Giáo trình Địa chất công trình và địa chất thủy văn (Ngành: Công nghệ kỹ thuật tài nguyên nước - Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Xây dựng số 1

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:42

Thêm vào BST

Báo xấu

4
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình "Địa chất công trình và địa chất thủy văn (Ngành: Công nghệ kỹ thuật tài nguyên nước - Cao đẳng)" được biên soạn với mục tiêu nhằm giúp sinh viên nắm được các kiến thức về: Nghiên cứu đất, đá, nước để phục vụ cho công tác xây dựng: làm nền công trình, vật liệu xây dựng, môi trường xây dựng; nghiên cứu các tính chất của đất, đá, nước để lựa chọn giải pháp nền móng, cải tạo đất, lựa chọn biện pháp thi công thích hợp. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Địa chất công trình và địa chất thủy văn (Ngành: Công nghệ kỹ thuật tài nguyên nước - Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Xây dựng số 1

BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG XÂY DỰNG SỐ 1 ------ 000 ------ GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH & ĐỊA CHẤT THỦY VĂN NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số: 389/QĐ- CĐXD1 ngày 30 tháng 9 năm 2021 của Hiệu trưởng trường CĐXD số 1) Hà Nội, năm 2021
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 1
LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH & ĐỊA CHẤT THỦY VĂN là giáo trình nội bộ được biên soạn nhằm phục vụ cho giảng dạy và học tập cho hệ Cao đẳng ở trường Cao đẳng Xây dựng số 1, thuộc ngành Công nghệ kỹ thuật Tài nguyên nước. ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH & ĐỊA CHẤT THỦY VĂN là môn học chuyên ngành nhằm cung cấp các kiến thức địa chất công trình và địa chất thủy văn để phục vụ cho mục đích xây dựng, cấp thoát nước và bảo vệ môi trường. Giáo trình ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH & ĐỊA CHẤT THỦY VĂN do các thầy cô Trần Xuân Dương (Chủ biên), Vũ Thị Hiền, Nguyễn Giang Nam, Vũ Minh Hạnh đã và đang giảng dạy trực tiếp trong bộ môn Trắc địa cùng tham gia biên soạn. Giáo trình này được viết theo đề cương môn học Địa chất công trình & Địa chất thủy văn, tuân thủ theo các quy tắc thống nhất của Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN). Ngoài ra giáo trình còn bổ sung thêm một số kiến thức mà trong các giáo trình trước chưa đề cập tới. Nội dung gồm 4 phần sau: Phần 1. Đất đá xây dựng Phần 2: Nước dưới đất Phần 3: Địa chất động lực công trình Phần 4: Khảo sát địa chất công trình Trong quá trình biên soạn, nhóm giảng viên Bộ môn Trắc địa của Trường Cao đẳng Xây dựng Số 1 - Bộ Xây dựng, đã được sự động viên quan tâm và góp ý của các đồng chí lãnh đạo, các đồng nghiệp trong và ngoài trường. Mặc dù có nhiều cố gắng, nhưng trong quá trình biên soạn, biên tập và in ấn khó tránh khỏi những thiếu sót. Chúng tôi xin được lượng thứ và tiếp thu những ý kiến đóng góp. Trân trọng cảm ơn! 2
MỤC LỤC MỤC LỤC ....................................................................................................... 3 MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 5 I, Khái niệm Địa chất công trình (ĐCCT) và đối tượng nghiên cứu .............. 5 II, Mục đích và ý nghĩa môn học .................................................................... 5 III, Nhiệm vụ môn học .................................................................................... 5 IV, Phương pháp nghiên cứu .......................................................................... 5 CHƯƠNG I: ĐẤT ĐÁ XÂY DỰNG ............................................................. 6 Bài 1: KHOÁNG VẬT.................................................................................... 6 I, Khái niệm chung .......................................................................................... 6 III, Phân loại khoáng vật ................................................................................. 6 Bài 2: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐẤT ĐÁ ................................................... 8 I, Khái niệm về đất đá ..................................................................................... 8 II, Khái niệm về cấu trúc của đất đá ............................................................... 8 III, Thế nằm của đất đá ................................................................................... 8 Bài 3: ĐÁ MAGMA........................................................................................ 9 I, Khái niệm chung .......................................................................................... 9 II, Phân loại đá magma ................................................................................... 9 III, Tính chất của đá magma ........................................................................... 9 IV, Tính năng xây dựng của đá magma ........................................................ 10 Bài 4: ĐẤT ĐÁ TRẦM TÍCH ...................................................................... 11 I, Khái niệm chung ........................................................................................ 11 II, Phân loại đất đá trầm tích ......................................................................... 11 III, Tính chất của đất đá trầm tích ................................................................. 12 IV, Tính năng xây dựng ................................................................................ 12 Bài 5: ĐÁ BIẾN CHẤT ................................................................................ 14 I, Khái niệm chung ........................................................................................ 14 II, Phân loại đá biến chất ............................................................................... 14 III, Tính chất của đá biến chất....................................................................... 14 IV, Tính năng xây dựng ................................................................................ 15 Bài 6: TÍNH CHẤT CỦA ĐẤT ĐÁ ............................................................. 16 I, Tính chất vật lý của đất đá ......................................................................... 16 3
II, Tính chất đối với nước – thủy tính ........................................................... 17 III, Tính nén lún của đất ................................................................................ 18 IV, Tính chống cắt của đất ............................................................................ 20 Bài 7: PHÂN LOẠI ĐẤT ĐÁ XÂY DỰNG ................................................ 22 I, Khái niệm đất đá xây dựng ........................................................................ 22 II, Mục đích , ý nghĩa công tác phân loại đất đá ........................................... 22 III, Phân loại .................................................................................................. 22 CHƯƠNG II: NƯỚC DƯỚI ĐẤT ............................................................... 25 Bài 1: NGUỒN GỐC, PHÂN BỐ NƯỚC DƯỚI ĐẤT................................ 25 I, Nguồn gốc nước dưới đất .......................................................................... 25 II, Phân bố nước dưới đất .............................................................................. 26 Bài 2 : ĐỘNG LỰC NƯỚC DƯỚI ĐẤT ..................................................... 28 I, Cơ sở động lực nước dưới đất ................................................................... 28 II, Bài toán Địa chất thủy văn cơ bản ........................................................... 28 CHƯƠNG III: ĐỊA CHẤT ĐỘNG LỰC CÔNG TRÌNH ............................ 31 Bài 1: CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤT NGOẠI ĐỘNG LỰC ................. 31 I. Hiện tượng phong hóa ............................................................................... 31 II, Hiện tượng trượt ....................................................................................... 33 Bài 2: CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤT LIÊN QUAN ĐẾN HOẠT ĐỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT ............................................................................. 35 I, Hiện tượng Karst........................................................................................ 35 II, Hiện tượng Xói ngầm ............................................................................... 35 III. Hiện tượng đất chảy (cát chảy) ............................................................... 36 CHƯƠNG IV: KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH ............................ 38 I, Nguyên lý công tác khảo sát địa chất công trình ...................................... 38 II, Mục đích công tác khảo sát địa chất công trình ....................................... 38 III, Nhiệm vụ công tác khảo sát địa chất công trình ..................................... 38 II. Nội dung công tác khảo sát địa chất công trình ....................................... 39 4
MỞ ĐẦU I, Khái niệm Địa chất công trình (ĐCCT) và đối tượng nghiên cứu ĐCCT là môn khoa học thuộc ngành Địa chất học nghiên cứu về đối tượng: đất, đá, nước để phục vụ cho mục đích xây dựng, cấp thoát nước và bảo vệ môi trường. II, Mục đích và ý nghĩa môn học ĐCCT nghiên cứu đất, đá, nước để phục vụ cho công tác xây dựng: làm nền công trình, vật liệu xây dựng, môi trường xây dựng. ĐCCT nghiên cứu các tính chất của đất, đá, nước để lựa chọn giải pháp nền móng, cải tạo đất, lựa chọn biện pháp thi công thích hợp III, Nhiệm vụ môn học Xác định điều kiện địa tầng và tính chất cơ lý của đất đá: loại đất, chiều dày, tính chất cơ lý mỗi tầng đất đá, điều kiện phân bố thực tế,… Xác định điều kiện nước dưới đất: loại nước, sự phân bố nước dưới đất, sự vận động của nước dưới đất,… Xác định các hiện tượng địa chất động lực công trình: hiện tượng trượt, xói ngầm, cáctơ,… Xác định nguồn vật liệu xây dựng tại chỗ: chất lượng, trữ lượng, điều kiện khai thác,… IV, Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thực địa (ĐC học): dùng các công trình thăm dò thực tế, thí nghiệm hiện trường để nghiên cứu Phương pháp lý thuyết: chủ yếu dùng công tác trong phòng để xác định các tính chất cơ lý của đất đá. Phương pháp khác: mô hình hóa, tương tự địa chất,… 5
CHƯƠNG I: ĐẤT ĐÁ XÂY DỰNG Bài 1: KHOÁNG VẬT I, Khái niệm chung Khoáng vật là các đơn chất hoặc hợp chất hóa học tự nhiên được hình thành sau các quá trình địa chất. Khoáng vật là thành phần cấu tạo nên đất đá; nếu chúng chiếm đa số trong đất đá thì được gọi là khoáng vật chính và sẽ quyết định tính chất của đất đá, còn chiếm thiểu số được gọi là khoáng vật phụ Trong thực tế có trên 2500 khoáng vật và khoảng 4000 biến thể của chúng nhưng chỉ có 50 khoáng vật chủ yếu tạo đất đá như: thạch anh, fenspat, canxit,… II, Tính chất của khoáng vật Khoáng vật được hình thành chủ yếu bởi 3 loại hình nguồn gốc: nội sinh (magma), ngoại sinh (trầm tích) và biến chất. Trong thực tế khoáng vật thường tồn tại ở cả 3 thể: rắn, lỏng, khí nhưng phổ biến hơn cả là thể rắn. Chúng có thể ở dạng kết tinh (được gọi là tinh thể khoáng vật) tạo nên hình dáng xác định như 1 phương, 2 phương, 3 phương hoặc không kết tinh (được gọi là vô định hình khoáng vật). Mỗi khoáng vật được đặc trưng bởi 1 thành phần hóa học nhất định như thạch anh: SiO 2 , canxit: CaCO 3 ,… Mỗi khoáng vật thường có tính chất cơ lý xác định như về màu sắc, độ trong suốt, ánh, độ cứng, tỷ trọng,… Nghiên cứu các tính chất của khoáng vật có thể nhận biết và sử dụng chúng hợp lý trong xây dựng. III, Phân loại khoáng vật Có nhiều cách phân loại khoáng vật, trong đó căn cứ vào thành phần hóa học có thể chia khoáng vật ra làm 10 nhóm như sau: - Nhóm khoáng vật silicat: có khoảng 800 khoáng vật như fenspat, mica, olivine, pyroxen,… là thành phần tạo đá chủ yếu - Nhóm khoáng vật cacbonat: có khoảng 80 khoáng vật như caxit, đolomit,… - Nhóm khoáng vật oxit và hydroxit: có khoảng 200 khoáng vật như thạch anh, limonit,… 6
- Nhóm khoáng vật sunfat: có khoảng 260 khoáng vật như thạch cao, anhidrit,… - Nhóm khoáng vật sunfua: có khoảng 200 khoáng vật, tiêu biểu là pyrit - Nhóm khoáng vật halogen: có khoảng 100 khoáng vật như halit - Các nhóm khoáng vật tự sinh, phốtphat, vonfram ít gặp hơn trong tự nhiên. 7
Bài 2: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐẤT ĐÁ I, Khái niệm về đất đá Đất đá là tổ hợp một lượng khoáng vật nhất định được hình thành sau các quá trình địa chất. Do đó chúng có thành phần, cấu trúc và tính chất cơ lý hóa xác định. Đa số đất đá tập hợp từ nhiều loại khoáng vật (đất đá đa khoáng), số ít tập hợp từ một loại khoáng vật (đất đá đơn khoáng). Đá là thể địa chất mà các thành phần liên kết với nhau bởi mối liên kết bền vững: liên kết xi măng, liên kết hóa học. VD đá vôi có liên kết hóa học, cát kết có liên kết xi măng,… Đất là thể địa chất mà các thành phần liên kết với nhau bởi mối liên kết yếu: liên kết vật lý, liên kết keo nước. VD đất cát có liên kết vật lý, đất sét có liên kết keo nước,… II, Khái niệm về cấu trúc của đất đá 1, Kiến trúc của đất đá Kiến trúc của đất đá là tập hợp các yếu tố về hình dáng, kích thước và mức độ kết tinh của các khoáng vật, VD kiến trúc toàn tinh, poocfia, vi tinh,… 2, Cấu tạo của đất đá Cấu tạo của đất đá là tập hợp các yếu tố về sự sắp xếp của các khoáng vật, đó chính là phân bố không gian và sắp xếp qua lại giữa chúng, VD: cấu tạo khối, cấu tạo phân lớp,… Tổng hợp các yếu tố về kiến trúc và cấu tạo được gọi là cấu trúc của đất đá III, Thế nằm của đất đá Thế nằm của đất đá là sự phân bố trong không gian thực tế của một lớp đất đá. Thế nằm là các yếu tố bên ngoài cho ta biết về hình dáng, kích thước, mức độ đồng nhất của mỗi lớp đất đá và quan hệ giữa các lớp đất đá khác nhau với nhau. Khi nghiên cứu điều kiện ĐCCT cần thiết phải xác định vị trí không gian của mỗi lớp đất đá: mặt lớp, đường phương, góc nghiêng, hướng cắm,… - Mặt lớp: mặt chứa lớp đất đá, thường giúp xác định ranh giới giữa các lớp đất đá - Đường phương: biểu thị phương phát triển của lớp đất đá, là đường hợp bởi mặt lớp và mặt ngang - Góc nghiêng: góc hợp bởi mặt lớp và mặt ngang 8
Bài 3: ĐÁ MAGMA I, Khái niệm chung Trái Đất được biết đến với hình dáng là một quả hình cầu (còn có thể quan niệm là hình elip coid) với kết cấu gồm ba phần riêng biệt: vỏ, lớp malti và nhân. Trong đó vỏ Trái Đất là lớp đất đá ở trạng thái rắn, bên dưới vỏ là lớp malti ở trạng thái nóng chảy với thành phần chủ yếu là silicat có chứa các loại khí (chất bốc) được gọi là dung nham magma, dưới cùng là nhân Trái Đất tồn tại ở trạng thái ”flasma”. Trong điều kiện thuận lợi dung nham magma có thể di chuyển từ dưới lên theo các ”đường dẫn”. Đá magma được hình thành do quá trình nguội lạnh và đông cứng của dung nham magma được đưa lên từ phần sâu của vỏ Trái Đất. II, Phân loại đá magma 1, Phân loại theo điều kiện hình thành - Đá magma phun trào: được hình thành trên vỏ Trái Đất trong điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường, thời gian nguội lanh nhanh nên thường tạo ra đá có độ rỗng cao hơn, kết tinh chưa đầy đủ. - Đá magma xâm nhập: được hình thành trong vỏ Trái Đất dưới điều kiện hóa lý tốt như: áp suất lớn, nhiệt độ cao, thời gian nguội lạnh kéo dài nên thường tạo ra các loại đá dạng khối, kết tinh đầy đủ; ví dụ như đá granit, gabro... Tùy theo độ sâu hình thành mà có thể được chia làm 2 nhóm nhỏ hơn: magma xâm nhập nông (0 - 3 km) và magma xâm nhập sâu (>3km) 2, Phân loại theo thành phần SiO 2 - Đá magma axit, lượng SiO 2 >65% như đá granit, liprazit... - Đá magma trung tính, lượng SiO 2 là 52 – 65% như đá senit, andezit... - Đá magma bazơ, lượng SiO 2 là 40 – 52% như đá gabro, bazan... - Đá magma siêu bazơ, lượng SiO 2
2, Cấu tạo - Cấu tạo khối: đồng nhất về thành phần tạo ra sự đẳng hướng về các tính chất vật lý, cơ học của đá. - Cấu tạo lỗ hổng, dòng chảy: không đồng nhất về thành phần, độ rỗng cao tạo ra tính dị hướng về các tính chất vật lý, cơ học của đá. IV, Tính năng xây dựng của đá magma Ở Việt Nam đá magma có thể gặp ở sông Chảy ( Hà Giang), Sơn Dương ( Tuyên Quang), Tĩnh Túc (Cao Bằng), Nậm Rốm (Điện Biên), sông Đà (Hòa Bình), Tam Đảo (Vĩnh Phúc), Thanh Hóa, Nghệ An, Kỳ Anh (Hà Tĩnh), Đà Nẵng, Quy Nhơn (Bình Định), Tây Nguyên,... Đa phần đá magma là loại có cường độ cao, bền vững về mặt hóa học, một số loại đá có màu sắc đẹp đa dạng (granit, dunit...) nhưng lại ít xuất lộ nên chúng thường được khai thác sử dụng làm đá ốp lát, trang trí có giá trị kinh tế cao. Ngoài ra chúng còn được khai thác làm đá cốt liệu và nền rất tốt cho các công trình xây dựng cũng như công trình ngầm. Trong điều kiện thực tế đá magma có thể bị nứt nẻ, phong hóa làm giảm độ bền của đá cho nên khi chọn đá magma làm nền hay vật liệu xây dựng cần có đầy đủ tài liệu về thành phần, kiến trúc, cấu tạo, thế nằm cũng như trạng thái của chúng trong điều kiện tự nhiên. 10
Bài 4: ĐẤT ĐÁ TRẦM TÍCH I, Khái niệm chung Đá trầm tích được hình thành từ quá trình gồm 4 giai đoạn sau: phá hủy, vận chuyển, tích tụ và gắn kết của các vật liệu trầm tích xảy ra trên bề mặt của vỏ Trái Đất. Giai đoạn phá hủy đá gốc chủ yếu do hiện tượng phong hóa tạo nên các vật liệu liên kết yếu. Các vật liệu này bị thay đổi kích thước hoặc cả thành phần so với đá gốc ban đầu. Giai đoạn vận chuyển chủ yếu do nước hoặc gió; những hạt lớn đi quãng đường gần, các hạt mịn đi quãng đường xa hơn. Trong quá trình di chuyển có thể xảy ra sự biến đổi về tính chất của vật liệu: các hạt được mài tròn hơn, nhỏ dần đi, bị biến đổi thành phần hóa học và bị lắng đọng 1 phần trên đường di chuyển. Giai đoạn lắng đọng vật liệu thường xảy ra tại điều kiện địa hình trũng như đại dương, biển, cửa sông, thung lũng hoặc tại nơi có điều kiện địa hình thoải, bằng phẳng như đồng bằng. Giai đoạn gắn kết để tạo thành đá: các vật liệu trầm tích trải qua quá trình bị nén ép, gắn kết bằng xi măng hoặc vật chất được lắng đọng từ dung dịch keo, dung dịch thật tạo nên các liên kết bền vững. Sau khi thành đá chúng còn có thể tiếp tục bị biến đổi. Quá trình hình thành đất không có giai đoạn gắn kết tạo liên kết bền vững mà chỉ gồm 3 giai đoạn: phá hủy, vận chuyển, lắng đọng vật liệu trầm tích. Trong các giai đoạn hình thành đất đá trầm tích có thể không trải qua giai đoạn vận chuyển vật liệu. II, Phân loại đất đá trầm tích 1, Phân loại theo điều kiện hình thành a, Theo điều kiện hình thành đá trầm tích được chia làm các loại sau: - Đá trầm tích cơ học: được hình thành từ quá trình tái gắn kết các vật liệu rời rạc do phong hóa vật lý đá gốc bởi cơ chế gắn kết chủ yếu là xi măng. VD: cát kết, đá vôi,... - Đá trầm tích hóa học: được hình thành từ quá trình lắng đọng, gắn kết vật chất từ dung dịch keo, dung dịch thật hoặc từ các phản ứng hóa học. Đa phần loại đá này được hình thành trong điều kiện ngập nước như vũng vịnh, biển, đại 11
dương và cả trên lục địa. Thành phần của loại đá trầm tích này chủ yếu là cacbonat, sunphat, clorua,...VD: đá vôi, thạch cao,... - Đá trầm tích sinh học (hữu cơ): được hình thành do quá trình tích tụ và biến đổi các tàn tích của động thực vật. VD: than đá, đá vôi,... - Đá trầm tích hỗn hợp: loại này được hình thành từ sự kết hợp của nhiều quá trình phức tạp: cơ học, hóa học, sinh học. VD: đá macnơ, đá vôi,... b, Theo điều kiện hình thành đất được chia làm các loại sau: - Đất tàn tích, tại tích (eluvi): được hình thành từ quá trình gồm 2 giai đoạn: phá hủy đá gốc và lắng đọng tại chỗ của vật liệu trầm tích. - Đất bồi tích, trầm tích (deluvi): được hình thành từ quá trình gồm 3 giai đoạn: phá hủy, vận chuyển và lắng đọng của vật liệu trầm tích. Sự khác biệt chủ yếu giữa đất aluvi và eluvi là đất aluvi các vật liệu có độ mài tròn tốt hơn. - Ngoài ra còn có một số loại khác như: sườn tích, lũ tích, phong tích,... 2, Phân loại theo thành phần hạt (kích thước cốt liệu): TCVN 5747 III, Tính chất của đất đá trầm tích Do đất đá trầm tích được hình thành trên bề mặt vỏ Trái Đất nên chúng thường có hàm lượng hữu cơ nhất định, đặc biệt là nhóm trầm tích sinh hóa. Độ rỗng xốp cũng rất đặc trưng trừ một số loại trầm tích hóa học. Thành phần của đất đá trầm tích cũng đa dạng và phức tạp hơn, gồm cả các khoáng vật tha sinh (từ đá có trước) và khoáng vật tự sinh (hình thành trong quá trình trầm tích). Đất đá trầm tích thường có dạng phân lớp do các lớp này được hình thành trong các chu kỳ trầm tích khác nhau, độ dày mỗi lớp có thể nhỏ hoặc lớn. Ban đầu các lớp thường nằm ngang nhưng do vận động kiến tạo của vỏ Trái Đất có thể tạo nên các dạng uốn nếp, vò nhàu,đứt gãy...tạo nên các thế nằm đa dạng. Các đặc điểm trên làm cho tính chất của đá trầm tích phức tạp. IV, Tính năng xây dựng Đất đá trầm tích được hình thành ngay trên bề mặt vỏ Trái Đất nên trong xây dựng tại Việt Nam được sử dụng rất phổ biến. Tất cả các tỉnh thành của nước ta đều có và đều sử dụng đất đá trầm tích vào công tác xây dựng. Đa phần đất đá trầm tích được sử dụng làm nền công trình, từ nền tự nhiên đến vật liệu san nền, VD như các loại cát, sét, đá vôi,... 12
Đất đá trầm tích cũng được sử dụng rất phổ biến làm vật liệu xây dựng như: cát, đá làm cốt liệu; đá vôi, đất sét làm nguyên liệu sản xuất xi măng, gạch ngói hoặc sử dụng làm vật liệu ốp lát như đá vôi, sét bột kết,..Trữ lượng và điều kiện khai thác thường thuận lợi nên giá thành rẻ Công trình ngầm tại Việt Nam cũng chủ yếu phân bố trong đất đá trầm tích, chủ yếu là cống, tầng hầm, đường hầm,... Trong điều kiện thực tế đất đá trầm tích thường có tính chất phức tạp, mức độ biến đổi cao, hay bị phong hóa nứt nẻ nên khi sử dụng cần phải nghiên cứu đầy đủ các tính chất kỹ thuật để chọn lựa, cải tạo hợp lý phù hợp với mục đích sử dụng. 13
Bài 5: ĐÁ BIẾN CHẤT I, Khái niệm chung Trong điều kiện tự nhiên các loại đá có trước: magma, trầm tích, biến chất nếu gặp điều kiện nhiệt độ cao, áp suất lớn hoặc các hoạt chất hóa học có thể gây biến đổi về thành phần, cấu trúc dẫn đến tính chất bị thay đổi so với đá ban đầu. Quá trình biến đổi đá tạo loại đá mới mà không phá hủy liên kết bền vững trong đá được gọi là quá trình biến chất. Đá có thể bị biến đổi một phần hoặc biến đổi hoàn toàn. Như vậy, đá biến chất được hình thành từ quá trình biến đổi các loại đá có trước bởi các tác nhân biến chất là nhiệt độ, áp suất và dung dịch biến chất. II, Phân loại đá biến chất Căn cứ vào tác nhân gây biến chất đá biến chất có thể được phân làm các loại sau: - Đá biến chất tiếp xúc: được hình thành ở ranh giới tiếp xúc khi khối xâm nhập nóng chảy xuyên cắt vào các tầng đá có trước, thường là trầm tích có trước. Ở ranh giới tiếp xúc này xuất hiện một đới đá biến đổi, càng gần ranh giới này mức độ biến đổi càng mạnh. Tác nhân gây biến chất ở đây chủ yếu là do nhiệt độ cao của khối magma xâm nhập. VD đá hoa, đá sừng, quăczit,.... - Đá biến chất động lực: được hình thành khi các loại đá có trước chịu tác dụng của áp suất lớn từ các vận động kiến tạo. Tác nhân gây biến chất chủ yếu ở đây là áp suất lớn. Kết quả là các khoáng vật tạo đá được định hướng lại trong môi trường áp suất mới hoặc bị cà nát tại ranh giới phá hủy kiến tạo rồi tái gắn kết tạo đá mới. VD đá phiến, đá dăm kết kiến tạo,... - Đá biến chất khu vực: được hình thành do sự kết hợp tác dụng của các yếu tố: nhiệt độ, áp suất, hoạt chất hóa học trên một vùng rộng lớn đối với các loại đá dưới sâu. VD đá phiến cháy, đá gơnai,... III, Tính chất của đá biến chất 1, Kiến trúc của đá biến chất - Kiến trúc toàn tinh: các hạt đều kết tinh, ranh giới các hạt rõ ràng, thường gặp trong đá biến chất tiếp xúc VD: đá hoa cương. - Kiến trúc dạng vảy, dạng sợi: khoáng vật kết tinh theo 1 phương, 2 phương, thường gặp trong đá biến chất động lực. VD: đá phiến 2, Cấu tạo của đá biến chất Đa phần đá biến chất có cấu tạo gần với đá có trước bị biến đổi. 14
- Cấu tạo khối. VD: đá hoa cương - Cấu tạo dạng phân phiến, dạng dải. VD: đá phiến mica IV, Tính năng xây dựng Ở Việt Nam đá biến chất có thể gặp ở khu vực Quy Nhơn (Bình Định), Thanh Hóa, Nghệ An, Lào Cai,... Một số loại đá biến chất có cường độ cao, màu sắc đẹp như đá hoa cương , đá phiến,...nhưng hiếm gặp nên được sử dụng làm đá ốp lát trang trí có giá trị kinh tế cao. Ngoài ra một số loại có cường độ cao, bền vững về mặt hóa học được sử dụng làm vật liệu chịu nhiệt chịu lực hoặc đá cốt liệu, nền công trình đều rất tốt. Trong điều kiện thực tế đá biến chất có thể bị phong hóa nứt nẻ hoặc có tính dị hướng VD đá phiến sét làm tính chất xây dựng phức tạp hơn. Do đó khi chọn đá biến chất làm nền hay vật liệu xây dựng cần có đầy đủ tài liệu về thành phần, kiến trúc, cấu tạo, thế nằm cũng như trạng thái của chúng trong điều kiện tự nhiên. 15
Bài 6: TÍNH CHẤT CỦA ĐẤT ĐÁ Tính chất của đất đá là cấc tính chất của chúng trong điều kiện tự nhiên hoặc các công trình. Đây là các tính chất không thể thiếu khi xác định điều kiện ĐCCT nhằm đưa ra giải pháp chọn lựa, cải tạo, thiết kế nền móng cho phù hợp. Các tính chất này thường được xác định thông qua công tác ngoài hiện trường hoặc trong phòng thí nghiệm, ở đây được xác định chủ yếu bằng công tác trong phòng đối với một mẫu đất đại diện. Đất đá là hệ phân tán gồm 3 pha: rắn, lỏng, khí cho nên có thể nói các chỉ tiêu này phản ánh tỷ lệ định lượng của từng pha và giữa các pha với nhau. I, Tính chất vật lý của đất đá 1, Khối lượng đơn vị thể tích – dung trọng ( g/cm3, t/m3) a, Dung trọng tự nhiên m  V Khi đất có dung trọng tự nhiên lớn thì sử dụng làm nền công trình thường tốt hơn b, Dung trọng khô mh k = V Dung trọng khô là một chỉ tiêu quan trọng trong công tác đánh giá kết quả xử lý nền bằng phương pháp đầm đất. c, Dung trọng hạt mh h  Vh Dung trọng hạt là chỉ tiêu thuộc bản chất vật lý của đất mà rất khó để thay đổi cải tạo. d, Dung trọng đẩy nổi  dn  (  1)(1  n) Đây là chỉ tiêu dùng để đánh giá khối lượng thể tích của đất khi đất nằm trong nước ngầm, phục vụ công tác xác định ứng suất do tải trọng bản thân của đất. 2, Tỉ trọng h  (  n =1) n 3, Độ rỗng 16
Vr n= .100% V 4, Hệ số rỗng Vr e= Vh Độ rỗng và hệ số rỗng giúp đánh giá mức độ rỗng xốp của đất, xác định trạng thái của đất rời. 5, Độ chặt tương đối emax  e0 D= emax  emin D
 k= I Đây là chỉ tiêu đánh giá mức độ để nước thấm qua, liên quan đến thời gian ổn định lún của đất nền, chọn lựa loại đất chống thấm... Các loại đất có hệ số thấm rất khác nhau, thông thường hạt càng to, độ rỗng càng lớn thì thấm nước càng nhanh. 4, Chỉ số dẻo Ip=A = W ch - W d Chỉ tiêu này giúp phân loại đất: đất rời và đất dính. 5, Độ sệt W 0 W d Is=B = W ch  W d Chỉ tiêu này giúp đánh giá trạng thái của đất, có ý nghĩa trong xác định tính chất của đất nền cũng như chọn đất làm vật liệu san nền 6, Hệ số trương nở co ngót V Rt = .100% V0 0
- Mô hình (hình vẽ) - Thí nghiệm được tiến hành với tải trọng tăng dài theo từng cấp, ở nên cấp tải trọng được duy trì cho đến khi kết thúc lún, kết quả thí nghiệm được biểu diễn trên 2 đồ thị. 3, Đặc điểm biến dạng của đất. - Biến dạng của đất không xảy ra tức thời mà phụ thuộc vào thời gian, thời gian dài hay ngắn phụ thuộc vào loại đất và điều kiện thoát nước. - Khi tải trọng chưa lớn độ lún tắt dần theo thời gian và dần đạt đến giá trị ổn định, nếu nén quá khả năng chịu tải thì quá trình phá hoại sẽ diễn ra (biến dạng chảy dẻo). Quá trình lún của đất theo thời gian là quá trình cố kết của đất. S = Sđh + Sdư: Biến dạng của đất gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng dư, thường biến dạng đàn hồi nhỏ hơn nhiều so với biến dạng dư. 4, Thí nghiệm nén đất trong phòng (Thí nghiệm nén một chiều không nở ngang). - Thiết bị thí nghiệm (hình vẽ). - Mẫu đất: Thường lấy bằng dao vòng có tiết diện 25  50 cm2, chiều cao 2,54  3,6 cm. - Thí nghiệm tiến hành bằng cách tăng P theo từng cấp, cấp sau gấp đôi cấp trước. Tùy từng loại đất, độ sâu lấy mái, cấp tải trọng đầu tiên với các ứng suất nên  = 12, 25, 50, 10 kN/m2 dưới mới cấp tải trọng độ lún được theo dõi cho đến khi đạt đến ổn định quy ước. hi - Kết quả thí nghiệm: ei = eo - (1  e0 ) ho - Xử lý kết quả: Vẽ được đường con nén e = f() và xác định được : + Hệ số nén a đặc trưng cho tính biến dạng của nằm đất. e1  e2 a= , cm2/kG  2  1 a + Hệ số nén thể tích mv = 1  e0 +Mô đun biến dạng: 1  e0 2  2 1  e0 E0 =  .  (1  ). , kG/cm2 a 1  a Thông thường: 19