BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH ĐÔ THI College of Urban Works Construction BÀI GIẢNG ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH & ĐỊA CHẤT THỦY VĂN (TRUNG CẤP CHUYÊN NGHIỆP) Giáo trình địa chất công trình địa chất thủy văn sở HÀ NỘI, 8- 2011 BÀI GIẢNG ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH & ĐỊA CHẤT THỦY VĂN (TRUNG CẤP CHUYÊN NGHIỆP) Khoa ®« thi - Trêng cao ®¶ng x©y dùng c«ng tr×nh ®« thi Giáo trình địa chất công trình địa chất thủy văn sở BỘ XÂY DỰNG ************ TRƯỜNG CAO ĐẲNG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH ĐÔ THỊ CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHIà VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc -o0o Hà Nội, ngày ….tháng 08 năm 2011 MỞ ĐẦU ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH VÀ ĐỊA CHẤT THỦY VĂN Trong năm cuối kỷ XX phát triển nhanh, mạnh không ngừng kinh tế quốc dân ngày công tác điều tra địa chất công trình địa chất thủy công trình ngày coi trọng xây dựng, cấp thoát nước bảo vệ môi trường Việc nghiên cứu đánh giá điều kiện địa chất công trình điều kiện địa chất thủy văn công trình cho phép lựa chọn phương án kinh tế kỹ thuật tối ưu, đảm bảo bền vững khai thác công trình, nguồn tài nguyên đất đá, nước đất cách hiệu mà tạo tiền đề thuộc sinh thái địa chất, địa chất thủy văn bảo vệ môi trường thiên nhiên MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU VÀ NỘI DUNG MÔN HỌC Mục đích: + Địa chất công trình nghiên cứu đất đá phần vỏ đất, thành phần, tích chất lý chúng trình địa chất động lực Khoa ®« thi - Trêng cao ®¶ng x©y dùng c«ng tr×nh ®« thi Giáo trình địa chất công trình địa chất thủy văn sở + Địa chất thủy văn công trình nghiên cứu nguồn gốc, thành phần, tính chất, quy luật vận động, điều kiện hình thành, tàng trữ phân bố nước phần vỏ đất, tác dụng qua lai nước đất với môi trường đất đá, với tượng, trình địa chất Nội dung môn học: Nội dung Địa chất công trình nghiên cứu vấn đề sau : + Nghiên cứu đất đá làm thiên nhiên, môi trường vật liệu xây dựng cho công trình + Nghiên cứu hoạt động địa chất đại (hiện tượng trượt đất, đất chảy, xói mòn, cactơ, phong hóa…) ,tìm hiểu nguyên nhân phát sinh điều kiện phát triển để đề biện pháp xửlý xây dựng, sử dụng khai thác công trình + Nghiên cứu nước đất để khắc phục khó khăn nước gây thiết kế thi công công trình + Nghiên cứu phương pháp khảo sát ĐCCT + Nghiên cứu địa chất công trình xây dựng để lập quy hoạch khu vực xây dựng công trình khác dân dụng công nghiệp, cầu dường, công trình thủy lợi… Các phương pháp nghiên cứu địa chất công trình: Mỗi môn học phân biệt đối tượng nghiên cứu mà phương pháp mà môn học sử dụng để thực nhiệm vụ đặt Khi nghiên cứu ĐCCT người ta thường sử dụng tổng hợp loại phương pháp chủ yếu sau : 3.1 Phương pháp địa chất học + Đây phương pháp quan trọng cho kết sát thực việc nghiên cứu ĐCCT Khoa ®« thi - Trêng cao ®¶ng x©y dùng c«ng tr×nh ®« thi Giáo trình địa chất công trình địa chất thủy văn sở + Tìm hiểu phát triển tượng địa chất khứ có liên quan đến thành tạocác dạng địa hình, tính chất đất đá quy luật phân bố xếp khu vực.Từ đánh giá đắn điều kiện địa chất khu vực xây dựng công trìnhvà dự báo thay đổi điều kiện tác dụng công trình, địa chất công trình + Khi thực pp việc phải thực công tác khoan đào vào tầng đá để thu thập tài liệu điều kiện địa chất mà phải tiến hành thí nghiệm phòng trời để xác định đặc trưng lý đất đá 3.2 Phương pháp tính toán lý thuyết + Lập phương trình toán học để thể chất vật lý tượng địa chất, đặc trưng vật lý, học đất đá + Vì lúc quan trắc hay dùng phương pháp thực nghiệm để xácđịnh chất vật lý – học đất đá khu vực có địa hình phức tạp Pp cho kết nhanh chóng xác Người ta thường dùng pp để tính toán mứcđộ ổn định, độ lún công trình, lượng nước chảy vào hố móng, mức độ ổn định mái dốc, tốc độ tái tạo bờ … 3.3 Phương pháp thí nghiệm mô hình tương tự địa chất + Được áp dụng trường hợp liên quan đến qui mô công trình thiết kế tính chất phức tạp điều kiện địa chất + Pp thí nghiệm mô hình lập mô hình phòng thí nghiệm trời dựa sựtương đồng môi trường địa chất tự nhiên khu vực xây dựng môi trường vật lý cóđiều kiện tương tự Pp giúp ta nghiên cứu chuẩn xác tượng địa chấtsẽ xảy trình thi công khai thác … + Pp tương tự địa chất sử dụng tài liệu địa chất khu vực nghiên cứu đầy đủcho khu vực có điểu kiện địa chất tương tự Pp Khoa ®« thi - Trêng cao ®¶ng x©y dùng c«ng tr×nh ®« thi Giáo trình địa chất công trình địa chất thủy văn sở có tính chất kinh nghiệm dựa trênnguyên lý “đất đá hình thành điều kiện, trải qua trình địa chất nhưnhau có đặc trưng vật lý, học … tương tự Chương trình học gồm phần: • Phần I: Đất đá XD; • Phần II: Nước đất; • Phần III: Các trình tượng ĐC: • Phần IV: Các phương pháp KS ĐCCT & cải tạo đất đá Khoa ®« thi - Trêng cao ®¶ng x©y dùng c«ng tr×nh ®« thi Giáo trình địa chất công trình địa chất thủy văn sở PHẦN I ĐẤT ĐÁ XÂY DỰNG Khoa ®« thi - Trêng cao ®¶ng x©y dùng c«ng tr×nh ®« thi Giáo trình địa chất công trình địa chất thủy văn sở CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ KHOÁNG VẬT VÀ ĐÁ §1 KHOÁNG VẬT Khái niệm: − Khoáng vật hợp chất hóa học nguyên tố tự sinh hình thành trình lý- hóa xảy bên hay phía vỏ trái đất (Một khoáng vật nguyên tố hay hợp chất hóa học thông thường kết tinh tạo kết trình địa chất) − Khoáng vật thiên nhiên có thể khí (khí H 2S, CO2…), thể lỏng (nước, thuỷ ngân…),thể rắn (thạch anh, fenpat, mica…) Khoáng vật rắn hầu hết trạng thái kết tinh (tinh thể) − Kích thước khoáng vật khác Có khoáng vật có trọng lượng đến vài (như fenspat, thạch anh) có khoáng vật hạt nhỏ mà mắt thường nhìn thấy − Nhiều khoáng vật có tên gọi khác biến thể Những biến thể sinh thay đổi màu sắc khoáng vật hay thành phần chúng Hiện biết có 2500 khoáng vật 4000 biến thể chúng Trong có 450 khoáng vật thường gặp tự nhiên, có 50 khoáng vật tham gia tạo đá Các khoáng vật gọi khoáng vật tạo đá − Tùy thuộc vào vai trò nguyên tố cấu tạo nên khoáng vật ta chia khoáng vật khoáng vật phụ + Khoáng vật đóng vai trò chủ yếu việc cấu tạo nên đất đá Cường độ tính chất đất đá chủ yếu cường độ tính chất loại khoáng vật định + Khoáng vật phụ chiếm hàm lượng nhỏ (có số khoáng vật khoáng vật đá có khóang vật phụ đá khác) Khoa ®« thi - Trêng cao ®¶ng x©y dùng c«ng tr×nh ®« thi Giáo trình địa chất công trình địa chất thủy văn sở − Theo nguồn gốc hình thành, khoáng vật chia khoáng vật nguyên sinh khoáng vật thứ sinh + Khoáng vật nguyên sinh : thành tạo nguội lạnh macma kết tủa từ dung dịch + Khoáng vật thứ sinh : thành tạo từ khoáng vật khác (do phản ứng hóahọc nước với khoáng vật nguyên sinh, tác dụng áp suất, nhiệt độ cao…) − Theo mục đích xây dựng, khoáng vật phân loại dựa dạng liên kết hóa học Bởi đặc trưng cấu tạo tinh thể chất mối liên kết hóa học nguyên tử định nhiều tính chất vật lý học quan trọng Các trình thành tạo khoáng vật: − Quá trình nội động lực: xảy vỏ trái đất lượng bên hoạt động macma Macma khối silicat nóng chảy có thành phần phức tạp phun trào từ vùng sâu vỏ trái đất Khi macma nguội, nhiệt độ giảm tạo thành khoáng vật khác Những khoáng vật (như fenspat, pirit, pyroxen, olivin,… ) thành phần đá macma − Quá trình ngoại động lực xảy bề mặt vỏ đất tác dụng lượng mặt trời trình phong hoá đất đá, trình kết tủa trầm tích hoá học từ dung dịch tự nhiên, trình hoạt động sinh vật, …Các khoáng vật (như đôlômit, manhezit, canxit, ) thành phần đá trầm tích − Quá trình biến chất: xảy chủ yếu tác dụng áp suất lớn, nhiệt độ cao độ sâu khác vỏ trái đất Dưới tác dụng trình khoáng vật có từ trước bị biến đổi để tạo khoáng vật Như vậy, khoáng vật có nguồn gốc: macma, trầm tích, biến chất Tuy nhiên, thực tế trình thành tạo khoáng vật liên quan chặt chẽ với có khoáng vật có trình thành tạo phức tạp Cấu trúc khoáng vật: Cấu trúc tinh thể xếp không gian hình học có trật tự nguyên tử cấu trúc nội khoáng vật Trong thiên nhiên khoáng vật Khoa ®« thi - Trêng cao ®¶ng x©y dùng c«ng tr×nh ®« thi Giáo trình địa chất công trình địa chất thủy văn sở trạng thái rắn khoáng vật trạng thái lỏng (thủy ngân, nước, dầu hỏa, v.v ) khoáng vật trạng thái khí (cacbonic, sunfuahidro,v.v ) − Các khoáng vật có hình dạng rõ ràng gồm nhiều mặt, hay dạng hạt tinh thể hình dạng không rõ ràng Các khoáng vật đặc trưng cấu trúc kết tinh (tinh thể) Ngoài khoáng vật cấu trúc kết tinh có khoáng vật cấu trúc không định hình (như atfan, ) + KV kết tinh (tinh thể) tạo ion, nguyên tử, phân tử xếp theo quy luật sinh trình kết tinh (nguội lạnh, đông cứng) + Các KV không dạng tinh thể (kiến trúc thuỷ tinh) ion, nguyên tử, phân tử xếp lộn xộn không theo quy luật − Hình dáng nhiều mặt khoáng vật rắn phân bố có qui luật phần tử chúng: nguyên tử, ion, phân tử Sự phân bố không gian phân tử đặc trưng cho cấu trúc tinh thể chúng − Trong khoáng vật nguyên tử ion xếp cách có qui luật để hình thành lên cấu trúc bên định Các nguyên tư hay ion kề khung mạng tinh thể có mối liên kết hoá học với − Có kiểu liên kết đặc biệt quan trọng khoáng vật tạo đá: + Liên kết ion hình thành nguyên tử nhường cho nguyên tử nguyên tố khác nhiều điện tử Các KV nhóm có đặc điểm độ bền giảm nhanh có tính hoà tan gặp nước, loại đất đá chứa chúng dễ bị biến đổi, phong hoá Castơ, Kiểu liên kết thường gặp nhóm: halogen, cacbonat, sunfat, sunfua Ví dụ: NaCl: Na cho 1e thành Na +1 Cl nhận 1e thành Cl + −1 kết hợp lại Liên kết đồng hóa trị: liên kết giữ nguyên tố khả nhường lấy điện tử, số điện tử trở thành chung nguyên tử để hoàn chỉnh vỏ bọc Các KV có liên kết kiểu điển hình lớp Silicat 10 Khoa ®« thi - Trêng cao ®¶ng x©y dùng c«ng tr×nh ®« thi Giáo trình địa chất công trình địa chất thủy văn sở + Khi tầng đất có nước thấm qua gồm hai lớp có hệ số thấm khác dòng thấm từ lớp có hệ số thấm nhỏ (K 1) sang lớp có hệ số thấm lớn (K2) điều kiện phát sinh xói ngầm Zikhat xác định sau: K2 >2 K1 (11-11) + Trường hợp tầng đất gôm hai lớp có kích thước hạt khác có dòng thấm với vận tốc V điều kiện phát sinh xói ngầm L.I.Kazlova xác định sau: V>Vth Vth = 0.26 d260[1 + 1000.(d260/D260)] (cm/s) (11-12) Trong đó:d60, D60: đường kính hạt bé hạt lớn - Biện pháp ngăn ngừa Điều tiết dòng chảy, làm cho công trình tiêu thoát nước, ngăn ngừa không cho nước chảy tầng đất đá - Thiết bị tầng lọc đề phòng hạt bị trôi - Thay đổi kết cấu công trình để làm giảm tốc độ dòng ngầm hay thân công trình - Dùng biện pháp nhân tạo phương pháp keo kết chất silic, nhựa đường để cải tạo tính chất đất đá §6 QUÁ TRÌNH PHONG HÓA Khái niệm phong hóa - Tác dụng phong hóa tác dụng phá hủy đá nhân tố khí quyển, thủy sinh Các đá tạo thành sâu điều kiện giống điều kiện lúc hình thành nghĩa tồn sâu điều kiện nhiệt độ áp lực cao chúng trạng thái cân Nhưng lý đó, đá bị phơi bề mặt đất để chịu điều kiện mới: điều kiện nhiệt độ áp lực thấp điều kiện vật lý môi trường xung quanh khác hẳn môi trường chúng nằm sâu đá bị biến đổi Quá trình biến đổi gọi trình phong hóa 128 Khoa ®« thi - Trêng cao ®¶ng x©y dùng c«ng tr×nh ®« thi Giáo trình địa chất công trình địa chất thủy văn sở - Khi phong hóa, đá bị biến đổi thành phần, kiến trúc tính chất vật lý học đá Các đá phong hóa có hệ số thấm thay đổi, dung trọng đá phong hóa thường giảm, độ rỗng n tăng lên, độ bền giảm xuống Nói chung tính chất vật lý học có chiều hướng xấu so với đá gốc Các kiểu phong hóa đất đá a) Phong hóa vật lý - Là trình làm đá bị biến đổi mà không kèm theo biến đổi thành phần khoáng vật mà biến đổi kiến trúc, cấu tạo đá biến đá từ nguyên khối thành cục, vụn, hạt - Có thể phân biệt kiểu phong hóa vật lý Phong hóa nhiệt + Động lực thúc đẩy trình phong hóa nhiệt nung nóng xạ mặt trời: lớp đất đá độ sâu khác có nhiệt độ khác nhau, bị giãn nở khác nhau, khiến cho độ liên kết lớp bị phá hủy dần vỡ thành nhiều mảnh vụn + Các loại đá có cấu tạo tinh thể, ví dụ granit đá có dạng cấu tạo hạt cát kết, cuội kết, v.v…, có hạt với thành phần khoáng vật khác nhau, có độ hấp phụ lượng mặt trời độ giãn nở khác nhau, dẫn đến phá hủy khối đá cứng thành hạt vụn, trường hợp thành tạo cát kết acko vùng khô nóng + Nhìn chung, loại đá có màu sẫm có thành phần đa khoáng bị phong hóa mãnh liệt + Mặt khác, điều kiện đất đá giống dao động nhiệt độ đột ngột có biên độ lớn, hiệu ứng phong hóa nhiệt mạnh + Như vậy, loại phong hóa này, dao động nhiệt độ ngày đêm đáng ý Phong hóa nhiệt hoạt động mạnh khí hậu khô nóng – vùng sa mạc bán sa mạc, vùng ẩm ướt, lớp phủ thực vật thổ nhưỡng phát triển mạnh, bề mặt đá gốc che phủ, biên độ dao động nhiệt độ ngày đêm nhỏ, nên trình xảy yếu Phong hóa băng giá + Về thực chất, tượng phong hóa nhiệt, xảy vùng lạnh có dao động nhiệt độ qua điểm 0, nham thạch bị phá hủy chủ 129 Khoa ®« thi - Trêng cao ®¶ng x©y dùng c«ng tr×nh ®« thi Giáo trình địa chất công trình địa chất thủy văn sở yếu thể tích nước thay đổi chuyển hóa từ trạng thái lỏng sang trạng thái đóng băng + Trong đá có nhiều lổ hổng khe nứt, nơi lưu giữ nước nước + Khi nhiệt độ hạ thấp tới 00C, nước khe nứt đóng băng, đồng thời thể tích tăng thêm, tác động lên thành khe nứt áp lực lớn + Vì vậy, sau lần nước khe nứt hóa băng, thân khe nứt lại bị giãn thêm chút + Nếu tượng hóa băng – tan băng xảy nhiều lần, khối đá bị phong hóa băng giá bị vỡ thành nhiều tảng mảnh vụn Phong hóa học muối khoáng kết tinh + Trong miền khí hậu khô khan, tượng bốc mạnh mà xảy vận chuyển nước mao dẫn lên mặt đất Trên đường di chuyển, nước mao dẫn hòa tan loại muối khoáng nước bốc hơi, muối khoáng đọng lại Trong trình muối khoáng kết tinh, thành mạch mao dẫn phải chịu áp lực lớn khiến cho bề mặt đất đá bị rạn nứt vỡ vụn + Do tượng mà nhiều mảnh đá sa mạc bề cứng lại bị bóp vụn dễ dàng + Trong miền khí hậu khô khan, tượng bốc mạnh mà xảy vận chuyển nước mao dẫn lên mặt đất Trên đường di chuyển, nước mao dẫn hòa tan loại muối khoáng nước bốc hơi, muối khoáng đọng lại Trong trình muối khoáng kết tinh, thành mạch mao dẫn phải chịu áp lực lớn khiến cho bề mặt đất đá bị rạn nứt vỡ vụn + Do tượng mà nhiều mảnh đá sa mạc bề cứng lại bị bóp vụn dễ dàng Phong hóa học sinh vật + Trong trình sống mình, sinh vật, hệ thống rễ cây, gây tác dụng phá hủy đất đá Rễ cắm sâu vào khe nứt, lớn dần lên làm cho khe nứt ngày mở rộng Hiện tượng quan sát rõ vách đá vôi b) Phong hóa hóa học 130 Khoa ®« thi - Trêng cao ®¶ng x©y dùng c«ng tr×nh ®« thi Giáo trình địa chất công trình địa chất thủy văn sở - Phong hóa hóa học trình phá hủy đá có kèm theo biến đổi thành phần hóa học khoáng vật - Những tác nhân chủ yếu phong hóa hóa học hoạt động hóa học nước hợp chất hòa tan nước, số hợp chất hòa tan nước, số hợp phần không khí, CO2, O2 tác dụng hóa sinh sinh vật - Nước tự nhiên có khả hoạt động hóa học nước có phận phân li thành ion H+ OH- Đặc biệt nước có CO hòa tan khả hoạt động hóa học rõ rệt - Vì lẽ đó, tác dụng phong hóa nước thể mạnh vùng nóng ẩm, 101 vùng khí hậu lạnh, khả dần nhiệt độ hạ xuống 00C không - Những tượng phong hóa hóa học thường gặp trình hòa tan, thủy phân, oxy hóa, hydrat hóa, v.v Quá trình thủy phân + Trong trình thủy phân xảy tượng thay ion kim loại kiềm kiềm thổ alumosilicat ion H+ nước sinh hydrosilicat nhôm giải phóng oxyt kiềm kiềm thổ ngậm nước + Ví dụ: octocla tạo thành hydrosilicat nhôm K2Al2Si6O16 + 2H2O = H2Al2Si6O16 Quá trình hydrat hóa + Quá trình hydrat hóa trình phân tử nước kết hợp với khoáng vật không chứa nước để biến chúng thành hydrat + Ví dụ: Fe2O3 + 2H2O → Fe2O3 H2O (Hematide Limonite) CaSO4 + 2H2O → CaSO4 H2O (Anhydrite Thạch cao) Quá trình oxy hóa + Các khoáng vật tạo đá thường thành tạo môi trường thiếu oxy sâu, nên chứa oxy, kết hợp với thành hợp chất hóa trị thấp + Khi bị đưa lên bề mặt, nên chúng tác dụng dễ dàng với chất oxy hóa khí lớp vỏ phong hóa để trở thành hợp chất chứa oxy dạng hóa trị cao hơn, bền vững môi trường mặt đất giàu oxy + Ví dụ : Pyrite → Limonite 131 Khoa ®« thi - Trêng cao ®¶ng x©y dùng c«ng tr×nh ®« thi Giáo trình địa chất công trình địa chất thủy văn sở (FeS2) → Fe2O3 2H2O Hiện tượng hòa tan + Đối với số khoáng vật đá muối mỏ (NaCl), thạch cao, nước có khả hòa tan mạnh, vài đất đá khác đá vôi, đá đolomit nước gây tác dụng hòa tan với tốc độ nhỏ + Cường độ mức độ phong hóa hóa học phụ thuộc vào thành phần đất đá, vai trò khí hậu có ý nghĩa lớn, chẳng hạn điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm, trình tiến tới giai đoạn tận cùng, giai đoạn laterít, điều kiện ôn đới ẩm dừng lại giai đoạn sét, điều kiện khô – nóng sa mạc bán sa mạc, phong hóa hóa học phát triển kém, vỏ phong hóa chứa chủ yếu thành phần mảnh vụn + Các vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trình phong hóa hóa học Khi sống chết đi, thể sinh vật, nấm tảo xanh, tảo diatomit, địa y tiết nhiều axit cacbonit axit hữu khác có tác dụng phá hũy đất đá c) Phong hóa sinh vật Phong hóa sinh vật làm cho đất đá bị phá hủy trạng thái, thành phần, tính chất tác dụng hoạt động sinh vật Các loại thực vật rêu, địa y, rễ có tác dụng học hóa học vào đất đá Khi xác thực vật bị phân hủy xuất axit hữu → phá hủy đất đá Đặc điểm tầng tàn tích - Quá trình mà làm cho đá bị biến đổi bề mặt hình thành lớp khác lớp đá gốc gọi vỏ phong hóa - Phong hóa xuống sâu giảm đi, mức độ biến đổi đá giảm theo chiều sâu - Dựa vào mức độ lấp đầy chất nhét khe nứt đá, dựa vào mức độ dễ khó bóp vụn đá, dựa vào biến đổi thành phần khoáng vật đá, dựa vào thay đổi tính chất vật lý học đá, thường vỏ phong hóa chia thành đới: Đới vụn bột (Đới hạt mịn) : Ở đới đá mẹ hoàn toàn biến thành đất, hoàn toàn không thấy vụn nhỏ đá mẹ nửa, đất bao gồm khoáng vật hình thành trình phong hóa, hệ số 132 Khoa ®« thi - Trêng cao ®¶ng x©y dùng c«ng tr×nh ®« thi Giáo trình địa chất công trình địa chất thủy văn sở thấm nhỏ, 0, độ nén lún lớn, sức chống cắt nhỏ, đất có tính dính có khả trương nở gặp nước Đới vụn nhỏ (Đới hạt vụn) : Bề khác xa với đá mẹ Đất đá bao gồm vụn nhỏ hạt riêng biệt, mẫu nhỏ đới phong hóa thường bao gồm khoáng vật đá mẹ số lớn khoáng vật hình thành trình phong hóa Ở đới khả thấm nước tăng đá vụn bột, sức chống cắt đới cao đới vụn bột độ nén lún nhỏ Đới dạng tảng : Ở đới có xuất khe nứt phong hóa, thành phần khoáng vật chưa thay đổi so với đá mẹ số khoáng vật hình thành trình phong hóa phân bố vách khe nứt mà Các tính chất đất đá có tăng lên so với đới vụn nhỏ Đới nguyên khối : Bề mặt giống đá mẹ chưa phong hóa sức liên kết hạt giảm nhiều Trong đá xuất khe nứt kín mà mắt thường khó nhìn thấy được, tính chất lý đá không khác so với đá mẹ Ảnh hưởng phong hóa tính xây dựng đất đá Phong hóa → biến đổi, phá hủy đất đá Theo quan điểm địa chất công trình trình phong hóa dẫn đến hạ thấp tính ổn định đất đá công trình Mức độ phong hóa đất đá xác định tỉ số dung trọng mẫu đất đá bị phong hóa (ρp) với dung trọng mẫu đất đá không bị phong hóa (ρ) biểu diễn hệ số phong hóa: Kp = ρp ρ Hệ số phong hóa (Kp) Kp = 1 ≥ Kp ≥ 0.9 0.9 ≥ Kp ≥ 0.8 Kp < 0.8 Mức độ phong hóa Không bị phong hóa Ít phong hóa Phong hóa trung bình Phong hóa mạnh Các biện pháp phòng chống phong hóa Phủ đất đá vật liệu chống phong hóa (beetong, bitum, sét, v.v ); 133 Khoa ®« thi - Trêng cao ®¶ng x©y dùng c«ng tr×nh ®« thi Giáo trình địa chất công trình địa chất thủy văn sở Gia cố đất đá chất khác (thủy tinh lỏng, dung dịch xi măng, v.v ); Vô hiệu hóa nhân tố phong hóa như: nước mặt, nước đất công trình thoát nước §7 HIỆN TƯỢNG TRƯỢT Khái niệm + Khối trượt khối đất đá trườn phía sườn dốc, mái dốc (sườn nhân tạo) ảnh hưởng trọng lực, áp lực thuỷ động, lực địa chấn số yếu tố khác + Sự hình thành khối trượt kết trình địa chất, biểu dịch chuyển ngang khối đất đá ổn định, tức cân Các loại hình trượt lở thường gặp bao gồm: trượt lở, sạt lở, sụt lở, lở đá : Trượt lở đất: Xảy nhiều sườn đồi núi dốc, đường giao thông, hệ thống đê đập, bờ mỏ khai thác khoáng sản, hố đào xây dựng công trình Đây loại hình tai biến thường có qui mô từ trung bình tới lớn, phạm vi phát triển rộng, diễn biến từ chậm (2- 5cm/năm) gây chủ quan cho người, tới cực nhanh (lớn 3m/s) làm cho người không đối phó kịp Đất đá trượt lở từ vài chục vạn m tới - triệu m3, trườn xa tới 0,5 - km, đủ lớn để chặn dòng sông suối, dòng nước, tạo nên lũ quét vỡ dòng, đặc biệt nguy hiểm cho cụm dân cư hạ Sạt lở đất thường xảy thung lũng triền sông, dọc bờ biển bị xói lở Trong trình sạt lở, có đan xen tượng dịch chuyển trượt, tượng sụp đổ Hiện tượng sạt lở thường báo trước vết nứt sụt ăn sâu vào đất liền kéo dài theo bờ sông, bờ biển Diễn biến phá hoại sạt lở nhanh đột ngột Sạt lở bờ thường có xu hướng tái diễn nhiều năm, phạm vi ảnh hưởng rộng, đe doạ phá hỏng cụm dân cư, đặc biệt cụm dân cư kinh tế lâu năm vùng đồng bằng, ven biển 134 Khoa ®« thi - Trêng cao ®¶ng x©y dùng c«ng tr×nh ®« thi Giáo trình địa chất công trình địa chất thủy văn sở Sụt lở đất hay xảy tuyến đường giao thông, tuyến đê Sụt lở đất triền đồi núi thường làm phần mặt đường đoạn đường đồi núi phá hoại tuyến đường, gây ách tắc vận chuyển hệ kinh tế xã hội nghiêm trọng Lở đá: Là tượng tảng đá, gắn kết với khối, sụp đổ lăn xuống vùng thấp Đá lở thường xảy tuyến đường giao thông miền núi, sườn dốc lân cận số khu dân cư Nguyên nhân phát sinh trượt: + Tăng cao độ dốc sườn, mái dốc cắt xén, khai đào xói lở, thi công mái dốc + Làm giảm độ bền đất đá biến đổi trạng thái vật lý ẩm ướt, trương nở, giảm độ chặt, phong hoá, phá hủy kết cấu tự nhiên,… + Tác dụng áp lực thủy tĩnh thủy động lên đất đá + Biến đổi trạng thái ứng suất đất đá đới hình thành sườn dốc thi công mái dốc + Tác động bên ngoài: chất tải sườn dốc, mái dốc (sườn nhân tạo) kể khu kế cận đỉnh dốc, dao động địa chấn vi địa chấn,… Dấu hiệu nhận biết: + Phát sinh trượt chủ yếu nơi địa hình có độ dốc (bờ sông, sườn núi, vách taluy, ….) + Biểu ban đầu vết nứt tách nhỏ đỉnh khối trượt (có không chứa nước), đất đùn chân khối trượt (thường khó phát hiện) + Thường phát sinh trượt vào đầu mùa mưa, sau mưa lớn + Cây khu vực có chiều hướng nghiêng theo mái dốc + Thường khu vực bờ sông, khả trượt cao cho chênh lệch địa hình, tác dụng áp lực thuỷ động dòng nước 135 Khoa ®« thi - Trêng cao ®¶ng x©y dùng c«ng tr×nh ®« thi Giáo trình địa chất công trình địa chất thủy văn sở Vách trượt Khối trượt Sống đất trượt Mặt Độ ổn định sườn, mái dốc T ϕ, c S α Trong đó: τ =S σ P (12-1) F – diện tích mặt trượt ϕ - góc ma sát; f=tg ϕ : hệ số ma sát đất C: lực dính σ: Lực pháp tuyến, σ = P cos α nên τ = P cos α tgϕ Phương trình cân tới hạn sườn dốc có n nhân tố trượt với diện tích mặt trượt F là: n n i =1 i =1 ∑ S = ∑τ (12-2) 136 Khoa ®« thi - Trêng cao ®¶ng x©y dùng c«ng tr×nh ®« thi Giáo trình địa chất công trình địa chất thủy văn sở Hay n n i =1 i =1 ∑ P sin α = ∑ P cos α tgϕ + Fc (12-3) Như vậy, tính ổn định sườn dốc xác định hệ số ổn định η: n η= ∑ P cos α tgϕ + Fc i =1 n ∑ P sin α (12-4) i =1 + η > : Trạng thái cân bền (ổn định) + η 200m Đặc điểm: - Độ cao tuyệt đối lớn, mức độ chia cắt sâu ngang lớn lượng địa hình lớn; - Khí có độ suốt cao, nhận lượng xạ Mặt trời lớn so với đồng vĩ độ, xạ sóng dài vào ban đêm lớn; - Độ dốc lớn, lớp vỏ phong hóa chứa nhiều sản phẩm thô, phổ biến vạt sườn tích, nón đá lở, dòng chảy dốc, xâm thực sâu mạnh, khả vận chuyển lớn • Đồng bằng: khu vực rộng lớn lục địa tương đối phẳng, độ chênh cao nhỏ ( 500m Độ chia cắt ngang nhỏ, có sườn dốc Ví dụ: CN Đề Can, CN Patagôni Núi Núi Đôi Đôi –– Quản Quản bạ bạ CN CN Đồng Đồng Văn Văn CN Lâm Viên – Dà Lạt • Bình nguyên: thấp, rộng, bề mặt tương đối phẳng có xen đồi, gợn sóng Bình Nguyên s 140 Khoa ®« thi - Trêng cao ®¶ng x©y dùng c«ng tr×nh ®« thi Giáo trình địa chất công trình địa chất thủy văn sở • Bán bình nguyên: tương đối phẳng, với thung lũng sông mở rộng Biểu cụ thể đồng nhiều đồi thấp, thung lũng • Địa hình núi lửa: Là dạng địa hình hoạt động núi lửa tạo Núi lửa tượng phun trào mắc ma từ lòng đất cách đột ngột, gây thiệt hại lớn cho người làm biến đổi mạnh mẽ môi trường tự nhiên Địa hình đại dương: Độ sâu TB - 3.795m • Đáy đại dương: vùng tiếp giáp với sườn lục địa, độ sâu khoảng 240 600m, chiếm khoảng 34% diện tích bề mặt Trái đất • Vực thẳm đại dương: có độ sâu 6000m, chiếm khoảng 0,1% diện tích bề mặt Trái đất • Núi ngầm đáy đại dương Ý nghĩa nghiên cứu địa hình địa mạo xây dựng, cấp thoát nước Một nhiệm vụ quan trọng địa mạo công trình nghiên cứu trạng thái cân động địa hình, làm sáng tỏ mức độ ổn định, bền vững dự báo thay đổi hình dáng địa hình trình xây dựng 141 Khoa ®« thi - Trêng cao ®¶ng x©y dùng c«ng tr×nh ®« thi Giáo trình địa chất công trình địa chất thủy văn sở Địa hình có ảnh hưởng lớn thành tạo nước đất từ nước mưa Ở vùng núi có địa hình dốc, bị phân tách nhiều mạng sông, khe suối mưa nhanh chóng thoát nước nơi thấp hơn; địa hình phân cắt dòng thấm mặt thấm chậm lại, nước thấm xuống đất nhiều bổ sung vào lượng nước đất Ý nghĩa việc nghiên cứu địa hình, địa mạo + Địa hình địa mạo điều kiện địa chất công trình tổng hợp phản ánh điều kiện địa chất khác như: thành phần, tính chất, phân bố đất đá, điều kiện địa chất thuỷ văn, tượng địa chất xảy khu vực xây dựng + Địa hình địa mạo định đến việc quy hoạch công trình xây dựng + Địa hình địa mạo định đến hình dáng, kết cấu giá thành công trình + Địa hình địa mạo định phương án thi công công trình, chế độ khai thác công trình 142 Khoa ®« thi - Trêng cao ®¶ng x©y dùng c«ng tr×nh ®« thi [...]... kiện địa chất khác như: thành phần, tính chất, sự phân bố của đất đá, điều kiện địa chất thuỷ văn, các hiện tượng địa chất đã và sẽ xảy ra tại khu vực xây dựng • Địa hình địa mạo quyết định đến việc quy hoạch cơng trình xây dựng • Địa hình địa mạo quyết định đến hình dáng, kết cấu và giá thành cơng trình • Địa hình địa mạo quyết định phương án thi cơng cơng trình, chế độ khai thác cơng trình • Khi xây. .. tr×nh ®« thi Giáo trình địa chất cơng trình và địa chất thủy văn cơ sở §4 KHÁI NIỆM ĐỊA HÌNH - ĐỊA MẠO 1 Khái niệm Khái niệm địa hình: Là hình dáng của mặt đất, là sản phẩm của các q trình địa chất lâu dài và phức tạp Địa hình chịu tác dụng tổng hợp của các q trình địa chất (nội sinh và ngoại sinh) nên nó ln ln biến đổi theo thời gian Khái niệm địa mạo: là khoa học nghiên cứu về địa hình có xét đến... ®« thi Giáo trình địa chất cơng trình và địa chất thủy văn cơ sở • Địa hình phân cắt mạnh làm cho tuyến kênh, đường giao thơng phải kéo dài do lượn theo đường đồng mức địa hình hoặc phải bố trí các cơng trình vượt như cầu giao thơng, cầu máng, xiphơng,… 23 Khoa ®« thi - Trêng cao ®¶ng x©y dùng c«ng tr×nh ®« thi Giáo trình địa chất cơng trình và địa chất thủy văn cơ sở CHƯƠNG II MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA ĐẤT... bề mặt thủy chuẩn (bề mặt Geoid) Độ cao tương đối: là khoảng cách từ điểm đang xét tới một mặt phẳng ngang được chọn làm mốc 2 Điều kiện địa hình địa mạo Điều kiện địa hình địa mạo: Trong khảo sát địa chất phục vụ xây dựng cơng trình, hai yếu tố địa hình và địa mạo thường được kết hợp đồng thời, đi kèm với nhau, gọi là điều kiện địa hình địa mạo Điều kiện này xét đến các đặc trưng của địa hình địa mạo... liên quan đến xây dựng cơng trình Điều kiện địa hình địa mạo là điều kiện địa chất cơng trình tổng hợp, thường được xét đến ở giai đoạn đầu tiên trong cơng tác khảo sát địa chất cơng trình 3 Phân loại địa hình a Theo nguồn gốc hình thành: • Địa hình kiến tạo: hình thành do chuyển động kiến tạo của vỏ Trái đất, tạo nên địa hình cơ bản của mặt đất như: dãy núi, đồng bằng, đáy biển … • Địa hình xâm thực:... ngun Đồi, dải đồi, ụ • Địa hình âm: địa hình dạng lõm, bao quanh bởi các yếu tố cao hơn Lòng chảo, thung lũng Khe hẻm, mương xói Trong thực tế xây dựng thường chia làm 3 nhóm địa hình chính: • Địa hình núi: độ cao > 200m • Địa hình đồi: độ cao từ 20m đến 200m • Địa hình đồng bằng: độ cao < 20m 4 Ý nghĩa nghiên cứu địa hình, địa mạo • Địa hình địa mạo là điều kiện địa chất cơng trình tổng hợp vì nó phản... bằng, đáy biển … • Địa hình xâm thực: hình thành do q trình xâm thực - hoạt động bào mòn của nước, của gió 21 Khoa ®« thi - Trêng cao ®¶ng x©y dùng c«ng tr×nh ®« thi Giáo trình địa chất cơng trình và địa chất thủy văn cơ sở • Địa hình tích tụ: hình thành do q trình tích tụ, lắng đọng các vật liệu do nước, gió đem tới b Theo độ cao: • Địa hình dương: địa hình dạng lồi, bao quanh bởi các yếu tố thấp hơn... Đá biến chất (metamorphic rocks): Đá biến chất là do đá macma hay đá trầm tích dưới tác dụng của nhiệt độ cao, áp lực lớn hay do các phản ứng hóa học với magma bị biến đổi mãnh liệt về thành phần và tính chất tạo thành 18 Khoa ®« thi - Trêng cao ®¶ng x©y dùng c«ng tr×nh ®« thi Giáo trình địa chất cơng trình và địa chất thủy văn cơ sở Đá biến chất do các đá trước (magma, trầm tích hoặc biến chất) trong... tinh thể 5 Tính chất lý học của khống vật: Mỗi một khống vật có tính chất lý học nhất định Tính chất lý học của khống vật có ý nghĩa thực tiễn rất lớn và rất quan trọng để nhận ra chúng Các tích chất lý học bao gồm: Hình dáng, các đặc tính quang học, độ cứng, tính cắt khai, tỷ trọng 11 Khoa ®« thi - Trêng cao ®¶ng x©y dùng c«ng tr×nh ®« thi Giáo trình địa chất cơng trình và địa chất thủy văn cơ sở − Hình... limonit, Số lượng TP chính của đất đá Tính chất đặc trưng R800 Đá macma, biết chất, trầm tích sét Độ cứng 1÷6,5 khơng có tính hòa tan Đá vơi, đolomit Đá macma, biến chất, đất đá trầm tích Độ cứng 3÷4 có tính hòa tan R80 R200 Độ cứng 1÷7 khơng có tính hòa tan 16 Khoa ®« thi - Trêng cao ®¶ng x©y dùng c«ng tr×nh ®« thi Giáo trình địa chất cơng trình và địa chất thủy văn cơ sở 4 Sunfat Thạch cao, anhydrit, ... ®« thi Giáo trình địa chất cơng trình địa chất thủy văn sở PHẦN I ĐẤT ĐÁ XÂY DỰNG Khoa ®« thi - Trêng cao ®¶ng x©y dùng c«ng tr×nh ®« thi Giáo trình địa chất cơng trình địa chất thủy văn sở CHƯƠNG...Giáo trình địa chất cơng trình địa chất thủy văn sở HÀ NỘI, 8- 2011 BÀI GIẢNG ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH & ĐỊA CHẤT THỦY VĂN (TRUNG CẤP CHUN NGHIỆP) Khoa ®« thi -... kiện địa chất thuỷ văn, tượng địa chất xảy khu vực xây dựng • Địa hình địa mạo định đến việc quy hoạch cơng trình xây dựng • Địa hình địa mạo định đến hình dáng, kết cấu giá thành cơng trình • Địa