Giáo trình Địa chất công trình được đúc rút cô động và liên kết với nhau thành một khối thống nhất, là kiến thức không thể thiếu của những người làm công tác xây dựng, giao thông, thuỷ lợi. Sau mỗi chương đều có bài tập nhằm giúp sinh viên hiểu sâu hơn những vấn đề cơ bản của lý thuyết và nhận thức môn học với hiệu quả cao. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 1 dưới đây.
Trang 2
PGS TS NGUYEN HONG DUC
Trang 3
LOI GIGI THIEU
Giáo trình "Địa chất cơng trình" được biên soạn theo chương
trình mơn học Địa chất cơng trình cho các ngành quy hoạch, cơng trình, kỹ thuật mơi trường của Bộ Giáo dục uà Đào tạo uà phục uụ trực tiếp cho cơng tác giảng dạy, học tập mơn học Địa chất cơng trình ở các trường đại học, cao đẳng xây dụng cơng trình: xây dựng, hiến trúc, giao thơng, thuỷ lợi uà các chuyên ngành cĩ liên quan uới địa kỹ thuật
cơng trình
Cơ sở giáo trình là những bài giảng mà tác giả uà đồng nghiệp đã sử dụng để giảng dạy mơn học địa chất cơng trình tại Trường đại học Xây dựng, những kết quả nghiên cứu mới uề địa chất cơng trình uà
uiệc ứng dụng chúng trong thực tế xây dựng
Những uấn đề được trùnh bày trong giáo trình đã được đúc rúi, cơ dong va lién kết uới nhau thành một khối thống nhất, là biến thức
khơng thể thiếu của những người làm cơng tác xây dựng, giao thơng, thủy lợi, Sau mỗi chương đều cĩ bài tập nhằm làm cho sinh uiên hiểu sâu hơn những uấn đề cơ bản của lý thuyết uà nhận thức mơn học uới
hiệu quỏ cao
Giáo trình được chuẩn bị tại Bộ mơn Địa chất cơng trùnh Trường dai hoc Xây dựng
Trong quá trình biên soạn tác giả đã luơn nhận được sự giúp đỡ, cổ
uũ của Nhị trường, Bộ mơn uà các đơng nghiệp Túc giả xin bày tỏ sự biết ơn chân thành đối uới sự động uiên, khích lệ đĩ Túc giả cũng xin chân thành cám ơn Nhị xuất bản Xây dựng, các biên tập uiên, các
cộng tác uiên đã nhiệt tình giúp đỡ tác giả trong quá trình biên soạn
giáo trình
Tac gid mong nhận được ý kiến đĩng gĩp của độc giả để xây dựng
giáo trình ngày càng hồn thiện
Trang 4Quan hệ một số đơn vị giữa hệ đo lường Việt Nam (hệ SI) với các hệ khác _ Đại lượng Đổi từ don vi SI sang đơn vị khác Đổi từ đơn vị khác sang đơn vị SĨ = 39,4 inso 1 inso = 2,54 x 107m = 3,28 fut 1 fut = 0,305 m TẠI 7 lm = 1,0986 iat liat =0,9144m
Chiều dài = 0,4687 xagién 1 xagién = 2,1336m
= 6,55 = 10 hai ly Anh 1 hải lý Anh =1525m
= 6,55 x 10% hai ly biển 1 hai ly bién = 1853,2m 1m? = 264 galon My 1 galon My = 3,785 x 10”mỶ Thé tich = 220 galon Anh lgalonAnh = | = 4,544.x 10°m? 1 rad = 57,3 dd 1° = 1,75 x 107 rad Gĩc b =0,159 vịng 1 vịng = 6,28 rad 1 = 1,94 nut 1 nut =0,5147 Vận tốc m/s nú nú m/s = 3,28 ft/s I ft/s = 0,305 m/s = 10° dyn tả IN = 0,102 kG ldyn =10°N a = 0,255 bảng Anh (lực) IkG =9,81N = 7,35 paundala Anh 1 bang Anh = 4,45N Khối Ikg =0,102 kGs?/m 1kGs?/m = 9,81 kg lượng = 2,20 fun Anh
= 10dyn/cm? 1 dyn/cm? =0,IPa
Áp suất, 1Pa = 1,02 x 10°kG/cm? kG/cm? =9,8 x 10'Pa
Trang 5
CAC KY HIEU DUNG TRONG SACH
A - Biên độ giao động sĩng địa chấn a - Hệ số nén lún a - Hệ số thực nghiệm a - Chiều rộng B- Chiều rộng b - Chiều dài khe nứt c - Lực liên kết c - Hệ số thực nghiệm D- Độ chặt tương đối
D,;- Đường kính hữu hiệu lớp hạt lớn
D„„- Đường kính kiểm tra lớp hạt lớn d - Đường kính
d,;- Đường kính hữu hiệu lớp hạt bé dạ - Đường kính kiểm tra lớp hạt bé E - Modun biến dạng E,- Modun đàn hồi e - Hệ số rỗng es - Hệ số rỗng tự nhiên e„„- Hệ số rỗng lớn nhất e„„- Hệ số rỗng nhỏ nhất F- Diện tích E,- Tỉ sức kháng £,- Sức kháng ma sát thành don vi G - Độ bão hịa g - Gia tốc trọng trường H - Mực nước H,- Mực nước thủy động
Trang 6
hạ- Chiều cao mẫu trước trương nở
h - Độ chênh cột nước thủy lực
h - Chiều dày tầng chứa nước I- Độ dốc thủy lực I,- Chi s6 déo I, - Chi sé sét I,,- D6 déc thuy luc téi han J - Luc thấm j- Áp lực thấm K - Hệ số thấm K,- Hệ số an tồn K„- Hệ số chấn động địa chấn K, - Hệ số khe nứt K;- Hệ số phong hĩa K; - Hệ số thấm theo phương ngang K, - Hệ số thấm theo phương thẳng đứng k - Hệ số phụ thuộc hình dạng dao cắt M -Mơmen xoắn m - Chiều dày tầng chứa nước áp m - Khối lượng mịụ - Khối lượng hạt rắn
m, - Khối lượng nước
N - Số lần búa đĩng tiêu chuẩn
Trang 7
R,- Do bén chong nén tức thời trước khi đá bão hịa nước
R,- Độ bên chống nén tức thời sau khi đá bão hịa nước R,,- Tri số trương nở r - Bán kính S - Độ hạ thấp mực nước s - Độ lún bàn nén T - Sức căng bề mặt nước T,- Hệ số dẫn nước t- Thời gian u - Áp lực thủy tĩnh V - Thể tích V, - Thể tích hạt V,- Thể tích nước V, - Thể tích các lỗ rỗng
Vụ - Thể tích đất trước khi trương nở V„- Thể tích đất sau khi trương nở v- Vận tốc v„- Vận tốc thấm tới hạn w - Độ ẩm wạ- Độ ẩm ban đầu, độ ẩm tự nhiên w,- Độ ẩm giới hạn chảy w„- Độ ẩm giới hạn dẻo x - Khoảng cách, hồnh độ y - Khoảng cách, tung độ z - Chiều sâu A- Tỉ trọng œ - Gĩc y - Trọng lượng đơn vị
Ya;- Trọng lượng đơn vị day nổi
Y,- Trọng lượng đơn vị hạt
y„- Trọng lượng đơn vị khơ T„ -Trọng lượng đơn vị nước
Trang 8- Hệ số hĩa mềm của đá ® - Giá trị đường đẳng thế @ - Gĩc ma sát trong, gĩc kháng cắt rị- Hệ số ổn định
A- Biến dạng tương đối
i, - Bién dạng tương đối thẳng đứng
x„ - Biến dạng tương đối theo phương ngang
pt - Hệ số Puaxon
tạ - Hệ số nhả nước
p- Điện trở suất
p- Dung trọng
pu;- Dung trọng đẩy nổi
Trang 9
MO DAU
Càng ngày cơng tác điều tra, khảo sát Địa chất cơng trình càng được coi trọng trong
_ xây dựng, cấp thốt nước và bảo vệ mơi trường Điều này bắt nguồn từ một thực tế là
việc nghiên cứu đánh giá điều kiện Địa chất cơng trình khơng những cho phép lựa chọn
phương án kinh tế kỹ thuật tối ưu, đảm bảo sự bền vững và khai thác cơng trình, nguồn tài nguyên đất đá một cách hiệu quả mà cịn tạo tiền đề giải quyết một cách hợp lý các vấn đề thuộc về sinh thái địa chất và bảo vệ mơi trường thiên nhiên
Địa chất cơng trình là khoa học ứng dụng các tri thức địa chất để giải quyết các vấn
đề khác nhau nhằm phục vụ cho các cơng tác xây dựng, từ quy hoạch, thiết kế đến thi
cơng, khai thác và bảo vệ các cơng trình xây dựng Địa chất cơng trình nghiên cứu tất cả
các điều kiện địa chất liên quan, ảnh hưởng đến cơng trình xây dựng, nĩi riêng và cơng
tác xây dựng, nĩi chung Các điều kiện này được gọi là điều kiện địa chất cơng trình Các điều kiện địa chất cơng trình chính, quan trọng bao gồm: địa tầng, cấu trúc địa chất, địa mạo, địa chất thủy văn, các hiện tương và quá trình địa động lực Các điều kiện địa chất cơng trình sẽ được lần lượt trình bày trong giáo trình này
Đối tượng nghiên cứu của địa chất cơng trình trước hết là đất đá xây dựng- Đất đá
làm nền, mơi trường, vật liệu cho các cơng trình xây dựng Địa chất cơng trình nghiên
cứu đất đá phần trên vỏ quả đất, thành phần, trạng thái, tính chất cơ, lý, nước của
của chúng
Đất đá cĩ thể làm nền, mơi trường cho các cơng trình xây dựng, tạo nên bề mặt địa hình, cảnh quan xây dựng Nhưng đất đá là những vật liệu tự nhiên tồn tại trong những điều kiện rất khác nhau, khơng nhiều thì ít, khơng ở dạng này thì ở dạng khác chứa giữ
một lượng nước dưới đất nhất định Hai thành phần đất và nước luơn tác động qua lại với nhau, phụ thuộc nhau và tạo nên một thể thống nhất đĩ là đất đá - nước Vì vậy, Địa chất cơng trình khơng nghiên cứu đất đá tách rời nước dưới đất cĩ trong chúng
Nhiệm vụ của địa chất cơng trình khơng chỉ nghiên cứu, đánh giá các điều kiện địa
Trang 10Chuong I KHAI NIEM VE KHOANG VAT VA DAT DA 1 KHOANG VAT
1.1 Khái niệm về khống vật
Khống vật là những chất thiên nhiên đồng nhất theo thành phần và cấu tạo, được tạo thành sau những quá trình lý, hố học khác nhau xảy ra ở trong hay trên vỏ quả đất
Như vậy, khống vật cĩ thể là những hợp chất hố học tự nhiên hay chỉ là các nguyên
tố tự sinh Phần lớn các khống vật là những vật kết tinh cứng và là thành phần chủ yếu của đất đá
Kích thước của khống vật cĩ thể rất khác nhau Cĩ những khống vật cĩ trọng lượng đến vài tấn (như fenspat, thạch anh) nhưng cũng cĩ những khống vật chỉ là những hạt
rất nhỏ mà mắt thường khơng thể nhìn thấy được
Nhiều khống vật cĩ những tên gọi khác nhau và những biến thể Những biến thể này sinh ra do sự thay đổi màu sắc khống vật hay thành phần của chúng Hiện nay người ta biết trên 2.500 khống vật và trên 4.000 biến thể của chúng Trong đĩ cĩ 450 khống vật thường gặp trong tự nhiên Trong thành phần đất đá thường gặp khoảng 50 khống vật
Các khống vật này được gọi là khống vật tạo đất đá
Khống vật cĩ một giá trị thực dụng hết sức to lớn Tất cả các ngành kinh tế quốc dân
đêu sử dụng các khống sản cĩ ích Các khống sản này đều do khống vật tạo nên
Thành phần khống vật là yếu tố quan trọng nhất quyết định các tính chất và tinh nang xây dựng của đất đá
1.2 Các quá trình thành tạo khống vật
Các quá trình thành tạo khống vật cĩ thể chia ra ba nhĩm:
Quá trình nội động lực xảy ra trong vỏ quả đất bởi năng lượng bên trong của nĩ, như hoạt động thành tạo macma Macma là những khối silicat nĩng chảy cĩ thành phần phức tạp, phun trào từ những vùng sâu của vỏ quả đất Khi macma nguội, nhiệt độ của chúng
giảm xuống sẽ thành tạo những khống vật khác nhau Những khống vật này (như
fenspat, pirit, pirocxen, olivin,v.v .) là thành phần chính của đá mác ma
Quá trình ngoại động lực xảy ra trên bề mặt vỏ quả đất dưới tác dụng của năng lượng mặt trời như quá trình phong hố đất đá, quá trình kết tủa các trầm tích hố học từ dung
dịch, quá trình hoạt động của sinh vật, v.v Các khống vật được thành tạo bởi quá trình
này là thành phần chính của đất đá trầm tích
Trang 11
Quá trình biến chất xảy ra chủ yếu dưới tác dụng của áp suất lớn, nhiệt độ cao ở những độ sâu khác nhau trong vỏ quả đất Dưới tác dụng của quá trình này khống vật cĩ từ trước biến đổi để tạo thành các khống vật mới - khống vật của đá biến chất
Như vậy, các khống vật được thành tạo trong các quá trình trên sẽ cĩ những nguồn
gốc khác nhau: macma, trầm tích, biến chất Tuy nhiên, trong thực tế các quá trình thành
tạo khống vật liên quan chặt chẽ với nhau và cĩ những khống vật cĩ quá trình thành tạo rất phức tạp
1.3 Cấu trúc khống vật
Trong thiên nhiên, ngồi các khống vật ở trạng thái rắn cịn cĩ các khống vật ở
trạng thái lỏng (thuỷ ngân, nước, dầu hoả,vv ) và các khống vật ở dạng khí (khí
cacbonic, sunfuahidrơ, v.v )
Các khống vật cĩ thể gặp dưới dạng tỉnh thể kết tỉnh, cĩ hình dạng rõ ràng gồm
nhiều mặt(h.1.1.a), hay dưới dạng hạt tinh thể khơng cĩ hình dạng rõ ràng(hình 1.1 b)
Các khống vật này đặc trưng bằng cấu trúc kết tinh (tinh thể) Ngồi các khống vật cĩ
cấu trúc kết tỉnh cĩ những khống vật cĩ cấu trúc khơng định hình như atfan
b)
Hình 1.1 Tinh thể thạch anh(a) va tinh thé mahetit (b)
Hình dáng nhiều mặt của các khống vật rắn gây nên do sự phân bố một cách cĩ qui
luật trong khơng gian các phần tử tạo nên chúng: các nguyên tử, các ion, các phân tử Sự phân bố trong khơng gian của các phần tử này đặc trưng cho cấu trúc tinh thể của các
khống vật
Trong khống vật các nguyên tử và ion sắp xếp một cách cĩ qui luật để hình thành cấu trúc nhất định bên trong chúng Các nguyên tử hay ion kề nhau trong khung mạng
tinh thể cĩ mối liên kết hố học với nhau
Trang 12
Cĩ hai kiểu liên kết đặc biệt quan trọng đối với các khống vật tao ra đất đá Liên kết
ion được hình thành khi một nguyên tử của một nguyên tố nhường cho nguyên tử một nguyên tố khác một hoặc nhiều điện tử (ví dụ trong cấu trúc của khống vật Halit NaCl,
vỏ bọc ngồi của Na! nhường một điện tử cho vỏ ngồi của CT để vỏ bọc của chúng đều
cĩ 8 điện tử) Liên kết đồng hố trị là liên kết giữa các nguyên tố khơng cĩ khả năng
nhường hoặc lấy điện tử, trong đĩ cĩ một số điện tử trở thành của chung giữa các
nguyên tử để hồn chỉnh lớp vỏ bọc ngồi (Ví dụ liên kết các nguyên tử của các khống
vat CH,, H,O)
Kiểu liên kết giữa các phần tử trong khống vật cĩ ảnh hưởng lớn đến tính chất của
khống vật Ví dụ, kim cương và than chì cĩ cùng thành phần hố học là cacbon nhưng
cấu trúc của chúng hồn tồn khác nhau Trong than chì một nguyên tử liên kết với ba
nguyên tử lân cận và chúng đều nằm trong cùng một mặt phẳng(hình1.2.a) Kiểu kiến
trúc lỏng lẻo này làm cho than chì cĩ cường độ rất thấp Ngược lại, trong cấu trúc của
kim cương các nguyên tử cacbon liên kết với nhau tạo thành khung ba chiều - một
nguyên tử liên kết chặt chẽ với bốn nguyên tử kể cận xung quanh (hình1.2.b).Kiểu kiến
trúc chặt chế này làm cho kim cương cĩ độ cứng lớn nhất trong các khống vật
a) b)
Hình 1.2 Sơ đơ cấu trúc của than chì (a) và kim cương (b)
1.4 THÀNH PHẦN HỐ HỌC CỦA CÁC KHỐNG VẬT
Mỗi một khống vật đều được đặc trưng bởi một thành phần hố học nhất định Cĩ một số khống vật cĩ thành phần hĩa học giống nhau nhưng lại cĩ cấu trúc khác nhau và
vì vậy, chúng cũng cĩ hình dáng bên ngoaì khác nhau, như trường hợp kim cương và
than chì đã nêu ở trên
Thành phần hố học các khống vật kết tỉnh được biểu diễn bằng cơng thức cấu tạo
Các cơng thức này cho thấy sự tương quan định lượng giữa các nguyên tố và đặc tính
liên kết giữa chúng trong các mạng kiến trúc tỉnh thể, ví dụ, cơng thức cấu tạo của
khống vật Caolinnit, Al, {Si,O,)} (OH),; agit - Ca(Mg, Fe, Al){(Si, Al),O,} Cơng thức
hố học của các khống vật khơng định hình phản ánh quan hệ định lượng giữa các
Trang 13
Trong thành phần của nhiều khống vật cĩ chứa nước dưới dạng phân tử Các phân tử
nước này khơng tham gia vào cấu trúc mạng tinh thể Nước liên kết hố học dưới dạng (OH} tham gia vào cấu trúc mạng tinh thể Các khống CaSO, 2H;O, Ca(OH); là những
ví dụ về sự tồn tại nước liên kết hố học trong chúng í 1.5 Tính chất lý học các khống vật
Mỗi một khống vật cĩ một số tính chất lý học nhất định Tính chất lý học của khống
vật cĩ ý nghĩa thực tiễn rất lớn và rất quan trọng để nhận biết chúng Các tính chất vật lý chính đĩ là: hình dáng, các đặc tính quang học, độ cứng, tính cát khai, tỉ trọng
Hình dáng bên ngồi của các khống vật rất khác nhau.Trong điều kiện tự nhiên, phụ thuộc vào điều kiện thành tạo, các khống vật thường khơng cĩ hình dáng thường qui
Trong khi đấy tỉnh thể của các khống vật cĩ thể cĩ các dạng khác nhau: một phương,
hai phương, ba phương (hình1.3) ee a) b) €) Hình 1.3 Sơ đồ hình dạng tỉnh thể các khống vật a- Dạng một phương; b- Dạng hai phương; c- Dạng ba phương
Màu các khống vật rất đa dạng Phần lớn các khống vật cĩ một màu nhất định nào
đĩ, cĩ một số khống vật, phụ thuộc vào tạp chất chứa trong chúng cĩ những màu khác nhau Ví dụ, thạch anh tinh khiết khơng màu, thạch anh cĩ chứa tạp chất cĩ thể cĩ màu
trắng, xám , vàng, tím, đen
Độ trong suốt là khả năng các khống vật để ánh sáng xuyên qua Theo độ trong suốt cĩ thể chia làm 3 nhĩm khống vật: Trong suốt (Khống vật thạch anh, muxcovit vv ), nửa trong suốt (khống vật thạch cao, khanxedon, vv ), khơng trong suốt (khống vật
pirit, than chì, v.v )
Ánh khống vật là khả năng mặt khống vật phản xạ ánh sáng, ánh các khống vật cĩ thể là ánh thuỷ tinh, ánh tơ, ánh xà cừ, ánh mỡ, ánh kim loại
Độ cứng - Khả năng khống vật chống lại tác dụng cơ học bên ngồi lên chúng Mỗi
một khống vật cĩ độ cứng nhất định Phụ thuộc vào phương pháp xác định chia ra: độ
cứng tương đối và độ cứng tuyệt đối
Trang 14
Độ cứng tương đối của khống vật được xác định bằng cách so sánh với độ cứng các khống vật trong bảng độ cứng tương đối MOHS 10 cấp (bảng 1.1) Trong đĩ khống vật tank là khống vật mềm nhất cĩ độ cứng 1 và khống vật cứng nhất là kim cương với độ cứng 10 Phần lớn các khống vật cĩ độ cứng từ 2 đến 7 Bảng 1.1 Thang độ cứng khống vật d, Độ cứn, Š Độ cứn; Khống vật NơngŠt tuyệt a Khống vật is of tuyét a MPa MPa _Tank 1 24 Octoclaaz 6 7967 Thach cao 2 360 Thach anh x 11200 Canxit 3 1090 Topaz 8 14270 Fluorit — 4 1890 Corindon 9 20600 Apatit 5 5360 Kim cuong 10, 100600
Độ cứng tuyệt đối của khống vật được xác định bằng máy Ví dụ, độ cứng tuyệt đối của
tank là 2,4 kG/mrỷ, trong khi đĩ độ cứng kim cương lớn hơn gấp 4000 lần (10.060 kG/mm’)
Tính cát khai cịn được gọi là tính dễ tách - là khả năng các khống vật nứt hoặc tách ra theo những hướng nhất định và tạo ra các mặt nhất định khi cĩ ngoại lực tác động Tính chất này phụ thuộc vào cấu trúc bên trong của tinh thể và đối với các khống vật khác nhau rất khác nhau Ví dụ mica đễ dàng tách ra thành những phiến mỏng nhưng limơnit lại hồn tồn khơng cát khai
Tỉ trọng của các khống vật rất khác nhau và dao động trong khoảng 0,6 đến 18 +19 Tỉ trọng phổ biến của các khống vật dao động trong khoảng 2,5 đến 3,0 (bảng 1.2)
Bảng 1.2 Tỷ trọng một số khống vật quan trọng nhất của đất đá (Theo E.S Lasera và H Berman) Khống vật Tỷ trọng Khống vật Tỷ trọng Thạch cao Tản Dolomit 2,87 Octoclaz 2,56 Aragonit 2,94 Caolinit 2,6 Biotit BAS Monmorilonit 2/3 Angit 33 Ilit 2,8 Hoblen 3,35
Thach anh 2,66 Limonit 3,8
Canxit Zito Mahetit 5,17
Tan a Hematit 2,2
Muscovit 2,85 Hematít chứa nước 4,3
Ngồi các tinh chất trên khi nghiên cứu khống vật người ta cịn chú ý đến các tính chất khác của chúng, như: từ tính, điện tính, tính phĩng xạ,V.V
Trang 15
2 PHAN LOAI VA ĐẶC TÍNH MỘT SỐ LỚP KHỐNG VẬT CHỦ YẾU
2.1 Phân loại
Cơ sở phân loại các khống vật là thành phần hố học và cấu trúc bên trong của
chúng Dựa vào cơ sở này các khống vật được chia ra 10 lớp sau: 1 Silicat 6 Sunfat 2 Cacbonat 7 Halogen 3 Oxit 8 Photphat 4 Hydroxit 9 Vonfram 5 Sunfua 10 Các nguyên tố tự sinh 2.2 Đặc tính một số lớp khống vật quan trọng
2.2.1 Lớp silicat bao gồm đến 800 khống vật, chiếm khoảng 75% khối lượng vỏ quả đất và là thành phần chủ yếu của đá macma và biến chất Chúng, chủ yếu được tạo thành bởi quá trình nội động lực.Theo thành phần và cấu trúc lớp silicat chia ra các
nhĩm: Fenspat, pirocxen, amphibol, mica, ơlivin, tank, clorit, các khống vật sét Theo thành phần tất cả các nhĩm khống vật này đều là silicat nhơm
2.2.2 Lớp cacbonat bao gồm 80 khống vật Phổ biến là các khống vật
canxit(CaCO,), magiezit(MgCO,), đolomit (CaCO; MgCO,) Nguồn gốc của chúng, chủ
yếu là ngoại động lực và cĩ liên quan với các dung dịch nước Khi tiếp xúc với nước chúng giảm bớt độ bên cơ học và cùng với các tác nhân khác nước làm cho chúng bị hồ
tan, rửa lũa
2.2.3 Lớp oxit và hiđrơxit Hai lớp này cĩ khoảng 200 khống vật chiếm khoảng 17% khối lượng vỏ quả đất Phân bố nhiều nhất là các khống vật thạch anh(SiO,), opan (SiO, nH,O), Limonit (Fe;O.nH;O)
2.2.4 Lớp sunƒat cĩ đến 260 khống vật Nguồn gốc thành tạo của chúng liên quan với các dung dịch nước Các khống vật sunfat đặc trưng bởi độ cứng khơng lớn, màu
sáng Chúng hồ tan tương đối tốt trong nước Các khống vật phổ biến nhất là thạch cao
(CaSO,.nH,O) và anhiđrit(CaSO,) Khi tiếp xúc với nước anhiđrit hút nước, biến thành
thạch cao và cĩ thể tăng thể tích lên đến 33%
2.2.5 Lép sunfua g6m 200 khống vật, tiêu biểu là khống vật pirit (FeS,) Các sunfua trong đới phong hố bị phá huỷ dễ dàng, vì vậy các vật liệu xây dựng chứa chúng
thường cĩ chất lượng kém
2.2.6 Lớp halogen cĩ khoảng 100 khống vật Nguồn gốc thành tạo của chúng, chủ yếu liên quan với các dung dịch nước Phổ biến nhất là khống vật Halit (NaCl) Các khống vật lớp này dễ hồ tan trong nước
Khống vật các lớp photphat, vonfram, các nguyên tố tự sinh trong tự nhiên gặp
tương đối ít
Trang 16Trong bảng 1.3 nêu lên thành phần khống vật của các loại đất đá va tính chất đặc
trưng của các lớp khống vật tiêu biểu
Bảng 1.3 Các lớp khống vật tiêu biểu tr! Tên lớ Các nhĩm, khống S6 | Thành phần chính Tính chất
ớp vật chính lượng của đất đá đặc trưng
1 Silicat | Fenspat, Amphibon, ~800 |Da macma, bién| D6 cing 1+ 6,5 khong
Piroxen, Mica, Olivin, chất, trầm tích sét | cĩ tính hồ tan
Tan, Clorit, Sét
2 | Cacbonat |Canxit, Dolomit, ~ 80 | Da voi, dolomit Độ cứng 3 + 4 cĩ tính
Maginezit hồ tan
3 Ơxit+ | Thạch anh, Opan, ~200 |Đá macma, biến| Độ cứng l + 7 khơng
Hyđroxit | Limonit chất, đất đá trầm| cĩ tính hồ tan
tích
4 Sunfat | Thach cao, Anhidrit 260 | Thach cao,|Độ cứng 2 + 3,5 dé
anhidrit kết hợp với nước
5 Sunfua |Pirit ~ 200 |Pirit Độ cứng 6 + 6,5 dễ bị ơxy hố 6 | Halogen |Halit ~ 100 |Muối mỏ Mềm, dễ hồ tan 3 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐẤT ĐÁ 3.1 Đất đá
Đất đá là tổ hợp một số lượng khống vật cĩ chất lượng, cấu trúc, tính chất lý học và điều kiện thành tạo nhất định
Đất đá là một khái niệm bao gồm: đá, đất và sự kết hợp giữa đá và đất Chúng rất khác nhau về thành phần, cấu trúc và tính chất lý học, hố lý, tính chất nước và tính chất cờ học Sự khác nhau này trước hết sinh ra do mối liên kết cấu trúc giữa các thành phần tạo nên chúng Các thành phân của đá được liên kết với nhau bằng mối liên kết bên -
liên kết hố học Đĩ là liên kết đồng hố trị, liên kết ion Các thành phân của đất được
liên kết với nhau bằng mối liên kết vật lý: liên kết phân tử, mao dẫn, từ tính, ion - tinh điện Vì vậy mối liên kết này khơng được bền vững, yếu và kém chặt chẽ hơn rất nhiều so với mối liên kết hố học
Nếu đất đá được cấu tạo từ một loại khống vật thì chúng được gọi là đất đá đơn khống và tên của các đất đá này là tên các khống vật tạo nên chúng Ví dụ như các đá thạch cao, anhiđrit,vv Phổ biến hơn là đất đá đa khống, chúng được cấu tạo từ nhiều khống vật, như đá granit gồm các khống vật fensfat, thạch anh, mica,
16
Đc kh
Trang 17
Trong thực tế xây dựng, nền và mơi trường đất đá của các cơng trình xây dựng cĩ thể chỉ do đất hoặc đá tạo ra Nhưng nhiều trường hợp chúng cĩ thể được tạo ra do sự kết
hợp của nhiều loại đất và đá khác nhau, làm cho điều kiện xây dựng của chúng trở nên
rất phức tạp
Tính năng xây dựng của đất đá phụ thuộc vào các yếu tố bên trong và bên ngồi của chúng, như: nguồn gốc, điều kiện thành tạo, thành phần, kiến trúc, cấu tạo, thế nằm, v.v
3.2 Nguồn gốc và điều kiện thành tạo của đất đá
Trong tự nhiên cĩ gần 1.000 loại đất đá khác nhau Các loại đất đá này cĩ nguồn gốc
khác nhau Theo nguồn gốc chúng được chia ra 3 loại sau: đá macma, đất đá trầm tích
và đá biến chất Trong vỏ quả đất đá macma và biến chất chiếm 95% khối lượng của nĩ Đất đá trầm tích chiếm khoảng 5% khối lượng vỏ quả đất nhưng chiếm đến 75% diện tích bể mặt vỏ quả đất Đất đá trầm tích thường phân bố trên mặt đất và phủ lên trên đá macma và đá biến chất
3.2.1 Đá macma được thành tạo từ macma Macma là những khối silicat nĩng chảy,
cĩ nhiệt độ 2000 + 3000°C, thành phần phức tạp, được phun lên từ độ sâu lớn của vỏ quả đất Macma nguội lạnh trong vỏ quả đất tạo ra đá macma xâm nhập Nếu macma phun
trào lên trên vỏ quả đất sẽ tạo ra đá macma phún xuất Quá trình tạo đá macma là quá
trình nội động lực
3.2.2 Đất đá trầm tích được thành tạo từ các trầm tích khác nhau trên bề mặt của vỏ
quả đất bởi các quá trình ngoại động lực Các trầm tích này được tích tụ và biến đổi từ các quá trình khác nhau hoặc do sự kết hợp giữa các quá trình đĩ Phụ thuộc vào các quá trình này đất đá trầm tích chia ra: trầm tích cơ học, hố học, hữu cơ và trầm tích hỗn
hợp (xem mục 5.2)
3.3.3 Đá biến chất khác với các loại đất đá đá kể trên, được thành tạo từ các loại đất
đá cĩ từ trước(đá macma, đất đá trầm tích) bởi quá trình biến chất Quá trình biến chất là quá trình tác động mãnh liệt của áp suất lớn, nhiệt độ cao vào các đất đá cĩ từ trước
Quá trình này làm cho đất đá nguyên sinh biến đổi hồn tồn về thành phần, cấu trúc và
thành tạo nên đá biến chất Phụ thuộc vào điều kiện thành tạo đá biến chất chia ra: đá biến chất tiếp xúc, khu vực và động lực (xem mục 6.2)
Điều kiện thành tạo mỗi loại đất đá nêu trên cũng rất đa dạng Theo nguồn gốc và điều kiện thành tạo ba loại đất đá trên được phân ra các loại khác nhau và được thể hiện
trong bang 1.4
Tính chất và tính năng xây dựng của các loại đất đá này sẽ được trình bày cụ thể trong các mục 4, 5, 6 của chương này
Trang 18Bảng 1.4 Phân loại đất đá theo điều kiện thành tạo Đất đá Đá mác ma Đất đá trầm tích Đá biến chất Đá Đá Trầm | | Trâm | | Trâm Trầm Đá Đá Đá
| mác mác tích tích tích tích biến biến biến ma ma cơ hố hữu hỗn chất chất chất
xâm phún học học cơ hợp khu tiếp động
nhập xuất vực xúc lực
3.3 Thành phần của đất đá
Trong đất đá, đặc biệt là đất cĩ thể cĩ nhiều thành phần vật chất ở những trạng thái
khác nhau: trạng thái rắn, lỏng, khí (hình 1.5) Ngồi ra, trong đất đá cĩ thể cịn cĩ một
lượng vật chất hữu cơ và sinh vật nhất định Trạng thái, tính chất và chất lượng của đất đá phụ thuộc rất lớn vào các thành phần vật chất này KHÍ NƯỚC
Hình 1.5 Mơ hình ba pha của đất đá
1 Pha khí: Khơng khí, hơi nước; 2 Pha lỏng: Nước, các muối hồ tan;
3 Pha rắn: vụn đá, hạt khống vật, vật chất hữu cơ
3.3.1 Thành phần rắn
Thành phần rắn bao gồm các vật chất rắn tạo nên đất đá Đĩ là các khống vật cĩ cấu
trúc tỉnh thể, thành phần, tính chất rất đa dạng Thành phân này đã được phân tích trong
mục l của chương này 3.3.2 Thành phần nước
Thành phần nước trong đất đá bao gồm nước ở các trạng thái khác nhau: hơi nước,
nước liên kết vật lý, nước mao dan, nước liên kết hĩa học, nước ở trạng thái rắn
18
Trang 19
(hình 1.6) Các dạng nước này đĩng những vai trị khác nhau đối với các tính chất và tính năng xây dựng của đất đá
Hình 1.6 Sơ đồ các dạng nước khác nhau
trong đất đá
1- Hạt đất đá; 2- Phân tử nước ở dạng hơi;
3- Ranh giới giữa khí quyển và thạch quyển a- Hạt đất với nước hấp phụ (liên kết chặt)
khơng hồn tồn;
b- Hạt đất với nước hấp phụ cực đại; c và d- Các hạt đất với nước màng mỏng
(liên kết yếu) cĩ độ dày khác nhan;
e- Hạt với nước màng mỏng và nước trọng lực; #- Nước mao dẫn; g- Nước trạng thái lỏng
3.3.2.1 Nước ở trạng thái hơi
Nước ở trạng thái hơi lấp đầy các phần lỗ hổng và khe nứt rỗng Hơi nước rất dễ di chuyển Trong lỗ hổng của đất đá, chúng vận động từ nơi cĩ áp suất lớn đến nơi cĩ áp
suất nhỏ hay nĩi cách khác đi từ nơi cĩ độ ẩm lớn đến nơi cĩ độ ẩm nhỏ hơn
Hơi nước trong các lỗ hổng của đất đá và hơi nước trong khí quyển tạo thành một hệ thống cân bằng động, nghĩa là chúng cĩ thể vận động từ khí quyển vào các lỗ rỗng của
đất đá hoặc ngược lại
3.3.2.2 Nước liên kết vật lý
Nước liên kết vật lý là dạng nước tồn tại ngay trên bề mặt hạt dưới tác dụng lực liên
kết giữa các phân tử nước với các hạt đất đá
Nước liên kết vật lý cĩ những đặc tính sau: tỉ trọng trung bình là 2, vận động chậm chạp hơn rất nhiều so với nước tự do; nước liên kết vật lý bị giữ trên bề mặt các hạt cứng bởi những lực liên kết lớn hơn trọng lực
Nước liên kết vật lý đặc trưng cho đất loại sét; trong đá cứng và đất đá rời rạc chúng khơng cĩ ý nghĩa thực tế Nước liên kết vật lý chia ra: nước liên kết chặt và nước liên kết yếu
Trang 20
Nước liên kết chặt (nước hấp phụ) được thành tạo do sự hấp phụ các phân tử nước trên bề mặt của các hạt cứng, tạo thành một lớp rất mỏng sát ngay trên bề mặt các hạt Lớp này cĩ chiều dày từ 11 + 23 phân tử
Nước liên kết chặt chỉ dịch chuyển khi biến sang thể hơi Thực vật khơng hút được
nước liên kết chặt từ các hạt
Trong đất hạt mịn, nước liên kết chặt chiếm đến 15% +18%, hạt thơ là 5% so với
khối lượng hạt rắn của đất đá [23]
Nước liên kết yếu (nước màng mỏng): phân bố ngay trên lớp nước liên kết chặt bằng mối liên kết phân tử Vì vậy lực liên kết giữa các phân tử nước và bể mặt hạt yếu đi
nhiều và cây cối cĩ thể hấp thụ được loại nước này
Nước liên kết yếu tồn tại trong đất đá khi độ ẩm trong đất đá lớn hơn độ ẩm hấp phụ lớn nhất Khi các hạt cĩ bể dày nước màng mỏng khác nhau tiếp xúc với nhau thì nước màng mỏng cĩ thể dịch chuyển một cách chậm chạp từ nơi cĩ màng dày đến nơi cĩ màng mỏng hơn
Lượng nước màng mỏng trong đất phụ thuộc vào thành phần hạt, thành phần khống vật của chúng Ứng với độ ẩm phân tử lớn nhất, trong cát lượng nước màng mỏng đạt
1+7%, pha cát từ 9 +13%, pha sét từ 15+23%, sét từ 25+40% [23]
Nước màng mỏng khơng di chuyển dưới tác dụng của trọng lực vì lực hút phân tử lớn
hơn trọng lực Nước màng mỏng cũng khơng truyền áp lực thuỷ tĩnh được vì nĩ khơng
lấp đầy các lỗ hổng của đất đá
Khi chiều dày màng mỏng bao quanh hạt tăng lên đến một giới hạn nhất định thì mang mỏng của nước bị trọng lực tác động, kéo xuống phía dưới để tạo thành nước trọng lực (nước trạng thái lỏng)
Sự cĩ mặt nước liên kết yếu trong đất loại sét làm cho chúng cĩ một số tính chất đặc
biệt: tính dẻo, tính dính, tính trương nở, lún
3.3.2.3 Nước mao dẫn
Nước mao dẫn là nước chứa trong các lỗ hổng và các khe rãnh mao dẫn Nước mao
dẫn được chứa giữ và dịch chuyển trong các lỗ hổng và khe nứt của đất đá chủ yếu do tác dụng của lực mao dẫn phát sinh ở phần tiếp xúc giữa nước với khơng khí trong đất đá Tuỳ thuộc vào quan hệ giữa nước mao dẫn và nước ngầm, A.F Lêbêđep chia ra: nước
mao dẫn treo và mao dẫn dâng Ngồi ra phụ thuộc vào vị trí nước mao dẫn đối với các hạt đất mà dạng nước này cịn chia ra nước mao dẫn gĩc và nước mao dẫn bao quanh hạt
Nước mao dẫn treo khơng liên hệ với mực nước ngầm Nĩ thường được tạo thành ở phần trên của đới thơng khí từ nước mưa khi độ ẩm của đất đá vượt quá độ ẩm phân tử
cực đại Đơi khi nước mao dẫn treo được thành tạo ở phần dưới của đất đá hạt nhỏ nằm lĩt dưới đất đá hạt thơ hơn
20
Trang 21
Khi quá trình bốc hơi kéo dài nước mao dẫn treo cĩ thể hồn tồn khơ kiệt Thực vật
dễ dàng hấp thụ dạng nước này
Nước mao dẫn dâng phân bố phía trên mặt nước ngầm Nĩ được dâng lên trong các
khe lỗ mao dẫn do tác dụng của sức căng bề mặt Chiều dày lớp nước mao dẫn dâng cĩ thể biến đổi từ 0 (trong cuội sỏi) đến 4 + 5 m (trong đất loại sét) Do nước mao dẫn dâng liên hệ thuỷ lực với mực nước ngầm nên mặt lớp nước mao dẫn dâng dao động theo sự dao động của mực nước ngầm
Nước mao dẫn gĩc chủ yếu được thành tạo trong các gĩc của các lỗ rỗng gần chỗ tiếp xúc của các hạt đất đá Nĩ được giữ rất chặt bằng các lực mao dẫn, khơng truyền áp lực thuỷ tĩnh, khơng vận động vào trong các hạt đất đá
Nước mao dẫn bao quanh được thành tạo chủ yếu trong đất cát, chiếm giữ tất cả những khoảng trống nằm sát các hạt Ở trung tâm các lỗ cĩ các bọt khí
3.3.2.4 Nước trọng lực
Nước trọng lực (nước lỏng) được thành tạo trong đất đá khi độ ẩm của chúng lớn hơn
độ ẩm phân tử tối đa hay khi các lỗ hồng đất đá bão hồ nước
Vận động của nước trọng lực diễn ra chủ yếu dưới tác dụng của trọng lực và của građien áp lực, ở mức độ ít hơn, dưới tác dụng của lực mao dẫn Nước trọng lực cịn được gọi là nước tự do cĩ khả năng truyền áp lực thuỷ tĩnh
Khi vận động trong đất đá nước trạng thái lỏng cĩ những tác dụng khác nhau lên
chúng Nĩ cĩ thể phá huỷ cơ học, hồ tan và rửa lũa đất đá
Nước lỏng được thành tạo ở phần trên của vỏ quả đất Vận động của nước lỏng trong đất đá cĩ thể chia làm 2 dạng: ngấm và thấm Khi chỉ một phần các lỗ rỗng của đất đá chứa đầy nước và nước chỉ vận động qua các lỗ rỗng đĩ thơi thì vận động của chúng được gọi là ngấm Yếu tố chủ yếu sinh ra dạng vận động này là trọng lực và lực mao dẫn
Quá trình thấm xảy ra trên những diện rộng với dịng thấm lớn; lúc đĩ tất cả các lỗ rỗng của tầng đất đá đều bão hồ nước và nước thấm dưới tác dụng của áp luc mao dan,
građien áp lực và trọng lực
Nước trọng lực phân bố rộng rãi trong đới bão hồ và là đối tượng chủ yếu trong nghiên cứu địa chất thuỷ văn cơng trình
3.3.2.5 Nước ở trạng thái rắn
Khi nhiệt độ đất đá, nước thấp dưới 0° nước trọng lực và một phần nước liên kết đĩng
băng biến thành nước ở trang thái rấn Khi đất đá và nước trong chúng bị đĩng băng,
tính chất cơ lý của chúng bị thay đổi
3.3.2.6 Nước liên kết hố học
Nước liên kết hố học (nước trong các mạng tinh thể các khống vật): cĩ thể chia thành 2 kiểu: nước kết cấu và nước kết tinh
Trang 22
Nước kết cấu cịn gọi là nước liên kết hố học tham gia vào mạng tỉnh thể các khống vật dưới dạng các ion OH hoặc H,O' Nĩ được tách ra khỏi mạng tỉnh thể khi nung nĩng khống vật đến nhiệt độ từ 300°C + 1.300°C và khi mạng tinh thể hồn tồn bị phá huỷ Các khống vật chứa nước kiểu này như: diaspo AIO(OH), topaz Al;(OH);SiO;, các khống vật hiđrơxit Al,(OH);, Ca(OH);
Nước kết tinh là nước nằm trong mạng tỉnh thể các khống vật dưới dạng phân tử nước
H;O hoặc nhĩm các phân tử nước Nĩ cĩ thể tách ra khỏi khống vật khi nung nĩng chúng
đến nhiệt độ 250°C + 300% Ví dụ về một số khống vật chứa kiểu nước này là xơđa- Na,CO,.10H,O, mirabilit-Na,SO,.10H,O, bisophit Mgel;.6H;O, thạch cao - CaSO,.2H,O nước kết tỉnh trong các khống vật này chứa đến 21 + 63% khối lượng của chúng
3.3.3 Thành phần khí
Pha khí trong đất đá bao gồm các khí, như;O;, CO;, N,, CH,, H,S, H,.Các khí này
thường cĩ nguồn gốc khí quyển, sinh vật và trong nhiều trường hợp tạo nên những túi khí cĩ khối lượng rất lớn, những mỏ khí Sự cĩ mặt của chúng thường được khảo sát, đánh giá kỹ khi thi cơng các cơng trình ngầm, các cơng trình khai thác mỏ
3.4 Kiến trúc của đất đá
Kiến trúc của đất đá là khái niệm tổng hợp về các yếu tố, như: kích thước, hình dạng,
tỉ lệ định lượng giữa các thành phần khống vật, mức độ kết tinh và dạng liên kết của chúng trong đất đá Mỗi một loại đất đá cĩ một kiểu kiến trúc nhất định
Kiến trúc của đá macma đặc trưng bởi mức độ kết tinh của các tinh thể tạo nên
chúng Phụ thuộc vào mức độ kết tinh, kích thước của tinh thể và trình độ hồn thiện của cdc mat tinh thể kiến trúc của đá macma chia ra: Kiến trúc tồn tinh(dạng hạt); kiến trúc
nửa kết tinh(pocfia); kiến trúc vi tỉnh; kiến trúc thủy tinh(hình 1.7)
- Kiến trúc tồn tỉnh: Kiểu kiến trúc này đặc trưng bởi các hạt khống vật tạo nên đá
cĩ kích thước đủ lớn để cĩ thể nhìn rõ bằng mắt thường, cĩ đây đủ các mặt giới hạn - Kiến trúc nửa kết tinh được tạo thành do sự kết hợp giữa các tinh thể kết tỉnh và các tỉnh thể khơng kết tỉnh, khơng định hình
- Kiến trúc vi tỉnh đặc trưng bởi mức độ kết tinh của các tinh thể ở mức độ thấp, các tinh thé khống vật cĩ kích thước rất nhỏ, mắt thường khơng nhìn thấy được
- Kiến trúc thuỷ tỉnh, trình độ kết tỉnh các khống vật tạo nên đá bằng khơng S75 ẽ nN ai 3,0 WA | : ews, E= A H2 b)
Trang 23
Kiến trúc đất đá trầm tích đặc trưng bởi mức độ liên kết giữa các hạt, các kết thé hạt tạo nên chúng (hình 1.8) Trong đá trầm tích các hạt liên kết với nhau bởi mối liên kết
bền chắc, tạo nên kiểu kiến trúc gắn kết Trong đất mềm dính (sét, sét pha, cát pha, ) các hạt chỉ dính kết với nhau bởi mối liên kết yếu (liên kết phân tử, keo nước, tĩnh
điện, ), tạo nên kiểu kiến trúc dính kết Trong đất hạt rời (cát, sỏi, cuội, ) các hạt rời
rạc, hầu như khơng liên kết với nhau Kiểu kiến trúc này được gọi là kiến trúc rời rạc
4) b) €)
Hình 1.8 Đất đá trầm tích với các kiểu kiến trúc khác nhau a) Gắn kết; b) dính kết; c) Roi rac
Dưới tác dụng của quá trình biến chất các khống vật tạo nên chúng cĩ thể lại tái kết
tỉnh Vì vậy, kiến trúc đá biến chất đặc trưng bởi mức độ tái kết tỉnh của các khống vật
tạo nên chúng Kiến trúc của chúng thường là kiểu biến tinh, minơlit,vây
Kiến trúc vảy là kiểu kiến trúc của đá biến chất được tạo ra bởi các khống vật cĩ
dạng vảy Trong các đá này các khống vật dạng vảy liên kết, sắp xếp song song với
nhau theo bề mặt vảy của các khống vật
Khi đất đá gốc bị nghiền nát, ép chặt và cùng với tác dụng của các hoạt chất hĩa học tạo ra kiểu kiến trúc minơlit (hình 1.9)
Hình 1.9 Kiến trúc minolit của đá biến chất, dăm kết kiến tạo
Trang 24
3.5 Cấu tạo của đất đá
Cấu tạo của đất đá là tổng hợp các yếu tố về sự phân bố tương đối giữa các thành phần khống vật cĩ trong đất đá Như vậy, cấu tạo của đất đá đặc trưng cho vị trí phân bố trong khơng gian của các thành phần tạo nên chúng Cũng như đối với kiến trúc mỗi
loại đất đá cĩ một kiểu cấu tạo nhất định đặc trưng cho chúng Các kiểu cấu tạo thường gặp là: đặc xít, dải, phiến, rỗng, vv (hình 1.10) -
Hình 1.10 Sơ đơ một số kiểu cấu tạo đặc trưng của đất đá a- Cấu tạo đặc xít; b- Cấu tạo dải; c- Cấu tạo phiến; d- Cấu tạo rỗng;
Cấu tạo đặc xít đặc trưng cho tính đồng nhất về sự phân bố các thành phần khống
vật khác nhau cĩ trong đá Với kiểu cấu tạo này các khống vật với thành phần khác
nhau phân tán đều đặn, liên kết chặt chẽ với nhau trong tồn bộ khối đá (hình 1.1 1)
Hình 1.11 Khối đá macma cĩ cấu tạo đặc xít Hình 1.12 Khối đá biến chất cĩ cấu tạo dải
Cấu tạo dải đặc trưng cho tính khơng đồng nhất về thành phân khống vật của khối đá Trong trường hợp này đá được cấu tạo tuần tự bởi các dải khống vật với thành phần
khác nhau (hình 1.12)
Cấu tạo phiến đặc trưng cho tính dị hướng lớn của đá Các phiến đá sắp xếp song
song với nhau (hình 1.13)
Trang 25
Hình 1.13 Đá biến chất cĩ cấu tạo phiến
Trong từng phiến các khống vật dạng tấm, vảy, kim sắp xếp song song với nhau và
song song với bề mặ phiến Với cấu tạo này các tính chất của đá như cường độ, tính thấm, theo các phương khác nhau sẽ rất khác nhau và nền đá dễ bị phá hoại theo bề mặt phân phiến của đá
Cấu tạo rỗng là cấu tạo đặc trưng bởi sự cĩ mặt các lỗ rỗng trong đất đá Chỉ cĩ một
số ít đá mac ma phún xuất cĩ cấu tạo rống(bazan, tup nui lửa, hình 1.14) Trong khi đấy
tất cả các loại đất đều cĩ câú tạo rỗng (hình 1.15) Cấu tạo rỗng làm cho tính thấm nước, chứa nước của đất đá tăng lên và độ bền, khả năng chịu tải của đất đá giảm xuống rất nhiều Oy 22/7/77) : 77 UKs Oe 2022 OOD) 7775 7ð Hình 1.14 Khối đá bazan cĩ cấu tạo rơng Hình 1.15 Sơ đồ cấu tạo rỗng của đất 3.6 Thế nằm của đất đá 3.6.1 Các kiểu thế nằm của đất đá
Kiểu thế nằm của đất đá cho ta khái niệm về hình dạng, kích thước, vị trí tương đối của chúng trong khơng gian và quan hệ tiếp xúc giữa các khối đất đá với mơi trường xung quanh Phụ thuộc vào điều kiện thành tạo và biến đổi, đất đá cĩ những kiểu thế nằm rất khác nhau Nếu như kiến trúc và cấu tạo của đất đá là những yếu tố bên trong quyết định tính chất cơ, lý, nước của bản thể đất đá thì thế nằm của chúng là yếu tố bên
25
Trang 26
ngồi cho ta biết về mức độ đồng nhất và biến đổi của các tinh chất này Cũng như kiến
trúc và cấu tạo, thế nằm của các loại đất đá cĩ thể gồm các kiểu khác nhau: khối, phân lớp, thấu kính,v.v (hình1.16) x x x * xước 102 va KẾ K ức Napa oe ee Mn ae $s x ee ak ý Xi M 6n K X X2 lc My, ph eR Ree C VI ERS TR! Se = ee x x xX xX x KK Xx ie a)
Hình 1.16 Sơ đồ các kiểu thế nằm đặc trưng của đất đá
a- Kiểu khối; b- Kiểu phân lớp; c- Kiểu thấu kính - Kiểu khối đặc trưng bởi tính đồng nhất tương đối vẻ thành phân của đất đá trong tồn khối đất đá (hình 1.17)
Hình 1.17 Thế nằm kiểu khối của núi đá vơi
Trang 27
- Kiểu thấu kính: khối đất đá cĩ kích thước hạn chế, cĩ thành phần hồn tồn khác
với mơi trường đất đá bao quanh nĩ
3.6.2 Các yếu tố thế nằm của vỉa đất đá
Khi điều tra nghiên cứu điều kiện địa chất cơng trình cần thiết phải xác định vị trí
trong khơng gian của các vỉa đất đá Để xác định vị trí các vỉa trong khơng gian phải
biết các yếu tố thế nằm của các vỉa: gĩc phương vị đường phương, đường hướng dốc,
gĩc đổ (hình 1.19)
Hình 1.19 Các yếu tố thế nằm của vỉa hình chiếu đường hướng đốc lên mặt phẳng nằm ngang
M - Mặt vỉa; 1- Đường phương; 2- Đường hướng dốc; œ- Gĩc đổ;
Đường phương của vỉa là đường cắt nhau giữa mặt phân vỉa đất đá với mặt phẳng
nằm ngang
Gĩc phương vị đường phương là gĩc tạo bởi phía bắc đường kinh tuyến và đường phương Gĩc phương vị đường phương cĩ hai giá trị chênh nhau 180°
Đường hướng dốc là đường thẳng gĩc với đường phương về phía giảm cao độ của mái vỉa
Gĩc phương vị đường hướng dốc là gĩc tạo bởi phía bắc đường kinh tuyến với hình chiếu của đường hướng dốc lên mặt phẳng nằm ngang
Gĩc đổ hay gĩc dốc của vỉa là gĩc hợp bởi đường hướng dốc và hình chiếu cảu nĩ
trên mặt phẳng nằm ngang Gĩc phương vị và gĩc đổ của vỉa được xác định bằng địa bàn
địa chất và được thể hiện lên các loại bản đồ địa chất khác nhau
Việc xác định vị trí các lớp (vỉa) đất đá trong khơng gian cho phép xác định độ sâu,
độ dày, và đặc tính thế nằm của chúng; cho chúng ta khả năng chọn lựa các lớp để làm nền cho cơng trình xây dựng và đánh giá khả năng sạt trượt đất đá, tiềm năng nước dưới
dat,v.v
4 ĐÁ MACMA
4.1 Quá trình thành tạo của đá macma
Đá macma được thành tạo do kết quả nguội lạnh, đơng cứng các khối macma nĩng chảy
Macma phun lên theo các khe rãnh trong vỏ quả đất và cĩ thể bị đơng cứng trong lịng đất, hoặc trên mặt đất Theo điều kiện thành tạo đá macma chia ra: đá macma xâm
nhập và đá macma phún xuất (hình 1.20)
27
Trang 28
Hinh 1.20 So dé thành tạo và các dạng thế nằm đá macma
a- Đá biến chất và đá trầm tích; b- Đá macma xâm nhập; c- Đá macma phún xuất
1 Dạng nền; 2 Dạng bướu; 3 Dạng nấm; 4 Dạng mạch; 5 Dạng vịm;
6 Dạng lớp phủ; 7 Dạng dịng thấm
Điều kiện thành tạo đá macma xâm nhập và phún xuất khác nhau
Đá macma xâm nhập thành tạo dưới mặt đất, trong điều kiện áp suất, nhiệt độ lớn và khối macma nguội, đơng cứng lại một cách từ từ, đều đặn Trong điều kiện như vậy hơi nước và khí khơng thốt ra được, macma tạo thành các loại đá cĩ cấu tạo dac xit, tinh | thể các khống vật kết tinh một cách đầy đủ, như đá: xienit, điorit, gabro, dunit ,granit
(hình 1.21),
Hình1.2I Đá ma ma xâm nhập, duni(a), grani(b);
Đá macma phún xuất được tạo thành trên bề mặt địa hình Lúc này macma nguội nhanh trong điều kiện áp suất và nhiệt độ nhỏ hơn, khí và nhiệt độ trong nĩ toả ra nhanh
và mạnh, tạo ra các đá, như: liparit, andedit, điabad, bazan, riolit (hình 1.22a) Trong
trường hợp này cĩ thể thành tạo các loại đá chứa thuỷ tỉnh núi lửa khơng định hình, đá cĩ cấu tạo rỗng (hình 1 22 b) Một số đá macma phún xuất cĩ độ rỗng lớn, như: đá
bọt, bazan, đ
28
Trang 29
Hình 1.22 Đá macma phún xuất, riolit(a); bazan(b) 4.2 Thành phần của đá macma
Thành phần khống vật của đá macma xâm nhập và phún xuất chủ yếu gồm các
khống vật rắn, như; fenspat (60%), thạch anh (12%), amphibol và pirocxen (17%),
mica (4%) Ngồi ra, cịn một số khống vật khác như ziacon, turmalin, apatit Như vậy, trong thành phần khống vật đá macma các khống vật cĩ độ cứng lớn(độ cứng
tương đối từ 5,5 đến 7) chiếm đến 89% thành phần của chúng Đây là yếu tố đầu tiên
làm cho đá macma cĩ cường độ cao, cĩ khả năng chịu tải lớn so với các loại đá khác Khống vật của đá macma được thành tạo bởi hầu hết các nguyên tố hố học nhưng chủ yếu là O, Si,AI, Fe, Ca, Mg, K, Na, H, Ti Trong đĩ lượng silic, được tính theo lượng
SiO, c6 trong đá - thay đổi từ 25% đến 85%
Phân loại đá macma theo hàm lượng SiO; cĩ một ý nghĩa thực tế nhất định Khi lượng
SiO, giảm thì màu đá sãm dân, tỉ trọng tăng lên, nhiệt độ nĩng chảy giảm xuống và đá
dễ đánh bĩng hơn Theo hàm lượng SiO; đá macma chia làm các loại sau:
1) Đá axit, hàm lượng SiO, > 65%
2) Đá trung tính, hàm lượng SiO, = 65 + 52 %
3) Đá Bazo, ham luong SiO, = 52 + 40 %
4) Đá siêu Bazo, ham lượng SiO; < 40 %
4.3 Kiến trúc của đá macma
Trong đá macma các thành phần khống vật gắn kết với nhau bởi mối liên kết hĩa
học rất bền, chắc Các tinh thể tạo nên đá macma cĩ mức độ kết tinh, kích thước và trình độ hồn thiện của các mặt tỉnh thể khác nhau Do đá mac ma xâm nhập và đá macma phún xuất thành tạo trong những điều kiện khác nhau nên chúng được đặc trưng bởi
những kiểu kiến trúc khác nhau
- Kiến trúc tồn tinh đặc trưng cho đá macma xâm nhập
- Kiến trúc nửa kết tinh đặc trưng cho đá macma xâm nhập nơng
29
Trang 30
- Kiến trúc vi tỉnh đặc trưng cho đá macma phún xuất
- Kiến trúc thuỷ tinh, đặc trưng cho một số đá macma thành tạo trên mặt đất
4.4 Cấu tạo của đá macma
Phụ thuộc vào điều kiện thành tạo đá macma cĩ thể cĩ cấu tạo đặc xít, dải, rỗng,
Cấu tạo đặc xít đặc trưng cho phần lớn các loại đá macma Chỉ cĩ một số ít đá macma
phún xuất, như: đá bazan, túp núi lửa, cĩ cấu tạo rỗng Cấu tạo rỗng của một số đá macma làm cho cường độ của đá giảm nhiều so với các đá cĩ cấu tạo đặc xít, đồng thời làm cho khả năng thấm và chứa nước của chúng tăng lên Ngồi ra, đá macma cũng cĩ thể cĩ cấu tạo dải, trong đĩ các khống vật cĩ thành phần hoặc kiến trúc giống nhau phân bố theo những dải riêng rẽ
4.5 Dạng thế nằm đá mác ma
Đá macma cĩ kiểu thế nằm khối, tuy nhiên phụ thuộc vào điều kiện thành tạo đá
macma cĩ thể cĩ các dạng thế nằm khác nhau (xem hình 1.20)
Đá macma xâm nhập cĩ các dạng thế nằm nền, bướu, nấm và mạch
- Dạng nền cĩ chiều rộng hàng chục kilomet, chiều dài hàng trăm kilomet và phân bố đến những độ sâu hàng chục kilomet trong vỏ quả đất;
- Dạng bướu là những nhánh của dạng nền cĩ dạng hình bướu;
- Dạng nấm đĩ là những khối đá xâm nhập cĩ dạng hình nấm, nhiều khi cĩ nhiều tầng xen kẹp với đá biến chất;
- Dạng mạch - đĩ là những khe rãnh chứa đây đá macma xâm nhập
Các dạng thế nằm đá phún xuất thường gặp là: chĩp, lớp phủ, dịng chảy
- Dạng chĩp thường tạo ra các địa hình nâng cao như núi, đồi đá macma
- Dạng lớp phủ được tạo ra do macma phun trào bao phủ lên bề mặt địa hình, tạo ra
các thể địa chất cĩ diện rất rộng nhưng chiều dày khơng lớn
- Dạng dịng chảy được hình thành khi dịng macma phun trào vào các thung lũng,
khe hẻm dốc
Như vậy, với các dạng thế nằm khác nhau đá macma kết hợp với các đất đá trầm tích, đá biến chất làm cho bức tranh về điều kiện địa tầng của khu vực trở nên hết sức phức
tạp, biến động
4.6 Tính năng xây dựng của đá macma
Phần lớn các đá macma đều cĩ cường độ chống nén cao (trung bình 200 + 3800 kG/ cm”),
khơng thấm nước (nếu khơng cĩ các khe nứt), khơng hồ tan, vì vậy chúng là nền lý tưởng, vật liệu xây dựng tốt cho các cơng trình xây dựng Tuy nhiên, khi đánh giá đá macma dùng làm nền, mơi trường cho các cơng trình xây dựng khơng được giới hạn ở những hiểu biết
thơng thường về tính vững chắc sẵn cĩ của chúng Tương tự, khi đánh giá tính chứa nước
Trang 31của đá macma khơng thể chỉ dựa vào đặc điểm cấu tạo của chúng Trong điều kiện tự nhiên đá macma thường bị các khe nứt phân cách, bị phong hố, phá huỷ và biến đổi
chất lượng (hình 1.23 ) Trong một số đá macma phún xuất ngồi các khe nứt cịn cĩ các
lỗ hồng Vì vậy, để đánh giá đá macma làm nền cho các cơng trình cũng như để đánh
giá tính chứa nước, thấm nước của chúng, ngồi những tài liệu về thành phần, kiến trúc, cấu tạo của đá chúng ta cịn cần phải cĩ các thơng tin, tài liệu về trạng thái và các đặc
điểm khác của chúng trong điều kiện thực tế tự nhiên nữa
Hình 1.23 Núi đá mạc ma bị phong hĩa
4.7 Dac tính các nhĩm đá macma phân bố trên lãnh thổ Việt Nam
- Đá axit (Hàm lượng SiO; > 65%) là những đá macma phổ biến nhất Đại biểu chính
của nhĩm đá axit là: granit, pocfia thạch anh, liparit, thuỷ tinh núi lửa
Granit thường cĩ cấu tạo dạng khối, đặc xít, là đá xâm nhập Thành phần khống vật
chủ yếu gồm thạch anh, penspat, mica
Pocfia thạch anh và lifarit là đá phún xuất cĩ cùng thành phần khống vật với đá granit Đá macma axít phân bố rộng rãi ở các vùng miền núi như Hà giang, Tuyên Quang, Cao Bằng, Điện Biên, Cơng Tum, Lạng Sơn, Vĩnh Phú, Nghệ Tĩnh,
- Đá trung tính (Hàm lượng SiO; từ 65% đến 52%) phổ biến nhất là: Xienit, điorit (đá
xâm nhập) và pocphia octolaz, trachit, pocfirit, andezit (đá phún xuất) Trong đĩ Xienit, pocfia thạch anh, trachit cĩ cùng thành phần khống vật (fenspat, hocblen, biotit )
Cịn thành phần khống vật của điorit, andezit chủ yếu là: Plagioclaz, hocblen,
avgit, biotit
Các đá trung tính phân bố ở vùng núi Bắc Cạn, Lai Châu, Vĩnh Phú (Tam đảo), Quảng Bình, Nghệ Tĩnh
- Đá bazơ (Hàm lượng SiO; từ 52% đến 40%) là loại đá tương đối phổ biến Trong
nhĩm này, đá xâm nhập cĩ gabrrơ, đá phún xuất - điabaz, bazan Thành phần khống vật
chủ yếu của tất cả các đá này là: Plagioclaz, avgit, thỉnh thoảng gặp olivin
31
Trang 32
Gabrơ cĩ kiến trúc đa dạng, nhưng thường là kiến trúc dạng hạt(tồn tinh) Bazan cĩ kiến trúc nửa kết tỉnh (pocfia) Cịn điabaz - các hạt tinh thể cĩ kích thước rất nhỏ - kiến
trúc ẩn tinh
Đá bazơ phân bố rộng rãi ở miền núi các tỉnh Lạng Sơn, Cao Bằng, Hồ Bình, Yên
Bái, Nghệ Tĩnh, Tây Nguyên
- Đá siêu bazơ (Hàm lượng SiO, < 40%)chỉ thành tạo dưới sâu, chúng cĩ nguồn gốc
xâm nhập và khơng chứa thạch anh, fenspat Phân bố của chúng rất hạn chế Trên mặt đất các đá này thường khơng được bền vững, dễ bị phong hố Pirocxenmit, periđotit,
đunit là những đá siêu bazơ
Thành phần khống vật chủ yếu của pirocxenit là avgit; peridotit - avgit, olivin, và
các khống vật quặng; đunit - olivin, các khống vật quặng
Ở Việt Nam các đá siêu bazơ phân bố ở các vùng sơng Mã, sơng Đà, Tây bắc, Vĩnh
Phúc,
5 ĐẤT ĐÁ TRẦM TÍCH
5.1 Quá trình thành tạo đất đá trầm tích
Đất đá trầm tích được thành tạo do kết quả tích tụ và biến đổi tiếp theo của các trầm tích cĩ nguồn gốc khác nhau Phụ thuộc vào quá trình thành tạo các trầm tích này được chia ra thành trầm tích: cơ học, hố học và sinh học
Tất cả các loại đá lộ ra trên mặt đất đều chịu tác dụng của quá trình phong hố vật lý quá trình phá huỷ đất đá dưới tác dụng của các nhân tố vật lý Kết quả là chúng bị nứt nẻ, phá huỷ và tạo ra những mảnh vụn, những hạt với kích thước khác nhau Các sản phẩm phá huỷ này được tạo ra bởi quá trình cơ học và vì vậy, chúng được gọi là các trầm
tích cơ học
Các trầm tích cơ học được giĩ, nước chuyển đi và trầm đọng xuống dưới đáy sơng,
biển, đại dương và cả ngay trên bề mặt lục địa Từ các trầm tích vụn rời, qua một thời gian dài biến đổi tạo ra các loại đất đá tram tích cơ học khác nhau Như vậy, để tạo ra các loại đất đá trầm tích này, sản phẩm phá huỷ đã phải trải qua một thời kỳ nén chặt và biến đổi Theo thời gian dưới tác dụng của những nhân tố bên ngồi khác nhau đất đá
trầm tích lại tiếp tục bị phá huỷ, biến đổi Giai đoạn biến đổi này được gọi là biến đổi
thứ sinh
Các sản phẩm được tạo từ các tàn tích thực, động vật được gọi là các trầm tích sinh
học (san hơ, vỏ sị, vỏ ốc, than, )
Trầm tích hĩa học được tạo ra do các chất kết tủa từ các dung dịch nước, các phản ứng hĩa học
Quá trình phá huỷ, trầm đọng và biến đổi cũng xảy ra đối với các trầm tích sinh vật
Trang 33
Đất đá trầm tích phụ thuộc vào điều kiện, nguồn gốc, thành tạo cĩ thể là đất hoặc đá Đất đá trầm tích mặc dầu chỉ chiếm 5% khối lượng vỏ quả đất nhưng chúng phân bố tất rộng rãi trên bề mặt địa hình, 75% diện tích bề mặt vỏ quả đất được bao phủ bởi đất đá trầm tích
5.2 Phân loại đất đá trầm tích theo nguồn gốc và quá trình thành tạo
Theo nguồn gốc và quá trình thành tạo đất đá trầm tích được phân thành các nhĩm sau:
1) Đất đá trầm tích cơ học - được thành tạo từ các trầm tích cơ học; 2) Đất đá trầm tích hố học - được thành tạo bởi các trầm tích hố học; 3) Đất đá trầm tích sinh hĩa - được tạo thành từ các trầm tích thực động vật;
4) Đất đá trầm tích hỗn hợp - được thành tạo từ sự kết hợp các trầm tích cĩ nguồn gốc khác nhau 5.3 Đặc tính của đất đá trầm tích Do điều kiện thành tạo mà đất đá trầm tích cĩ thành phần, kiến trúc, cấu tạo và thế nằm rất đa dạng và phức tạp 5.3.1 Thành phần đất đá trầm tích
Trong thành phần đất đá trầm tích ngồi các khống vật của đá macma, biến chất cịn cĩ các khống vật được thành tạo trong quá trình trầm đọng và biến đổi tiếp theo của
chúng, như khống vật canxit, caolinit, sét,.v.v là những khống vật cĩ độ cứng nhỏ, dễ bị nước tác dụng Vì vậy, trong nhiều trường hợp các khống vật này đĩng vai trị
quyết định đối với tính chất và tính năng xây dựng của đất đá trầm tích Thành phần khống vật của đất đá trầm tích gồm các lớp khác nhau như, silicat, cacbonat, oxit,
sunfat, v.v
Trong đất đá trầm tích thường gặp các di tích sinh vật Các, di tích động, thực vật trong đất đá trầm tích cĩ thể gặp dưới dạng hố đá (hố thạch), hộc phân hủy ở những
mức độ khác nhau (hình 1.24)
Hình 1.24 Sét-bột kết chứa hĩa thạch (a, b) và sét - bột kết chứa than(c)
Trang 345.3.2 Kiến trúc của đất đá trầm tích
Kiến trúc của đất đá trầm tích đặc trưng bởi mức độ liên kết giữa các khống vật, các
hạt, các kết thể hạt và rất khác nhau Đá trầm tích (đá vơi, sỏi kết, cát kết, ) đặc trưng
bởi kiểu kiến trúc gắn kết, đất mềm dính (sét, sét pha, ) - kiến trúc dính kết và đất hạt rời (cát, sỏi, cuội, ) - kiến trúc rời rạc Cùng với các yếu tố khác, kiến trúc của đất đá
trầm tích làm cho tính chất và tính năng xây dựng của chúng trở nên đa dạng và phức tạp
hơn rất nhiều so với đá macma 5.3.3 Cấu tạo của đất đá trầm tích
Cấu tạo của đất đá trầm tích cũng rất đa dạng Mỗi một loại đất đá trầm tích cĩ một
kiểu cấu tạo đặc trưng riêng Đá trầm tích cĩ thể cĩ cấu tạo đặc xít, dải trong khi đĩ đất trầm tích đặc trưng bởi cấu tạo rỗng xốp Tính chất rỗng xốp là tính chất rất đặc trưng cho đất trầm tích, Độ lỗ rỗng tồn phần của đất trầm tích cĩ thể rất lớn, ví dụ, cát:
35% - 45 %; sét: 45% - 55 %
5.3.4 Thế nằm của đất đá trầm tích
Đất đá trầm tích thường cĩ kiểu thế nằm phân lớp Các lớp này được tạo thành trong quá trình trầm đọng một cách cĩ chu kỳ các trầm tích Các lớp đất đá trầm tích cĩ thể cĩ
độ dày rất lớn và độ nghiêng rất khác nhau Nếu các lớp nằm song song với nhau, chúng tạo thành thế nằm chỉnh hợp (hình 1.25.a,b) Trong một số trường hợp, do vận động kiến
tạo của vỏ quả đất đất đá cĩ thể cĩ thế nằm khơng chỉnh hợp - các lớp đất đá khơng nằm song song với nhau (hình 1.25.c) Thế nằm phân lớp và thấu kính của đất đá trầm tích làm cho địa tầng trở nên khơng đồng nhất, dị hướng, các tính chất cơ, lý, nước của đất
đá cĩ thể biến đổi một cách dị thường
Hình 1.25 Thế nằm phân lớp chỉnh hợp (a, b) và bất chỉnh hợp đất đá trầm tích(c)
Những đặc tính trên của đất đá trầm tích làm cho chúng cĩ tính năng xây dựng rất
phức tạp và so với đá macma tính năng xây dựng của chúng kém hơn rất nhiều
5.4 Đặc tính các nhĩm đất đá trầm tích
5.4.1 Đất đá trầm tích cơ học
Đất đá trầm tích cơ học được tạo thành từ các sản phẩm của quá trình phá huỷ cơ học
các đất đá thành tạo từ trước (đá macma, biến chất, trầm tích)
Trang 35Đất đá trầm tích cơ học được phân loại theo các yếu tố ảnh hưởng đến tính năng xây
dựng của chúng, như: kích thước, mức độ liên kết, hình dạng các hạt đất đá
Kích thước hạt là yếu tố đầu tiên ảnh hưởng đến tính năng xây dựng của đất đá trầm tích Trong cùng một điều kiện địa tầng nên đất đá càng cĩ kích thước hạt lớn càng cĩ
tính năng xây dựng tốt và ngược lại
Trong bảng 1.4 nêu lên sự phân loại hạt theo theo kích thước của một số tiêu chuẩn
Bảng 1.4 Phân loại hạt theo một số tiêu chuẩn Hạt Việt nam Anh Mỹ Nhĩm Gĩc Trịn cạnh | TCVN 5747 BS 5930 ASTM Nga hạt cạnh (mm) (mm) (mm) Đá tảng Đá lăn > 300 >200 > 300 > 200 Hat tho Dam Cuội 300 - 150 200 — 20 300 - 75 200-20 San Soi 150 - 2 20-2 75 - 4,75 20-2 Cat 2 - 0,08 2-0,06 | 4,75- 0,075 2 - 0,05 Hat min Bot 0,08 -.0,002 | 0,06 - 0,002 | 0,075 - 0,002 | 0,05 - 0,005 Sét < 0,002 < 0,002 < 0,002 < 0,005
Trong bang 1.5 néu lén su phan loai dat đá trầm tích cơ học theo cỡ hạt, hình dạng và sự liên kết kiến trúc giữa các hạt trong chúng
Bảng 1.5 Phân loại đất đá trầm tích cơ học Đất Đá
Cỡ hạt Hinh dang hat Hinh dang hat
Hat géc canh | Hat tron canh Hat gĩc cạnh Hạt trịn cạnh
Hạt thơ Đá tảng Đá lăn Đá tảng kết Đá lăn kết
Dam Cuội Dăm kết Cuội kết
Sạn Soi San két Sỏi kết Cát Cát kết Hạt mịn Bột Bột kết Sét Sét kết Trong bảng phân loại này đất đá trầm tích cơ học theo mức độ liên kết giữa các mảnh vụn, các hạt chia ra đất và đá Theo mức độ mài mịn các mảnh vụn, đất đá trầm tích cơ học được chia ra đất đá hạt gĩc cạnh và đất đá hạt trịn cạnh Theo thành phần kích thước các mảnh vụn và các hạt tất cả các loại trên lại được chia ra thành các nhĩm khác nhau: hạt thơ, hạt mịn Nhĩm hạt thơ, hạt mịn bao gồm các loại đất đá với thành phần kích thước hạt khác nhau
Trang 36
Trâm tích sét được đưa vào bảng phân loại này một cách ước lệ vi sét được hình thành liên quan với các quá trình hố học nhiều hơn là các quá trình cơ học
Trong thực tế thành phần hạt của đất đá trâm tích rất phức tạp, trong một vỉa đất đá cĩ nhiều thành phần cỡ hạt khác nhau, nên chúng thường được phân loại theo hàm lượng kích thước hạt như được trình bày trong bảng 1.6
Bảng 1.6 Phân loại đất, đá trầm tích cơ học theo hàm lượng các nhĩm hạt Đất Đá Hàm lượng, kích thước hạt
Đất hạt thơ Đá hạt thơ Hơn 50% khối lượng hạt cĩ d > 0,08mm
Cuội, sỏi, Cuội kết, sỏi kết Hơn 50% khối lượng thành phần hạt thơ cĩ d > 2mm
dam, san đăm kết, sạn kết
Cát Cát kết Hơn 50% khối lượng thành phần hạt thơ cĩ d< 2mm
Đất hạt mịn Đá hạt mịn Hơn 50% khối lượng hạt cĩ d < 0,0§mm
Bột Bột kết Hơn 50 % khối lượng hạt mịn cĩ d > 0,002
Sét Sét kết Hon 50 % khối lượng hạt mịn cĩ d < 0,002
Theo cách phân loại này đất được chia ra: đất hạt thơ, đất hạt mịn; đá: đá hạt thơ và đá hạt mịn
Nhĩm đất hạt thơ bao gồm: cuội, dăm, sỏi, sạn, cát (hình 1.26) Nhĩm đất này cĩ kiến trúc rời rạc, vì vậy cịn được gọi là nhĩm đất hạt rời Nhĩm đất này cĩ độ lỗ rỗng
tương đối lớn (trửng bình 35% - 45%), tính ép co nhỏ, cĩ tính thấm nước lớn, khả năng
thốt nước tốt Trong thành phần của chúng các khống vật cĩ độ cứng lớn, ít bị phong
Hình 1.26 a) Cuội, b) Sỏi, c) Dăm, d) cát
Trang 37
Nhĩm dất hạt mịn gồm dat bột và đất loại sét (hình 1.27) Nhĩm đất này cĩ tính dính,
mềm nên cịn được gọi là đất mềm dính Đất bột và sét phân bố rộng rãi nhất trên mặt đất Nhĩm đất này cĩ độ rỗng lớn: trung bình 45% - 55% Ở trạng thái khơ sét trở nên cứng và chặt; khi liên kết với nước sét trương nở và trở nên dẻo Tăng lượng hạt sét trong đất thì tăng tính dính, tính trương nở khi đất bị ẩm ướt, tăng thêm khả năng giảm thể tích khi bị mất nước, giảm tính thấm nước, tăng độ nén chặt dưới tác dụng của áp lực và
kéo dài quá trình nén chặt 4) b) Hình 1.27 a) Đất bột; b) Đất sét Theo hàm lượng các hạt sét trong đất, đất loại sét cĩ thể chia ra: - Đất sét: các hạt sét chiếm trên 30%; - Đất sét pha: 30 + 10%;
- Dat cat pha: 10 + 3%
Trong thực tế xây dựng, thường gặp đất đá thành tạo cĩ thành phần, cấu trúc phức
tạp, như: cuội, sơi chứa cát, cát - sỏi, cát chứa sét, V.V
Nhĩm đá bao gồm : dăm kết, sạn kết, cuội kết, sỏi kết, cát kết, bột kết, sét kết
Chúng được thành tạo từ đất đá mềm rời Đất đá mềm rời trong điều kiện tự nhiên cĩ thể gắn kết bởi các chất lắng đọng từ dung dịch nước Các chất gắn kết, theo thành phần chia ra các loại sau: ơxit silic, sắt, vơi, và sét Chất gắn kết ơxit silic bền vững nhất, cịn sét - kém bền vững nhất Dưới tác dụng của trọng lực các lớp nằm trên và trọng lực bản thân, đất đá mềm rời cĩ các chất gắn kết dần dân nén chặt lại để biến thành đá Đá khơng những khác nhau về kích thước hạt, về thành phần khống vật mà cịn khác nhau bởi chất liệu gắn kết Khi nghiên cứu, khảo sát đá phải chú ý đến các chất gắn kết vì nĩ
là một trong những yếu tố chính quyết định tính chất cơ lý của đá
Trang 38
Hình 1.28 a) Cuội kết; b) Soi kết; c) Cát kết; d) Bột kết; e) Sét kết
Trong thực tế thường gặp các đá trầm tích đã bị phong hĩa ở những mức độ khác nhau (hình 1.29) Đá càng bị phong hĩa nhiều tính năng xây dựng càng giảm
Hình 1.29 Đá sét kết bị phong hĩa
5.4.2 Dat dé tram tích hố học
Đất đá trầm tích hố học được thành tạo do sự kết tủa các muối từ các dung dịch nước | hay từ các phản ứng hố học Quá trình thành tạo của chúng xảy ra trong các vũng, vịnh, biển và ngay cả trên lục địa Đĩ là các trầm tích cĩ thành phần cacbonat (đá đơlơmit, đá vơi, hình I 30), sunfat (thạch cao, anhiđdrit), clorua (muối mỏ, ), V.V
Đặc tính chung của các trầm tích hố học là tính dễ hồ tan trong nước Các đá trầm
tích hố học thường cĩ độ bền cơ học vượt quá yêu cầu xây dựng nhưng do những đặc 38
Trang 39
tính nêu trên nên tính ổn định cơ học của chúng rất khác nhau Đặc biệt trong các đá
nhĩm này thường xảy ra hiện tượng cactơ, tạo ra các lỗ rỗng, hang hốc, khe rãnh lớn,
làm cho tính thấm nước và chứa nước của chúng tăng lên, cường độ, khả năng chịu tải,
tính ổn định của địa tầng giảm đi (hình 1.30c)
Hình 1.30 a) Đá vơi phân lớp, b) Đá vơi khối khơng bị cactơ hĩa, c) Đá vơi bị cactơ hĩa
5.4.3 Đất đá trầm tích sinh hĩa
Đất đá thuộc nhĩm này được thành tạo do kết quả tích tụ và biến đổi các tàn tích động
và thực vât Đất đá trầm tích động vật, như: đá vơi vỏ sị, đá phấn Đất đá trầm tích thực vật, như: tripoli, than bùn, điatomit, đá vơi, than đá Đặc điểm chung của đất đá trầm tích
sinh hĩa là cĩ độ lỗ rỗng, độ lún co lớn; nhiều loại cĩ khả năng bị hồ tan trong nước
5.4.4 Đất đá trầm tích hỗn hợp
Đất đá thuộc nhĩm này cấu tạo, một phần, bởi các trầm tích cơ học, một phần bởi các trầm tích sinh hĩa hoặc trầm tích hố học hoặc hỗn hợp từ ba loại này Một trong những
đại biểu của nhĩm đá này là đá macnơ Đá macnơ là loại đá vơi - sét (CaCO; chiếm khoảng
25 + 50%),cĩ nguồn gốc hố học và sinh hĩa, cường độ và độ chặt cao Tuy nhiên nếu bị khơ, ướt xen kẽ liên tục dễ bị nứt nẻ, phá huỷ Ngồi đá macnơ cịn opalit, đá vơi và
đơlơmit thành tạo do tác dụng qua lại giữa trầm tích vơi với dung dịch muối magiê
6 ĐÁ BIẾN CHẤT
6.1 Quá trình thành tạo đá biến chất
Đá biến chất được thành tạo từ đá macma, đất đá trầm tích do tác dụng của các nhân tố biến chất (áp suất lớn, nhiệt độ cao và các hoạt chất hố học) tác dụng vào chúng
Quá trình biến đổi đá macma, trầm tích để thành tạo đá biến chất xảy ra trong đới biến chất của vỏ quả đất Dưới tác dụng của các nhân tố biến chất thành phần, kiến trúc và cấu tạo đá macma và trầm tích dần dân biến đổi, kết quả là một loại đá mới - đá biến
chất với thành phần, kiến trúc và cấu tạo mới được thành tạo
6.2 Phân loại đá biến chất theo điều kiện thành tạo
Theo điều kiện thành tạo, đá biến chất được chia ra các loại sau: Biến chất tiếp xúc; biến chất khu vực và biến chất động lực
Trang 40
6.2.1 Đá biến chất tiếp xúc
Đá biến chất tiếp xúc được thành tạo từ đất đá trầm tích, chủ yếu dưới tác dụng của
nhiệt độ cao khi chúng tiếp xúc với macma nĩng chảy (hình 1.32) Ví dụ: phiến thạch
sét khi cĩ các khối macma nĩng chảy xuyên vào, dưới tác dụng của quá trình biến chất
nhiệt biến đổi để tạo thành đá sừng; đá vơi, đơlơmit thành đá hoa; đá cát kết thạch anh
thành đá quaczit Mức độ biến chất lớn nhất thường quan sát thấy ở chỗ tiếp xúc giữa chúng với khối macma Càng xa khối macma mức độ biến chất càng giảm dần
!Ex] 2⁄⁄1 :K<<4
Hình 1.32 Sơ đồ thành tạo đá biến chất tiếp xúc 1- Đá mác ma; 2- Đất đá trầm tích; 3- Đá biến chất tiếp xúc
6.2.2 Đá biến chất khu vực
Đá biến chất khu vực là loại đá được thành tạo do sự tác dụng của áp suất lớn, nhiệt độ cao kết hợp với các hoạt chất hố học lên đất đá cĩ từ trước, năm sâu dưới mặt đất
trên những vùng rộng lớn (hình 1.33) Đặc trưng về cấu tạo của đá biến chất khu vực là tính chất phân phiến Dưới tác dụng cơ học đá cĩ thể tách ra thành nhiều phiến mỏng
Đại diện của đá biến chất khu vực là phiến thạch mica, đá gnai 1z Roel Hình 1.33 Sơ đơ thành tạo đá biến chất khu vực 1- Đất đá trầm tích; 2- Đá biến chất khu vực 6.2.3 Đá biến chất động lực
Loại đá này được thành tạo dưới tác dụng của áp lực lớn, sinh ra do quá trình tạo núi,
vận động uốn nếp của vỏ quả đất Đá dăm kết kiến tạo là đại diện đặc trưng cho đá biến chất động lực