Vai trò của nước dưới đất trong sự hình thành và phát triển các quá trình địa chất động lực công trình: Tài liệu

Tài liệu

Vai trò của nước dưới đất trong sự hình thành và phát triển các quá trình địa chất động lực công trình

NỘI DUNG:

́

ƯƠ

CH

̀ NG 1: Khai niêm chung vê n

́ ươ ươ c d

́ ́ i đât

̀ ́ ̣ ươ ̣ ươ ̉ ̣ ́ ́ ́ i cac dang khac nhau trong cac

́ ̃ ́ ́ ư ̉ ̉

Khái ni mệ ́ ̀ ́ c tôn tai d Gôm tât ca cac loai n ́ ̀ khe n t va lô hông cua đât đa.

ổ ừ ể ể ắ ỏ ồ ạ ở ạ 3 tr ng thái: r n, l ng, khí và có th chuy n đ i t tr ng ạ i

T n t thái này sang tr ng ạ thái kia.

ướ ầ ạ ộ N c ng m là m t lo i trong n ướ ướ ấ i đ t c d

(cid:0) ́ ̣ ơ ́ ở Phân bô khăp moi n i.

ườ ̀ ́ ̣ ươ (cid:0) N c ngâm la 1 loai ướ ướ ấ i đ t c d ̃ (cid:0) Co y nghia quan trong i và t ự

̣ ượ c

́ ́ ́ ́ ố ớ đ i v i con ng nhiên. ̀ ́ ́ ươ ợ ̉ ́ (cid:0) Tai nguyên tai tao đ ́ nêu quan ly tôt. ́ (cid:0) N c khoang co l ́ ư i cho s c khoe.

ạ

ướ ướ ấ

̀ ́

c d ̣ ở

ử ̣ ̣ ̣

2. Tr ng thái n ̀ ́ ̣: tôn tai ươ

i đ t dang phân t

trên bê măt khoang vât

́ (cid:0) N c hâp phu ̃ ự ̣ ́ theo l c hut tinh điên

(cid:0) N c mang mong

́ ̀ ̀ ươ ̉ ̉ ̣ ̀ : mang n ́ ́ ươ c mong trên bê măt đa

(cid:0) N c mao quan :

ặ ả ộ ủ ̉

́ươ ố ng mao qu n trong đá có l các kh

ầ phân b trong 1 ph n ho c c đ cao c a ứ ủ ỏ ở e n t c a đá, r ng nh , ề ặ ớ ứ ỗ ỗ ng. Có s c căng b m t l n. ả ố ổ ưỡ trong th nh

(cid:0) N c trong l c

́ươ ỷ ộ ự ặ ̣ ̉ ̣ ự ự : di chuyên do trong l c ho c do thu đ ng l c

́ ố ̉ phân b trong đá vùng đóng băng ́ ươ ở (cid:0) N c thê răn :

́ ̀ ̀ ́ ươ ̣ ̀ : tham gia vao thanh phân khoang vât ́ (cid:0) N c kêt tinh

́ ́ ́ ́ ươ ̣ : n ́ c trên măt ngâm xuông.

ồ ố 3. Ngu n g c ́ ươ (cid:0) N c ngâm thâu

(cid:0) N c ng ng tu t

́ ơ ướ

c không khí ng ng ướ ụ ấ ư e n t c a đá. Ví d : th u kính n c

́ ̀ ̣ ư ơ ươ do h i n c : h i n ỗ ổ ứ ủ h ng, kh ạ ư ươ ụ ạ l t i trong các l ọ ng t trong hoang m c.

(cid:0) N c trâm tich

́ ̀ ́ ́ ̀ ́ ̀ ̀ ̀ ́ ơ ̉ ̀ : co nguôn gôc biên, hinh thanh cung v i trâm

ớ

ể

t ậ li u trệ ượ

ướ

ạ

m ầ tích. c thành t o. N c di tích

c b o t n

đ ́

ươ tich.́

̀ ̣ ̣ ̀ : nhiêt đô cao, thanh phân

ạ ấ b n bi n th m vào đá đã đ ướ ạ c "hóa th ch". ́ ươ c magma

ươ ́ ́

ướ ồ cùng thanhf t o v i v o N c đ ng sinh ừ ồ ướ ậ t o N c h u sinh ượ ả ồ b ngằ n (cid:0) N c nguyên sinh n ơ ươ

̣ khac v i n ́ c măt.

́ ́ ư ̉ ̉ ̣ : n ́ ươ c phân giai tach ra t ́ ́ ̀ ư cac khoang vât ch a

̀

̉ ướ ướ

̣ ̉ ̣

c d

i

́ươ (cid:0) N c thuy phân ́ ́ ươ c kêt tinh ̃ ̀ ư 4. Điêu kiên tang tr và chuyên đông cua n đ tấ

̀ ́

́

̃

́

̣ ̉

Liên qua đên đô lô hông va tinh thâm cua n

́ ̉ ươ c

̃

̣ ̉

a. Đô lô hông ́

́ ́ ̀ ̃ ̀ ̣ ̉ ̉ ̉ ̣ ̉ ̉

́ ̉ ̃ ̃ ́ ư ư Là m c đô rông cua đa. Ti sô gi a thê tich toan bô lô hông v va thê ́ tich V cua đa

̃ ơ ̣ ̉

̣ ̣ ̉ ̣

́ ̃ ́ ́ ́ ơ ơ ̣ ̣ ̉ ́ ́ (cid:0) Đa b r i co đô lô hông l n. ̀ ̃ ̀ (cid:0) Đa co hat đêu đô lô hông > đa hat không đêu ́ ́ ươ (cid:0) Đa gân măt đât co đô lô hông l n h n đa d i sâu

c cua

̣ c hat

̀ ́ ở ơ ́ ́ ́ ̀ b. Tinh́ thâḿ ́ươ n đá: khả năng để ćươ cho n ́ thâm qua ̃ cac lố ̉ hông cua ́ ̣ đa, phu thuôc̣ Đô lỗ hông, ̀ ươ đ ng kinh ̃ lô hông. Kich́ ́ươ th ứ ứ ướ ủ ứ ộ ấ c c a các đá trong

ứ

ể

ầ

t ng ch a các đá đ cho

c (permeable bed): c.

ầ

ấ

ữ

: t ng đá ng m đ

ượ ướ c n

c, gi

ượ c (aquifer bed)

ầ

ấ ấ c ng m th u qua đ ứ ướ c n

c trong t ng. ướ

ầ

ướ

t ng đá không cho n

c (impervious bed):

th m qua và tàng tr l ủ

ượ

ướ

ữ ạ : là kh/năng gi

ữ ượ đ

c trong đá l

ng n

(cid:0) Đ m c a đá

(cid:0) Căn c theo m c đ th m, ch a n : các t ng, chia ra (cid:0) T ng th m n ướ ầ ướ ấ (cid:0) T ng ch a n ầ ạ ượ ướ i đ (cid:0) T ng cách n ầ ấ ộ ẩ ị nh/đ nh.

5. Phân lo i n

ạ ướ ướ ấ i đ t c d

̣ ́ ́ ươ ở ơ : đ i thông khi a) N c ́ ́ ́ ươ ươ c hâp c mao quan, n n ̀ ́ ̉ ̣ ươ c mang mong, thô phu,n ́ ́ ́ ̃ ươ ươ c, ng, thâu kinh n nh ́ ́ ươ c đun cat. n

̀ ̀ ̣

̀ ươ ̣ ́ ̀ trên măt xuông. G ng n

̀ ̀ ́ ̣ ̉ ́ ươ c ̀ ́ c ngâm la bê măt phia trên cua tâng

̀ ́ ướ ướ ươ : N c d i b) N c ngâm ́ ́ ̀ ươ ở ấ đ t phân bô c tâng n ̉ ngâm đâu tiên trên măt cua ́ ̀ ́ ̉ ư ươ c đâu tiên kê t tâng cach n ̀ ̀ ̀ ̣ ươ ằ ngâm b ng bê măt n ̀ ́ ươ c ngâm n

 Quan h gi a n

ệ ữ ướ ầ ướ ề ặ c ng m và n c b m t:

ầ ướ ệ ủ ự ớ ướ ề ặ ồ c b m t (sông, h , ao

N c ng m có quan h th y l c v i n ...).

ớ t đ i m, sông là n i thoát n ướ ủ ướ c c a n c

ệ ớ ẩ ướ ầ Ở vùng ôn đ i, nhi ầ ng m (vào mùa khô thì n ơ ấ c ng m c/c p cho sông).

Ở ậ ấ ướ vùng khí h u khô ráo, sông c/c p cho n ầ c ng m.

c) N c gian tâng

́ ̀ ̀ ́ ự ư ươ ̣ ́ c,

̀ ́ ươ ̃ ư : n ̀ gi a 2 tâng cach n ́ ươ c trong l c năm trong tâng ch a n ́ ươ c

́ ̀ ươ ́ươ ̉ ̣ : n ự c chay do trong l c ́ (cid:0) N c gian tâng không ap

̀ ́ ́ ́ ̣ : n

́ ́ (cid:0) N c gian tâng co ap ơ ̣ ̣

́ ̀ ự ̣

́ ́ ́ ́ ươ ươ c phân bô trong cac câu tao ̃ ̀ ̃ ự ư lom hay đ n nghiêng, do s chênh lêch đô cao gi a miên ́ ́ ̀ ́ ́ ́ ươ ươ ươ c va miên thoat n c c tao miên ap l c nên n câp n ̀ ự t phun khi khoan đên tâng ch a n ̀ ́ ư ươ c.

ứ ớ ủ ứ ố ứt: phân b trong kh en t, trong đ i ph ân h y n t

ướ d) N c khe n ẻ ủ n c a đá.

ộ ị ủ : trong các hang đ ng c a đá b hòa tan, ăn mòn

ướ N c karst (đá vôi).

ươ

ộ

ủ ng 2 Tác đ ng c a

ướ ướ ấ

Ch n

i đ t

c d

ấ

ầ

ướ

ể

ậ

ầ ể ả

ỷ ầ

ọ

N c ng m trong đ t luôn ể luôn di chuy n, quá trình di ạ ộ ớ chuy n cùng v i các ho t đ ng ấ ủ ầ ị đ a ch t c a n m ng m đã gây ra : Phá hu khoáng v t ẩ ậ ủ c a đá , v n chuy n s n ph m, tích đ ng tr m tích

.

1) Tính ăn mòn.

a) Ăn mòn r a trôi.

ử

Do sự hòa tan của Ca(OH)2 xảy ra mạnh dưới sự tác dụng của nước mềm (là loại nước có tổng độ cứng từ 1.5÷3.0 mgđl/l) và sau đó cuốn trôi đi làm mất tính dính kết nội bộ, làm giảm cường độ của đá xi măng.

b) Ăn mòn cacbonic.

Khi Ca(OH)2 bị hòa tan 15÷30% thì cường độ của đá xi măng giảm đến 40÷50%.

Khi khí CO2 tự do có nồng độ vượt nồng độ khí CO2 cân bằng thì một lượng khí CO2 sẽ tham gia phản ứng hòa tan thành phần Canxit có trong bê tông gọi là khí CO2 ăn mòn theo phản ứng: CaCO3 + H2O + CO2 (cid:0) Ca2+ + 2HCO3 –

ụ

ể ố ố

ạ ớ c) Ăn mòn Axit. Axit tác d ng v i Ca(OH)2 trong đá xi măng t o ữ ra nh ng mu i tan (CaCl2 ) và mu i tăng th tích (CaSO4 . 2H2O)

HCl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2H2O

H2SO4 + Ca(OH)2 = CaSO4.2H2O

2)Quá trình oxy hóa

ủ ụ ướ ướ ấ D i tướ ác d ng c a oxy hòa tan trong n i đ t: c d

(cid:0) Fe2O3 . Hydrat hóa (cid:0)

ặ ặ ắ + Magnetit (Fe.Fe2O3 ho c Fe3O4) Fe2O3.nH2O (limonit qu ng s t nâu).

(cid:0) (cid:0) ứ CO2 và H2O (than đen trong đá phi n ế ắ ế ẫ + Hydrat carbon (than) (cid:0) ị ch a than b oxy hóa đá phi n x m màu ơ sáng màu h n, tr ng).

+ MnCO3 (cid:0) peroxyt mangan MnO2.

ụ ả

t ế qu tác d ng oxy hóa c a ặ ớ

ặ ứ ủ ế + Trong đá sét, phi n sét, đá vôi, do k ướ ướ ấ ạ c d n ặ ở ho c ủ ế i đ t t o hình nhánh cây (dendrite) trên m t th phi n các m t n t c a đá = các oxyt Fe, Mn, Mg, Cu, Ni, Cr...

ế ủ ứ ủ ạ ớ ề ặ Các d ng c a dendrit trên b m t khe n t và th phi n c a đá

ệ ố ớ ư ự ạ t đ i v i các sulpur, nh s thành t o

ừ ự + S oxy hóa di n ra mãnh li limonit t ễ pyrit.

FeS2 + 7O + H2O = FeSO4 + H2SO4

12FeSO4 + 3O2 + 3H2O = 4Fe2(SO4)3 + 2Fe2O3 . 3H2O

H2SO4 + CaCO3 = CaSO4 + CO2 + H2O

ườ ấ ng th y trong

ướ ể ạ ả ắ ạ ồ ạ CaSO4 hút n c đ t o thành th ch cao. Do đó, th ờ đá đ ng th i có c s t nâu, th ch cao và carbonat.

3)Quá trình hydrat hóa

ụ ủ ướ ướ ấ c d i đ t làm cho k

ậ c vào thành ph n ầ (cid:0) hoáng v t ậ ổ ề thay đ i v c u ấ

Hydrat hóa là tác d ng c a n ầ ử ướ n t ậ lý. nh n thêm các ph n t trúc và các tính ch t vấ

ế ạ : Ví d :ụ + Anhydrit hydrat hóa bi n thành th ch cao

CaSO4 + 2H2O (cid:0) CaSO4 . 2H2O

ể ặ ậ làm cho th tích khoáng v t ho c đá tăng lên 33%.

ế + Hematit hydrat hóa bi n thành limonit:

Fe2O3 + nH2O (cid:0) Fe2O3.nH2O

ề ố ở ơ Limonit x p và b h n hematit nhi u.

4)Tác d ng hòa tan ụ

ấ ướ ướ ấ ợ ỗ

i đ t, ng m th u, nguyên sinh, h n h p đ u hòa tan các ứ ộ ừ ế ậ ề nhanh đ n

ấ N c d khoáng v t có trong TP đá. Theo m c đ hòa tan t ch mậ

1- Nhóm k/vật clorit: NaCl, KCl, CaCl2, MgCl2, FeCl2, FeCl3..

2- Nhóm sulphat: CaSO4, MgSO4.

3- Nhóm carbonat: CaCO3, MgCO3, FeCO3.

4- Nhóm oxyt: SiO2.nH2O, SiO2.

̀

̣ ễ đá d hòa

́ (cid:0) Điêu kiên co karst hoa: ố ạ ứ

ề ề

ấ e n t th m ả c, ch a nhi u CO2 và ph i có c l u thông. H2O + CO2 + CaCO3 (cid:0)

́ tan (carbonat, đá mu i h t to d>0,01mm), nhi u kh ứ ướ n ướ ư n Ca(HCO3)2

ể ướ c

ầ Trong qúa trình di chuy n, n Ca(HCO3)2. ng m mang theo

ở ầ

ả

t đệ ộ i u ề ki n ệ nhi tr n hang, đ Khi ổ áp su tấ thay đ i, kh ậ nả ăng ng m CO2 ầ ướ gi m đi, n c ng m bão hòa Ca(HCO3)2 (cid:0) H2O,CO2 và CaCO3.

ế ủ ướ ơ ố CaCO3 k t t a, còn CO2 bay đi, n c r i xu ng sàn hang.

ế ở ầ ế ủ ạ ạ Vì th tr n hang CaCO3 k t t a l i, t o nên các nhũ đá.

(cid:0) ỏ ầ ơ c ngày càng to r i kh i tr n hang xu ng sàn hang

(cid:0) ố ế ủ (cid:0) CaCO3 k t t a nhũ đá i b c h i, Ca(HCO3)2

ọ ướ Gi t n ướ ạ ố ơ c l n khác.

ủ

ự

:

5)S phân h y silicat

ủ ờ ủ ụ ồ ướ ác d ng đ ng th i c a CO2 i t

B ngằ qúa trình th y phân d và n c.ướ

(cid:0) ậ hydroxyt Al, Fe (bauxit) + khoáng v t sét

ố Silicat (cid:0) hydroxyt Si + các mu i hòa tan CaCO3, K2CO3, Na2CO3

ụ

Ví d : CaO. Al2O3. 2SiO2 + 2H2O + CO2 = CaCO3 + 2H2O. Al2O3. 2SiO2

ể ủ ướ ướ ấ

ụ

6)Tác d ng v n chuy n c a n ậ

i đ t:

c d

ể ơ ọ ể ế ủ y u là v n ậ

V n ậ chuy n c h c không đáng k , ch chuy n hể oá h c.ọ

ứ ấ i đ t mang các ion và các ch t keo ch a trong

N c d ướ ư ế n ướ ướ ấ ặ ồ ể c đ a đ n bi n ho c h .

ủ ướ ướ

ụ

ầ

7)Tác d ng tích đ ng tr m tích c a n ọ

c d

i

đ tấ

a) Tr m tích do n

ầ ướ ướ ấ ọ ạ ặ ấ i đ t đ ng l c d i trên m t đ t:

ấ ạ ừ CaCO3: Ca(HCO3)2 hòa tan :

+ Tuf vôi: tuf vôi c u t o t CO2 (cid:0) + CaCO3 (cid:0) + H2O

ồ ướ SiO2.nH2O, do ngu n n c nóng nguyên

ạ ọ ạ ừ + Tuf silic: t sinh phun gián đo n đ ng l i.

ướ ố ơ ặ ạ thành t o khi n c m n b c h i. ố + Mu i ăn:

ắ ặ ướ ặ d i t/d ng xúc tác

ẩ ụ + Qu ng s t nâu và qu ng mangan: ị ấ (cid:0) ấ ữ ơ ủ c a vi khu n trong ch t h u c , ion Fe hóa tr th p hóa

(cid:0) ị tr cao: FeCO3, FeSO4 Fe2O3, 3 H2O

ạ

i đ t đ ng l

c d

i trong các

ầ ướ ướ ấ ọ b) Tr m tích do n ấ ủ ỏ ỗ ổ h ng c a v Trái Đ t l

ướ ậ ặ ọ hoáng v t hay g p đ ng t ừ ung d ch n d c: calcit,

ị ạ ạ Nh ng kữ aragonit, th ch anh, calcedon, opal, barit, th ch cao ...

ứ ấ ầ ị ọ ấ oá h c tách t d

ừ ung d ch ạ ợ ạ e n t l p đ y các h p ch t h i đ t: calcit, silic (th ch anh, opal, calcedon), th ch cao,

ạ M ch: kh ướ ướ ấ n c d fluorit, barit ...

ầ ự ụ ơ ọ (tr/tích v n, tr/tích do tr ượ ở ọ t l tr ng l c): * Tr m tích c h c

ặ ạ Các tàn tích karst: c n còn sót l i sau khi hòa tan mang đi.

ự ụ ở ủ ụ ở ộ c a hang đ ng, tr/tích v n sông

ầ ụ Các tr/tích v n: do s s p l ầ ồ ng m, h ng m.

ầ ướ ướ ấ ọ : Tr m tích hang đ ng: n c d

ứ ấ ộ ầ ả e n t ng m ch y ra ngoài. P n i đ t ướ ị c b

ế ủ * Các tr m tích hóa h c ứ ch a Ca(HCO3)2 theo các kh gi m ả (cid:0) CaCO3 k t t a thành nhũ đá

+ Vú đá (stalactite), chuông đá (stalagatite).

+ Măng đá (stalagmite) t ừ ướ d ọ i m c lên.

ụ ộ +Tr đá (stalactostalagmite) b ngằ c t đá.

(cid:0) ế ủ ắ ọ ứ ỗ ổ CaCO3 , SiO2 k t t a l ng đ ng trong các kh e n t, l h ng

(cid:0) ạ ạ ầ ớ ế ạ k t h ch

ặ m ch đá calcit, th ch anh ho c các l p tr m tích Mn, Fe (Ca, Fe) ho c ặ (cid:0) tinh đám, tinh h c.ố

8)Tr

ượ ấ t đ t

ủ ụ ng di chuy n t ác d ng c a

ướ Hi n ệ t ượ ự ọ tr ng l c + n ể ự ầ c ng m, x ố ấ nhiên c a kh i đ t đá do t y ả ra n... ủ ở ườ s

ươ

ạ

Ch

ụ ng 3 : ví d minh ho

ệ ượ

1. Hi n t

ng karst

(cid:0)

ả

ầ

ớ

c cũng nh h

ng t

ệ ộ ủ ướ t đ c a n ệ ộ

ọ ồ ưở ả ứ

ố ph i có tính hoà tan, có thành ph n hoá h c g m mu i ả khoáng và nhi i quá t đ càng cao thì ph n ng hoà tan trình karst hoá nhi đá càng nhanh

ả

ụ ớ

ố

ể ộ ả ậ ướ (cid:0) N c ph i v n đ ng đ ả ứ ả đ m b o cho ph n ng ả ấ hoà tan đ t đá x y ra ị liên t c, không b bão ụ ấ hoà, l p đ t đá liên t c ị b hoà tan và cu n đi .

ệ ượ

ng xói

2. Hi n t ng m ầ

ạ ấ

ả

ầ

ố ạ ớ ặ ướ

ố

ỏ (cid:0) N c ng m lôi cu n các h t đ t nh , ch y qua các l ầ ứ c ng m hoà tan mu i khoáng ạ

ỗ ỗ

ầ

r ng, các khe rãnh

ầ ướ ổ ử ổ h ng gi a các h t l n hay các khe n t trong t m tr m ầ ở ờ tích b r i, ho c n ầ trong t ng tr m tích, t o ra các l ng m ầ

ầ

ộ

ồ

ườ

ng x y ra trong các t ng cát sét hay b t sét ngu n

ể

ả (cid:0) Th ị ố g c vũng v nh hay bi n

ệ ượ

ả

3. Hi n t

ng cát ch y

ấ

ướ

Đ t bão hoà n

c và khi đào các công trình

ướ

ầ

ủ ỷ ộ c a dòng n

ề c ng m truy n vào các ạ ấ

ố

ự Áp l c thu đ ng ở ố ạ ấ h t đ t khi m h móng, h đào làm cho h t đ t di ấ ướ ể ng gradien th m. chuy n theo h

ệ ượ

ầ

4. Hi n t

ầ ng đ m l y

ầ

(cid:0) Do m c n ặ ho c do n ố có l

ạ ự ướ ướ i thoát đ ng l c ng m dâng cao ặ c trên m t không ọ i.

(cid:0) Đ m l y cũng có th đ

ầ

ầ ạ

ầ ỉ c ng m r ra.

(cid:0) ể ượ c ồ ặ thành t o trên m t bãi b i ở ỗ ế ớ ủ c a sông ch ti p xúc v i ườ ở ề đó th th m vì ướ ướ ấ ở ầ i đ t c d n ề ướ ng có nhi u n ặ ấ . g n m t đ t

(cid:0)