tai lieu địa chất công trình

Phương pháp địa chất học - Đây là phương pháp quan trọng nhất và cho kết quả sát thực nhất trong việcnghiên cứu ĐCCT - Tìm hiểu sự phát triển các hiện tượng địa chất trong quá khứ có liê

1 Điều kiện địa mạo

2 Điều kiện cấu trúc địa chất

3 Điều kiện các tác động địa chất

4 Điều kiện địa chất thủy văn

5 Điều kiện vật liệu xây dựng

I.1.2 Nhiệm vụ của địa chất công trình :

- Xác định các điều kiện địa chất của khu vực xây dựng, so sánh, lựa chọn vị tríthích hợp cho công trình

- Nêu lên các điều kiện thi công, dự đoán các hiện tượng địa chất có thể xảy rakhi thi công hay sử dụng công trình

- Đề ra các biện pháp phòng ngừa và cải tạo các điều kiện địa chất không có lợicho công trình

- Cho biết khả năng cung cấp vật liệu xây dựng tại địa phương phục vụ cho xâydựng công trình

I.2 Nội dung của Địa chất công trình

Địa chất công trình nghiên cứu những vấn đề cơ bản sau :

- Nghiên cứu đất đá làm nền thiên nhiên, môi trường và vật liệu xây dựng chocác công trình

- Nghiên cứu các hoạt động địa chất hiện đại (hiện tượng trượt đất, đất chảy, xóimòn, cactơ, phong hóa…) ,tìm hiểu nguyên nhân phát sinh và điều kiện pháttriển để đề ra biện pháp xử lý trong khi xây dựng, sử dụng và khai thác côngtrình

- Nghiên cứu nước dưới đất để khắc phục các khó khăn do nước gây ra trong khithiết kế và thi công các công trình

- Nghiên cứu các phương pháp khảo sát ĐCCT

- Nghiên cứu địa chất công trình xây dựng để lập quy hoạch các khu vực xâydựng các công trình khác nhau như dân dụng công nghiệp, cầu dường, các côngtrình thủy lợi…

I.3 Phương pháp nghiên cứu địa chất công trình

Mỗi môn học được phân biệt không những bởi đối tượng nghiên cứu mà cònbởi các phương pháp mà môn học đó sử dụng để thực hiện nhiệm vụ của nó đãđặt ra Khi nghiên cứu ĐCCT người ta thường sử dụng tổng hợp 3 loại phươngpháp chủ yếu sau đây :

1 Phương pháp địa chất học

- Đây là phương pháp quan trọng nhất và cho kết quả sát thực nhất trong việcnghiên cứu ĐCCT

- Tìm hiểu sự phát triển các hiện tượng địa chất trong quá khứ có liên quan đến

sự thành tạo các dạng địa hình, tính chất của đất đá và quy luật phân bố sắp xếpcủa nó ở trong khu vực Từ đó có thể đánh giá đúng đắn những điều kiện địachất của khu vực xây dựng công trình và dự báo sự thay đổi những điều kiện đódưới tác dụng của công trình, địa chất công trình

- Khi thực hiện phương pháp này ngoài việc phải thực hiện các công tác khoanđào vào các tầng đá để thu thập các tài liệu về các điều kiện địa chất mà cònphải tiến hành thí nghiệm trong phòng và ngoài trời để xác định các đặc trưng

cơ lý của đất đá

2 Phương pháp tính toán lý thuyết

- Lập các phương trình toán học để thể hiện bản chất vật lý của các hiện tượngđịa chất, các đặc trưng vật lý, cơ học của đất đá

- Vì không phải lúc nào cũng có thể quan trắc hay dùng các phương pháp thựcnghiệm để xác định bản chất vật lý – cơ học của đất đá ở những khu vực có địahình phức tạp Phương pháp này có thể cho kết quả nhanh chóng và khá chínhxác Người ta thường dùng pp này để tính toán mức độ ổn định, độ lún của côngtrình, lượng nứơc chảy vào hố móng, mức độ ổn định của mái dốc, tốc độ táitạo bờ …

3 Phương pháp thí nghiệm mô hình và tương tự địa chất

- Được áp dụng trong trường hợp liên quan đến qui mô của công trình thiết kếhoặc tính chất phức tạp của điều kiện địa chất

- Phương pháp thí nghiệm mô hình là lập mô hình trong phòng thí nghiệm hoặcngoài trời dựa trên sự tương đồng giữa môi trường địa chất tự nhiên của khuvực xây dựng và môi trường vật lý có điều kiện tương tự phương pháp nàygiúp ta nghiên cứu được chuẩn xác hơn các hiện tượng địa chất sẽ xảy ra trongquá trình thi công và khai thác …

- Phương pháp tương tự địa chất là sử dụng các tài liệu địa chất của khu vực đãđược nghiên cứu đầy đủ cho khu vực có điểu kiện địa chất tương tự phươngpháp này có tính chất kinh nghiệm dựa trên nguyên lý “đất đá được hình thànhtrong cùng điều kiện, trải qua các quá trình địa chất như nhau thì có các đặctrưng vật lý, cơ học … tương tự nhau

CHƯƠNG II : ĐẤT ĐÁ

II.1 Vỏ quả đất và các hiện tượng địa chất diễn ra trong đó

II.1.1 Cấu trúc bên trong của Trái đất

- Quả đất có hình cầu, ở xích đạo phình ra, 2 cực hơi dẹt đi, do tốc độ quay củaquả đất quanh trục bắc-nam khá lớn

- Bề mặt quả đất lồi lõm bất thường, nơi nhô lên tạo thành các dãy núi, và nơilõm sâu tạo thành các đại dương Nơi lồi nhất là đỉnh Chomolungma của dãyHymalaya cao 8890m, nơi lõm nhất là là hố đại dương Marian sâu khoảng11.034m

o Khí quyển Trái Đất : là lớp các chất khí bao quanh hành tinh Trái Đất vàđược giữ lại bởi lực hấp dẫn của Trái Đất

o Thủy quyển : bao gồm các biển, đại dương, hồ, sông suối, chiếm ¾ bềmặt quả đất Ngoài ra còn nước trong các lỗ rỗng và khe nứt của đất đá –nước dưới đất

- Vỏ Trái đất được chia thành các quyển đồng tâm

o Quyển ngoài cùng của quả đất là quyển đất đá, hay còn gọi là vỏ quả đất,

có bề dày trung bình khoảng 35km Ở quyển này chủ yếu là đá macmarồi đến đá biến chất, đá trầm tích Vỏ TĐ chiếm khoảng 1% thể tích và0.5% khối lượng của TĐ Bề dày vỏ quả đất thay đổi như sau :

 Ở đáy đại dương : vỏ quả đất có bề dày từ 8-10km

 Ở các vùng đồng bằng : vỏ quả đất có bề dày thay đổi từ 30-40km

 Ở các vùng núi cao : vỏ quả đất có bề dày thay đổi từ 55-75km

o Dưới đó là quyển manti phân bố từ lớp vỏ đến độ sâu 2900km Quyểnnày chiếm 83% thể tích và 67% khối lượng TĐ.Quyển manti ở thể rắn,vật chất là các dạng hợp chất oxit silic, oxit mangan và oxit sắt Mantiđược phân ra 2 loại như sau :

 Manti trên : phân bố từ lớp vỏ quả đất đến độ sâu 800km, đâychính là nguồn nhiệt lớn bên trong của vỏ quả đất do lượngnguyên tố phóng xạ phân hủy lớn

 Manti dưới : phân bố ở độ sâu từ 800-2900km, do lớp vật chấtnày phân bố sâu và ở trạng thái nén chặt nên có nhiệt độ cao(2800-38000C) và áp lực lớn (100.000-1.300.000at)

o Nhân quả đất nằm ở trung tâm có độ sâu trên 2900km Nhân quả đấtđược cấu tạo chủ yếu từ các hợp chất của sắt và niken Áp suất ở trungtâm quả đất rất cao (từ 3,5triệu at) và nhiệt độ rất lớn (40000C) Hiệnnay, người ta vẫn chưa có nghiên cứu chính xác về nhân quả đất

vỏ : dày 8-10km : ở đáy đại dương 30-40km : ở đồng bằng 55-75km : ở vùng núi

manti : từ vỏ đến độ sâu 2900km

nhân : 2900-6370km

II.1.2 Các trường vật lý đang hoạt động của trái đất

- Do sự vận động, sự phân bố và thuộc tính của các vật chất trong và ngồi quả

đất mà hình thành nên các trường vật lý cơ bản như trọng trường, từ trường,

 Vào sâu trong lịng trái đất là chịu ảnh hưởng của nội nhiệt.Nguồn nhiệt này sinh ra do các phản ứng hĩa học, hạt nhân….(các nguyên tố phĩng xạ khi hoạt động sẽ ở nhiệt độ rất cao)

o Trường từ :

 Quả đất là một nam châm khổng lồ cĩ 2 cực Bắc Nam gần trùngvới 2 địa cực Hiện tại địa cực từ gần trùng với cực địa lý Ởnhững vùng phân bố đá hay quặng từ tính cao sẽ hình thành từtính bất thường

 Nguyên nhân của từ trường Trái đất : sự đối lưu của lớp nhânngồi và sự tự quay của TĐ đã tạo ra từ trường TĐ Và phần nhânnĩng để duy trì từ trường và ổn định từ trường sinh ra bởi lớp lõingồi lỏng

o Trọng trường

 Một vật trên mặt đất chịu sự tác động của 2 lực : lực hút của TĐ,lực ly tâm sinh ra do sự tự quay của TĐ Trọng lực chính là tậphợp của 2 lực đĩ, do bán kính của TĐ ở cực ngắn hơn ở xích đạonên trọng lực tăng dần từ cực đến xích đạo

M.mG

F=Trong đĩ F : lực hấp dẫn giữa hai vật thể

- Hiện tượng mắcma : là hiện tượng các khối dung nham nóng chảy ở sâu tronglòng đất theo các khe nứt dâng lên xâm nhập vào phần trên của vỏ trái đất hayphun trào lên trên mặt đất.

- Hiện tượng kiến tạo : là hiện tượng xảy ra do nội động lực phát sinh trong vỏtrái đất làm thay đổi cấu trúc các lớp đất đá cấu tạo nên vỏ trái đất, tách vỏ tráiđất thành nhiều mảng và các mảng này tương tác với nhau để tạo nên các dạngđịa hình trên trái đất

- Hiện tượng xâm thực : các hoạt động địa chất - địa lí ngoại sinh làm mất đi mộtphần hay toàn bộ đất đá trên bề mặt, dẫn tới sự hạ thấp địa hình Quá trình xâmthực diễn ra do các tác nhân chủ yếu sau:

1) Tác nhân cơ học - lực của dòng chảy phá huỷ, xói lở, mài mòn đá và

cuốn trôi đá vụn theo dòng nước;

2) Tác nhân hoá học - nước hoà tan đá và các sản phẩm phong hoá rồi cuốn

trôi đi, do đó đá gốc cũng bị mòn nhanh chóng

- Hiện tượng trầm tích : là sự phá huỷ cơ học và hoá học các đá do tác dụng củacác nhân tố khác nhau trên mặt hoặc ở phần trên cùng của vỏ TĐ tạo ra các sảnphẩm phá huỷ Sản phẩm này được gió, nước, băng hà mang đi và tích đọng lại

ở biển, hồ và 1 phần lắng đọng trên đường vận chuyển gọi là hiện tượng trầmtích

II.2 Khoáng vật và khoáng vật tạo đá

II.2.1 Khái niệm

- Khoáng vật là nguyên tố tự sinh được hình thành trong quá trình lý-hóa xảy rabên trong hay phía trên của vỏ trái đất

- Khoáng vật trong thiên nhiên có ở thể khí (khí H2S, CO2…), thể lỏng (nước,thuỷ ngân…), thể rắn (thạch anh, fenpat, mica…) Khoáng vật rắn hầu hết ởtrạng thái kết tinh (tinh thể)

- Trong số 3000 khoáng vật, chỉ có hơn 50 khoáng vật tham gia tạo đá Cáckhoáng vật này gọi là khoáng vật tạo đá

- Tùy thuộc vào vai trò của các nguyên tố cấu tạo nên khoáng vật ta có thể chia rakhoáng vật chính và khoáng vật phụ

o Khoáng vật chính đóng vai trò chủ yếu trong việc cấu tạo nên đất đá.Cường độ và tính chất của đất đá chủ yếu do cường độ và tính chất củaloại khoáng vật này quyết định

o Khoáng vật phụ chiếm hàm lượng nhỏ hơn (có một số khoáng vật làkhóang vật chính của đá này nhưng có khi là khóang vật phụ của đákhác)

- Theo nguồn gốc hình thành, khoáng vật được chia ra khoáng vật nguyên sinh vàkhoáng vật thứ sinh

o Khoáng vật nguyên sinh : được thành tạo do sự nguội lạnh của macmahoặc do kết tủa từ dung dịch

o Khống vật thứ sinh : được thành tạo từ những khống vật khác (do phảnứng hĩa học của nước với khống vật nguyên sinh, do tác dụng của ápsuất, do nhiệt độ cao …)

- Theo mục đích xây dựng, khống vật được phân loại dựa trên các dạng liên kếthĩa học của nĩ Bởi vì đặc trưng cấu tạo tinh thể và bản chất mối liên kết hĩahọc giữa các nguyên tử quyết định nhiều tính chất vật lý và cơ học rất quantrọng

II.2.2 Một số đặc tính của khống vật

a Hình dạng tinh thể của khống vật

- Dạng tinh thể của khống vật : tinh thể là những vật rắn trong đĩ các phần tửnhỏ sắp xếp theo 1 quy luật đều đặn tạo thành dạng khơng gian

- Tính đối xứng của tinh thể bao gồm:

o Tâm đối xứng: (C) là một điểm tưởng tượng nằm trong tinh thể, mà tạiđiểm đĩ mọi đường thẳng đi qua nĩ, nằm trong giới hạn tinh thể đượcchia làm hai phần bằng nhau

o Trục đối xứng: (L) là một trục tưởng tượng đi qua tinh thể để khi quaytinh thể theo một gĩc cố định xung quanh trục thì lặp lại tất cả các yếu tốcủa tinh thể như vị trí ban đầu

o Mặt phẳng đối xứng: (P) là mặt phẳng tưởng tượng đi qua tinh thể, chiađơi tinh thể ra hai phần bằng nhau, mọi yếu tố của tinh thể ở hai phầnđều đối xứng nhau qua mặt phẳng đối xứng tựa như ảnh của một vật quagương

- Bảng phân loại hệ thống tinh thể

b Màu của khoáng vật

- Màu của khoáng vật chủ yếu do thành phần hóa học và các tạp chất trong nóquyết định

- Khi quan sát màu khoáng vật cần chú ý đến điều kiện ánh sáng, trạng thái củakhoáng vật

- Tuy nhiên, dấu hiệu đáng tin cậy hơn nhận biết màu của khoáng vật là màu củabột khoáng vật Chỉ cần vạch một khoáng vật trên một tấm sứ nhám, chúng sẽ

để lại một vệt dài có màu đặc trưng cho bột khoáng vật ấy

c Độ trong suốt và ánh của khoáng vật

- Độ trong suốt là khả năng của vật thể khi cho ánh sáng đi xuyên qua.

- Khi ánh sáng chiếu vào môi trường khác nhau sẽ bị khúc xạ, thay đổi tốc độ vàtiêu hao năng lượng Một phần ánh sáng chiếu lên khoáng vật sẽ bị phản xạ trởlại trên mặt khoáng vật để tạo thành ánh của khoáng vật

- Các loại ánh đặc trưng của khoáng vật :

o Ánh kim : khi sự phản xạ của ánh sáng trên bề mặt cao, đó là các khoángvật mờ đục, có khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh Ví dụ : những kim loạitrong tự nhiên như vàng, bạc, …có các biểu hiện liên quan đến kim loại

vì chúng có ánh kim

o Ánh phi kim : trên các khoáng vật còn lại có nhiều dạng ánh phi kimkhác nhau Ánh phản xạ lấp lánh của kim cương gọi là ánh kim cương;thủy tinh thông thường, thạch anh có ánh thủy tinh; một số khoáng vậtkhác được mô tả như là ánh mỡ, ánh đất, ánh tơ …

d Tính cát khai và vết vỡ

- Tính cát khai (dễ tách) của khoáng vật là khả năng bị tách ra của các hạt tinhthể hay hạt kết tinh theo các mặt song song Có các mức độ dễ tách như sau :

o Cát khai rất hoàn toàn : tinh thể có khả năng tách ra rất dễ dàng bằng tay

o Cát khai hoàn toàn : dùng các loại vật dụng (như búa …) tác dụng vàotinh thể và nó sẽ vỡ ra theo các mặt tách tương đối bằng phẳng

o Cát khai trung bình : trên những mặt vỡ của tinh thể, vừa thấy các mặttách tương đối hoàn chỉnh, vừa thấy vết vỡ không bằng phẳng theo cácphương khác nhau

o Cát khai không hoàn toàn : tinh thể khó tách ra, thường thấy các vết vỡkhông có quy tắc

- Vết vỡ : là các mặt vỡ không theo quy tắc của khoáng vật khi bị đập vỡ Phầnlớn các vết vỡ tương đối gồ ghề và bất quy tắc Dựa theo hình dạng vết vỡ cóthể chia ra :

o Vết vỡ phẳng : vỡ theo các mặt dễ tách

o Vết vỡ dạng vỏ sò : vết vỡ của thạch anh

o Vết vỡ dạng đất : vết vỡ tựa như đất bột, ví dụ như vết vỡ của Kaolinit

o Vết vỡ sần sùi : bề mặt vết vỡ sần sùi như vết vỡ của thạch anh dạng trụ

e Độ cứng của khoáng vật

- Độ cứng là khả năng chống lại tác dụng cơ học bên ngoài lên bề mặt củakhoáng vật Tính chất này có liên quan đến kiến trúc và sự liên kết giữa cácchất điểm của khoáng vật Sự liên kết này cáng chắc thì độ cứng càng cao

- Để đánh giá độ cứng tương đối của khoáng vật, người ta dùng thang độ cứngMohs gồm 10 cấp độ, sắp xếp theo chiều tăng độ cứng, mỗi cấp độ được đạidiện bằng một khoáng vật phổ biến

1. Tan Mg3[Si4O10][OH]2

10. Kim cương C

- Độ cứng tuyệt đối được xác định bằng máy rất khó khăn (độ cứng tuyệt đối củaTan - 2,4kG/mm2; Canxit - 109 kG/mm2; Thạch anh - 1120 kG/mm2; Kimcương - 10060 kG/mm2)

- Những điều cần chú ý :

o Không dùng thang Mohs để so sánh độ cứng A hơn độ cứng B mấy lần

Để xác định được phải dùng độ cứng tuyệt đối

o Hầu như các khoáng vật có độ cứng từ 2-7 Các khoáng vật tạo đáthường có độ cứng nhỏ hơn 7 Đá chứa khoáng vật có độ cứng cao thìthường có cường độ lớn

CanxitĐolomitAnđihitThạch caoOctocla

2,65-2,662,71-2,722,80-2,902,50-2,702,30-2,402,50-2,62

PlagioclaMuscovitBiotitPiroxenAmbifonOlivin

2,60-2,782,50-3,102,69-3,403,20-3,602,99-3,473,18-3,45

- Tỷ trọng phụ thuộc vào thành phần hóa học và cấu trúc của tinh thể Tỷ trọnglớn khi khoáng vật chứa nguyên tố nặng và có sự sắp xếp nguyên tử chặt

II.2.3 Phân loại khoáng vật

a Phân loại khoáng vật theo kiểu liên kết hóa học:

- Các liên kết thường gặp trong chất kết tinh

o Liên kết cộng hóa trị :

o Liên kết ion :

o Liên kết Hydro

o Liên kết Vandecvan

b Phân loại khoáng vật theo thành phần hóa học :

- Thành phần của hầu hết các khoáng vật tạo đá phổ biến được giới hạn bởi sựphong phú của các nguyên tố trong vỏ trái đất

- Thực tế chỉ có 8 nguyên tố cấu tạo nên khoảng 98% trọng lượng của vỏ trái đất.Lượng chứa các nguyên tố trong vỏ trái đất như sau : Oxy (O)_46,6%; Silic(Si)_ 27,27%; Nhôm (Al)_8,13%; Sắt (Fe)_5%; Canxi (Ca)_3,63%; Natri(Na)_2,83%; Kali (K)_2,59%; Manhê (Mg)_2,09% Các khoáng vật là thànhviên của nhóm được đặc trưng bởi những kết hợp của các nguyên tố trên

- Khoáng vật được phân loại thành các lớp và các lớp này được phân nhỏ thànhcác nhóm dựa vào cấu trúc bên trong của nó Gồm 9 lớp như sau :

1 Lớp nguyên tố tự sinh : Cu, Au …

2 Lớp oxit và hydroxit : Fe3O4, SiO2, FeOH …

3 Lớp cacbonat (muối của axit cacbonic) : CaCO3, Dolomit (Ca,Mg)[CO3]2 …

4 Lớp sunfat (muối của axit sunfuric) : thạch cao CaSO4.2H2O …

5 Lớp sunfua (hợp chất của lưu huỳnh) : pirit sắt FeS2 …

6 Lớp halogenua (muối của các axit halogenhidric): halit NaCl …

7 Lớp photphat (muối của axit phophoric) : photphat CaP2O5 …

8 Lớp silicat (muối của axit silicic) : octocla K[AlSi3O8]

9 Hợp chất hữu cơ : metan CH4 …

- Sau đây là mô tả một số khoáng vật tạo đá chủ yếu :

 Lớp silicat : đây là lớp khoáng vật quan trọng, có số lượng lớn nhất vàphổ biến trong tự nhiên, là khoáng vật tạo đá macma, đá biến chất traođổi và cả đá trầm tích Trong các silicat mỗi ion Si+4 bao giờ cũng nằmgiữa 4 ion O-2 ở các góc của mỗi tứ diện Tứ diện [SiO4]-4 là đơn vịkiến trúc cơ sở của silicat Các nhóm được phân biệt bởi sự sắp xếp củakhối tứ diện cơ sở này

1 Khối tứ diện độc lập với nhau

 Nhóm olivin : (Mg,Fe)2SiO4 được đặc trưng bởi khối tứ diện silicđộc lập và các ion Mg+2 (hoặc Fe+2) cách đều nhau

2 Khối tứ diện độc lập và oxi tham gia liên kết tạo thành chuỗi

 Nhóm piroxen (chuỗi đơn) : Ca(Mg,Fe,Al)[(SiAl)2O6] : chuỗi đơncác khối tứ diện silic được ràng buộc với nhau bởi các ion Ca+2 và

Mg+2

 Nhóm amfibon (chuỗi kép) : Ca2Na(Mg,Fe)4(Al,Fe)[(Si,Al)4O11]2[OH]2

3 Khối tứ diện liên kết theo 2 phương (silicat tấm) :

 Tấm tứ diện : là các tấm mỏng gồm các khối tứ diện silic màtrong đó 3 ion oxi được chia sẻ với các khối tứ diện lân cận

 Tấm bát diện : là các tấm mỏng chứa các cation nhôm, manhê,hoặc các cation được tạo nên bởi 6 ion oxi của các nhómhydroxit

− Nhóm khoáng vật sét : thành phần chủ yếu là đất sét và đấtloại sét Phổ biến và đặc trưng nhất trong nhóm này là

o Kaolinit : Al4[Si4O10][OH]6

o Monmorilonit : (Al,Mg)2[Si4O10][OH]2.nH2O

o Ilit : [(Si,Al)4O10][OH].nH2O

− Nhóm khoáng vật mica : có thành phần hóa học phức tạp

và có đặc điểm là dễ tách hoàn toàn

o Biotit : K(Mg,Fe)3[AlSi3O10][OH]2

o Muscovit : KAl2[AlSi3O10][OH]2

4 Khối tứ diện liên kết theo 3 phương (silicat khung)

 Nhóm fenspat : trong thành phần hóa học của khối tứ diện, cácion Al3+ thay thế cho Si4+

− Plagiocla : các khoáng vật gồm hỗn hợp Na[AlSi3O8] vàCa[Al2Si2O8]

− Octocla : KAlSi3O8

 Lớp oxit và hydroxit : các khoáng vật thuộc lớp này có độ hòa tan trongnước thấp, trường hợp quá trình oxi hóa rất mạnh sẽ tạo thành các dungdịch quá bão hòa và thành tạo các khối ẩn tinh và keo Các khoáng vậtnày hầu hết là các hợp chất có kiến trúc tinh thể với kiểu liên kết ion.Trong kiến trúc tinh thể các anion và cation đều bao bọc lấy ion O2- hoặcion OH-

 Canxit CaCO3

 Dolomit CaCO3.MgCO3

 Lớp sunfat : gồm các khoáng vật có khối lượng riêng thấp, độ cứngkhông lớn, có tính hòa tan cao Lưu huỳnh (S) khi bị oxi hóa tạo thành

SO và ở dạng ion phức tạp [SO3]-2 trong dung dịch, khi bị oxi hóa mạnhtạo thành [SO4]-2 trong đó có S+4 và S+6

 Muối mỏ Halit NaCl

II.3 Đá macma

II.3.1 Nguồn gốc đá macma

- Đá macma được hình thành do sự nguội lạnh và kết tinh từ dung dịch nóngchảy macma Nếu sự nguội lạnh xảy ra dưới đất thì tạo đá macma xâm nhập.Nếu các dòng chảy trào lên mặt đất thì được gọi là dung nham, sau đó nguộilạnh trên mặt đất thì tạo đá macma phun trào

II.3.2 Thành phần khoáng vật của đá macma

- Thành phần khống vật của đá macma biến đổi rất rộng lớn, các khống vật kếttinh nối tiếp nhau khi nhiệt độ hạ thấp và tác động lẫn nhau để tạo thành cáckhống vật mới.

- Khi nhiệt độ của macma giảm, cĩ 2 quá trình kết tinh

o Các khống vật cĩ cấu trúc bên trong khơng thay đổi trong suốt quá trìnhkết tinh, gọi là dãy phản ứng liên tục

o Các khống vật Fe, Mg, các khống vật sau cĩ cấu trúc bên trong thayđổi so với các khống vật trước, gọi là dãy phản ứng khơng liên tục

- Dãy phản ứng Bowen trình bày thứ tự kết tinh các khống vật từ bazan nĩngchảy

Thạch anh Muscovit Octocla (fenspat - kali) Biotit

An bit (fenspat - natri) Hoblen

Angit Olivin Anoctit (fenspat - canxi) Nhiệt độ cao

(kết tinh đầu tiên)

Nhiệt độ thấp (kết tinh cuối cùng)

Dãy phản ứng không liên tục Dãy phản ứng liên tục

II.3.3 Kiến trúc và cấu tạo của đá macma

- Kiến trúc là đề cập đến kích thước, hình dạng và sự phân bố của các hạt khốngvật trong đá

- Theo mức độ kết tinh, cĩ thể chia ra 4 loại kiến trúc chính như sau :

1 Kiến trúc ẩn tinh :

o Các tinh thể quá nhỏ khơng thể quan sát được bằng mắt thường và thườnggặp ở các loại đá phun trào.Các loại đá hạt cực nhỏ này thường liên quanvới quá trình núi lửa, vì sự nguội lạnh tương đối nhanh xảy ra khi dung dịchnĩng chảy trào lên mặt đất

2 Kiến trúc hiển tinh

o Các tinh thể cĩ thể nhìn thấy được và phân biệt được mức độ kết tinh bằngmắt thường Các đá xâm nhâp thường cĩ kiến trúc loại này

3 Kiến trúc pocfia

o Đá được tạo bởi các tinh thể cĩ 2 kích cỡ khác nhau, tinh thể cĩ kích cỡ lớnđược bao quanh bởi khối nền tinh thể hạt mịn

4 Kiến trúc lỗ rỗng

o Bề mặt đá khi dung nham đông cứng có nhiều lỗ rỗng

II.3.4 Thế nằm của đá macma

- Thế nằm của đá cho biết hình dạng, kích thước và tư thế của khối đá trongkhông gian cũng như mối quan hệ của các khối đá đó với nhau

- Các dạng thế nằm của đá macma xâm nhập

o Dạng nền : khi khối đá có hình dạng không có qui tắc nhưng kích thước rấtrộng lớn, diện tích phân bố từ hàng trăm đến hàng ngàn km2 và giới hạndưới thường không xác định được Đá vây quanh tiếp xúc với dạng nền cóđăc trưng là không bị biến đổi về thế nằm

o Dạng nấm : khi khối đá macma có hình nấm hoặc thấu kính dày, diện tíchphân bố rộng khoảng vài chục km2, các đá vây quanh nhất là ở phía trên bịuốn nếp theo hình dạng nấm

o Dạng lớp : để chỉ các khối đá được hình thành do các khe nứt của đá có độdày nhỏ, thường từ vài đến vài chục mét nhưng phạm vi phân bố rộng lớn,

có thể tới vài trăm mét

o Dạng mạch : được hình thành do macma xâm nhập và lấp đầy khe nứt giữacác mặt tầng đá Bề dày thay đổi từ vài centimét đến vài chục mét Đá dạngmạch có nhiều nhánh, chỗ tiếp xúc với đá vây quanh thường có khe nứt làmtăng tính thấm nước của đất đá

- Các dạng thế nằm của đá macma phun trào

o Dạng lớp phủ : là dạng đá phun trào trên 1 diện tích rất rộng có thể tới hàngngàn km2, thường được hình thành do dung nham trào lên trên mặt đất theocác khe nứt kéo dài của vỏ trái đất sự trào dung nham thàh nhiều đợt có thểtạo lớp phủ làm nhiều tầng với bề dày lớn

o Dạng dòng chảy : hình thành do macma trào lên qua miệng núi lửa lấp đầycác khe nứt và các khe rãnh của thung lũng Đặc trưng của nó là chiều dàilớn hơn nhiều so với chiều rộng và tùy thuộc vào độ nhớt của dung nham vàhình dạng thung lũng

II.3.5 Phân loại đá macma

- Dựa vào kiến trúc của đá macma người ta phân loại như sau :

o Khoáng vật sáng màu : các khoáng vật được thành tạo từ dãy phản ứng liêntục (feenspat natri, fenspat canxi, octocla, thạch anh)

o Khoáng vật tối màu : các khoáng vật được thành tạo từ dãy phản ứng khôngliên tục – khoáng vật Fe-Mg (olivin, augit …)

- Dựa vào thành phần khoáng vật người ta phân loại đá macma như sau :

o Đá axit : SiO2 có thành phần chiếm đến 65-70%

o Đá trung tính : SiO2 có thành phần chiếm từ 52-65%

o Đá bazơ : SiO2 có thành phần chiếm từ 40-50%, nhưng chứa nhiều Fe vàMg

o Đá siêu bazơ : SiO2 có thành phần rất ít, không quá 40%, nhưng lượng Fe và

Mg rất nhiều

II.4 Đá trầm tích

II.4.1 Nguồn gốc đá trầm tích

- Đá trầm tích là những thể địa chất phát sinh ở bề mặt quả đất, thành tạo từ cácsản phẩm phong hóa, trải qua quá trình tích tụ lâu dài, phức tạp, chịu nhiều ảnhhưởng của các yếu tố ngoại và nội động lực trong môi trường nước hoặc trongmôi trường không khí

o Quá trình hình thành vật liệu trầm tích : bao gồm 2 hình thức

 Phá hủy cơ học : do tác dụng của sự chênh lệch nhiệt độ, quá trình bàomòn và xâm thực làm cho các đá bị vỡ vụn và có đặc điểm là không biếnđổi về thành phần hóa học của khoáng vật

 Phá hủy sinh hóa : khi các đá biến đổi thành các hạt, phần nhỏ hơn bịphá hủy cơ học nhưng thành phần hóa hcọ bị biến đổi, hình thcứ phá hủynày thường do tác dụng hóa học của nước H2O, cacbonic CO2, oxi hayaxit hữu cơ

Vật liệu trầm tích → trầm tích → gắn ép → gắn kết → đá trầm tích

o Quá trình trầm tích : là quá trình khi vật liệu di chuyển đến một nơi khác sau

đó lắng đọng lại phụ thuộc vào loại vật liệu và phương thức vận chuyển(trọng lực, nước, gió…)

o Quá trình nén ép : xảy ra sau khi lắng đọng do tác dụng của các lớp ở phíatrên nó làm cho nó mất nước và giảm độ lỗ rỗng, những thay đổi này banđầu ngay sau khi vật liệu trầm tích lắng đọng cho tới khi vật liệu bắt đầu gắnkết lại tạo thành đá trầm tích

o Quá trình tạo đá : là quá trình mà vật liệu được gắn kết lại do các vật liệuhòa tan ở các lỗ rỗng của các vật liệu hay từ nơi khác chuyển đến khoảngtrống giữa các hạt làm cho chúng kết tủa ngưng keo gọi là xi măng Ngoài radưới tác dụng của nhiệt độ và áp suất, các tinh thể khoáng vật sẽ lớn dần lêngọi là quá trình kết tinh

- Quá trình co dãn của đá do nhiệt độ thay đổi, do nước chảy phá vỡ và mọi hoạtđộng khác làm cho đá vỡ vụn, các vật liệu này được nước mang ra lắng đọng ởsông suối, ở biển Sau quá trình trầm nén của lớp trên, sự kết gắn của các keokết thiên nhiên sẽ thành tạo nên đá trầm tích Mặt khác, đá trầm tích còn đượcthành tạo do các quá trình lắng đọng của các muối hòa tan

II.4.2 Thành phần khoáng vật của đá trầm tích

- Thành phần vật chất của các sản phẩm phong hóa khác nhau tạo ra các đá trầmtích khác nhau Tuy nhiên, so với đá macma, thành phần hóa học và khoáng vậttrong một số loại đá trầm tích rất đơn giản

- Thành phần khoáng vật chủ yếu

o Khoáng vật nguyên sinh : bao gồm các mảnh đá cũ hay các khoáng vật cóđược trong quá trình phá hủy cơ học các đá cũ, phổ biến là thạch anh,fenspat, ziacon, tuamalin…

o Khoáng vật thứ sinh : là các khoáng vật đựoc hình thành từ các khoáng vậtnguyên sinh bị phân hủy hóa học như các khoáng vật sét

o Khoáng vật tự sinh : bao gồm các khoáng vật được hình thành từ các dungdịch keo và dung dịch thật, phần lớn các khoáng vật tự sinh là thành phầnchính của các đá trầm tích sinh hóa hoặc xi măng gắn kết phổ biến trongnhiều đá trầm tích vụn.

- Đối với đá trầm tích, ngoài thành phần khoáng vật ta cần chú ý tới các tạp chất

và ximăng Sự có mặt của tạp chất có ý nghĩa quan trọng đối với trầm tíchcacbonat, còn thành phần ximăng có ý nghĩa lớn đối với trầm tích vụn

II.4.3 Kiến trúc và cấu tạo của đá trầm tích

 Nửa góc cạnh : là các hạt mới bị mài mòn ở sát góc do vận chuyển chưa xa

 Tròn cạnh : là các hạt bị dịch chuyển tương đối xa không còn góc ở cáccạnh

 Rất tròn cạnh : khi mức độ mài mòn lớn do vận chuyển 1 khoảng rất xa hoặc

do bị tái trầm tích nhiều lần

- Kiến trúc của ximăng gắn kết

 Xi măng lấp đầy : khi thành phần xi măng chiếm hết thể tích các lỗ rỗng cácđá

 Xi măng tiếp xúc : phần xi măng gắn kết chỉ có ở nơi tiếp xúc giữa các hạtvới nhau Kiểu xi măng này do sự rửa trôi các thành phần xi măng ở trong lỗrỗng và loại đá này gắn kết thiếu

 Xi măng cơ sở : do thành phần xi măng trầm tích đồng thời cùng với hạt vụnnằm rời rạc nhau và tỉ lệ ximăng lơn hơn hạt vụn nhiều lần Kiểu xi măngnày làm đá rất rắn chắc

- Kiến trúc của đá trầm tích sinh hóa

 Kiến trúc của đá trầm tích sinh hoá ở dạng kiến trúc tinh thể do kết tủa từmôi trường nước nên thường có kích thước rất nhỏ và các tinh thể sẽ lớn lêndưới tác dụng của áp suất của các tầng bên trên

 Trên cơ sở hình dạng của hạt có thể chia ra các loại : kiến trúc vô định hình,kiến trúc ẩn tinh, kiến trúc tha hình, kiến trúc tự hình

b Cấu tạo của đá trầm tích

 Cấu tạo khối : theo các phương, thành phần của các khoáng vật sắp xếp 1cách đồng nhất

 Cấu tạo dòng : khi các hạt sắp xếp định hướng theo phương dòng chảy hoặchướng gió

 Cấu tạo lớp (phổ biến) : là cấu tạo đặc trưng nhất của đá trầm tích Các lớp

có thành phần (thành phần vật chất, độ hạt, cấu trúc, màu sắc) khác nhau vàsắp xếp lên nhau thường ở giữa các mặt lớp có liên kết yếu, có độ dày khôngđồng đều từ vài mét đến hàng trăm mét Trong tự nhiên thường gặp các kiểuphân lớp như : phân lớp nằm ngang, phân lớp lượn sóng…

II.4.4 Thế nằm của đá trầm tích

- Thế nằm ngang của các lớp : thế nằm ban đầu của đá trầm tích là thế nằmngang Thế nằm ngang thường gặp ở các lớp đá hình thành ở miền nền tức lànhững miền mà chuyển động kiến tạo của vỏ TĐ yếu hoặc các lớp đá trầm tíchtrẻ vì các lớp đá này chưa trải qua chuyển động kiến tạo đáng kể

- Thế nằm nghiêng của lớp đá trầm tích có thể là thế nằm nguyên sinh tức là thếnằm nghiêng được hình thành cùng với quá trình trầm tích Do các lớp nằmnghiêng theo bề mặt địa hình nghiêng sẵn ở nơi trầm tích, hoặc do các lớp trầmtích được hình thành đồng thời với quá trình nâng lên hạ xuống của đáy trầmtích

- Các yếu tố xác định thế nằm nghiêng

o Đường phương : là đường giao tuyến của mặt phẳng nằm ngang và bềmặt lớp đá, bề mặt nằm ngang này là bề mặt tưởng tượng Do có nhiềumặt nằm ngang nên sẽ có vô số đường phương song song với nhau và ởcác cao độ khác nhau

o Góc phương vị đường phương : là góc hợp bởi phương Bắc cảu im địa từ

và đường phương theo thuận chiếu kim đồng hồ (hình vẽ)

o Đường dốc : là đường thẳng nằm trong bề mặt lớp đá vuông góc vớiđường phương có chiều hướng về phía chân dốc của lớp đá

o Đường hướng dốc : là hình chiếu của đường dốc lên mặt phẳng nằmngang và được xác định bằng góc phương vị hướng dốc

o Góc phương vị hướng dốc (αhd) : là góc hợp bởi hướng Bắc của kim địa

từ và hương 1dốc theo chiều thuận kim đồng hồ

o Góc dốc : là góc hợp bởi đường dốc và hướng dốc

II.4.5 Phân loại đá trầm tích

Vật liệu vụn → đá trầm tích vụn

Vật liệu keo

Vật liệu hoà tan

1 Đá trầm tích vụn gồm những vật liệu lắng đọng tại chỗ hoặc vậnchuyển đi đến 1 nơi khác, sau đó được gắn kết lại bằng các loại ximănggắn kết (Fe, Ca)

Trên cơ sở yếu tố độ hạt, người ta chia làm 3 nhóm vụn

 Đá vụn thô d>2mm : cuội kết, sỏi kết

 Đá vụn trung bình d=2-0.5mm : cát kết

 Đá vụn nhỏ d<0.05mm : bột kết

2 Đá trầm tích sét : Là sản phẩm của quá trình phong hoá các đá giàukhoáng vật allumosilicat và chuyển thành các khoáng vật hoàn toànmới Trầm tích sét không phải là sản phẩm của quá trình phong hoá cơ

→ đá trầm tích sinh hoá

học cũng như không được lắng đọng từ dung dịch thật hay do sựngưng keo mà chúng thành tạo bằng con đường khác Đá sét chứa chủyếu là các khoáng vật sét

 Đá trầm tích cacbonat : đá vôi, đá đôlomit

 Đá trầm tích nhôm, silic

II.5 Đá biến chất

II.5.1 Nguồn gốc đá biến chất

- Đá biến chất được hình thành từ sự biến tính của đá mácma, đá trầm tích, thậmchí từ các đá biến chất trẻ, do sự tác động của áp lực, áp suất cao và các chất cóhoạt tính hoá học (nước và axit cacbonic) Dưới sự tác động của các tác nhânbiến chất, các thành phần của đá có thể tái kết tinh ở trạng thái rắn và sắp xếplại Tác dụng biến chất không những có thể cải biến cấu trúc của đá mà còn làmthay đổi thành phần khoáng vật của nó

- Quá trình biến chất : có 3 tác nhân chính

o Nhiệt độ : là tác nhân cơ bản nhất của quá trình biến chất, tác dụng của nó làgây nên những phản ứng giữa các khoáng vật, nâng cao hoạt tính hoá họccủa các khoáng vật cũng như làm thay đổi tính chất vật lý của đá

o Áp suất: tác động của áp suất thì thay đổi tại các độ sâu khác nhau trong vỏtrái đất Tại độ sâu nhỏ, đá tương đối lạnh và giòn nên chúng có thể bị nứt

nẻ và nghiền nhỏ khi chịu áp suất cao Tại độ sâu lớn hơn, đá mềm hơnnhiều do nhiệt độ cao Dưới tác dụng của áp suất, đá có xu hướng biến dạng

do dòng dẻo Trong vùng biến dạng dẻo, áp suất có ảnh hưởng tới các loạikhoáng vật mới hình thành Điển hình là các nguyên tử bên trong cấu trúckhoáng vật được sắp xếp chặt hơn khi khoáng vật kết tinh dưới áp suất cao

o Dung dịch biến chất : trong quá trình biến chất thường có sự tham gia củacác dung dịch biến chất vì luôn thấy trong đá biến chất có nước và cacbonic,dung dịch này phân bố trong khe nứt hoặc lỗ rỗng của khoáng vật có tácdụng mang đến hoặc mang đi các thành phần vật chất làm cho hiện tượngbiến chất xảy ra nhanh hơn

II.5.2 Thành phần khoáng vật của đá biến chất

- Thành phần khoáng vật của đá biến chất gần giống với thành phần khoáng vậtcủa đá mac ma Trong chúng cũng phổ biến các loại khoáng vật như : piroxen,thạch anh, fenpat Ngoài ra, có thể gặp các khoáng vật mà trong đá macma rấthiếm hoặc không có : granat, disten…

- Trong đá biến chất, đóng vai trò lớn là những khoáng vật mà ở trong đá macma

là khoáng vật thứ sinh như clorit, cacbonat…Các khoáng vật chứa nước, cáchydrat keo sẽ bị mất nước tạo thành các hợp chất đơn giản hơn, nó có xu hướnggiảm thể tích (mất nước) vì vậytrọng lượng riêng lớn hơn

- Nhìn chung các khoáng vật của đá biến chất có cường độ cao, nhưng không ổnđịnh đối với tác dụng phong hoá, một số khoáng vật do có tinh thể dạng tấm,dạng vảy hoặc có tính trơn trợt đã làm giảm nhiều cường độ của đá biến chất

II.5.3 Kiến trúc và cấu tạo của đá biến chất

- Kiến trúc kết tinh : ẩn tinh và hiển tinh Các khoáng vật của đá ban đầu có thểđược kết tinh (trường hợp biến chất từ đá trầm tích gắn kết) hoặc tái kết tinh(đối với đá macma và trầm tích hoá học)

- Kiến trúc milonit : do các đá cũ bị nghiền nát thành bột và sau đó được cáckhoáng vật khác gắn kết lại Loại kiến trúc này thường không ổn định với nước,khi gặp nước rất mau bị tan rửa

- Kiến trúc phiến : có khoáng vật trong đá biến chất định hướng song song nhau.Phân phiến làm cho đá biến chất có đặc điểm dải hay lớp,và vì thế nó có hìnhthức giống với phân lớp của đá trầm tích

- Các loại cấu tạo của đá biến chất

o cấu tạo phân phiến : là cấu tạo khi khoáng vật sắp xếp theo dãy hay lớp

có hình thức giống như phân lớp của đá trầm tích Cấu tão5 phân phiếnthường liên quan đến biến chất khu vực

 cấu tạo phiến : là cấu tạo khi khoáng vật dạng vảy được sắp xếptheo phương kéo dài của tinh thể vuông góc với phương áp lực

 cấu tạo gơnai : các khoáng vật dạng trụ, dạng tấm , dạng phiếnđược sắp xếp thành các dãy riêng biệt, xen kẽ các dãy này có cáckhoáng vật dạng hạt

o cấu tạo không phân phiến (khối) : đặc điểm của cấu tạo này là cáckhoáng vật phân bố đồng đều không định hướng Các khoáng vật này có

ở kiểu biến chất khu vực do thiếu các thành phần hoá học cần thiết làmcho các khoáng vật không thề kết tinh

II.5.4 Thế nằm của đá biến chất

Đá biến chất có dạng thế nằm giống với đá ban đầu đã tạo nên nó (dạng lớpcủa đá trầm tích, dạng nấm, dạng mạch của đá macma…)

Đá biến chất tiếp xúc có dạng thế nằm riêng, nó thường ở dạng các vành đai

có các múc độ biến chất khác nhau bao quanh khối mac ma gây ra biến chất

Do đó nó có thể gây ra sự không đồng nhất về tính chất vật lý và cơ học

II.5.5 Phân loại đá biến chất

Dựa vào cấu tạo của đá và các thành phần khoáng vật, người ta phân ra cácloại đá biến chất sau :

- Đá biến chất có cấu tạo phiến :

 Đá phiến : đá phiếm biotit

 Đá gơnai : đá gơnai clorit

- Đá biến chất có cấu tạo khối :

 Đá quaczit : đá cát kết thạch anh biến chất tạo ra

 Đá hoa : đá vôi, dolomit biến chất tạothành

CHƯƠNG III : KIẾN TẠO VÀ ĐỊA MẠO

III.1 Các phương pháp xác định tuổi của đất đá

III.1.1 Thời gian địa chất

- Thời gian địa chất (tuổi của đất đá) : là khoảng thời gian từ khi đất đá được hìnhthành cho đến nay

o Tuổi của đá macma : được tính từ khi dung nham nguội lạnh và đông cứnglại

o Tuổi của đá trầm tích : tính từ khi có sự trầm tích xảy ra (vì vậy đá trầmtích có tuổi trẻ hơn khoáng vật tạo ra nó)

o Tuổi của đá biến chất : tính từ lúc các tác nhân biến chất bặt đầu tác dụng

o Đối với các hiện tượng địa chất : tuổi được tính từ khi các hiện tượng địachất (thăng trầm, uốn nếp, đứt gãy) đó bắt đầu tác dụng

- Thời gian địa chất có thể được xác định trên 2 chỉ tiêu :

o Tuổi tuyệt đối : là số tuổi được xác định một cách chính xác thông qua cácphương pháp vật lý, hoá học, thí nghiệm các tính chất của đất đá để xácđịh tuổi Thực tế, việc xác định tuổi tuyệt đối rất khó khăn và tốn kém

o Tuổi tương đối : là xét sự tương quan, quan hệ già trẻ giữa các đá với nhaubẳng việc xét thế nằm cũng như mối quan hệ trước sau của các tầng đá vàcác hiện tượng địa chất Việc xác định tuổi tương đối của đất đá đơn giản

và hiệu quả hơn

III.1.2 Phương pháp xác định tuổi tương đối

* Phương pháp đồng vị phóng xạ

- Cơ sở xác định : mỗi đơn vị phóng xạ phân huỷ theo một tốc độ không đổi Tốc

độ phân huỷ phóng xạ được mô tả bằng chu kỳ bán rã (bán phân huỷ) tức là thờigian để phân huỷ ½ đối với bất kì 1 đồng vị nhất định nào

- Nguyên tắc : dựa vào sự có mặt của các nguyên tố phóng xạ hay các đồng vịphóng xạ của nó để từ đó xác định thời gian phóng xạ, thời gian phá huỷ của nó.Người ta xét chu kỳ bán rã của các nguyên tố phóng xạ đó, đồng thời là tuổi củađất đá Đối với các loại đá cồ thì dùng các nguyên tố phóng xạ có chu kì bán rãdài (Thori, Uran …), còn đối với các loại đá trẻ hơn thì dùng các nguyên tốphóng xạ có chu kì bán rã ngắn hơn (Cacbon)

- Chu kì bán rã của các nguyên tố phóng xạ có trong đất đá :

1.3 tỷ năm 4.7 tỷ năm 0.7 tỷ năm 4.5 tỷ năm 5730 năm

Ar40 Sr87 Pb207 Pb206 N14 (đồng vị con)

- Để xác định tuổi của đất đá cần phải đo được lượng đồng vị mẹ và lượng đồng vịcon Từ đó xác định được thời gian bán rã Để xác định được tuổi tuyệt đối người

ta thực hiện công việc đo lượng đồng vị bằng phổ kế khối lượng

- Quá trình phóng xạ của các nguyên tố phóng xạ trong tự nhiên với 1 tốc độ rấtđều đặn và không phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh

III.1.3 Phương pháp xác định tuổi tuyệt đối

- Phức hệ hoá thạch : 1 tổ hợp tự nhiên của tất cả các loại hoá thạch đặc trưng hoặccủa một nhóm hoá thạch riêng biệt gặp trong 1 phần hay toàn bộ 1 phân vị địatầng

- Phân vị địa tầng là 1 lớp địa tầng không bị gián đoạn và liên tục với nhau (có tínhđồng nhất) Trong mỗi phức hệ, hoá thạch thu được trong 1 địa tầng sẽ có nhữngkhoảng thời gian xuất hiện và mất đi khác nhau Dựa vào tập hợp các hoá thạchnày để xác định tuổi tương đối của đất đá

- Pp này thường áp dụng đối với các đá trầm tích vì các đá macma không hoá thạch(do đá macma thành tạo trong điều kiện nhiệt độ cao nên các sinh vật không thểtồn tại bên trong được), còn đá biến chất hay các đá trầm tích cổ thì các hoá thạch

đã bị phân huỷ

* Phương pháp thạch học

- Cơ sở : so sánh thành phần thạch học (thành phần khoáng vật, thành phần hoá học,kiến trúc, cấu tạo, thế nằm, …) ở các khu vực khác nhau Nếu khu vực đó có đất đágiống nhau về thành phần kiến trúc, cấu tạo và các đặc điểm khác thì có cùng 1tuổi

- Pp này sử dụng hiệu quả nếu trong mặt cắt địa tầng chuẩn có các địa tầng đượcnghiên cứu kỹ và để làm cơ sở cho việc so sánh với các tầng đá khác ở các mặt cắtkhác nhau

- tầng đá chuẩn (mặt cắt địa tầng chuẩn) là 1 tập hợp đá phân tầng có những đặctrưng rõ ràng về thạch học, khoáng vật … ổn định trong vùng địa lý và dễ dàngnhận biết trong mặt cắt địa chất

- pp ngày thường áp dụng cho đá macma và đá biến chất tuy nhiên đối với đá trầmtích chưa tìm thấy hoá thạch cũng có thể xác định tuổi bằng cách liên hệ với cáctầng đá tương tự đã được xác định tuổi ở nơi khác

- Đầu tiên, ta phải phân chia địa tầng Tức là nghiên cứu, mô tả các đặc trưng củacác lớp đá, các tầng đá và mối quan hệ của chúng trong mặt cắt đang xét Sau đó,

chúng ta sẽ đối chiếu trình tự địa tầng ở các mặt cắt khác nhau để xác lập mốiquan hệ địa tầng

- Đối với đá trầm tích, khi chưa bị đảo lộn thế nằm, các tầng đá thành tạo sau sẽnằm trên các tầng đá thành tạo trước

- Đối với đá macma phun trào cũng xác định giống như các đá trầm tích

- Đối với đá macma xâm nhập, có thể dựa vào mối quan hệ với đá trầm tích vâyquanh để xác định tuổi Đá xâm nhập cắt tầng đá trầm tích hoặc làm biến chất đávây quanh thì có tuổi nhỏ hơn Nếu không có các hiện tượng trên thì đá macmaxâm nhập có tuổi cổ hơn

- Đối với các hiện tượng địa chất như uốn nếp, đứt gãy, phong hoá … thì thông quaviệc phân tích mặt cắt địa chất , phân tích mối quan hệ của chúng đối với các tầng

đá sẽ xác định được giới hạn tuổi của chúng

III.1.4 Niên biểu địa chất

- Là 1 niên biểu thể hiện lịch sử phát triển địa chất, cổ sinh vật từ khi TĐ đượchình thành cho đến nay

- Niên biểu được chia thành các đại, kỷ, thế … tương ứng của các tập được hìnhthành trong đại, kỷ, thế … là các giới, hệ , thống …

- Lịch sử phát triển của vỏ TĐ được chia ra làm 5 đại : đại Thái cổ, đại Nguyênsinh, đại Cổ sinh, đại Trung sinh và đại Tân sinh

- Niên biểu địa chất không xác định chính xác tuổi địa chất bằng đơn vị thời gian

mà chỉ nêu lên trình tự già trẻ của các tầng địa chất

Thời gian

bắt đầu cách

ngày nay

(tr.năm)

- Hiện tượng kiến tạo : là hiện tượng xảy ra do nội động lực phát sinh trong vỏ trái

đất làm thay đổi cấu trúc các lớp đất đá cấu tạo nên vỏ trái đất, tách vỏ trái đấtthành nhiều mảng và các mảng này tương tác với nhau để tạo nên các dạng địahình trên trái đất

- Giả thiết địa kiến tạo : nêu lên nguồn gốc của các chuyển động kiến tạo, tác động

của chúng đối với sự hình thành và phát triển các biến dạng cấu tạo của TĐ trongkhông gian và thời gian Nguồn gốc các chuyển động kiến tạo có liên quan chủyếu với các nhân tố và quá trình lý hoá xảy ra bên trong TĐ mà khoa học chưatrực tiếp nghiên cứu được

- Có thể đưa ra 2 giả thiết lớn : giả thiết động và giả thiết tĩnh

* Nhóm giả thiết tĩnh

 Nhóm giả thiết tĩnh (các dao động theo phương thẳng đứng) gọi là chuyểnđộng thăng trầm của vỏ TĐ Dạng chuyển động này thường xảy ra dưới dạngcác dao động nhẹ nhàng trên 1 phạm vi rộng của vỏ TĐ, và kết quả của nólàm biến đổi vị trí các lục địa và đại dương

 Khi bề mặt vỏ TĐ được nâng lên, biển rút ra nên lục địa được mở rộng.Ngược lại khi bề mặt vỏ TĐ hạ thấp xuống, biển tràn vào lục địa làm thu hẹpphạm vi lục địa do vậy vị trí của lục địa và đại dương từ trước đến nay đều cốđịnh và không thay đổi

* Nhóm giả thiết động

 Cơ sở của giả thiết động là vỏ TĐ có khả năng trượt tự do trên móng củachúng Vận động của vỏ TĐ xảy ra chủ yếu theo phương nằm ngang và theophương đứng chỉ là biến dị của phương ngang

 Lực tác dụng của theo phương ngang với cường độ mạnh làm cho đất đá trên

bề mặt vỏ TĐ bị xô đẩy theo phương ngang làm cho đất đá bị nếp gấp hoặc bịđứt ra và dịch chuyển thay đổi vị trí đi nơi khác Kết quả của vận động ngangnày thường tạo ra các dãy núi lớn của thế giới

III.2.1 Kiến tạo mảng

* Mô hình kiến tạo mảng:

- Thuyết kiến tạo mảng là một học thuyết theo cơ chế động Thạch quyển của Tráiđất được phân ra 1 số mảng mà ranh giới giữa chúng là các đới tách giãn đại

dương, nơi có hoạt động kiến tạo, động đất, núi lửa mạnh nhất Dọc theo ranhgiới này xuất hiện các đứt gãy toác, đứt gãy chờm, hoặc những dịch chuyểnngang.

- Thành phần của hai dạng lớp vỏ khác nhau một cách đáng kể Lớp vỏ đại dươngchủ yếu chứa các loại đá bazan, trong khi lớp vỏ lục địa chủ yếu chứa các loại đágranit với tỷ trọng thấp có chứa nhiều nhôm và điôxít silic (SiO2) Hai dạng nàycủa lớp vỏ cũng khác nhau về độ dày, trong đó lớp vỏ lục địa dày hơn một cáchđáng kể

- Sự chuyển động của quyển mềm làm cho các mảng kiến tạo bị chuyển động theomột tiến trình gọi là sự trôi dạt lục địa, nó được giải thích bằng thuyết kiến tạomảng Sự tương tác giữa các mảng kiến tạo đã tạo ra các dãy núi và núi lửa, cũngnhư tạo ra các trận động đất và các hiện tượng địa chất khác

- Ranh giới giữa các mảng kiến tạo không trùng với ranh giới các châu lục Hiệnnay người ta biết rằng Trái Đất là hành tinh duy nhất trong hệ Mặt Trời có hiệntượng kiến tạo mảng, mặc dù có một số giả thuyết cho rằng Hỏa Tinh có thể cũng

đã từng có các mảng kiến tạo trong quá khứ trước khi lớp vỏ của nó bị đông cứnglại tại chỗ

III.3 Địa mạo, ảnh hưởng của địa mạo đến xây dựng công trình

- Địa mạo là địa hình của 1 khu vực xét trên các mặt nguồn gốc, hình thái và là 1 bộphận cần thiết của nghiên cứu ĐCCT

- Địa hình là 1 khái niệm được sử dụng để mô tả diện mạo bề mặt lớp vỏ cừng của

TĐ Nó là tập hợp của các dạng địa hình như : đồi, sông, suối,….Và nhiệm vụ củađịa mạo là phải giải thích và phân loại các dạng địa hình và các tập hợp của chúng.Ngoài việc mô tả diện mạo của bề mặt TĐ còn phải tìm hiểu nguồn gốc phát sinh

và lịch sử ohát triển của nó

- Dạng địa hình có thể nhô cao lên so với mặt ngang gọi là địa hình dương, hoặc cóthể lõm xuống gọi là địa hình âm

- Các dạng địa hình cũng là những thành tạo có phát sinh, phát triển và cuối cùngthoái hoá để tạo ra những dạng địa hình khác Sự phát sinh, phát triển này phụthuộc chặt chẽ vào 2 nhóm động lực chủ yếu : nội lực và ngoại lực

 Nội lực : quá trình vận động kiến tạo của vỏ TĐ, các quá trình lý hoá trnglòng đất, hoạt động của núi lửa, động đất và cấu trúc địa chất

 Ngoại lực : các tác nhân như gió, dòng chảy, sóng biển … cũng làm bào mòn

và tạo nên các dạng địa hình trên bề mặt TĐ

- Tuy là 2 quá trình luôn xảy ra song song nhau nhưng vai trò của nội lực mang tínhchủ động, bởi vì chính nội lực làm cho địa hình mấp mô không bằng phẳng, tạo ranhững khối trồi lên hay mảng hạ xuống (vực thẳm), trên đó quá trình chịu ảnhhưởng của nội lực sẽ phụ thuộc vào điều kiện khí hậuđẩ giảm bớt dần sự mấp môđó

III.4 Các dạng biến vị của vỏ TĐ

- Ta đã biết các dạng thế nằm của đất đá bao gồm thế nằm ngang, thế nằm nghiêng

… Do các chuyển động kiến tạo của vỏ TĐ, các đá trầm tích sau khi được hìnhthành đã bị thay đổi thế nằm, từ thế nằm ngang chuyển sang thế nằm nghiêng, uốnnếp, đứt gãy

- Thế nằm ngang : thế nằm ban đầu của đất đá Thế nằm ngang thường gặp ở nhữngmiền mà các chuyển động kiến tạo của vỏ TĐ yếu hoặc lớp đá chưa trải qua cácquá trình chuyển động kiến tạo nào đáng kể

- Thế nằm nghiêng : thế nằm nghiêng của lớp đá có thể là thế nằm nguyên sinh(được hình thành ngay từ ban đầu theo địa hình dốc) Để thể hiện vị trí của một lớp

đá nằm nghiêng, cần xác định các yếu tố thế nằm nghiêng của lớp đó

 đường phương – góc phương vị đường phương

- Nếp uốn được chia thành 2 dạng chính :

 Nếp uốn lồi : là dạng uốn cong của các lớp đá, hướng bề lồi lên phía trên Vìthế ở phần trong (phần nhân của nếp uốn lồi có các đá cổ nhất)

 Nếp uốn lõm : là dạng uốn cong của các lớp đá, hướng bề lồi về phía dưới nênnhân của nếp uốn lõm có các đá trẻ nhất

- Cấu trúc của uốn nếp

 Sườn của nếp uốn gọi là cánh (chú ý : đối với nhiều loại nếp uốn, cánh củanếp uốn vừa thuộc nếp uốn lõm vừa thuộc nếp uốn lồi phía bên cạnh)

 Nơi uốn cong nhất tạo nên nếp lồi hay nếp lõm được coi là vòm của nếp uốn

và đường nối các điểm uốn cong đó gọi là đỉnh của nếp uốn (vì nơi đó có cao

 Nếp uốn thẳng đứng (nếp uốn cân) : các cánh của nếp uốn đều dốc về 2 phía

cả 2 cánh đều có cùng độ dốc và mặt trục của nếp uốn hợp với phương ngang

1 goc vuông

 Nếp uốn nghiêng (nếp uốn không đối xứng) các cánh của nếp uốn cũng dốc về

2 phía nhưng với góc dốc khác nhau Do vậy, mặt trục nếp uốn cũng nghiêng1góc <900 so với mp nằm ngang

 Nếp uốn nằm : các cánh và mặt trục của nếp uốn hầu như nằm ngang

 Nếp uốn đổ : các cánh và mặt trục của nếp uốn đều dốc về 1 phía

 Nếp uốn chúi đầu : thứ tự địa tầng bị đảo ngược

- Trường hợp các đá bị nứt và bị dịch chuyển các mặt nứt gọi là hiện tượng đứtgãy

 Đứt gãy thuận : là những đứt gãy rong đá, mặt đứt gãy dốc về phía đá trượtxuống (đứt gãy trượt theo hướng dốc có cánh trên có khuynh hướng di chuyểnxuống dưới và cánh dưới trồi lên )

 Đứt gãy nghịch : đứt gãy trượt theo hướng dốc có cánh trên di chuyển lên phíatrên còn cánh dưới dịch chuyển xuống dưới

CHƯƠNG IV : CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ

IV.1 Tính chất nước của đất đá

- Biểu hiện của tính chất mao dẫn của đất : chiều cao cột nước có thể giữ đượcbởi lực mao dẫn (sức căng bề mặt) và lực dính do mao dẫn

Sức căng bề mặt α (lực căng trên 1 đơn vị chiều dài cắt ngang bề mặt) cóphương tiếp tuyến với mặt căng nước

θ : góc ướt (đặc trưng phân tử giữa nước và hạt rắn)

Lực kéo căng mặt nước 2πrα (do 2 lực tác dụng 2 bên thành của ống), chiếu lênphương thẳng đứng có P = 2πrα.cosθ => chính lực kéo căng P này làm nướcdâng lên trong ống

Trọng lực của cột nước trong ống làm kéo nước hạ xuống G = πr2 .Hmd ρ g

r : bán kính ống mao dẫn

Hmd : chiều cao mao dẫn khi cân bằng

g : gia tốc trọng trường

ρ : khối lượng riêng của nước

chiều cao mao dẫn đạt giá trị cực đại khi P = G

=> 2πrα.cosθ = πr2 .Hmd ρ g => chiều cao mao dẫn H md r g

cos 2

ρ

θα

=

Từ công thức trên ta nhận thấy chiều caomao dẫn phụ thuộc vào bán kính ống,khối lượng riêng của chất lỏng và vật liệulàm ống (vì góc ướt chịu ảnh hưởng củavật liệu làm ống và loại chất lỏng)

độ cao mao dẫn của một số đất đá

- Ảnh hưởng của mao dẫn : gây ẩm ướt cho cơng trình, tính chất cơ lý của đất đágiảm xuống

- Nguyên nhân: lực tương tác của nước và khí với các hạt đất, thể hiện ở sự tẩmướt các hạt đất, tạo nên trong các lỗ rỗng những mặt khum và một số hiệntượng khác Chiều cao dâng mao dẫn tỉ lệ nghịch, cịn tốc độ dâng thì tỉ lệ thuậnvới đường kính các mao quản Trong đất sét dâng tới hàng mét, trong nhữngloại đất khác, hàng centimét đến vài mét

IV.1.3 Tính chứa nước của đất đá

+ Đất đá là một tập hợp các hạt khĩang vật ở thể rắn, các lỗ rỗng chứa nước vàkhơng khí

- Thể rắn gồm các hạt khĩang vật thường gọi là hạt đất Tính chất của đấtphần lớn phụ thuộc vào độ lớn, hình dạng hạt và các thành phần khống vậtkhác của chúng

- Trong đất đá ở điều kiện tự nhiên lúc nào cũng chứa 1 lượng nước nhấtđịnh Lượng nước này là pha lỏng ở trong đất Nước cĩ tác dụng mạnh vớicác hạt khống vật trong đất

- Nếu các lỗ rỗng trong đất đá khơng chứa đầy nước thì khơng khí sẽ lấp đầycác chỗ đĩ Và khơng khí này chính là pha khí của đất đá

+ Do vậy, để thuận tiện, người ta đưa ra mơ hình đất gồm 3pha được tách rời ra vớicác lượng riêng biệt nhưng vẫn giữ được tỉ lệ chuẩn xác giữa chúng

Mơ hình đất chi tiết biểu thị các lượng thể tích và khối lượng khác nhau.

rắn nước không khí

* Tính chất nước của đất đá được đánh giá bởi 2 chỉ tiêu

a/ Độ ẩm tự nhiên (W) : Độ ẩm tự nhiên của đất đá được biểu thị bằng tỉ số giữakhối lượng nước chứa trong đất đá ở điểu kiện tự nhiên với khối lượng của hạtđất

IV.1.4 Tính không ổn định với nước của đất đá (trương nở và co ngót)

a/ Tính trương nở :

- Tính trương nở là hiện tượng tăng thể tích của đất khi tác dụng tương hỗ vớinước hay dung dịch

- Các đặc trưng của đất trương nở

+ Biến dạng trương nở : độ biến dạng của đất đá trước và sau khi đất trương nở

(có thể so sánh về chiều cao mẫu đất hoặc thể tích mẫu đất trước và sau khitrương nở)

%100

%

h

h h x

V

V V

R

s

s tn s

s tn

Vtn , htn : thể tích và chiều cao của đất khi trương nở

Vs , hs : thể tích và chiều cao của của mẫu đất

+ Áp lực trương nở : là áp lực phát sinh trong quá trình trương nở Áp lực này

được đo bằng lực tác dụng lên mẫu đất khi làm ướt và nén không nở hông, và

có biến dạng trương nở bằng không

+ Độ ẩm trương nở : là độ ẩm ứng với trạng thái mà ở đó quá trình hấp thụ

nước hay dung dịch lóng khác của đất ngừng lại (khi sự trương nở kết thúc)

%100

s

s tn

tn

m

m m

W = −

mtn : trọng lượng mẫu đất sau khi trương nở

ms : trọng lượng đất khô tuyệt đối

- Đất trương nở đặc biệt là đất trương nở không đều không những chỉ làm giảmcường độ của đất đá thông qua sự phá vỡ nối liên kết giữa các hạt mà nhiều khicòn phá hoại cả khối đất thông qua hệ thống các khe nứt phát sinh trong quátrình trương nở

b/ Tính co ngót

- Ngược với trương nở là co ngót, do đất bị thoát nước

- Tính co ngót của đất đá là sự giảm thể tích của đất đá khi bị hong khô

- Trong xây dựng công trình, đặc biệt là khi thi công hố móng, đất nền có thể nở,

có thể co làm cho tính chất vật lý, cơ học của đất nền bị thay đổi, không cònphù hợp với thiết kế và là nguyên nhân gây ra hư hỏng công trình

IV.2 Tính chất vật lý của đất đá

IV.2.1 Tính lỗ rỗng và khe nứt

a Tính lỗ rỗng của đất đá : đặc trưng bởi các chỉ tiêu sau :

 Độ rỗng : là tỷ số giữa thể tích phần rỗng của đất đá với thể tích toàn bộ đất đá

%100

- Độ rỗng thay đổi trong cùng 1 loại đất ở các trạng thái kết cấu khác nhau(xem qua bảng sau)

- Hệ số rỗng là 1 chỉ tiêu có thể cho biết sơ bộ đặc tính cường độ của đất do

đó dùng để đánh giá độ chặt của đất (xem bảng phân loại theo độ chặt)

Hệ số rỗng Đất

Độ chặtChặt Chặt vừa Chặt ít

*** Trong thực tế đối với đất loại cát và đất loại sét , việc dùng độ rỗng và hệ

số rỗng chưa đủ để thể hiện trạng thái lỗ rỗng của đất mà còn phải dùng các chỉ tiêu tương đối

 Đối với đất loại cát thì phải xác định độ chặt tương đối D :

min max

max

e e

e e D

−

−

=

emax : hệ số rỗng của cát khi kết cấu xốp nhất (trạng thái rỗng nhất)

emin : hệ số rỗng của cát khi kết cấu chặt nhất

e : hệ số rỗng của cát ở trạng thái tự nhiên Dựa vào độ chặt tương đối D, người ta chia ra 3 trạng thái như sau :

33 0

0 < D≤ : trạng thái rời xốp

67.033

0 <D≤ : trạng thái chặt vừa

1 67

.

0 <D≤ : trạng thái chặt nhất

0 0.33 0.67 1 D

 Đối với đất loại sét thì dùng chỉ tiêu độ đặc của đất dính Ta so sánh độ đặccủa đất sét có kết cấu tự nhiên với độ đặc ứng với kết cấu ở trạng thái chảy

và dẻo

W ≥ Wch : đất ở trạng thái chảy

Wd > W ≥Wch : đất ở trạng thái dẻo

W W

W W B

<

B : trạng thái rắn

*** Trong thực tế, đất ở trạng thái tự nhiên không hoàn toàn là đất cát hoặc đất sét Có sự pha trộn giữa các loại cát và sét với nhau nên việc đánh giá độ đặc của đất dính cần phải xét trong các trường hợp này.

- Để phân biệt các trạng thái trộn lẫn giữa đất cát và đất sét ta xét đến chỉ sốdẻo Id = Wch – Wd

I d

- Đối với cát pha và sét pha thì phạm vi biến đổi của độ ẩm từ hạn sệt đến hạndẻo lớn, nên việc đánh giá các trạng thái được phân nhỏ thành một số trạngthái khác như sau :

0<B≤ : trạng thái nửa cứng

5 0 25

.

0 <B≤ : trạng thái dẻo cứng

75.05

0 <B≤ : trạng thái dẻo mềm

1 75

-b Tính nứt nẻ của đá được đánh giá qua 2 chỉ tiêu sau :

∗ Độ nứt nẻ: là số lượng khe nứt của đá trên 1 đơn vị chiều dài (mét)

∗ Độ khe hở: độ khe hở là tỷ số giữa diện tích khe hở tạo bởi các khenứt và diện tích đá kể cả khe nứt trên 1 mặt cắt nào đó

hầm … với diện tích khe từ 4-8m2.

- Phân loại độ nứt nẻ của đá :

 Kk ≤ 2% : nứt nẻ yếu

 2% < Kk ≤ 5% : nứt nẻ vừa

 5% < Kk ≤ 10% : nứt nẻ mạnh

 10% < Kk ≤ 20% : nứt nẻ rất mạnh

IV.2.2 Dung trọng của đất đá

- Dung trọng của đất là khối lượng của 1 đơn vị thể tích đất

- Tùy theo lượng chứa tương đối của các pha trong đất, có thể phân dungtrọng ra thành các loại như sau :

a Dung trọng tự nhiên (dung trọng ướt) : là khối lượng của một đơn vị thể

tích đất đá ở trạng thái tự nhiên

- Dung trọng tự nhiên là tỷ số giữa khối lượng đất đá ở trạng thái tự nhiên vàthể tích của nó

r h

n h W

V V

Q Q V

Qh : khối lượng phần hạt của đất đá (g)

Qn : khối lượng phần nước trong đất đá (g)

Vh : thể tích phần hạt trong đất đá (cm3)

Vr : thể tích phần nước và không khí trong đất đá (cm3)

- Dung trọng tự nhiên của đất thay đổi trong phạm vi 1,5-2,0 g/cm3, đốivới đá cứng chắc thì dung trọng tự nhiên xấp xỉ bằng dung trọng hạt

- Dung trọng tự nhiên đặc trưng độ chặt kết cấu của đất vì vậy cho phépnhận xét gián tiếp về độ bền, tính biến dạng và độ ổn định Ngoài ra,dung trọng tự nhiên còn được sử dụng trực tiếp trong tính tóan côngtrình

- Dung trọng bão hòa nước là dung trọng tự nhiên lớn nhất, là khối lượng

1 đơn vị thể tích đất ở trạng thái no nước (tức là toàn bộ lỗ hổng của đấtđều chứa đầy nước)

V

Q Q V

Qh : khối lượng phần hạt của đất đá (g)

Qr : khối lượng phần nước trong đất đá – kể cả phần không khí bị nướcchiếm chỗ (g)

h h

k

V V

Q V

-c Dung trọng khơ tương đối ổn định vì nĩ khơng phụ thuộc vào độ ẩm Độ

lỗ rỗng càng nhỏ(mức độ nén chặt càng cao), đất đá chứa nhiều khốngvật nặng thì dung trọng khơ càng cao

-d Dung trọng khơ được dùng làm chỉ tiêu kiểm tra chủ yếu về mức độ nénchặt của đất trong thân cơng trình bằng đất (đập, đê, nền đường…) Một

số cơng trình đập đất ở nước ta đã thiết kế với dung trọng khơ gk1,70 g/cm3

=1,45-c Dung trọng hạt : là khối lượng của 1 đơn vị thể tích hạt rắn của đất đá.

-b Dung trọng hạt là tỷ số giữa khối lượng hạt rắn và thể tích của phần hạt

h

h h

V

Q

=γ

Qh : trọng lượng phần hạt của đất đá (g)

Vh : thể tích phần hạt trong đất đá (cm3)-c Dung trọng hạt chỉ phụ thuộc vào thành phần khĩang vật, khơng phụthuộc vào kiến trúc, cấu tạo, độ ẩm Dung trọng hạt của đất đá thơngthường thay đổi trong phạm vi 2,0-3,0 g/m3 Các đá bazơ cĩ dung trọnghạt lớn hơn từ 3,0-3,3 g/cm3

-d Dung trọng hạt cịn phụ thuộc vào sự cĩ mặt các tạp chất trong thànhphần đất đá Vì vậy mỗi loại đất đá cĩ thể cĩ một số giới hạn biến đổidung trọng

d Dung trọng đẩy nổi : là khối lượng ở trong nước của đơn vị thể tích đất

đá ở trạng thái tự nhiên

- Dung trọng đẩy nổi hay dung trọng của nước nằm dưới mực nước ngầmđược tính bằng khối lượng của đơn vị thể tích đất đá cĩ kể đến lực đẩynổi của nước

n bh

IV.2.4 Bảng liên hệ các chỉ tiêu vật lý của đất đá

Chỉ tiêu cần xác định Công thức

Hệ số rỗng e (1 0,01 ) 1

−+

+

=

Độ bão hòa G

W n

W

W

G

γγ

γ

−+

∆

=

)01,01.(

01,0

IV.3 Tính chất cơ học của đất đá

IV.3.1 Tính biến dạng trong đất đá

- Dưới tác dụng của tải trọng , thì đất đá bị co ép lại và thay đổi hình dạngcũng như kích thước Thể tích các lỗ hổng trong đất bị giảm nhỏ do các hạtkhống vật dịch chuyển tương đối tương đối với nhau, do biến dạng củachính các hạt đất và do nước hay khí chứa trong các lỗ rỗng

- Đất thơng thường được nén chặt chủ yếu do thể tích lỗ rỗng giảm, nên biếndạng nén của đất được biểu hiện qua trị số biến đổi của hệ số rỗng, cịn đốivới đất bão hồ nước thì được biểu hiện thơng qua trị số biến đổi của độẩm

- Tính biến dạng của đất thường đánh giá bằng các chỉ tiêu nén lún Các chỉtiêu đặc trưng của biến dạng như : hệ số nén lún, modun biến dạng … chophép ta dự tính độ lún, độ ổn định và khả năng chịu tải lớn nhất của nền đất

IV.3.2 Độ bền của đất đá

- Độ bền của đất được thể hiện bằng sức chống cắt thơng qua lực dính kết vàgĩc ma sát trong Các chỉ tiêu này giúp ta cĩ thể thiết kế độ nghiêng củamái dốc đất đắp sao cho hợp lý, đánh giá khả năng ổn định của mái dốc,tính áp lực đất sau lưng tường chắn, sức chịu tải của nền đất …

- Độ bền của đất đá thường được đánh giá qua các chỉ tiêu : cường độ chốngnén và kéo, cường độ chống trượt…

- Đối với đá : trong đá cứng lực chống trượt phụ thuộc vào độ bền liên kếtgiữa các hạt Trong đất đá, lực chống trượt rất lớn và các hạt khống liênkết chặt với nhau Lực chống trượt trong đá cứng đảm bảo ổn định chocơng trình xây dựng lên nĩ

- Đối với đất rời : lực chống trượt trong đất đá rời rạc chủ yếu phụ thuộc vàolực ma sát xuất hiện khi các hạt dịch chuyển lên nhau

- Đối với đất loại sét (đất dính) sức chống cắt khơng chỉ phụ thuộc vào lực

ma sát trong mà cịn phụ thuộc vào lực dính của các hạt Vì các hạt đấtđược liên kết với nhau bằng các loại keo kết dính nên chịu tác dụng của lựcdính Các hạt sắp xếp theo các gĩc cạnh và cĩ khả năng trựơt lên nhau khichịu tải trọng ngồi, do vậy nĩ cũng chịu ảnh hưỡng của lực ma sát giữacác hạt với nhau tạo nên gĩc ma sát trong

IV.4 Phân loại đất đá

IV.4.1 Phân loại đất đá theo quan điểm ĐCCT

- Đây là loại đá hoàn hảo nhất về mặt xây dựng công trình Chúng đượcphân biệt bởi độ bền và độ ổn định cao, độ biến dạng bé và độ ngấm nướcyếu Các khoảnh phân bố các loại đá như vậy là thuận lợi để xây dựng bất

cứ công trình nào mà không gặp những hạn chế đáng kể, và thường khôngphải áp dụng các biện pháp để đảm bảo ổn định của công trình

- Tỉ trọng đá từ 2.2 – 2.65, độ rỗng khoảng 10-15%, có khả năng chứa nước

và thấm nước nhiều Đá dễ bị nước phá hoại

- Khác với đá cứng bởi độ bền và độ ổn định thấp, độ biến dạng lớn, độngấm nước đáng kể hoặc cao Chúng thường bị nứt nẻ nhiều, còn các đá bịhòa tan thì thường có hang hốc, tuy vẫn có độ bền cao ở mẫu thí nghiệm

- Trong nhiều trường hợp, những khoảnh phân bố đá nửa cứng đều là thuậnlợi cho việc xây dựng các công trình khác nhau, kể cả những công trìnhquan trọng, nhưng đều phải tuân thủ những điều hạn chế nhất định và phải

áp dụng những biện pháp công trình phức tạp để đảm bảo độ ổn định vàkhai thác bình thường của công trình

c Nhóm đất đá rời rạc

- So với đá cứng và đá nửa cứng được đặc trưng bởi độ bền, độ ổn định thấp

và độ biến dạng lớn Một số loại đất thuộc các nhóm này đều ngấm nướcmạnh Những nhóm đất rời xốp và đất mềm dính bao gồm các kiểu nguồngốc khác nhau của đất trầm tích Chúng có đặc điểm là trạng thái vật lý vàtính chất biến đổi nhiều Điều kiện xây dựng công trình trên những loại đất

đó thường kèm theo nhiều hạn chế lớn

- Nhóm này bao gồm : dăm, cuội, sỏi, cát

- Đặc tính chung là không có liên kết kiến trúc giữa các hạt, tỉ trọng nhỏ 1.9, độ rỗng lớn 25-40%, có khả năng chứa nước và thấm nước cao Tính

1.4-ổn định của đất đá phụ thuộc vào độ chặt của chúng

d Nhóm đất mềm dính

- Bao gồm : sét, sét pha, cát pha

e Nhóm đất có tính chất đặc biệt

- Bao gồm : bùn, than bùn, đất muối hóa, cát chảy, thổ nhưỡng

- Các loại đất này thường yếu về mặt xây dựng

IV.4.2 Phân loại đất theo TCVN

Dựa vào chỉ số dẻo người ta phân ra loại đất dính (Id ≥ 1) và đất rời (Id <1)

a Đất dính : dựa vào chỉ số dẻo, người ta phân đất dính ra 3 loại :

 Sét pha (á sét) 7 < Id ≤ 17

Dựa vào hàm lượng hạt chiếm ưu thế có đường kính >2mm

- Hàm lượng hạt chiếm trên 50% : đất hòn lớn (đá dăm, cuội, sạn, sỏi)

- Hàm lượng hạt chiếm nhỏ hơn 50% : đất cát

- Dựa vào hàm lượng và đường kính hạt mà phân loại đất rời như sau :

Đất có ít than bùn 0,1 < q ≤ 0,25Đất có than bùn vừa 025 < q ≤ 0,4Đất có nhiều than bùn 0,4 < q ≤ 0,6

q : tỷ số khối lượng của tàn tích thực vật trong mẫu đất sấy ở 100o –

105oC và khối lượng của phần hạt rắn của mẫu đất

IV.4.3 Phân loại đất theo USCS

a Nguyên tắc phân loại :

- Dựa trên thành phần kích thước hạt chiếm ưu thế có đường kính 0,074mmtrong đất để phân chia thành 2 nhóm : hạt thô và hạt mịn

- Đối với nhóm hạt thô : dựa trên các hạt có đường kính 4,76mm để phânchia thành các phụ nhóm

- Đối với nhóm hạt mịn : dựa trên các giá trị giới hạn chảy, giới hạn dẻo, chỉ

số dẻo để phân chia thành các phụ nhóm

- Tên của các loại đất được kết hợp 2 nhóm ký tự sau :

Cuội, sỏi G (gravel) Tốt W (well graded)

plasticity)

Mỗi loại được chia thành 4 nhóm :

- Đất chứa ít hoặc không chứa hạt mịn, không có loại hạt nào chiếm ưu thế

về hàm lượng, cấp phối tốt, được kết hợp bằng chữ W

Kết hợp với hai chữ cái của tên đất có GW và SW khi hàm lượng hạtmịn chiếm ít hơn 5% tổng trọng lượng đất và thỏa điều kiện về cấp phối:

Cu > 4 (đối với sỏi sạn), Cu > 6 (đối với cát) & Cc =1-3

2 30

.d d

- Đất hạt thô chứa một lượng đáng kể hạt mịn (chủ yếu là hạt bụi) không cótính dẻo, được ký hiệu bằng chữ M

Kết hợp với chữ cái của tên đất có GM và SM khi hàm lượng hạt mịnchiếm hơn 12% tổng trọng lượng đất

- Đất hạt thô có chứa một lượng đáng kể hạt sét ký hiệu bằng chữ C

Kết hợp với chữ cái của tên đất có GC và SC khi hàm lượng hạt mịnchiếm hơn 12% tổng trọng lượng đất và chỉ số dẻo phần hạt mịn >7

- Đối với đất hạt thô có lượng hạt mịn chiếm từ 5% đến 12% tổng trọnglượng đất hoặc không thuộc hẳn nhóm nào thì dùng ký hiệu kép như GP-

GC, GW-SW, …

Hàm lượng hạt

mịn trong tổng

< 5% (chứa ít hoặckhông chứa hạt

5% - 12% >12% (chứa nhiều hat

mịn)