CHƯƠNG 2 các hiện tượng địa chất ngoại sinh

Tầng tàn tích và các đặc trưng địa chất công trình của nó 3.. Các vấn đề cần điều tra và biện pháp xử lý tầng phong hóa trong xây dựng... Tầng tàn tích và các đặc trưng địa chất công trì

CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤT

NGOẠI SINH Chương 2

⁄ 2.1 PHONG HÓA

Nội dung:

1 Khái niệm phong hóa

1 Các hình thức phong hoá đá

2 Tầng tàn tích và các đặc trưng địa chất công trình của nó

3 Các vấn đề cần điều tra và biện pháp

xử lý tầng phong hóa trong xây dựng

1 Phong hóa – Khái niệm

—Phong hóa là quá trình biến đổi đất đá do

phá hủy cơ học, biến đổi hoá học và các hoạt động của sinh vật.

—Xảy ra ở phần trên cùng của vỏ trái đất docác tác nhân bên ngoài (khí quyển, thủyquyển và sinh quyển) làm đất đá thay đổithành phần, cấu trúc và trạng thái, suygiảm tính chất xây dựng

2 Các hình thức phong hoá đá

3 hình thức phong hoá:

a Phong hoá vật lýb.Phong hoá hoá học

c Phong hoá sinh học

a Phong hóa vật lý

—Làm vỡ vụn đá mà không thay đổi thànhphần

—Nguyên nhân:

—Do ứng suất nhiệt (dao động nhiệt độ)

—Do đóng băng của nước trong các kẽ nứt,lực kết tinh của muối

—Do dỡ tải làm đá bị tróc vỡ

—Do tác dụng thuỷ lực của sóng vỗ

Photo: Marli Miller, University of Oregion Earth Science World Image Bank, photo hhrhuz, http://www.earthscienceworld.org/

N t v# do nhi&t

Do nước đóng băng trong các kẽ nứt

Do giảm tải

Do d# t)i

b Phong hóa hoá học

• Làm bi+n i thành ph/n c0a ,á

• Tác nhân: N c và các ch3t hoà tan

• ác quá trình hoá h4c bi+n ,−i ,á:

– Hoà tan – Oxy hoá – Thu phân – Thu5hoá

Tác dụng hòa tan

Nước có tính xâm thực: CO2, axit hòa tan (rửa trôi) các khoáng vật dễ tan

2 3 2

2

Phong hoá do

hoà tan

Tác dụng ô xy hóa

Phản ứng ô xy hóa làm thay đổi thành phầnhóa học của nhiều loại khoáng vật tạo thànhcác ôxit

4 4

2 2

2

( )SO Fe O nH O Fe

Limonit Pyrit

2 4

3 2

2

1 3

2

SiO 3

O Fe O

SiO

Pyroxen magnetit Thạch anh

+t qu) quá trình ôxy hoá trong ,á bazan

Kết vón ô xít sắt

Tác dụng thủy phân

Khoáng vật (lớp silicat, alumosilicat) dướitác dụng phân giải của nước thànhkhoáng vật mới

[ AlSi 3 O 8 ] CO 2 nH 2 O Al 4 ( ) OH 8 [ Si 4 O 10 ] SiO 2 nH 2 O K 2 CO 3

cường độ thấp hơn, ổn định với phong hóa hơn

Octocla

(feldpar) Kaolinit Opan

Tác dụng thủy hóa

Khoáng vật hấp thụ nước khoáng vật mới

O 2H

CaSO O

2H CaSO4 + 2 = 4 2

Anhydrit (thạch cao khan) thạch cao

c Phong hoá sinh vật

• Do động, thực vật gây phá huỷ đá

–Rễ cây gây phá huỷ cơ học

–Thực vật sống (địa y) và xác động, thực vật gây phá huỷ hoá học các đá

Phong hóa hóa học

Phong hóa vật lý

Do sinh vật

8:a y gây phá hu5 hoá h4c

Rễ cây phá huỷ cơ học

3 Phong hóa

sinh h c

Phong hóa vật lý làm vỡ vụn đá, tăng diện tiếp xúc của đá với các tác nhân của môi trường

thúc đẩy phong hoá hoá học

3 Tầng tàn tích và các đặc trưng địa chất

công trình của nó

• Tầng tàn tích là sản phẩm của quá trìnhphong hóa nằm tại chỗ trên mặt đá gốc

• Đặc điểm: mức độ phong hóa giảm theochiều sâu, phân thành các đới có tính chấtkhác nhau Càng xuống sâu thành phần,tính chất càng gần với đá gốc

Tham khảo

Phong hoá hoá học

do hoà tan Đ á vôi

cát kết

Soil Soil Soil

Đ á granite giàu felpar

Iron-rich basalt Phong hoá hoá học

do ô xy hoá

Phong hoá hoá học

Do thuỷ hoá

T/ng tàn tích

4 Các vấn đề cần điều tra và biện pháp xử

lý tầng phong hóa trong xây dựng

Những vấn đề cần điều tra

• Mức độ phong hóa (bề dày, tính chất

xây dựng của các đới)

• Tốc độ phong hóa

• Hình thức phong hóa, tác nhân gây

phong hóa

Các biện pháp xử lý tầng phong hóa

• Chọn địa điểm xây dựng hợp lý

• Bóc bỏ toàn bộ hoặc một phần tầng phong

hóa

• Làm hệ thống thoát nước hạn chế xâm nhập

của nước vào trong đá

• Che phủ bảo vệ đá khỏi các tác nhân phong

hóa

• Cải tạo tầng phong hóa bằng các biện pháp

như phun xi măng, phun dung dịch sét…

• Chọn giải pháp công trình hợp lý

Yêu c/u khi h4c bài này

• Phong hoá, các hình thức phong hoá và bản chất của các quá trình phong hoá.

• Tầng tàn tích, phân biệt với tầng trầm tích hoặc sườn tích

• Các vấn đề cần điều tra nghiên cứu phong hoá và hiểu rõ các biện pháp xử lý tầng đá phong hoá

trong xây dựng để có thể ứng dụng sau này.

• Liên hệ với các bài đá biến chất và magma để

phân biệt hai quá trình phong hoá đá và biến chất

đá

⁄ 2.2 TRƯỢT MÁI DỐC

Nội dung:

1 Định nghĩa và các khái niệm

2 Các nguyên nhân gây trượt lở

3 Các yếu tố ảnh hưởng trượt lở

4 Phân loại trượt lở mái dốc

5 Các giải pháp phòng chống

Tr ! t ,3t ≅ Mc C
ure Pass, Nam Aspen, C olorado

Tr t ≅ hΑ ch a Vaiont ≅ Italia

Tr t ,3t ≅ Mameyes 1985, Puerto Rico

1 Định nghĩa và các khái niệm

Trượt đất đá là sự dịch chuyển trên bề mặt hay

gần bề mặt của một khối đất đá do ảnh hưởng của trọng lực (từ cao xuống thấp), áp lực thuỷ động, lực địa chấn và một số lực khác, ở các quy mô khác nhau: quy

mô nhỏ khối trượt lở có thể chỉ vài m3 quy mô lớn khối trượt đến hàng nghìn m 3 đất đá.

—Trượt lở có thể xảy ra ở các mái dốc tự nhiên

2 Các nguyên nhân gây trượt lở

• Do cắt xén chân dốc:

– Nước chảy xói chân dốc

– Con người đào cắt chân dốc

• Do chất tải trên mái dốc:

– Xây dựng, đổ thải trên mái dốc

• Do chấn động:

– Động đất, nổ mìn

• Do thay đổi tính chất của đất đá:

– Phong hoá, tẩm ướt

– Áp lực thuỷ tĩnh và thuỷ động

Do ,ào c>t xén chân dΒc

Nguyên nhân gây trượt

Do xói mòn chân dΒc

Do xói mòn chân dΒc

Nguyên nhân gây tr t

Mái dốc

do đào cắt Mái dốc

tự nhiên Bờ dốc

đắp

Mưa lớn

Ảnh hưởng của nước dưới đất bên trong mái dốc

Động đất

Do c3u trúc ,:a ch3t b3t l?i

Do thế nằm ñất ñá bất lợi

Động đất

Núi lửa

3 Các yếu tố ảnh hưởng trượt lở

• Địa hình địa mạo (cổ, trẻ)

• Cấu trúc địa chất (thế nằm của đá)

• Khí hậu (cường độ mưa, thời gian mưa liên tục)

• Thực vật

Vai trò của dốc và địa hình

-Dốc nghiêng lớn ảnh hưởng

độ lớn lực trượt trên mặt dốc.

-Quá trình tăng góc của mặt

trượt dẫn đến động lực cũng tăng.

Devil's Slide là một con dốc lớn

dọc theo đường bờ biển San Mateo Country.

Vai trò của khí hậu và thực vật

Trận mưa lớn đã

gây ra sạt

lở đất là

hư hỏng con

đường

Thực vật là nhân tố quan trọng trên các

sườn dốc là vì:

-Thực vật là một màn chắn để hạn chế luợng mưa rơi trên các đỉnh dốc,tạo điểu

kiện thuận lợi cho sự thấm nước vào đất

-Thực vật có hệ rễ tạo ra sự kết dính các vật liệu trên các sườn dốc

-Thực vật thêm trọng lượng vào dốc

4 Phân loại trượt lở mái dốc

Phân loại trượt

T ừ trái qua phải, từ trên xuống dưới: Trượt phẳng, trượt hình nêm, trượt xoay đơn, trượt xoay nhiều bậc, đá rơi, đá đổ,

trượt khối, trượt chảy

8 ∃

8 Χ

8 Χ

Debris fall

Typical rockfall deposits: talus slopes

8 ,−

∆

<

Trượt phẳng Trượt dạng nêm Trượt mặt cong Đá đổ

Dạng trượt đá phụ thuộc vào hệ thống các khe nứt trong khối đá

ác gi)i pháp phòng ng a

• Tháo khô n c ≅ s n dΒc

Tiêu nước bề mặt

Các lỗ để thoát nước mặt và nước ngầm

ác bi&n pháp x lý tr t (ti+p)

Bi&n

Tạo bậc mái dốc

Mái dốc

kém ổn định

Biện pháp phòng ngừa

Biện pháp phòng ngừa

ác bi&n pháp xΟ lý tr!?t

ác bi&n pháp xΟ lý tr!?t (ti+p)

ác bi&n pháp xΟ lý tr!?t (ti+p)

L>p ,<t neo

Neo đất

ác bi&n pháp xΟ lý tr!?t (ti+p)

Neo kết hợp phun bê

tông bề mặt

Sử dụng vật liệu đất có cốt

cho mái dốc đắp

/ 4

dốc, nguyên nhân gây ra và phân loại chúng;

• Các biện pháp phòng, chống trượt lở (không chỉ

kể được tên mà phải giải thích được cơ sở khoa học của giải pháp);

• Phân biệt được nguyên nhân gây trượt và yếu tố ảnh hưởng trượt Phân tích được ảnh hưởng của các yếu tố tự nhiên (địa hình, cấu trúc địa chất, khí hậu, thực vật) đến khả năng phát sinh trượt lở đất đá;

⁄ 2.3 KARST

Nội dung:

1 Khái niệm Karst

2 Điều kiện phát sinh, phát triển Karst

3 Các dạng hình thái Karst

4 Các nhân tố thúc đẩy quá trình Karst

5 Ảnh hưởng của Karst và biện pháp xử lý

2 Điều kiện phát sinh, phát triển Karst

v Đối với đá:

- - Đá có tính hoà tan: Các đá cấu tạo bởi các khoáng vật sunfat, cabonat, halogen…

- Có tính nứt nẻ, các khe nứt liên thông

v Đối với nước:

- Nước có tính axit (tính hòa tan);

- Nước luôn luôn vận động

a 3 + H2O+CO2 ⇔ Ca(HCO3)2

tạo măng đá, nhũ đá ⇐ Kết tủa ⇔ Hoà tan ⇒ Tạo khe rãnh, hang

Các hình thái Karst ng m

I

II III IV

H <

Chùa Hương – Hà Nội

Vịnh Hạ Long

H

Phong Nha – Kẻ Bàng

• Hang nước dài nhất;

• Cửa hang cao và rộng nhất;

• Bãi cát, đá rộng và đẹp

nhất;

• Hồ ngầm đẹp nhất;

• Thạch nhũ tráng lệ và kỳ ảo nhất;

• Dòng sông ngầm dài nhất Việt Nam;

• Hang khô rộng và đẹp nhất thế giới

4 Các nhân tố thúc đẩy quá trình Karst

q Các lớp đá nằm trên và dưới lớp đá phát triển

karst

2 Địa hình: độ dốc và độ cao địa hình

3 Khí tượng thủy văn: lượng mưa, nước mặt, nhiệt

độ, độ ẩm

4 Các nhân tố khác: sinh vật, con người…

- Trong điều kiện khí hậu ẩm và thừa ẩm, lượng

mưa tương đối lớn, sự bốc hơi ít, làm cho dòng chảy mặt và ngầm thêm mạnh, cường độ trao đổi nước và tuần hoàn của nước càng lớn trong các tầng đá gần mặt; do vậy cũng làm tăng tương ứng sự phát triển của các quá trình hòa tan và rửa lũa Ngược lại, trong điều kiện khí hậu khô, với lượng mưa ít, bốc hơi nhiều, thì đá ở tầng cận mặt bị rửa mòn không đáng kể, cho nên không thúc đẩy sự phát triển của karst.

- Ở những vùng núi uốn nếp, đất đá bị biến vị

nhiều, bị nứt nẻ, dập vỡ, cho nên quá trình ăn mòn dễ thâm nhập xuống sâu…

F K

b/ Biện pháp xử lý

ngăn cách nước tác dụng với đá, trét bịt các khe nứt, lấp các phễu, hố sụt, tránh hạ thấp mực nước ngầm

karst;

– Bịt các hố sụt: nút bê tông, kết cấu lọc ngược…

Một số yêu cầu khi học

1 Khái niệm về Karst?

2 Các hình thái Karst? Điều kiện phát sinh, phát

triển Karst?

3 Giải thích sự ảnh hưởng của cấu trúc địa chất,

địa hình, khí hậu…đến sự phát triển của Karst?

4 Ảnh hưởng của Karst và biện pháp xử lý khi

xây dựng công trình?

⁄ 2.4 HOẠT ĐỘNG ĐỊA CHẤT

CỦA DÒNG TẠM THỜI

Nội dung:

1 Khái niệm dòng tạm thời

2 Tác dụng xói mòn đất và tạo mương xói

3 Hoạt động tích tụ và tạo tầng sườn tích

4 Tác hại và các giải pháp chống xói mòn

1 Khái niệm dòng tạm thời

q Dòng nước tạm thời là dòng phát sinh

và chảy không liên tục theo thời gian

2 Tác dụng xói mòn đất và tạo mương xói

• Nước chảy tràn: trên địa hình dốc thoải,

nước chảy không tập trung, rửa trôi cácsản phẩm mềm rời

• Nước chảy theo dòng: khi điều kiện địa

hình thuân lợi, nước chảy tập trung thànhdòng, năng lượng dòng chảy tương đốilớn, đào phá bề mặt theo dòng, tạo rãnhxói, mương xói

Sông, suối

Rãnh xói

Sườn tích

Rãnh xói

Các yếu tố ảnh hưởng cường độ xói mòn:

–Cấu trúc địa chất khu vực

Đặc điểm mương xói, rãnh xói:

–Mặt cắt dạng chữ V ở giai đoạn đầu,dạng chữ U khi đáy được mở rộng

–Chiều dài từ vài chục mét đến vài hàngchục km

–Sâu từ vài mét tới 25m đến 30m

–Khi cắt qua dòng nước ngầm xuấthiện dòng nước mặt thường xuyên

3 Hoạt động tích tụ tạo tầng sườn tích

• Dòng chảy làm xói mòn, lôi cuốn các vật liệu đất đá trên sườn dốc (kéo lê, xô lăn) xuống chân dốc tích tụ tạo thành tầng sườn tích

• Quá trình tích tụ sườn tích tiếp diễn nhiều lần theo mùa mưa lũ

• Đặc điểm thành phần tầng sườn tích tùy thuộc địa hình, dòng chảy, thường có dạng nón hình quạt bao quanh chân núi

Đặc điểm tầng sườn tích:

—Thành phần phức tạp, không tuyển lựa: sét,sét pha, cát pha, thường lẫn mảnh dăm, hòn

đá Càng gần chân núi thì hạt càng thô

—Hạt vật liệu không được mài tròn

—Không có sự phân lớp

—Các chỉ tiêu cơ lý thường thấp: độ rỗnglớn, xốp, tính ép co lớn, lực dính kết thấp,tan rã nhanh

Tác d1ng xói mòn 23t và t4o m+−ng xói

I Tác d1ng xói mòn 23t và t4o m+−ng xói

I Tác d1ng xói mòn 23t và t4o m+−ng xói

Tác d1ng xói mòn 23t và t4o m+−ng xói

4 Tác hại và giải pháp chống xói mòn

—Tác hại của xói mòn:

—Tạo sự phân cắt địa hình

—Làm mất lớp đất thổ nhưỡng trên mặt

—Gây phá hoại các công trình

—Giảm dung tích chứa nước của ao, hồ

—Cắt qua, làm ảnh hưởng nguồn nướcdưới đất

III Các gi5i pháp ch6ng xói mòn

III Các gi5i pháp ch6ng xói mòn

⁄ 2.5 HOẠT ĐỘNG ĐỊA CHẤT CỦA SÔNG

Nội dung

1 Khái niệm

2 Hoạt động xâm thực của sông

3 Hoạt động vận chuyển của sông

4 Hoạt động tích tụ của sông

5 Cấu tạo lũng sông và các loại trầm tích

sông

6 Ảnh hưởng và các giải pháp xây dựng công

trình

1/ Khái niệm

Dòng thường xuyên (sông) là dòng nước tập

trung tạo thành dòng chảy thường xuyên, quanh năm.

2/ Hoạt động xâm thực

a Xâm thực đứng:

– Đào phá theo phương thẳng đứng, có

xu thế làm bằng địa hình đáy sông, đàosâu từ hạ nguồn về thượng nguồn

– Thường xảy ra ở vùng địa hình cao, độ

dốc đáy sông lớn– Hậu quả: tạo ra thác, ghềnh, hiện tượng

cướp dòng

S− 27 xâm th8c v9 ngu7n c.a sông

1 2

3

Ε ,

Quá trình nâng kiến tạo (uplift) thay đổi

gốc xâm thực (base level)

Ε ,

Xâm thực đứng tạo ghềnh

Xâm thực đứng tạo thác

Hi∀n t+:ng c+;p dòng

S− 27 xâm th8c v9 ngu7n c.a sông

– Hậu quả: lòng sông mở rộng, sông uốn

khúc quanh co, tạo hồ ách trâu, gây sạt lở

bờ sông

Ε

Quá trình uốn khúc

Quá trình tạo hồ ách trâu

B ồ i t ụ

Dòng ch ả y

Xâm th8c ngang

2 Ho4t 2=ng v>n chuy?n

Ε )

Bãi bồi

Trầm tích lòng sông Trầm tích bãi bồi

Lòng sông cổ

3 Ho4t 2=ng tích t1

Quá trình xâm thực, tích tụ hỗn hợp

Lũ: Lưu lượng tăng, xâm thực phát triển Dòng chảy thường

Sau lũ; Các bãi bồi mới được hình thành

5/ Cấu tạo lũng sông và các loại trầm tích sông

hỗn hợp

5.1/ Cấu tạo lũng sông

1 Lòng sông: Phần lũng sông có dòng chảy thường xuyên

2 Bãi bồi: Phần lũng sông chỉ bị ngập nước vào mùa lũ

3 Thềm sông

Khái niệm: những dải đất nằm ngang hoặc gần nằm

ngang kéo dài dọc theo sông, không bị ngập về mùa lũ

Các loại thềm sông:

— Thềm xâm thực: hình thành do quá trình xâm

thực đá gốc, mặt thềm không có vật liệu phủ Thường gặp ở miền núi.

— Thềm tích tụ: hình thành do trầm đọng vật liệu.

Thường gặp ở đồng bằng, trung du.

— Thềm hỗn hợp: là kết quả của cả 2 quá trình xâm

thực và tích tụ, thềm là đá gốc, trên mặt có lớp phủ.

Ε Μ Σ

5.2/ Các loại trầm tích sông

1 Trầm tích lòng sông: Các loại vật liệu trầm

đọng trong lòng sông

cuội, sỏi, cát) Đặc điểm: Ít biến dạng, cường độ tương đối cao, tính thấm lớn.

sét và bùn xen kẽ, có thể có cuội, sỏi hạt nhỏ Đặc điểm: Quy luật tuyển lựa thể hiện rõ Thường có dạng phân lớp hoặc thấu kính.

Các vấn đề: sự phân bố, cát chảy, xói ngầm, lún không đều

2 Trầm tích bãi bồi: Các vật liệu sông mang đến, lắng

đọng ở hai bên sông bị ngập nước về mùa lũ.

cát chảy, xói ngầm, lún không đều.

3 Trầm tích hồ ách trâu: Các vật liệu lắng đọng ở

những chỗ sông cong (sông chết).

– Tầng dưới: vật liệu tương đối thô (trầm tích sông).

hữu cơ hoặc than bùn.

trượt, lún nhiều, lún lâu dài.

4 Trầm tích cửa sông: Các vật liệu được sông mang đến

lắng đọng tại cửa sông

– Tầng dưới: vật liệu mịn như bùn sét.

– Tầng giữa: vật liệu hạt vừa (cát pha, sét pha)

– Tầng trên: vật liệu thô (cát mịn)

muối, xen kẹp sét Các tính chất cơ lý thay đổi theo

cát chảy, xói ngầm, lún nhiều, lún lâu dài.

5 Phân loại lũng sông theo quan điểm ĐCCT

Các cách phân loại lũng sông:

— Dạng mặt cắt ngang địa hình,

— Mức độ đồng nhất của đất đá,

— Bề dày lớp phủ.

– Lũng sông có cấu tạo đồng nhất;

– Lũng sông có cấu tạo không đồng nhất.

c Theo chiều dày lớp vật liệu phủ:

– Khi bồi tích sông <10m;

– Khi bồi tích sông =10m-30m;

– Khi bồi tích sông >30m.

Phân chia thung lΘng sông theo hình dΓng m<t c>t

HÎ m vùc Ph¸ t triÓn mét bªn Ph¸ t triÓn 2 bªn

Ý nghĩa việc nghiên cứu lũng sông trong xây dựng công trình thủy lợi

Giúp việc lựa chọn các giải pháp công trìnhkhác nhau (Có giải pháp thiết kế và thicông phù hợp)

6/ Ảnh hưởng và các giải pháp XDCT

a Ảnh hưởng:

• Gây phân cắt địa hình;

• Xói lở bờ làm ảnh hưởng đến các công trình

ven bờ;

• Lắng đọng vật liệu làm giảm dung tích hồ

chứa, giảm tuổi thọ máy móc, thiết bị, ảnh hưởng đến giao thông thủy.

b Các giải pháp xây dựng công trình:

— Điều chỉnh hướng dòng chảy bằng các kè, mỏ

hàn…;

— Gia cố bờ và các công trình ven bờ ;

— Điều tiết dòng chảy bằng các hồ chứa…