Bài giảng cơ học đất, địa chất

LỜI NĨI ĐẦU Giáo trình học đất - địa chất biên soạn làm sở cho việc giảng dạy học tập môn học Cơ học đất địa chất cơng trình học viên hệ trung học cầu đường trường Trung học Cầu đường dạy nghề thuộc Tổng công ty xây dựng Trường Sơn Giáo trình gồm chương: Chương Các tính chất vật lý đất Chương Các tính chất học đất Chương Phân bố ứng suất đất Chương Biến dạng lún Chương Sức chịu tải đất Chương Ổn định mái đất Chương Áp lực đất lên tường chắn Chương Khái niệm địa chất tự nhiên địa chất cơng trình Phần phụ lục Thí nghiệm xác định số tiêu vật lý đất Khi biên soạn giáo trình, chúng tơi dựa vào tiêu chuẩn kỹ thuật cơng trình giao thơng đường giáo trình địa chất cơng trình, giáo trình học đất giảng dạy trường chun nghiệp nghành Giao thơng vận tải Trong q trình biên soạn, nhận nhiều ý kiến đóng góp quý báu đồng nghiệp để xây dựng nội dung giáo trình Song trình đọ có hạn, nên giáo trình khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong đồng chí tiếp tục đóng góp ý kiến để chúng tơi tu chỉnh nội dung giáo trình hồn chỉnh nhằm đáp ứng yêu cầu giảng dạy học tập nhà trường TÁC GIẢ BÀI MỞ ĐẦU 1.Đối tượng nghiên cứu môn học Đối tượng nghiên cứu môn học đất đá thiên nhiên lớp vỏ trái đất Đối với nghành xây dựng cơngtrình giao thơng cần phải nắm vững khái niệm địa chất cơng trình, q trình hình thành đất tạo nhiều loại đất có tính chất khác Đất vật thể liên tục, mà vật thể nhiều hạt khống vật bé, có kích thước khác hợp thành Các hạt tạo thành khung kết cấu có nhiều lỗ hổng, thường chứa nước khí Trong khung kết cấu, hạt đất xếp rời rạc gắn kết liền với liên kết yếu nhiều so với cường đọ thân hạt Chính đặc điểm làm cho đất có tính chất khác hẳn so với vật liệu khác, đồng thời làm cho hiên tượng học xảy đất theo quy luật đặc thù riêng Để sử dụng đất vào xây dựng cơng trình giao thơng tốt, cần phải xác định sức chịu tải biến dạng đất tác dụng tải trọng áp lực lên vật chắn Nội dung đặc điểm môn học Cơ học đất - địa chất môn học khoa học nghiên cứu trình địa chất tự nhiên trình học xảy đất ảnh hưởng tác dụng bên vàbên ngoài, tìm quy luật tương ứng vận dụng quy luật để giải vấn đề có liên quan đến việc xây dựng cơng trình giao thông Nhiệm vụ môn học xác định quy luật hoạt động tượng địa chất tự nhiên tác dụng đến cơng trình xây dựng Việc xác định quy luật qúa trình học xảy đất đặc trưng tính tốn đất vật thể phân tán phức tạp, nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng đất giai đoạn biến dạng khác nhau, giải vấn đề cường độ chịu tải ổn định khối đất vấn đề áp lực đất lên vật chắn Đặc điểm môn học nghiên cứu đối tượng phức tạp, gồm nhiều thành phần với tính chất khác nhau, đồng thời lại phụ thuộc chặt chẽ với điều kiện xung quanh Chính nghiên cứu mơn học bên cạnh việc sử dụng phương pháp lý thuyết phải coi trọng phương pháp thực nghiệm phòng thí nghiệm trường MỤC LỤC MỤC NỘI DUNG LỜI NÓI ĐẦU BÀI MỞ ĐẦU Chương 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Chương 2.1 2.2 2.3 2.4 Chương 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Chương 4.1 4.2 4.3 Chương 5.1 5.2 TRANG CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT Sự hình thành đất Các thành phần chủ yếu đất Kết cấu đất Các tiêu vật lý đất Các tiêu trạng thái đất Phân loại đất Câu hỏi tập 7 10 13 15 15 CÁC TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT 16 Tính chất chịu nén đất Tính chất thấm đất Cường độ chống cắt đất Tính chất đầm nén đất đắp Câu hỏi tập 16 20 21 24 24 PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT 25 Khái niệm Phân bố ứng suất trọng lượng thân đất gây Phân bố ứng suất tải trọng gây nên đồng Phân bố ứng suất tải trọng ngồi gây nên khơng đồng Phân bố ứng suất tiếp xúc đáy móng Câu hỏi tập 25 25 BIẾN DẠNG LÚN CỦA NỀN 41 Khái niệm Tính lún cuối theo quy phạm 22 – TCN – 18 -79 Tính lún theo phương pháp cộng lún lớp Câu hỏi tập 41 41 42 45 SỨC CHỊU TẢI CỦA ĐẤT NỀN 46 Khái niệm Xác định tải trọng tới dẻo 46 46 26 37 38 40 5.3 5.4 5.5 Chương 6.1 6.2 6.3 6.4 Chương 7.1 7.2 Chương 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 Xác định tải trọng giới hạn Quy định sức chịu tải đất Kiểm toán cường độ đất Câu hỏi tập 47 51 53 55 ỔN ĐỊNH CỦA MÁI ĐẤT 56 Khái niệm Ổn định mái đất dính Ổn định mái đất rời Các biện pháp đề phòng chống đất trượt Câu hỏi tập 56 56 59 61 64 ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN 65 Khái niệm Xác định áp lực đất lên tường chắn Câu hỏi tập KHÁI NIỆM ĐỊA CHẤT TỰ NHIÊN VÀ ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH Tác dụng phong hóa Tác dụng địa chất mương xói Tác dụng địa chất dòng sơng Tác dụng địa chất biển hồ Đầm lầy Hiện tượng Kás-tơ Hiện tượng cát chảy Hiện tượng đất trượt Khái niệm khảo sát địa chất cơng trình Câu hỏi tập Hướng dẫn thí nghiệm tiêu lý đất Tài liệu tham khảo 65 66 73 74 74 75 76 77 79 79 80 80 81 82 85 91 Chương CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT 1.1 Sự hình thành đất Thành phần chủ yếu đất hạt đất, hạt đất có kích thước to nhỏ khác nhau, chúng tạo nên phá hoại tầng lớp đất đá ban đầu tác dụng vật lý, hố học, q trình gọi q trình phong hố Q trình phong hố đất đá phân làm ba loại là: Phong hoá vật lý, Phong hoá hoá học phong hoá sinh học Ba loại phong hoá thường tác dụng đồng thời thời gian dài làm cho lớp đá mặt bị vỡ vụn, sau tác dụng dòng nước gió làm hạt bị nơi khác Tuỳ theo kích thước hạt to nhỏ mà trình di chuyển chúng sedx lắng đọng lại rơi xuống tạo thành tầng lớp đất khác Quá trình di chuyển lắng đọng sản phẩm phong hố gọi trầm tích, ba phần tư bề mặt lục địa bao phủ lớp đất đá trầm tích, phần lại vùng giữ thành phần khống chất đá gốc thay đổi Các hạt lắng đọng chồng chất lên nhau, chúng khơng có lực liên kết lớp đất cát, cuội, sỏi, loại nói chung đất rời Các hạt nhỏ với kích thước vài phần nghìn mm thường có tính keo dính tích điện, lắng đọng chúng liên kết với thành tầng đất gọi chung đất dính đất sét 1-2 Các thành phần chủ yếu đất Thành phần chủ yếu đất hạt đất, Các hạt đất có kích thước hình dáng khác nên xếp với tồn khe rỗng, khe rỗng tự nhiên thường có nước khơng khí Nước khơng khí khe rỗng có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất đất nghiên cứu đất phải sét tới phần này, đất vật thể ba pha: Pha cứng hạt đất, Pha lỏng nước khe rỗng, pha khí khí khe rỗng 1.2.1 Hạt đất Hạt đất thành phần chủ yếu ciủa đất Khi chịu lực tác dụng bên ngồi lên mặt đất hạt đất chịu lực, người ta gọi tập hợp hạt đất khung cốt đất Các hạt đất có hình dạng kích thước khác tuỳ thuộc vào tác động trình phong hố q trình di chuyển, lắng đọng Để phân loại gọi tên hạt đất, người ta dùng khái niệm đường kính trung bình hạt, đường kính vòng tròn bao quanh tiết diện lớn hạt đất (hình 1-1) a, b, c, D D D Hình 1.1 Theo quy trình quy phạm tên hạt đất gọi theo bảng 1-1 Bảng 1-1: Tên hạt đát gọi theo đường kính trung bình TÊN HẠT ĐẤT KÍCH THƯỚC HẠT (MM) Đá tảng Hạt cuội Hạt sỏi Hạt cát Hạt bụi Hạt sét > 200 200 – 10 10 – 2 – 0.1 0.1 – 0.005 < 0.005 Các hạt đất có kích thước lớn thành phần khống vật giống đá gốc hạt có kích thước nhỏ thành phần khống vật bị biến chất gọi khoáng vật thứ sinh Những hạt lớn cát, cuội, sỏi có thành phần khống vật giống đá gốc, xếp cạnh chúng khơng có lực liên kết loại gọi chung đất hạt rời Khi số lượng hạt sét hạt keo có tỷ lệ định đất có tượng hạt dính kết với thành lớp khối, loại gọi chung đất dính 1.2.2 Nước đất Nước đất có ảnh hưởng lớn đến tính chất chịu lực đất, nước tồn đất nhiều dạng khác nhau, với dạng có ảnh hưởng định đến tính chất khác đất ngưới ta phân làm ba dạng sau a, Nước khoáng vật hạt đất Đây loại nước nằm tinh thể khoáng vật hạt đất, tồn dạng phân tử H2O dạng i-on H+ OH- Loại nước ảnh hưởng đến tính chất học đất b, Nước kết hợp mặt đất Đây loại nước giữ lại bề mặt hạt đất tác dụng lực hoá lý Tuỳ theo mức độ kết hợp mạnh yếu khác phân thành loại: - Nước hút bám: Là loại nước bám chặt vào mặt ngồi hạt đất, trực tiếp di chuyển từ hạt sang hạt khác mà di chuyển dạng bay - Nước màng mỏng: Là loại nước bao phía ngồi nước hút bám Loại nước ảnh hưởng đến tính chất học đất c, Nước tự Đây loại nước nằm phạm vi lực hút phân tử, loại phân thành loại là: Nước trọng lực nước mao dẫn - Nước trọng lực: Là nước tự nhiên nằm khe hổng đất, di chuyển từ nơi sang nơi khác dướic tác dụng trọng lực, thường gọi nước ngầm nước mạch Khi chảy qua lỗ hổng, với tốc độ thấm lớn sinh áp lực thuỷ động lên hạt đất - Nước mao dẫn: nước dâng lên theo đường lỗ hổng hạt đất tác dụng lực mao dẫn Nước mao dẫn làm tăng độ ẩm đất, làm giảm sức chịu tải nền, làm tăng trọng lượng riêng đất Loại nước có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất học đất 1.2.3 Khí đất Nếu lỗ hổng đất khơng có nước khí chiếm chỗ lỗ hổng đất có hai loại khí khí tự khí hồ tan nước Nói chung thành phần khí ảnh hưởng đến tính chất học đất, ảnh hưởng đến tính thấm nước đất, cản trở dòng thấm nước 1.3 Kết cấu đất Kết cấu đất xếp hạt đất với nhau, có ảnh hưởng đáng kể tới tính chất vật lý học đất Kết cấu đất phụ thuộc vào trinhg hình thành tồn lâu nên đa dạng Người ta thường phân kết cấu đất thành ba loại sau: 1.3.1 Kết cấu hạt đơn Loại hình thành chìm lắng hạt tương đối lớn môi trường nước Những hạt xếp cạnh nhau, chúng khơng có lực liên kết (hình 12a) a, b, c, Hình 1.2 Kết cấu hạt đơn thường thấy loại đất bụi, đất cát cuội sỏi Kết cấu hạt đơn phân kết cấu xốp kết cấu chặt - Kết cấu xốp xếp hạt cách rời rạc, chúng thường có lỗ hổng lớn Loại đất chịu lực yếu, gây lún lớn - Kết cấu chặt xếp hạt liền khít chèn chặt với Loại đấtnày có hệ số rỗng nhỏ, sức chịu tải lớn lún 1.3.2 Kết cấu tổ ong Các trầm tích gồm hạt tương đối nhỏ, lắng đọng trọng lượng hạt không đủ thắng lực tác dụng tương hỗ chúng với nhau, hạt bám vào lắng xuống tạo thành nhiều lỗ hổng tổ ong (hình 1-2b) 1.3.3 Kết cấu bơng Các hạt kích thước nhỏ( hạt sét, hạt keo) thường lơ lửng nước thời gian định, sau chúng kết hợp vơi snhau lắng xuống tạo thành đám bơng (hình 1-2c) 1.4 Các tiêu vật lý chủ yếu đất Đất gồm có ba phần hạt đất, nước khí Tỷ lệ ba thành phần gián tiếp cho biết đất rỗng hay chặt, nặng hay nhẹ, khơ hay ướt Xét mẫu đất có trọng lượng Q tích V Tưởng tượng phần hạt Q k Vk nén chặt không lỗ rỗng có lượng Q r Vr Q n Vn là: Qh thể tích Vh Phần nước đất có trọng lượng Qn thể tích Vn Phần Q.V khí đất có trọng lượng Qk thể tích Vk Q h Vh Phần rỗng đất có trọng lượng Qr thể tích Vr (hình 1-3) Các tiêu vật lý đất: có tiêu Hình 1.3 1.4.1 Trọng lượng riêng đất a, Trọng lượng riêng tự nhiên: Là trọng lượng đơn vị thể tích đất trạng thái tự nhiên ký hiệu:  , công thức xác định: Q γ (kN/m3;T/m3) (1.1) V b, Trọng lượng riêng no nước: Là trọng lượng đơn vị thể tich đất trạng thái no nước (là trạng thái mà lỗ hổng đất chứa đầy nước) ký hiệu: nn Công thức xác định Q Q  Qn γ nn  nn  h (kN/m3;T/m3) (1.2) V V Trong đó: Qn: trọng lượng nước lấp đầy lỗ rỗng c, Trọng lượng riêng đẩy nổi: Là trọng lượng đơn vị thể tích đất nằm mặt nước tự do, trạng thái đất chịu tác dụng lực đẩy Ac-si-mét, ký hiệu: đn Công thức xác định: Q  γ n V h γ dn  h (kN/m3;T/m3) (1.3) V Trong đó: n: trọng lượng đơn vị nước (n 10 kN/m3) d, Trọng lượng riêng khô: Là trọng lượng hạt đất đơn vị thể tích đất ký hiệu: k , cơng thức Q γk  h xác định: (kN/m3;T/m3) (1.4) V e, Trọng lượng riêng hạt: Là trọng lượng đơn vị thể tích hạt (khơng có lỗ rỗng) ký hiệu: h, công thức xác định: Q γh  h (kN/m3;T/m3) (1.5) Vh Bảng 1-2: Trọng lượng riêng loại đất TÊN ĐẤT Cát sỏi chặt Cát xốp Cát chặt đất sét pha Đất sét cứng Đất sét dẻo  (kN/m3) 21.0 15.0 17.0 16.0 18.0 15.0 h (kN/m3) 22.4 19.0 21.0 19.0 20.0 17.7 k (kN/m3) 20.0 12.0 13.3 15.4 16.1 - 1.4.2 Độ rỗng hệ số rỗng đất a, Độ rỗng: Là tỷ số thể tích lỗ rỗng với tổng thể tích tồn mẫu đất (bao gồm thể tích lỗ rỗng thể tích hạt) ký hiệu n , công thức xác định V n r (1.6) V b, Hệ số rỗng: Là tỷ số thể tích lỗ rỗng thể tích hạt; ký hiệu e công thức xác định V e r (1.7) Vh e n e  (1.8) Giữa hai tiêu có liên hệ: n  1 e 1 n 1.4.3 Độ ẩm độ bão hoà nước đất a, Độ ẩm đất: Là tỷ số trọng lượng nước đất trọng lượng hạt đất; ký hiệu W công thức xác định: Q W  n  100 (%) (1.9) Qh b, Độ bão hoà nước đất: Là tỷ số thể tích nước đất thể tích lỗ rỗng đất, ký hiệu G công thức xác định V G n (1.10) Vr Để đánh giá mức độ khô, ẩm đất người ta dùng độ bão hoà để phân thành trạng thái sau: G=0 : Đất khô < G < 0.5 : Đất ẩm 0.5 < G < 0.8 : Đất ẩm 0.8 < G < : Đất no nước G=1 : Đất bão hoà nước (các lỗ chứa đầy nước) 1.4.4 Mối liên hệ tiêu vật lý đất Giữa tiêu vật lý đất có liên hệ chung số lượng qua định nghĩa cơng thức tính rút gọn liên hệ tiêu qua bảng công thức sau Bảng 1-3: Mối liên hệ tiêu vật lý đất TÊN GỌI Trọng lượng riêng hạt Trọng lượng riêng tự nhiên Trọng lượng riêng khô CHỈ TIÊU h CƠNG THỨC TÍNH I II γ h  γ k (1  e) - -  = k(1+W) γ 1 W k = h (1-n)  k Độ rỗng n Hệ số rỗng e γk  e 1 e n e 1 n n - e γ h (1  W) 1 γ III IV γk 1 n - - - γh 1 e - γh  γk  γh  γk γh γ -γ e h k γk n - e W.γ h G.γ n q = 180 kN/m b B Ec H Ec 3m Eb A 3m 4m 2b = 4m 18 2 30 0 tg ( 45  )  243 KN/m Thay số có: Ec = 2 Điểm đặt áp lực chủ động : e = H/3 = 9/3 = m 2- Khi có tải trọng phân bố q = 180 kN/m2 Chiều dày lớp đất tương ứng tính theo cơng thức (7-7) q 180  10 m h= thay số : h = γ 18 Cường độ áp lực đáy móng tính theo cơng thức (7-9) PcA =  ( H + h ) tg2 ( 450 - /2 ) Thay số có: Pc A = 18 ( + 10 ) tg2 ( 450 – 300/2 ) = 119 kN/m2 Trị số áp lực chủ động 1m tường chắn tính theo cơng thức (7.10) γ.H ( H  2h ) tg ( 450  /2 ) Ec = 18 (  2.10 ) tg ( 450  30 /2 )  776 kN/m Thay số có: Ec = Điểm đặt áp lực chủ động: H H  3h 9  10   4m e = H  2h H  2h  10 - áp lực bị động: Cường độ áp lực đáy móng tính theo công thức (7-4) Pb =  H tg2 ( 450 + /2 ) Thay số có: Pb = 18 tg2 ( 450 + 300/2 ) = 162 kN/m2 Trị số áp lực bị động 1m tường chắn tính theo cơng thức (7.6) γ.H 2 tg ( 45  /2 ) Eb = 18.9 2 tg ( 450  30 /2 )  243 kN/m Thay số có: Eb = Điểm đặt áp lực bị động cách đáy móng đoạn: H   1m e = 3 Kết hình vẽ áp lực đẩy ngang bị động chủ động hình vẽ CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP Có loại tường chắn? Nêu đặc điểm loại? Thế gọi áp lực chủ động ? Thế gọi áp lực bị động ? Hãy nêu lý luận áp lực đất Coulomb Hãy nêu cơng thức giải thích cơng thức xác định cường độ áp lực áp lực đất trường hợp bản? Hãy nêu cơng thức giải thích công thức xác định cường độ áp lực áp lực đất trường hợp có tải trọng phân bố khắp? Hãy trình bày ảnh hưởng độ nghiêng lưng tường chắn đến giá trị áp lực đất lên tường chắn? Cho tường chắn cao 8m, chơn sâu 2m, bề rộng móng 2b = 4m, đất cát có  = 1,9.101 KN/m3,  = 280, c = Từ đỉnh móng lên 1m có nước ngầm trọng lượng đơn vị đất nước dn = 10 KN/m3 Hãy xác định áp lực chủ động đất lên tường chắn? Chương 8: KHÁI NIỆM ĐỊA CHẤT TỰ NHIÊN VÀ ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH 8.1 Tác dụng phong hoá 8.1.1 Khái niệm Tác dụng phong hoá tác dụng làm phá huỷ biến đổi thước, thành phần đất đá xẩy tác dụng khác nhân tố khí quyển, áp suất nhiệt độ, nước sinh vật Q trình phong hố khơng ảnh ảnh hưởng đến vật chất tự nhiên đất đá, mà tác dụng vào cơng trình nhân tạo, vật liệu xây dựng người Các dạng phong hoá đẫ trình bày mơn học: Vật liệu xây dựng 8.1.2 Nghiên cứu tác dụng phong hoá với quan điểm địa chất cơng trình Nghiên cứu phong hố theo quan điểm địa chất cơng trình tiên hành theo bước: Mơ tả đặc trưng phong hố, đo tốc độ phong hoá, xác định độ sâu cần đào bỏ tầng phong hố a, Mơ tả đặc trưng phong hố đất đá Tác dụng phong hố ln làm cho bề mặt đất đá bị biến đổi Mỗi loại phong hoá để lại bề mặt ngồi vết tích tác dụng nó, nên việc mơ tả đất đá thiết phải làm kỹ toàn diện Những đặc trưng bề màu sắc đặc điểm đá, mức độ tính chất nứt vụn, thành phần khoáng vật cường độ đá Về màu sắc cần ý mô tả từ xuống dưới, từ ngồi vào Về tính nứt vụn đá ý loại hệ thống nứt nẻ, hình dạng sản phẩm phong hố để lại khe nứt Về thành phần khống vật ý khoáng vật đá gốc, khoáng vật thứ sinh Về cường độ chịu lực đá phong hố chia làm cấp: Cấp 1: Dùng búa khó đập vỡ Cấp 2: Dùng tay bóp vỡ Cấp 3: Dùng ngón tay bóp vụn Cấp 4: khẽ chạm nát vụn Ngồi lưu ý thêm số đặc trưng như: độ ẩm, tính dính, tính dẻo b, Đo tốc độ phong hố Khi nghiên cứu địa chất cơng trình người ta dùng số biểu diễn mức độ phong hoá cách tương đổi CĐVaronkevich ε εw Kw  a (8.1) εa  εo Trong đó: Kw: số phonmg hố đá a: Là hệ số rỗng đá vùng, đá chịu tác dụng phong hố hồn tồn triệt để w: Là hệ số rỗng đá vùngta đánh giá phong hoá ao Là hệ số rỗng đá chưa phong hoá Mức độ phong hoá phân mức độ sau: 1- Phong hoá cực mạnh Kw  2- Phong hoá mạnh Kw = - 0.2 3- Phong hố trung bình Kw = 0.2 - 0.5 4- Phong hoá yếu Kw = 0.5 - 0.9 5- Coi chưa phong hoá Kw = c, Xác định độ sâu đào bỏ tầng đá phong hoá Do bị phong hoá, đất đá làm cho cơng trình bị biến đổi tính chất vật lỹ học Do phải đào bỏ lớp đất đá phong hố mà ta khơng xây dựng cơng trình Việc đào bỏ tầng vấn đề cần nghiên cứu tỷ mỷ Vì phải phân tầng dựa vào dấu hiệu mức độ phong hố 8.2 Tác dụng địa chất mương xói 8.2.1 Khái niệm Tác dụng địa chất mương xói tác dụng xói mòn đất đá mềm rời mái dốc vận chuyển sản phẩm xói mòn theo dòng nước tạm thời mưa, kết làm cho bờ dốc bị đào xẻ dốc đứng Quy mô mương xói khác chiều dài độ sâu Tốc độ phát triênt mương xói phụ thuộc vào lượng dòng chảy tính chất đất đá Vùng mưa nhiều, diện tích tụ nước lớn, đất mềm xốp, góc nghiêng sườn dốc lớn mương xói phát triển mạnh Hiện tượng mương xói làm giảm ổn định mái dốc tự nhiên nhân tạo 8.2.2 Các giai đoạn phát triển mương xói Sự phát triểm mương xói chia làm giai đoạn: - Giai đoạn vũng nước rãnh nơng: Nước tập trung vị trí trũng nhỏ sườn dốc vết bánh xe lăn đường nên nước bắt đầu xói thành rãnh nhỏ lượn theo sườn dốc - Giai đoạn khe xói phát triển: Mương xói kéo dài, đầu rãnh mương khơng ngừng lùi phía phân thuỷ, phần cuối mương có vật liệu tích tụ khơng bền vững - Giai đoạn đáy mương tiến đến mặt cắt cân bằng: tốc độ xói chậm lại, hai bờ mương mở rộng ra, mặt cắt dọc tồn mương hình cong lõm uốn đều, phần cuối mương có vật liệu tích tụ ổn định - Giai đoạn mương xói ngừng phát triển: tác dụng xói sâu phá vách dừng, vách mương thoải, cỏ bắt đầu mọc mương xói 8.2.3 Nội dung nghiên cứu khảo sat vùng có mương xói - Vẽ bình đồ vực có ghi rõ phân bố mương xói - Nêu rõ tình trạng tại, dự đốn phạm vi mở rộng mương xói - Đo đạc quan trắc số mặt cắt điển hình Để đánh giá quy mơ mương xói dựa vào tên gọi bảng 8-1 Bảng 8.1: Quy mơ mương xói Số lượng đất đá xói (m3) 50 20-50 200-1000 1000-6000 >6000 Độ lớn mương Rãnh xói Khe xói nhỏ Khe xói vừa Khe xói lớn Mương xói 8.3 Tác dụng địa chất dòng sơng 8.3.1 Khái niệm: Tác dụng địa chất dòng sơng biểu thị trạng thái đào phá, vận chuyển tích tụ vật liệu Q trình hoạt động dòng sơng phụ thuộc vào lưu tốc dòng nước, điều kiện cấu tạo địa chất điều kiện khí hậu thuỷ văn vùng Tài liệu khảo sát, đánh giá tác dụng địa chất dòng sơng giúp có phương án thiết kế tối ưu 8.3.2 Đặc điểm dòng sơng thiên nhiên Đặc điểm dòng sơng thiên nhiên có phù sa Phù sa sản phẩm trình đào phá vận chuyển tích tụ, nhân tố làm thay đổi địa hình hình thái cuat sơng Phù sa chia làm hai loại - Phù sa lơ lủng dòng nước trơi theo dòng nước Khi nước khơng chảy lưu tốc nhỏ loại phù sa lơ lủng tự chìm xuống tạo thành bãi bồi - Phù sa di chuyển chuyển dịch là mặt đáy sơng Theo dòng nước, sức đẩy nước hạt lọ đẩy hạt kia, soáy nước nên loại phù sa lên chìm xuống Phù sa di chuyển có tác dụng làm thay đổi dòng sơng 8.3.3 Sự xâm thực dòng sơng Khi nói hình thái dòng sơng, phải xem xét mặt cắt dọc mặt cắt ngang sông a, Mặt cắt dọc sơng Trong q trình phát triển sơng, dòng sơng cố tạo mặt cắt can đặc trưng mặt cắt dọc sông có độ nghiêng giảm dần từ thượng lưu tới hạ lưu Mặt cắt cân có dạng Parabon (hình 8.1) Thượng lưu Thượng lưu A A B C G F G D E F Hạ lưu Hạ lưu Hình 8.1 Hình dạng khơng phải đặc trưng tồn dòng sơng mà đại diện cho đoạn sơng Hình 8-1 cho thấy sơ đồ mặt cắt dọc dòng sơng thời kỳ đầu thời kỳ phát triển b, Mặt cắt ngang dòng sơng Hình 8-2 cho thấy quy luật đào phá bồi đắp đoạn sơng Tại điểm B,C, D có tượng nước chảy thúc vào bờ gây phá bờ Ngược lại bờ bờ đối diện điểm lưu tốc dòng nước nhỏ, số phù sa lắng đọng lại sinh bãi ngầm, kết làm cho dòng sơng ngày uốn khúc N N B M D y h¶ gc n A í H C M Đá gốc Lắng đọng Hỡnh 8.2 8.3.4 Tác dụng địa chất dòng sơng cơng trình Cầu đường Qua nghiên cứu hoạt động sơng ta biết nơi có đoạn sơng cong xâm thực bên bờ xẩy mạnh mẽ Những Cầu trung Cầu lớn cần tránh đặt nơi dễ ổn định việc bị xói mỗ Cầu Móng trụ cầu sông cần phải đặt sâu xuống mặt đất cân dòng sơng để đảm bảo ổn định việc xói quanh móng trụ 8.4 Hoạt động địa chất Biển Hồ 8.4.1 Khái niệm Ở ven bờ Biển Hồ có hàng loạt tác động địa chất phức tạp Các hoạt động bao gồm hai mặt phá hoại bờ lắng đọng, trầm tích, làm cho hình thái thành phần bờ bị biến đổi Hoạt động địa chất Biển Hồ sóng Sóng gió gây lên, phá hoại sóng phụ thuộc vào cấu tạo bờ, hoạt động bùn cát cửa sông đưa đến 8.4.2 Sự tạo thành sóng Sóng gió tác dụng vào mặt nước tự làm cho chất điểm nước chấn động truyền đí Sóng có yếu tố sóng, lưng sóng, đỉnh sóng, đáy sóng, chiều cao sóng, chiều dài bước sóng Ngọn sóng phận bên mặt nước Lưng sóng phần sóng bên mặt nước lặng Đỉnh sóng điểm cao sóng Đáy sóng điểm thấp sóng Chiều cao sóng khoảng cách thẳng đứng đỉnh sóng đáy sóng Chiều dài bước sóng khoảng cách nằm ngang hai đỉnh sóng hai đáy sóng kề Chiều dài bớc sóng Đỉnh sóng Đáy sóng Chiều cao sãng MỈt n−íc lỈng Hình 8.3 Quan sát thực tế người ta thấy tốc độ gió nhỏ: 0.8-1 m/s mặt nước bắt đầu có tượng lăn tăn gợn nhỏ, tốc độ gió lớn hơn, nước bị ép đẩy phía trước lên mặt dốc hai bên sóng khơng giống Khgi gió mạnh làm cho phần bên sóng bị đổ gập xuống hình thành bọt sóng trắng có chứa khơng khí gọi là: sóng bạc đầu 8.4.3 Tác dụng địa chất sóng Sóng tác dụng bờ biển bờ hồ làm cho hình thái thành phần chúng biến đổi Một mặt sóng xơ vào phá bờ đất đá, mặt khác sóng vận chuyển tích tụ đất đá vỡ vụn, hai mặt thống với trình hình thành bờ biển hay bờ hồ, chúng tiến hành đồng thời song song không cân Vì vậy, tác dụng sng phần nước nước mặt cắt bờ sinh biến đổi tái tạo (hình 8.4) H−íng thủ triỊu lªn H−íng thủ triỊu xng ThỊm ven bờ Thềm tích tụ Khoảng nớc triều lên xuống Hỡnh 8.4 Về tốc độ phà hoại sóng phụ thuộc vào độ bền nằm đất đá Nếu phương đá song song với bờ cắm vào phía lục địa tồn nưng lượng sóng tác dụng vào tầng đá nằm ghếch lên phía sóng, có tác dụng phá hoại mạnh Các tấng đá nằm nghiêng phía biển, sóng cuộn mặt tầng đá, tác dụng ma sát làm tiêu hao phần lớn lượng sóng lên giảm phá hoại tầng đá Nếu đất đá khơng đồng bờ có cấu tạo dạng phức tạp Sự phá hoại bờ biển hồ gây sạt lở bờ làm ảnh hưởng đến tính bền vững cơng trình ven bờ biển hồ Bên cạnh tích tụ trầm tích gây tượng cát bồi ảnh hưởng đến hoạt động công trình cảng 8.5 Đầm lầy 8.5.1 Khái niệm Đầm lầy tượng vùng đất bị ẩm ướt bị ngưng đọng nước điều kiện địa lý địa chất thuỷ văn định Biểu hioện đầm lầy khu vực nước nơng có nhiều mọc nước ưa nước, có lớp bùn dày 20 cm đầm lầy thường hay gặp vùng sông ven biển, số khu vực đồng bằng, thung lũng hẹp hai sườn núi 8.5.2 Nguyên nhân phát sinh lầy Lầy phát sinh hai nguyên nhân sau - Bao gồm nhân tố đại lý điều kiện khí hậu, thuỷ văn địa hình Ở nơi có khí hậu ấm áp, mưa nắng nhiều tạo điều kiện đâye nhanh huỷ hoại cối mụcnát tạo thành than bùn, nơi địa hình phẳng, nước xẩy chậm chạp làm cho khu vực ẩm ướt nhanh chóng tạo thành lầy - Bao gồm nhân tố địa chất đặc tính học đá, cấu tạo địa chất, vận động nước đất đầm lầy hay tạo thành khu vực đất đá liên kết kém, tầng cách nước gần mặt đất nên làm cho việc thấm nước mặt nước ngầm bị giới hạn gần mặt đất 8.5.3 Nghiên cứu lầy theo quan điểm địa chất cơng trình Đối với cơng trình đường ô tô, lấy thường làm biến dạng đường phá hoại hồn tồn đường Khi đáy lầy nghiêng làm cho đường bị di động ngang với tượng lún Để sử lý lầy cần phải xác định nguồn cung cấp nước cho lầy, nguồn gốc vũng lầy, thành phần hoá học hữu lầy, độ sâu nằm lầy Từ đặc trưng vùng lầy, người ta tìm biện pháp sử lý thích hợp 8.6 Kacstơ 8.6.1 Khái niệm Đây tượng phân giải hoà tan đất đá nước đướ đất tạo thành hang hốc kéo theo sụp đổ hình thành phễu, hố dạng khác đất Các điều kiện tạo thành phát triển Kacstơ - Thành phần thạch học hoá học đá - Tính thấm nước, chiều dày, tính nứt nẻ đá, diều kiện nằm tuần hồn nước - Thành phần hố học nước, mức độ khống hố, nhiệt độ nước - Đặc tính địa hình vùng Kacstơ, vị trí sơng suối - Đặc tính thực vật - Tình hình thuỷ văn vùng Kacstơ 8.6.2 Địa mạo vùng Kacstơ Có dạng sau: - Luống lược: Gồm hệ thống rãnh có chiều rỗng chiều sâu khác mặt đá có khe nứt - Động hút nước: giếng, hầm có đường kính từ - 10m, sâu 10-20m thu hút nhiều nước - Hang động hang hốc lơn ngầm đất lớp đá Kacstơ Trong thường thấy khoáng vật kết tủa thạch nhũ phía phía - Sông ngầm hồ ngầm - Các phễu Kacstơ Để hạn chế phát triển ảnh hưởng tượng Kacstơ dùng biện pháp kỹ thuật sau: - Đề phòng hồ tan đất đá tác dụng nước mặt nước ngầm ý tính thấm nước đất đá dươic hố móng cơng trình - Tăng độ bền vùng có tượng Kacstơ cách bơm vào khe nứt lỗ hổng chất thuỷ tính lỏng, xi măng, dung dịch sét bi tum nóng 8.7 Cát chảy 8.7.1 Khái niệm Cát chảy tượng lớp đất đá bão hoà nước, thường cát, bị lộ cát chuyển động mang đặc tính vật thể chảy Khi đào hố móng, áp lực thuỷ động nước tạo kết việc giảm áp lưck nước đất nguyên nhân dẫn đến tượng cát chảy 8.7.2 Phân loại Cát chảy chia làm hai loại: - Cát chảy giả: Khi đất đá khơng có liên kết kiến trúc cát sạn có kích thước khác nhau, chuyển sang trạng thái cát chảy tác dụng áp lực thuỷ động dòng nước đặc tính cát chảy giả dễ bị nước, nước tạo thành khối cát xốp liên kết yếu Nhạn dạng cát chảy giả đào hố móng cát chảy hố móng có nước đục, lấy cát quay với nước tạo thành hợp thể đục, để sau 2, ngày mặt xuất lớp nước - Cát chảy thật: Khi đất đá có liên kết ngưng tụ liên kết hỗn hợp xét, cát, liên kết kiên trúc với điều kiện có hạt sét hạt keo có tính chống thấm tốt Chúng chuyển sang trạng thái cát chảy áp lực thuỷ động khơng lớn Đặc tính cát chảy thật tính nước yếu Nhận dạng cát chảy thật đào hố móng cát chảy vào hố móng có nước đục, lấy cát quay với nước tạo hỗn hợp đục khó lắng 8.8 Đất trượt 8.8.1 Khái niệm Đất trượt di chuyển đất sườn dốc xuống chân dốc theo kiểu trượt tác dụng trọng lực Đất trượt xẩy từ từ có khối lượng lớn, đất sụp xẩy nhanh có khối lượng nhỏ Hình dáng khối trượt sườn dốc phụ thuộc vào đặc điểm đất đá, điều kiện nằm cảu đất đá yếu tố khác Khi nghiên cứu khối trượt cần ý đặc trưng sau (hình 8.5) - Mặt trượt: Là mặt xẩy đứt gẫy di chuyển khối t Chiều sâu khối trợt - Chõn trt (hoc gc trượt) đường xuyên qua mặt hỗn hợp sườn dc - Chiu sõu trt l khong Mặt trợt Chân trợt cỏch thng ng tớnh t b mt trượt đễn mặt trượt - Cung trượt vết có dạng lõm tạo thành sườn khối đất trượt gây 8.8.2 Dấu hiệu trượt Thường hay gặp dấu hiệu sau: - Khe nứt trượt: Loại tạo thành Khèi tr−ỵt giai đoạn đầu tượng trượt, khe nứt lúc đầu bé ngắn, phân bố rải rác - Dải trượt: đoạn dài đất đá bị trượt - Mặt phá hoại đất tạo thân trượt tách - Đê gần khối trượt tạo thành Hình 8.5 dọc theo chân khối trượt khối đất trượt dịch chuyển đẩy đất dồn lên - Hiện tượng có nước đọng giống vũng lầy nhỏ - Hiện tượng cối thân trượt bị nghiêng ngả - Thế nằm đất đá bị thay đổi 8.8.3 Nguyên nhân gây đất trượt Hiện tượng đất trượt thường ngun nhân sau: Cung tr−ỵt - Do xói mòn dòng nước mặt tạo lên mương rãnh sườn dốc, gây xói mạnh chân dốc làm bở rời đất đá - Do dòng nước ngầm lơi kéo hạt đát sườn dốc - Dó tăng tải trọng sườn dốc - Do nước mưa thấm vào sườn dốc - Do q trình phong hố làm đất đá sườn dốc bị vụn nát 8.9 Khái niệm khảo sát địa chất cơng trình, mặt cắt địa chất 8.9.1 Khảo sát địa chất cơng trình Trước thiết kế cơng trình Cầu đường cần phải có tài liệu điều kiện địa chất cơng trình chung vùng rộng dọc theo tuyến đường định xây dựng Những tài liệu thu thập cách tiến hành khảo sát địa chất cơng trình Cơ sở để tiến hành khảo sát địa chất cơng trình đồ địa chất khu vực xây dựng cơng trình Dựa vào đồ địa chất khu vực tiến hành việc đo vẽ địa chất cơng trình theo lộ trình Trong q trình khảo sát địa chất cơng trình phải mơ tả, ghi chép vào nhật ký chun môn thành phần, đặc điểm đất đá, điều kiện phân bố nằm chiều dày lớp đất đá Khảo sát địa chất công trình cần giải vấn đề sau: - Nghiên cứu hình dạng địa hình, xác định nguồn gốc phát sinh mức độ ổn định địa hình, khả xây dựng cơng trình - Nghiên cứu đánh dấu đồ cấu tạo địa chất vùng khảo sát cách: + Nghiên cứu vết lộ tự nhiên đưa lên đồ địa hình, vẽ số mặt cắt địa chất cụ thể + Tiến hành cơng tác thăm dò (bằng lỗ khoan, lỗ đào) + Lấy mẫu đất đá mẫu nước để thí nghiệm phòng - Phân tích nghiên cứu q trình địa chất tượng địa vật lý, phán đoán khả phát sinh chúng xây dựng khai thác cơng trình - Tìm kiếm mỏ vật liệu thiên nhiên như: đá, cuội sỏi, cát, đất Trong khảo sát địa chất cơng trình phải ý đến trạng thái đất đá, có mặt khe nứt đặc tính khe nứt, mức độ khó dễ thio công tác động q trình thi cơng khai thác cơng trình sau 8.9.2 Mặt cắt địa chất Mặt cắt địa chất mặt thẳng đững qua địa hình, thể chiều dày, phạm vi, phân bố tầng đất đá, vị trí lỗ khoan thăm dò Mặt cắt địa chất thể hình 8-7 CÂU HỎI ÔN TẬP 1- Khi nghiên cứu tác dụng phong hố với quan điểm địa chất cơng trình phải bao gồm nội dung gì? 2- Khi nghiên cứu khảo sát vùng mương xói phải làm nội dung gì? 3- Khi nghiên cứu khảo sát dòng sơng phải nắm vững vấn đề gì? 4- Lầy phát sinh nguyên nhân nào? 5- Có dạng Kacstơ nào? 6- Thế cát chảy giả cát chảy thật? Cách nhận biết dạng cát chảy 7- Hãy nêu dấu hiệu để nhận biết có trượt đất? 8- Khảo sát địa chất cơng trình cần giải quyt nhng gỡ? Lỗ khoan, hố đào Cao độ 30.0 29.0 28.0 Khoảng cách 40.0 Lp th nhng 15.4 Đất sét màu nâu Hình 8-7 30.0 Á sét 50.0 Sa thạch Bảng 3-3: Hệ số kg l/b z/b 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 4.0 5.0 0.2500 0.2486 0.2401 0.2229 0.1999 0.1752 0.1516 0.1308 0.1123 0.0969 0.0840 0.0732 0.0642 0.0566 0.0502 0.0447 0.0401 0.0361 0.0326 0.0296 0.0270 0.0247 0.2500 0.2489 0.2420 0.2275 0.2075 0.1851 0.1626 0.1423 0.1241 0.1083 0.0947 0.0832 0.0734 0.0651 0.0580 0.0519 0.0467 0.0421 0.0382 0.0348 0.0318 0.0291 0.2500 0.2490 0.2429 0.2300 0.2120 0.1911 0.1705 0.1508 0.1329 0.1172 0.1034 0.0917 0.0813 0.0725 0.0649 0.0583 0.0526 0.0477 0.0433 0.0395 0.0362 0.0333 0.2500 0.2491 0.2434 0.2315 0.2147 0.1955 0.1758 0.1569 0.1396 0.1241 0.1103 0.0984 0.0879 0.0788 0.0709 0.0640 0.0580 0.0527 0.0480 0.0439 0.0403 0.0371 0.2500 0.2492 0.2437 0.2324 0.2165 0.1981 0.1793 0.1613 0.1445 0.1294 0.1158 0.1039 0.0934 0.0842 0.0761 0.0690 0.0627 0.0571 0.0523 0.0479 0.0441 0.0407 0.2500 0.2492 0.2439 0.2329 0.2176 0.1999 0.1818 0.1644 0.1482 0.1334 0.1202 0.1084 0.0979 0.0887 0.0805 0.0732 0.0668 0.0611 0.0561 0.0516 0.0474 0.0439 0.2500 0.2492 0.2441 0.2335 0.2188 0.2020 0.1849 0.1685 0.1530 0.1389 0.1263 0.1149 0.1047 0.0955 0.0875 0.0801 0.0735 0.0677 0.0624 0.0577 0.0535 0.0496 0.2500 0.2492 0.242 0.2338 0.2194 0.2031 0.1865 0.1705 0.1557 0.1423 0.1300 0.1191 0.1092 0.1003 0.0923 0.0851 0.0786 0.0727 0.0674 0.0626 0.0588 0.0543 0.2500 0.2492 0.2443 0.2340 0.2198 0.2037 0.1873 0.1718 0.1574 0.1443 0.1324 0.1218 0.1122 0.1035 0.0957 0.0887 0.0823 0.0765 0.0712 0.0664 0.0620 0.0581 0.2500 0.2492 0.2443 0.2341 0.2199 0.2040 0.1878 0.1725 0.1584 0.1455 0.1339 0.1235 0.1142 0.1058 0.0982 0.0913 0.0850 0.0793 0.0741 0.0694 0.0650 0.0610 0.2500 0.2492 0.2443 0.2341 0.2200 0.2042 0.1882 0.1730 0.1590 0.1463 0.1350 0.1248 0.1156 0.1073 0.0999 0.0931 0.0870 0.0814 0.0763 0.0717 0.0674 0.0634 0.2500 0.2492 0.2443 0.2342 0.2202 0.2044 0.1885 0.1735 0.1598 0.1474 0.1363 0.1264 0.1175 0.1095 0.1024 0.0959 0.0900 0.0847 0.0799 0.0753 0.0712 0.0674 6.0 10.0 0.2500 0.2500 0.2492 0.2492 0.2443 0.02443 0.2342 0.2342 0.2202 0.2202 0.2045 0.2046 0.1887 0.1888 0.1738 0.1740 0.1601 0.1604 0.1478 0.1482 0.1368 0.1374 0.1271 0.1277 0.1184 0.1192 0.1106 0.1116 0.1036 0.1048 0.0973 0.0987 0.0916 0.0933 0.0864 0.0882 0.0816 0.0837 0.0773 0.0796 0.0733 0.0758 0.0696 0.0724 4.4 4.6 4.8 5.0 0.0227 0.0209 0.0193 0.0179 0.0268 0.0247 0.0229 0.0212 0.0306 0.0283 0.0262 0.0248 0.0343 0.0317 0.0294 0.0274 0.0376 0.0348 0.0324 0.0302 0.0407 0.0378 0.0352 0.0328 0.0462 0.0430 0.0402 0.0376 0.0507 0.0474 0.0444 0.0417 0.0544 0.0510 0.0480 0.0451 0.0574 0.0540 0.0509 0.0480 0.0597 0.0564 0.0533 0.0504 0.0639 0.0606 0.0576 0.0547 0.0662 0.0630 0.0601 0.0573 0.0692 0.0663 0.0635 0.0610 ... tường chắn Câu hỏi tập KHÁI NIỆM ĐỊA CHẤT TỰ NHIÊN VÀ ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH Tác dụng phong hóa Tác dụng địa chất mương xói Tác dụng địa chất dòng sơng Tác dụng địa chất biển hồ Đầm lầy Hiện tượng... dụng tải trọng áp lực lên vật chắn Nội dung đặc điểm môn học Cơ học đất - địa chất môn học khoa học nghiên cứu trình địa chất tự nhiên trình học xảy đất ảnh hưởng tác dụng bên vàbên ngồi, tìm quy...BÀI MỞ ĐẦU 1.Đối tượng nghiên cứu môn học Đối tượng nghiên cứu môn học đất đá thiên nhiên lớp vỏ trái đất Đối với nghành xây dựng cơngtrình giao thơng cần phải nắm vững khái niệm địa chất cơng