñ t (các l khoan trên c n) hay trên m t nư c (các l khoan trên su i, trên sông hay trên bi n) hay trong lòng ñ t (các l khoan trong h m lò…). Các l khoan có th vuông góc hay nghiêng v i m t ñ t ñá m t góc nào ñó tuỳ theo m c ñích và yêu c u c a kh o sát. ð kh o sát hi n trư ng v i ñá, ngư i ta có th dùng các máy khoan t hành như các máy ÃÁ 50A, CÁ 150 c a Liên Xô cũ, máy B-53 c a Thu ði n, máy C¬ häc ®¸.207
BE-50 c a Pháp… hay các máy khoan c ñ nh ( có th tháo r i t ng b ph n ) như máy YKÁ12/25 c a Liên Xô cũ, các máy XJ-100, GY-50, SH-30… c a Trung Qu c, các máy Koken KT-100, Tone TCD-1 c a Nh t… Hình 3.1. Máy khoan XJ - 100 ð ti n hành khoan, ngoài máy khoan, còn c n ph i có ngu n năng lư ng t ñi n lư i qu c gia hay các ñ ng cơ diesel, các máy bơm dung d ch, các d ng c khoan như lư i khoan, c n khoan, ng m u , ng ch ng và các lo i ñ u n i khác nhau. ð l y ñư c m u ñá, ngư i ta ph i dùng phương pháp khoan xoay l y m u v i các lư i khoan có ñư ng kính t 50-203mm, trên ñó có g n các răng h p kim c ng hay các lư i khoan kim cương tuỳ theo ñ b n c a ñá khoan qua. Vi c áp d ng hài hoà các thông s c a ch ñ khoan là t i tr ng lên ñáy l khoan P, t c ñ quay c a b d ng c khoan n, lưu lư ng Q và ch t lư ng nư c r a bơm xu ng l khoan s ñem l i hi u qu cho công tác khoan, nâng cao t l l y m u ñá trong khoan. Các m u ñá l y ñư c khi khoan ( các lõi khoan) có chi u Hình 3-2. Các lư i khoan kim cương dài tuỳ theo chi u dài c a ng m u (thư ng kho ng 3,5m) s ñư c b o qu n c n th n theo quy ph m hi n hành và v n chuy n t i nơi thí nghi m. 208.C¬ häc ®¸
Trên cơ s các tài li u ñã ghi chép trong nh t ký khoan và các k t qu thí nghi m xác ñ nh các ch tiêu tính ch t c a ñá m u khoan l y ñư c trong quá trình khoan, ngư i ta s l p ñư c hình tr l khoan. Trên hình tr này s th hi n ñư c chi u sâu c a t ng l p ñá, ñ sâu tương ng c a chúng, mô t các ñ c ñi m sơ b c a ñá cũng như nh ng ghi chép v v trí, các ñi m l y m u nguyên tr ng và không nguyên tr ng, giá tr c a các l n thí nghi m xuyên tiêu chu n SPT… Hình tr l khoan s là cơ s ñ l p các m t c t ñ a ch t sau này. Thí d m t hình tr l khoan ñư c th hi n trên hình 3-3. 3.1.3.5. Phương pháp ñ a - v t lý ð a – v t lý phương pháp ng d ng nh ng nguyên t c, thành t u c a v t lý vào vi c nghiên c u ñ a ch t. Các l p ñ t ñá khác nhau s có nh ng ñ c trưng v t lý, nh ng ph n ng khác nhau khi ch u s tác ñ ng c a m t trư ng v t lý nào ñó. Phương pháp ñ a v t lý có th s d ng ñ ño trên m t ñ t và dư i sâu, trong các l khoan hay trong các công trình hào, lò, gi ng. Ưu ñi m c a nó là có th ti n hành t xa, nghiên c u t i chi u sâu l n và thu ñư c nhi u thông tin cùng m t lúc theo các hư ng khác nhau trong không gian. K t qu c a thí nghi m ñ a – v t lý thư ng mang tính khách quan vì ña s các thi t b thí nghi m ñ u có b ph n t ghi. Thi t b thí nghi m ñ a – v t lý thư ng g n, nh , tính cơ ñ ng và năng su t cao nên chúng r t hay ñư c s d ng. Tuy nhiên, phương pháp ñ a – v t lý không th xác ñ nh ñư c t t c các ñ c trưng v t lý c a ñ t ñá. M t s phương pháp ñ a – v t lý có th dùng ñ nghiên c u trong cơ h c ñá là các phương pháp ñ a ch n, phương pháp ño ñi n, phương pháp ra ña xuyên ñ t, m t s phương pháp ño trong l khoan hay các phương pháp tr ng l c, phương pháp t … Có th mô t tóm t t m t s phương pháp như sau: Phương pháp ño ñi n. Cơ s c a phương pháp này là các l p ñá khác nhau s có ñi n tr su t bi u ki n khác nhau. D a vào các giá tr thu ñư c khi thí nghi m, s xác ñ nh ñư c ranh gi i gi a các l p ñá. Trên m t ñ t ngư i ta b trí các ñi n c c phát C1,C2 ñư c n i v i ngu n ñi n có cư ng ñ I. Các ñi n c c thu P1,P2 b trí phía trong C1,C2 theo các kho ng cách khác nhau (hình 3-4). Qua hai c c ñi n này s xác ñ nh ñư c hi u ñi n th U. ði n tr su t bi u ki n c a ñá s ñư c xác ñ nh theo công th c: 2πU 1 ρ= (3.1) I 1 1 1 1   − − −  r r  r r   1 2  3  4 r1 ÷ r4 là các kho ng cách gi a các ñi n c c trên hình 3.4. trong ñó: HÌNH TR L KHOAN Công trình: C u Ân Nghĩa - ðư ng H Chí Minh Thí nghi m xuyên tiêu chu n (SPT) S chi B Mu Ký u dày Mô t ð S búa N/15cm C. C¬ häc ®¸.209
s hi sâu lp sâu Bi u ñ ñ t, hi u SPT N lp (m) (m) N2 N3 u ñá 1 l N (m) p 0,6 ð t ph : Sét pha nâu xám,nâu 24,9 0,6 1 vàng(ð t tr ng) 6 Sét nâu vàng nâu 2,1 sám ñ m ñ ,tr ng 2 1,9 4 5 5 10 UD1 thái n a c ng- 0,6 1,4-1,6 c ng 22,5 9 3,4 6 8 10 18 UD2 2,8-3,0 5,2 6 9 11 20 Sét m u nâu 5,8 UD3 3 sám,xám vàng 6,7 6 10 11 21 4,8-5,0 tr ng thái c ng 16,7 8,5 7,8 5 7 7 14 UD4 9 6,0-6,2 UD5 Sét nâu vàng, xám 8,0-8,2 vàng l n ñ nâu, 9,4 4 6 7 13 l n dăm s n,tr ng thái d o c ng 4 3,9 UD6 11 5 6 6 12 10,5- 12,8 12, 10,7 9 4 12, 2 3 2 5 UD7 Sét màu nâu, xám 5 12,9- 5 3 vàng,ñ m ñ ,l n ít 13,1 dăm s n, tr ng UD8 9,89 15, thái d o m m 2 2 3 5 14,8-15 4 14 ðá vôi phong hoá màu nâu vàng l n C1 xám tr ng, n t n 9a 8,9 16,8-17 r t m nh (vôi- sét) 0,99 24, 3 ðá vôi xám xanh, 9b xám tr ng n t n ít C2 2,21 27, 27-27,5 5 Ghi chú UD- M u ñ t nguyên L khoan k t thúc t i ñ sâu 27,5m d ng B nv s 2 D- M u ñ t không nguyên d ng C- M u ñá Hình 3.3. Hình tr l khoan. 210.C¬ häc ®¸
Tuỳ theo vi c b trí các ñi n c c theo sơ ñ Wenner (kho ng cách gi a các ñi n c c b ng nhau) hay sơ ñ Schlumberger (các ñi n c c b trí ñ i x ng) mà ñi n tr su t bi u ki n s ñư c xác ñ nh b ng các công th c tương ng: U V i sơ ñ Wenner ρ = 2πa (3.2) I πU L2 − l 2 V i sơ ñ Schlumberger ρ = . (3.3) I 2l m i sơ ñ b trí, chi u sâu ño ñi n a) tr su t cũng khác nhau. Có th coi g n ñúng I chi u sâu ño trong sơ ñ Wenner là g n b ng U a, còn trong sơ ñ Schlumberger là g n b ng L/2. Do v y thay ñ i kho ng cách gi a các C1 P1 P2 C2 ñi n c c trên m t ñ t, ngư i ta s tính ñư c ñi n tr su t t i các chi u sâu khác nhau, t r4 r1 r2 ñó có th xác ñ nh ñư c ranh gi i gi a các r3 l p ñá theo s g y khúc c a bi u ñ quan h b) gi a ñi n tr su t bi u ki n và kho ng cách I gi a các ñi n c c. U I Ngư i ta cũng ti n hành ño ñi n tr su t c a ñ t ñá d c theo chi u sâu c a các l C1 P1 P2 C2 khoan, qua ñó có th xác ñ nh ñư c các l p ñá khác nhau và chi u dày tương ng c a a a a chúng. c) Tr s ñi n tr su t c a m t s lo i ñá I có th th y trong b ng 2.12. U Phương pháp ñ a ch n. C1 P1 P2 C2 Cơ s c a phương pháp ñ a ch n là sóng ñàn h i lan truy n v i các v n t c khác 2l Hình3.4. L nhau trong các môi trư ng khác nhau. L Phương pháp ño ñi n Các sóng ñàn h i ñư c t o ra b ng a- B trí chung cách ñ p m nh búa t vào ñá hay cho n m t b- Sơ ñ Wenner lư ng thu c n nh trên ñá.Các thi t b thu c- Sơ ñ Schlumberger ñư c b trí l i nh ng kho ng cách khác nhau so v i ngu n sóng ñ xác ñ nh th i gian truy n sóng. B ng cách tính t c ñ truy n sóng theo sóng d c hay sóng khúc x mà ngư i ta có th xác ñ nh ñư c chi u dày c a các l p ñá khác nhau, phán ñoán ñư c các lo i ñá theo t c ñ truy n sóng c a chúng. Các ñá no nư c và ít n t n thư ng có t c ñ truy n sóng cao (≥6km/s), còn v i các ñá có nhi u l r ng không no nư c, ñá v v n, b phong hoá sâu thì t c ñ truy n sóng th p hơn (kho ng 3km/s). Thư ng khi xác ñ nh ñ a t ng , ngư i ta ch ño t c ñ truy n sóng d c. Khi mu n ñánh giá các ñ c trưng cơ h c c a ñá, ngư i ta ph i xác ñ nh c t c ñ truy n C¬ häc ®¸.211
sóng ngang và t c ñ sóng m t. Có th dùng các công th c (1.173) ñ n (1.178) ñ ph c v cho vi c tính toán này. Tr s c a t c ñ truy n sóng d c trong m t s lo i ñá có th xem trong b ng 1.18. Raña xuyên ñ t Raña xuyên ñ t s d ng sóng ñi n t trong d i t n t 1-1000MHz ñ nghiên c u, phát hi n các ranh gi i ñ a ch t, m c nư c dư i ñ t và các v t d thư ng dư i m t ñ t. Raña ño ñư c năng lư ng ñi n t quét ph n h i t ñư ng biên c a các ñ a t ng ho c các vùng d thư ng có h ng s ñi n môi (ñ t th m) tương ph n rõ ràng. Phương pháp này nhanh chóng ñ nh v các hang h c karst, các khe n t và ñ t g y ch a nư c ho c ch a sét, các m t phong hoá hay m t ti p xúc gi a các lo i ñá. Phương pháp ñ a - v t lý l khoan. Trong l khoan, ngư i ta có th dùng kính ng m mà nguyên t c gi ng như kính vi n v ng – thư ng dùng t i ñ sâu không quá 30m, cho phép th y ñư c ki u n t n , ñ i vò nhàu,v v n c a ñá thành l khoan. Camera l khoan ñư c s d ng ñ quay ñư c các hình nh dư i l khoan, qua ñó, bi t ñư c ñ t ñá trên thành l khoan, ñ nghiêng c a l khoan và ñ t ñá ñáy l khoan. Các hình nh này có th th y ñư c tr c ti p hay ñư c chép l i trên băng hình. Karota l khoan là dùng các thi t b ñ a – v t lý ñ xác ñ nh các ñ c tính khác nhau c a ñá trên su t chi u dài c a l khoan hay t ng ño n c a l khoan. Các thông s mà karota có th ño ñư c là v n t c âm, ñi n tr su t, ñi n trư ng t nhiên trong dung d ch khoan và b c x t nhiên phát ra t ñá ho c ph n b c x c a ñá v i b c x h t nhân phát ra t ñ u ño. Karota l khoan còn có th cho bi t ñ r ng, ñ ch t, ñ bão hoà, hàm lư ng sét và các thông s khác n a. 3.2. PHÂN LO I KH I ðÁ Phân lo i kh i ñá t c là s p x p các kh i ñá thành t ng nhóm theo các d u hi u hay các ñ c tính gi ng nhau c a t ng nhóm, qua ñó có th ñánh giá ñư c tính ch t c a kh i ñá. ð u tiên, khi m i phân lo i ñá, ngư i ta ch d a vào m t vài ch tiêu ñ c l p, d xác ñ nh như ñ b n nén m t tr c c a ñá. Khi tính ch t n t n c a kh i ñá ñư c quan tâm hơn thì ngư i ta ñã phân lo i theo ch s ch t lư ng ñá RQD. Sau này, càng nghiên c u ñá và kh i ñá, ngư i ta càng th y là c n ph i dùng m t ch tiêu có tính ch t t ng h p, k ñ n nhi u y u t nh hư ng t i tính ch t c a kh i ñá như ñ b n c a m u ñá, m t ñ khe n t,ñ c ñi m c a các m t gián ño n, ñi u ki n ñ a ch t thu văn, tr ng thái ng su t c a kh i ñá … ñ phân lo i kh i ñá và vì th , m t s cách phân lo i theo ch s kh i ñá RMR, theo h Q, theo ch s n ñ nh S… ra ñ i. 3.2.1. PHÂN LO I ðÁ THEO CÁC CH TIÊU ð C L P 3.2.1.1. Theo ñ b n nén m t tr c H i cơ h c ñá qu c t (ISRM) ñã phân lo i ñá theo ñ b n nén m t tr c như trong b ng 1.9. 212.C¬ häc ®¸
Theo tiêu chu n và quy ph m xây d ng c a Liên Xô cũ (SNiP 2.02.01-83) thì ñá ñư c phân lo i theo ñ b n nén m t tr c tr ng thái no nư c σnnn như trong b ng 3.2. B ng 3.2 ð b n nén khi no nư c σnnn, MPa Lo i ñá > 120 R tb n Bn 120–50 B nv a 50–15 Ít b n 15–5 ð b n kém 5–3 ð b n th p 3–1 ð b n r t th p
Ch s RMR ñư c s d ng r ng rãi trong vi c ñánh giá kh i ñá n n công trình, b d c ñá cũng như kh i ñá quanh tuynel. Cách tính ñi m c a các ñi m s ñư c nêu trong b ng 3.3. B ng 3.3 Kho ng cách ð c ñi m σn (MPa) RQD(%) RRQD Rdj Rcj RβS gián ño n gián ño n > 250 > 3,0m 15 90–100 20 30 A 25 100–250 12 75–90 17 1–3m 25 B 20 50–100 7 50–75 13 0,3–1m 20 C 12 25–50 4 25–50 8 0,05–0,3m 10 D 6 < 25 < 0,05m 5–25 2 3 5 E 0 1–5 1 125 > 0,5 0 –12 –25 –60 dòng thu n l i Ghi chú: A- r t nhám, không liên t c, khép kín, tươi, không phong hoá; B- hơi nhám, ñ m < 1mm, phong hoá nh ; C- hơi nhám, ñ m > 1mm, phong hoá nh ; D- ph ng nh n, có l p nhét, ñ m < 5mm ho c liên t c t 1-5mm; E- ch t l p nhét m m y u, ñ m > 5mm; qn- lư ng nư c ch y vào 10m ñư ng h m tính b ng lít/phút; u- áp l c nư c khe n t; σ1- ng su t chính l n nh t. Theo tr s c a RMR, ñá kh i ñư c phân chia thành 5 c p, nêu b ng 3.4. B ng 3.4 Th i gian n ñ nh không Kho ng không ði m s C p ñá ð c ñi m ch ng ch ng RMR 214.C¬ häc ®¸
I R tt t ñ n 20 năm 15m 81–100 II Tt 1 năm 10m 61–80 III T. bình 7 năm 5m 41–60 IV Xu 10 gi 2,5m 21–40 V R tx u 1/ 2 gi 1m < 21 Tuỳ thu c vào ñi m s RMR, th i gian n ñ nh c a kh i ñá không c n ch ng thay ñ i t 0,5 gi ñ n 20 năm. Phân lo i theo ch s RMR cũng ñư c g i là phân lo i ñ a cơ h c, nó ñư c s d ng r ng rãi trong xây d ng công trình ng m, m và n n móng công trình. V i ñá làm n n, Cording và nh ng ngư i khác (1971) ñã nêu công th c liên h: EM = 2RMR–100 (3.5) trong ñó: EM là môdun bi n d ng c a ñá xác ñ nh t i hi n trư ng, tính b ng GPa v i RMR > 50. Theo J. Serafim và J. Pereira (1983), trong trư ng h p RMR < 50, có th dùng công th c: RMR − 10 E M = 10 (3.6) 40 Cư ng ñ l c liên k t và góc ma sát trong c a ñá có th tính theo giá tr c a RMR qua các c p ñá (b ng 3.5). B ng 3.5 C p ñá I II III IV V Cư ng ñ l c liên k t, > 400 < 100 300–400 200–300 100–200 kPa Góc ma sát trong c a < 45 < 15 35–45 25–35 15–25 kh i ñá,ñ 3.2.2.2. Phương pháp phân lo i kh i ñá theo h th ng Q (Q system) Năm 1974, N.Barton, R.Lien và J. Lunde thu c Vi n ð a k thu t Na Uy ñã ñ xu t cách phân lo i ñá trong h m thông qua h th ng Q, là t ng h p c a nhi u y u t và ñư c xác ñ nh theo công th c: RQD J r J w Q= (3-7) J n J a SRF trong ñó: RQD là ch s ch t lư ng ñá, giá tr c a nó l y t 10-100 theo các s chia h t cho 5; C¬ häc ®¸.215
Jn là h s k ñ n s lư ng các khe n t, giá tr c a nó l y t 0,5-20, theo b ng (3-5); Jr là h s k ñ n ñ nhám c a khe n t, giá tr c a nó l y t 0,5-4, theo b ng (3-7); Ja là h s k ñ n s bi n ñ i c a khe n t, giá tr c a nó l y t 0,75-20, theo b ng (3-8); Jw là h s k ñ n nh hư ng c a nư c, giá tr c a nó l y t 0,05-1, theo b ng (3-9); SRF là y u t gi m ng su t (Stress Reduction Factor) c a ñá, giá tr c a nó l y t 0,5 – 400, theo b ng (3-10). B ng 3-6 S lư ng khe n t Jn (1) (2) Kh i ñá không ho c ít n t n 0,5 – 1 Kh i ñá có 1 h khe n t 2 Kh i ñá có 1 h khe n t và vài khe n t ng u nhiên 3 Kh i ñá có 2 h khe n t 4 Kh i ñá có 2 h khe n t và vài khe n t ng u nhiên 6 (2) (1) Kh i ñá có 3 h khe n t 9 Kh i ñá có 3 h khe n t và vài khe n t ng u nhiên 12 Kh i ñá có ≥ 4 khe n t, có các khe n t ng u nhiên l n, có 15 d ng kh i nh . 20 Kh i ñá n t n nhi u, g n như ñ t Chú ý: T i ch ñư ng h m giao nhau, Jn tăng lên 3 l n. T i c a h m tăng Jn lên 2 ln B ng 3-7 ð nhám c a khe n t Jr Thành khe n t ti p xúc nhau ho c thành khe n t cách nhau
khe n t nhám, không ñ u, ph ng 1,5 khe n t nh n, ph ng 01,0 khe n t trơn, ph ng 0.5 Thành khe n t không ti p xúc nhau: khi các ch t l p ñ y ñ d y ñ ngăn c n thành khe n t ti p xúc 1,0 nhau. Chú ý: Khi kho ng cách gi a các khe n t l n hơn 3m thì giá tr Jr ph i c ng thêm 1. B ng 3-8 Góc ma sát S bi n ñ i c a khe n t Ja trong, ñ (1) (2) (3) Thành khe n t ti p xúc nhau: ñá c ng, không có ch t l p ñ y m m 0,75 thành khe n t không b bi n ñ i 25 – 35 1,0 thành khe n t bi n ñ i nh 25 – 30 2,0 có sét b i, sét cát ph bên ngoài 20 – 25 3,0 (1) (2) (3) có ch t l p ñ y m m (sét, kaolinit…) 8 – 16 4,0 Thành khe n t cách nhau < 10cm có cát, sét 25 – 30 4,0 có l p sét c ng, quá c k t 16 – 24 6,0 có l p sét quá c k t c ng v a ho c th p 12 – 16 8,0 có l p sét n m nh (montmorilonit), giá tr c a Ja ph thu c vào t l % c a các h t sét n . 6 – 12 8 –12 Thành khe n t không ti p xúc nhau: có l p, vùng n t n m nh 6 – 24 6; 8; ho c 8–12 có l p, vùng sét b i hay sét cát 5,0 có l p sét dày 6 – 24 10;13 ho c 13–20 B ng 3-9 Áp l c nư c Nư c khe n t Jw C¬ häc ®¸.217
(kG/cm2) ðá khô, dòng nư c nh < 5l/ph 10 gi m d n theo th i gian. 0,2 – 0,1 Dòng nư c có lưu lư ng và áp l c r t l n và không gi m d n theo th i gian >10 0,1 – 0,05 B ng 3 – 10 Y u t gi m ng su t SRF (1) (2) ðào h m c t ngang qua vùng ñ t y u: nhi u vùng ñá y u g m ñá sét hay ñá b phân hu hoá h c, ñá bao quanh r t m m (ñ sâu b t kỳ) 10 (1) (2) vùng ñá y u ñ c l p g m ñá sét hay ñá b phân hu hoá h c (chi u sâu ñào ≤ 50m) 5 vùng ñá y u ñ c l p g m ñá sét hay ñá phân hu hoá h c (chi u sâu ñào > 50m) 2,5 nhi u vùng b phân c t trong ñá có kh năng ch u l c, ñá bao quanh m m (ñ sâu b t kỳ) 7,5 vùng b phân c t ñ c l p trong ñá có kh năng ch u l c, (chi u sâu ñào ≤ 50m) 5,0 vùng b phân c t ñ c l p trong ñá có kh năng ch u l c (chi u sâu ñào >50m) 2,5 ñá m m, nhi u khe n t m , b phân cách m nh (ñ sâu b t kỳ) 5,0 σc/σ1 σθ /σc V nñ ng su t, kh năng ch u l c c a ñá SRF ng su t th p, g n m t ñ t, có nh ng khe n t m . > 200 < 0,01 2,5 ng su t trung bình, ñi u ki n ng su t thu n l i. 200–10 0,01–0,3 1 ng su t cao, k t c u r t ch t, thư ng thu n l i cho s n ñ nh. 10–5 0,3–0,4 0,5–0,2 Kh i ñá b ñ v sau > 1h 5–3 0,5–0,65 5–10 218.C¬ häc ®¸
Kh i ñá b ñ v sau vài phút 3–2 0,65–1 50–200 Kh i ñá b v m nh, bi n d ng ñ ng l c t c th i trong kh i ñá. 1 200–400 Ghi chú: V i ñá c ng, d hư ng, trư ng ng su t ban ñ u: khi 5 ≤ σ1/σ3 ≤ 10 thì σc gi m xu ng t i 0, 75σc, khi (σ1/σ3) > 10 thì σc gi m xu ng còn 0,5σc. σc là ñ b n nén n hông; trong ñó: σ1 và σ3 là ng su t chính l n nh t và nh nh t; σθ là ng su t ti p l n nh t (ñánh giá theo lý thuy t ñàn h i). Trong trư ng h p chi u sâu ñ t h m nh hơn chi u r ng c a vì ch ng, nên tăng giá tr c a SRF t 2,5 – 5. ðá b nén: s ch y d o làm ñá không có kh năng ch u σθ/σc SRF l c dư i tác ñ ng c a áp l c ñá cao Áp l c ñá trung bình 1–5 5 – 10 Áp l c ñá cao >5 10 – 20 Ghi chú: Q , ñ b n nén c a kh i Trong trư ng h p v i ñá b nén chi u sâu H > 350 3 ñá có th tích theo công th c c a Singh (1993): σ = 0,7 γ 3 Q , (MPa). v i γ là tr ng lư ng th tích c a ñá, tính b ng kN/m3. ðá n : tác ñ ng n c a ñá ph thu c vào s có m t c a nư c SRF Áp l c ñá trung bình 5 – 10 Áp l c ñá cao 10 – 15 Q ñư c tính ñi m t 0,001 – 1000. Theo các giá tr Q, ñá ñư c chia làm 9 c p như trong b ng 3–11. B ng 3-11 C p lo i ñá Q ð c bi t x u 0,001 – 0,01 C c kỳ x u 0,01 – 0,1 R tx u 0,1 – 1,0 C¬ häc ®¸.219
Xu 1–4 Trung bình 4 – 10 Tt 10 – 40 R tt t 40 – 100 C c kỳ t t 100 – 400 ð c bi t t t 400 – 1000 Phương pháp h th ng Q ñư c s d ng r ng rãi nhi u nư c trên th gi i ñ ñánh giá s n ñ nh c a công trình ng m và ñ ra các bi n pháp ch ng ñ thích h p. G n ñây N.Barton và E.Grimstad (1993) ñã l p ra bi u ñ ñ xác ñ nh s liên h gi a các tr s c a Q và các bi n pháp ñ gia c công trình ng m. Ngoài ra, N.Barton cũng còn tìm th y s liên h gi a m t vài ñ c trưng c a kh i ñá v i giá tr c a Q như: vp = lg Q + 3,5, (km/s) (3-8) E M ~ 10 3 Q , (GPa) (3-9) ( ) 1 v p − 3, 5 E M ~ 10 x10 , (GPa) (3-10) 3 trong ñó: vp là t c ñ truy n sóng d c trong ñá; EM là môñun bi n d ng c a kh i ñá. ð ng th i Barton cũng ñ ngh dùng h th ng Q c i bi n (Qc) ñ ñánh giá ñ b n c a kh i ñá theo công th c: σn Q c = Q. (3-11) 100 trong ñó: σn là ñ b n nén m t tr c c a ñá. Gi a các giá tr c a Q và cách phân lo i khác cũng có nh ng liên h th c nghi m. Theo Z.T.Bieniawki (1976), thì: RMR = 9lnQ + 44 (3-12) Theo Rutlegde (1978), thì: RMR = 13,5 lgQ + 43 (3-13) RSR = 0,77RMR + 12,4 (3-14) RSR = 13,3lgQ + 46,4 (3-15) 3.2.2.3. Phương pháp phân lo i kh i ñá b ng ch s n ñ nh S Năm 1975, N.X Bulưchev thu c vi n ð a Cơ h c Nga (VNIMI) ñã ñưa ra cách ñánh giá ch t lư ng c a kh i ñá xung quanh công trình ng m b ng ch s n ñ nh S, ñư c tính theo công th c: 220.C¬ häc ®¸
K M K R .K W S = f. . (3-16) K N K t .K A .K α trong ñó: f là h s b n ch c c a ñá theo cách tính và phân lo i c a M.M Protd’jakonov (công th c 1-186 và b ng 1-21). KM là h s tính ñ n nh hư ng c a m c ñ phá hu kh i ñá do n t n . H s này ñư c xác ñ nh theo giá tr c a mô ñun nét n tương ñ i n, ñư c tính theo công th c: 2R n= (3-17) l v i R là bán kính c a công trình ng m; l là kho ng cách trung bình gi a các khe n t. H s KM có th tìm th y trong b ng 3-12: B ng 3-12 ≥ 60 60 – 25 25 – 12 12 – 6 n