BÀI GIẢNG ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

M U M U I- Địa chất công trình học 1- Khái niệm: ĐCCT khoa học ứng dụng tri thức địa chất phục vụ công tác xây dựng khác nhau: Quy hoạch, thiết kế, thi công, khai thác bảo vệ CTXD 2- Đối tợng nghiên cứu: Đất đá xây dựng, bao gồm: - Đất đá làm cho CTXD; - Đất đá làm môi trờng cho CTXD; - Đất đá làm VLXD Ngoài ra, nghiên cứu nớc đất đá tác động qua lại đất đá nớc Các loại đối tợng nghiên cứu đa dạng biến đổi theo không gian thời gian II- Nhiệm vụ nghiên cứu 1- Xác định, đánh giá điều kiện địa chất công trình: - Điều kiện địa mạo; - Điều kiện địa tầng; - Điều kiện địa chất thuỷ văn; - Các tợng, trình địa chất động lực công trình 2- Dự báo tợng, trình địa chất động lực bất lợi 3- Đề xuất biện pháp nhằm phòng ngừa cải tạo điều kiện ĐCCT bất lợi 4- Xác định khả cung cấp VLXD tự nhiên, đề xuất biện pháp khai thác Iii- Nội dung nghiên cứu 1- Điều kiện địa tầng 2- Điều kiện địa chất thuỷ văn 3- Các tợng trình địa chất động lực 4- Các phơng pháp thăm dò khảo sát địa chất công trình M U IV- Các phơng pháp nghiên cứu 1- Phơng pháp địa chất học (phơng pháp thực địa) Là phơng pháp quan trọng đợc tiến hành trờng (khoan, đào thăm dò, thí nghiệm trờng khác ) 2- Phơng pháp phòng 2.1 Phơng pháp phân tích: Quang học, nhuộm màu, phân tích 2.2 Phơng pháp tơng tự địa chất: Dựa vào hiểu biết kỹ vùng nghiên cứu để nhận biết cho vùng có cấu trúc, kiến tạo tơng tự 2.3 Phơng pháp mô hình hoá: Sử dụng vật liệu có tính chất tơng tự với đối tợng ta nghiên cøu ë hiƯn tr−êng nh−ng cã kÝch th−íc nhá h¬n nhiều để nghiên cứu 2.4 Phơng pháp tính toán lý thuyết: Sử dụng công thức toán học, phơng trình toán học Chơ ng I Chơng khái niệ niệm Khoá Khoáng vật đất đá 3- Cấu tróc kho¸ng vËt 3.1 Kh¸i niƯm: CÊu tróc kho¸ng vËt xếp, phân bố cách có quy luật không gian ion, nguyên tử phân tử tạo nên chúng a b Hình 1.1 Cấu trúc than chì (a) kim cơng (b) 3.2 Vai trò cđa u tè cÊu tróc ®èi víi tÝnh chÊt cđa khoáng vật Chơ ng I Chơng khái niệ niệm Khoá Khoáng vật đất đá I Khoáng vật 1- Khái niệm 1.1 Định nghĩa: Khoáng vật chất thiên nhiên đồng theo thành phần cấu tạo đợc tạo thành sau trình lý, hoá học khác xảy vỏ đất Có thể nhiều nguyên tố hóa học tạo thành 1.2 Trạng thái khoáng vật: Khí (Mêtan), lỏng (thủy ngân, dầu mỏ), rắn 1.3 Số lợng: khoảng 2.800; - Khoáng vật tạo đất đá (thờng gặp thành phần đất đá): 50 1.4 Biến thể khoáng vật: khoảng 4.000 2- Quá trình thành tạo: 2.1 Quá trình nội động lực 2.2 Quá trình ngoại động lực 2.3 Quá trình biến chất Chơ ng I Chơng khái niệ niệm Khoá Khoáng vật đất đá 4- Thành phần hoá học khoáng vật 4.1 Các nguyên tố tự sinh 4.2 Các hợp chất hoá học 5- Mét sè tÝnh chÊt lý häc cđa kho¸ng vËt 5.1 Độ cứng - Độ cứng tơng đối (bảng 1) - Độ cứng tuyệt đối: Tank - 2,4; Kim cơng - 10.060 KG/mm2 Bảng 1- Bảng độ cứng khoáng vật Mosh Kho¸ng vËt Đé cøng Kho¸ng vËt Đé cøng Tank Octoclaz Th¹ch cao Th¹ch anh Canxit Topaz Fluorit Cori®on Apatit Kim cơng 10 5.2 Tỉ trọng: phụ thuộc vào thành phần hóa học cấu trúc tinh thể - Giao động: 0,6 – 19 - Trung b×nh: 2,5 – 4,0 Chơ ng I Chơng khái niệ niệm Khoá Khoáng vật đất đá Chơ ng I Chơng khái niệ niệm Khoá Khoáng vật đất đá 6- Phân loại khoáng vật theo thành phần hoá học 6.1 Lớp Silicat: Khoảng 800 khoáng vật, chiếm 75% khối lợng vỏ đất, thành phần chủ yếu đá macma, biến chất đất sét, nh: Thạch anh SiO2, Fenspat- (Na,K)[AlSi3O8], Caolinhit-Al4[Si4O10][OH]6 Độ cứng:1-6,5; tính hoà tan 6.2 Lớp Cacbonat: Khoảng 80 khoáng vật, nh Canxit-CaCO3, DolomitCaCO3.MgCO3, thành phần đá vôi, đôlômit Độ cứng:3-4; có khả hoà tan nớc 6.3 Lớp Sunfat: Khoảng 260 khoáng vật, nh Anhidrit-CaSO4, Thạch caoCaSO4.nH2O Độ cứng:2-3; dễ kết hợp dễ nớc 6.4 Lớp Oxyt: Khoảng 200 khoáng vật,nh: Hematit-Fe2O3, Manhêtit Fe3O4 Độ cứng:5-7; khả hoà tan nớc 6.5 Lớp Sunfua: Khoảng 200 khoáng vật, nh Pyrit FeS2, chancopyritCuFeS2, thần sa-HgS Độ cứng:6-6,5; dễ bị ôxy hoá 6.6 Lớp Halogen: Khoảng 100 khoáng vật, nh Halit- NaCl Độ cứng: 2-2,5; dễ hoà tan 6.7 Các lớp khác: Hợp chất hữu (CH4); Nguyên tố tự sinh ( C,Cu, Pb); Hợp chất volfram II Đất đá 1- Khái niệm 1.1 Định nghĩa: Đất đá tổ hợp lợng khoáng vật có chất lợng, cấu trúc, tính chất lý học điều kiện thành tạo định 1.2 Đất đá: Đất đá đơn khoáng (1 loại kv), đất đá đa khoáng (nhiều loại kv) 1.3 Đất-đá, đá, đất: Đá: thể địa chất có liên kết rắn (ion, hóa trị, keo tụ) có biến dạng giòn, biến dạng đàn hồi lớn Đất: liên kết rời rạc mềm dính (phân tử, tĩnh điện, keo nớc), liên kết yếu, biến dạng nhiều, độ bền chống cắt thấp đá 2- Phân loại theo nguồn gốc thành tạo 2.1 Đá macma 2.2 Đất đá trầm tích 2.3 Đá biến chất Chơ ng I Chơng khái niệ niệm Khoá Khoáng vật đất đá 3- Thành phần đất đá: Gồm pha (hình 1.3) 3.2 Pha lỏng (chủ yếu nớc): theo trạng thái tồn chia ra: KHÍ Khí Air H tđ t (Solid) Ch−¬ ng I Chơng khái niệ niệm Khoá Khoáng vật đất đá 3.1 Pha rắn : Gồm khoáng vật trạng thái rắn * Nớc trạng thái hơi: NC * Nớc trạng thái lỏng: tùy mức độ ảnh hởng lực hút hạt đất: - Nớc tự do: không chịu ảnh hởng lực hút hạt, tùy vị trí: RN + Nớc trọng lực: nằm lớp nớc mao dẫn, chịu tác dụng hoàn toàn trọng lực Chúng phân bố chủ yếu lỗ rỗng lớn đất, vận động trọng lực gradien áp lực Khi vận động có khả hoà tan, truyền áp lực thuỷ tĩnh, gây tác dụng học N
c Water + Nớc mao dẫn: nằm khoảng trung gian nớc kết hợp với nớc trọng lực Nó không hoàn toàn tự nh nớc trọng lực mà bị ảnh hởng lực hút hạt đất mà điều kiện định gây tợng mao dẫn Hình 1.3: Mô hình pha đất đá Chơ ng I Chơng khái niệ niệm Khoá Khoáng vật đất đá Chơ ng I Chơng khái niệ niệm Khoá Khoáng vật đất đá - Nớc liên kết (kết hợp): 4- Kiến trúc đất đá + Nớc liên kết vật lý: bám bề mặt vật rắn, chịu tác dụng lực hút phân tử tĩnh điện lực Vandervan hạt rắn với phân tử nớc 4.1 Khái niệm: Nớc liên kết chặt (nớc hấp phụ): chiều dày 11 ữ 23 phân tử, chiếm đa 5ữ18% khối lợng đất Nớc liên kết yếu (nớc màng mỏng): chiếm tối đa ữ 40 % khối đất tối lợng Kiến trúc đất đá khái niệm tổng hợp yếu tố khác nhau, nh: Mức độ liên kết, kết tinh, hình dạng, kích thớc thành phần khoáng vật tạo nên đất đá 4.2 Các kiểu kiến trúc đặc trng: - Kiến trúc rời rạc: đặc trng cho đất hạt rời (cát, cuội, sỏi ), c = + Nớc liên kết hoá học: loại nớc dới dạng ion, phân tử tham gia vào thành phần cấu trúc mạng tinh thể khoáng vật - Kiến trúc dính kết: đặc trng cho đất mềm dính (sét, sét pha, cát pha), c > 0, hạt liên kết với u b»ng mèi liªn kÕt vËt lý N−íc kÕt tinh: D−íi d¹ng nH2O chøa m¹ng tinh thĨ khoáng nh: CaSO4.nH2O, SiO2.nH2O; vật, - Kiến trúc gắn kết: đặc trng cho đá, c >>0, hạt liên kết với mối liên kết hoá học N−íc kÕt cÊu: D−íi d¹ng H3O+, OH- m¹ng tinh thể khoáng nh: Ca(OH)2,Al(OH)3 vật, * Nớc trạng thái rắn (nớc đá): 3.3 Pha khí: CO2, CO, O2, N2, CH4, H2S Chơ ng I Chơng khái niệ niệm Khoá Khoáng vật đất đá Chơ ng I Chơng khái niệ niệm Khoá Khoáng vật đất đá 5- Cấu tạo: 5.1 Khái niệm: Cấu tạo đất đá khái niệm phân bố tơng đối thành phần khoáng vật có đất đá 5.2 Các kiểu cấu tạo đặc trng: 6- Thế nằm đất đá 6.1 Khái niệm: Thế nằm đất đá khái niệm hình dạng, kích thớc, vị trí phân bố không gian quan hệ tiếp xúc đất đá với môi trờng xung quanh 6.2 Các kiểu nằm đặc trng: tùy điều kiện thành tạo biến đổi Hình 1.5 Một số kiểu cấu tạo đặc trng a- Cấu tạo đặc xít; b- Cấu tạo dạng dải; c- Cấu tạo phiến; d- Cấu tạo rỗng; e- Cấu tạo mắt Chơ ng I Chơng khái niệ niệm Khoá Khoáng vật đất đá III Đá macma 1- Quá trình thành tạo: Từ nguội lạnh đông cứng khối silicat nóng chảy có nhiệt độ 2000-30000 Hình 1.6- Các kiểu nằm đất đá a- KiĨu khèi; b- KiĨu ph©n líp; c- KiĨu thÊu kÝnh Chơ ng I Chơng khái niệ niệm Khoá Khoáng vật đất đá 3.3 Cấu tạo: Chủ yếu có cấu tạo đặc xít, có số đá macma phún xuất có cấu tạo rỗng 3.4 Thế nằm: Khối macma có dạng nằm khác 2- Phân loại theo điều kiện thành tạo: 2.1 Đá macma xâm nhập 2.2 Đá macma phún xuất 3- Đặc tính chung: 3.1 Thành phần khoáng vật: pha rắn, gồm khoáng vật có độ cứng lớn chiếm u thÕ: - Fenspat- (Ca, K, Na) (Al Si3O8): §é cøng 6-6,5/10, hàm lợng 60% ; - Thạch anh: SiO2, Độ cứng 7/10, hàm lợng 12%; - Amphibol Pirocxen: Ca (Mg, Fe,Al) [(Si, Al)2O6], §C 5,5-6/10,17% ; - Mica: 2[AlSi3O10](OH)2, Độ cứng 2-3/10, hàm lợng 4% 3.2 Kiến trúc: Đặc trng kiểu kiến trúc gắn kết Chơ ng I Chơng khái niệ niệm Khoá Khoáng vật đất đá Hình 1.6- Sơ đồ dạng nằm đá macma a- Đá biến chất trầm tích; b- Macma xâm nhập; c- Mama phún xuất 1- Dạng nỊn; 2- D¹ng b−íu; 3- D¹ng nÊm; 4- D¹ng m¹ch; 5- Dạng vòm; 6- Dạng lớp phủ; 7- Dạng dòng chảy Chơ ng I Chơng khái niệ niệm Khoá Khoáng vật đất đá 4- Tính xây dựng IV Đất đá trầm tích 4.1- Đá macma cha bị phong hoá: 1- Thành tạo: Từ trầm đọng biến đổi trầm tích khác nhau: học, hoá học, sinh học Dung trọng 2,65 - g/cm3, độ rỗng không đáng kể, hầu hết không thấm nớc, không chứa nớc, không bị nớc tác dụng, cờng độ cao, khả chịu tải lớn( 500 ữ 3.800 KG/cm2) Đây lý tởng cho tất CTXD 4.2- Đá macma phong hoá: Dung trọng 2,2 - 2,65 g/cm3, độ rỗng 10 - 15%, có khả thấm nớc chứa nớc, có khả nén lún dới tác dụng tải trọng công trình Tính xây dựng phụ thuộc mức độ phong hoá đá 2- Phân loại theo điều kiện thành tạo: 2.1 Trầm tích học 2.2 Trầm tích hoá học 2.3 Trầm tích hữu 2.4 Trầm tích hỗn hợp 3- Đặc tính chung 3.1 Thành phần: đa dạng phức tạp - Pha rắn: khoáng vật đá macma có nhiều khoáng vật khác, có khoáng vật dễ bị nớc tác dụng - Pha nớc: có đủ dạng nớc khác - Pha khí: chứa lợng khí lớn Chơ ng I Chơng khái niệ niệm Khoá Khoáng vật đất đá 3.2 KiÕn tróc: Cã c¸c kiĨu kiÕn tróc kh¸c nhau: - Kiến trúc rời rạc: đặc trng cho đất hạt rời; - Kiến trúc dính kết: đặc trng cho đất mềm dính; - Kiến trúc gắn kết: :đặc trng cho đá trầm tích 3.3 Cấu tạo: Có thể có kiểu cấu tạo khác nhau: rỗng, dải, đặc xít Nhng cấu tạo rỗng cấu tạo đặc trng cho đất trầm tích 3.4 Thế nằm: đặc trng kiểu nằm phân lớp thấu kính 4- Đá trầm tích hoá học 4.1 Thành tạo: kết tủa hợp chất hoá học từ phản ứng hoá học từ dung dịch nớc Ca(HCO3)2= H2O + CO2+ CaCO3 Chơ ng I Chơng khái niệ niệm Khoá Khoáng vật đất đá 4.3 Tính xây dựng: Mặc dù có số đá có cờng độ cao nhng có khả hoà tan nớc nên chúng thờng gặp tợng cáctơ 5- Đất đá trầm tích học 5.1 Thành tạo: Từ lắng đọng biến đổi mảnh vụn học 5.2 Phân loại: Theo yếu tố ảnh hởng đến tính xây dựng chúng, nh: kích thớc, hình dạng mức độ gắn kết hạt (bảng 2, 3) 4.2 Phân loại theo thành phần hoá học - Đá cacbonat: Đá vôi (CaCO3, ), đolomit (CaCO3.MgCO3) - Đá sunfat: Anhiđrit ( CaSO4), thạch cao (CaSO4.nH2O) - Đá Clorua: Halit (NaCl) Chơ ng I Chơng khái niệ niệm Khoá Khoáng vật đất đá Chơ ng I Chơng khái niệ niệm Khoá Khoáng vật đất đá Cuội,sỏi,dăm,sạn kết Cát kết Bột kết Chơ ng I Chơng khái niệ niệm Khoá Khoáng vật đất đá 6- Đất đá trầm tích sinh học 6.1 Quá trình thành tạo: từ tàn tích thực động vật 6.2 Phân loại: - Trầm tích động vật: đá vôi vỏ sò, san hô, đá phấn - Trầm tích thực vật: đá vôi từ tảo, than bùn, than đá Chơ ng I Chơng khái niệ niệm Khoá Khoáng vật đất đá V Đá biến chất 1- Thành tạo: Do tác động trình biến chất (nhiệt độ lớn, áp suất cao) vào đất đá có từ trớc 2- Phân loại theo điều kiện thành tạo 2.1 Đá biến chất tiếp xúc (hình 1.7) 2.2 Đá biến chất khu vực (hình 1.8) 6.3 Tính xây dựng 7- Đất đá trầm tích hỗn hợp 7.1 Quá trình thành tạo: đợc thành tạo từ kết hợp trầm tích có nguồn gốc khác 7.2 Một số đá phổ biến: đá mácnơ (vôi sét), đá vôi cát Chơ ng I Chơng khái niệ niệm Khoá Khoáng vật đất đá Chơ ng Ii Một số tính chất vật lý, Chơng lý, nớc ớc, hoá hoá lý đất đá I Một số tính chất vật lý 2.3 Đá biến chất động lực 1- Tính rỗng xốp 3- Đặc tính 3.1 Thành phần khoáng vật: chủ yếu tan, mica, thạch anh, fenspat Trong khoáng vật cã ®é cøng nhá cã thĨ chiÕm tØ lƯ lín Khá niệ 1.1 Kh ni ệm: tính chất gây nên có mặt lỗ rỗng đất đá chỉỉ ti tiê tr 1.2 Các ch đặc tr ng n= - Độ rỗng, n : 3.2 Kiến trúc: đặc trng kiểu kiến trúc gắn kết 3.3 Cấu tạo: gồm cấu tạo phiến, gnai, đặc xít Trong cấu tạo phiến cấu tạo đặc trng cho đá biến chất Trong đó: Vr- Thể tích lỗ rng ®Êt; V= Vr+ Vh ; Vr Vh n ; e= 1- n e= - Hệ số rỗng, e: 4.2 Đá cấu tạo dải: đá gnai, - Liên hệ n e: 4.3 Đá cấu tạo phiến: đá phiến, (1) Vh- Thể tích hạt 4- Tính xây dựng: chủ yếu phụ thuộc vào cấu tạo đá 4.1 Đá cấu tạo đặc sít: đá sừng, quacdit, ®¸ hoa… Vr (%) V (2) e n= 1+ e (3) ởng 1.3 Các yếu tố ảnh hở ng: kích thớc, độ chặt, phân bố hạt (hình 2.1), - Độ rỗng trung bình cuội sỏi: 25 ữ35 %; cát 35 ữ 45%; sét 45 ữ 55 % Ch−¬ ng Ii –Mét sè tÝnh chÊt vËt lý, Ch−¬ng lý, nớc ớc, hoá hoá lý đất đá Chơ ng Ii –Mét sè tÝnh chÊt vËt lý, Ch−¬ng lý, nớc ớc, hoá hoá lý đất đá Phơ ơng phá 1.4 Ph ng ph áp xác định Đất hạt thô: sử dụng phơng pháp b o hoà nớc Đất hạt mịn: dựa vào đại lợng vật lý khác n = k h (%) (4) n = 1− ρ (%) ρh (1 + W) (5) Trong đó: Hình 2.1- ảnh hởng phân bố hạt độ rỗng a-Cấu trúc kÐm chỈt nhÊt, n = 47,6 %; b- CÊu tróc chỈt nhÊt, n = 26,2%; c- CÊu tróc chỈt trung b×nh, n = 37% - ρ, ρk, ρh: Dung träng ớt, dung trọng khô, dung trọng hạt đất; Chơ ng Ii –Mét sè tÝnh chÊt vËt lý, Ch−¬ng lý, nớc ớc, hoá hoá lý đất đá Chơ ng Ii –Mét sè tÝnh chÊt vËt lý, Ch−¬ng lý, n−íc ớc, hoá hoá lý đất đá 1.5 ứng dụng : n, e đợc xác định để đánh giá độ chặt đất để tính toán số tiêu khác Độ chặt đất đợc xác định dựa trực tiếp vào hệ số rỗng, e dựa vào Độ chặt tơng đối, D: D= emax e0 emax emin (6) Phân loại trạng thái chặt đất cát theo D (Bảng 1.2) Bảng 1.2- Phân loại trạng thái chặt đất cát - W: ộ ẩm đất 2- Tính nứt nẻ đất đá Khá niệ 2.1 Kh ni ệm: tính chất gây có mặt khe r nh đất đá đá:: 2.2 Các dạng nứt nẻ đá - Nứt nẻ kiến tạo: trình vận động kiến tạo; - Nứt nẻ phong hoá: trình phong hóa; - Nứt nẻ tạo đá: trình tạo đá Chỉỉ ti tiê tr ng:: 2.3 Ch đặc tr ng - Hệ số nứt nẻ: Trong đó: Fn (%) F Kn = (7) Fn - DiÖn tÝch khe nứt bề mặt đá; F - Diện tích toàn bề mặt đá Xá 2.4 X ác định: Xác định bề mặt đá có diện tích: F= 5-8 m2 n Fn = ∑ a ib i (8) i=1 Trong ®ã : , bi - ChiỊu rộng chiều dài khe nứt thứ i Chơ ng Ii –Mét sè tÝnh chÊt vËt lý, Ch−¬ng lý, nớc ớc, hoá hoá lý đất đá Chơ ng Ii –Mét sè tÝnh chÊt vËt lý, Ch−¬ng lý, n−íc ớc, hoá hoá lý đất đá 3- Khố Khối lợng ợng thể thể tích đơn đơn vị 2.5 ứng dụng: dụng: Kn đợc xác định để đánh giá mức độ nứt nẻ đá(bảng 2.2) 3.1 Khá Khái niệ niệm: khối lợng đơn vị thể tích đất đá = m V (g/cm3, t/m3) (9) khố ợng đơn thể tích:: 3.2 Các dạng kh ối lợ ng n vị th ể tích - Khối lợng đơn vị thể tích ớt: - Khối lợng đơn vị thể tích khô: - Khối lợng đơn vị thể tích hạt: mh + mn Vh + Vr m ρk = h V mh ρh = Vh ρ= (10) (11) (12) - Khèi lợng đơn vị thể tích chìm dới nớc (đẩy nổi): ρdn = (ρh − ρn )(1 − n) Þnh:: 3.3 Xác định (13) dụng:: Để tính toán số tiêu cơ, lý quan trọng liên quan 3.4 ứng dụng Ch−¬ ng Ii –Mét sè tÝnh chÊt vËt lý, Ch−¬ng lý, nớc ớc, hoá hoá lý đất đá Chơ ng Ii –Mét sè tÝnh chÊt vËt lý, Ch−¬ng lý, nớc ớc, hoá hoá lý đất đá 4-Trọ Trọng lợng ợng đơn đơn vị đất đá 5- Tỷ trä träng: ng: Kh¸ niƯ 4.1 Kh ¸i ni Ưm: tích số khối lợng đơn vị thể tích đất đá với gia tốc Là tỉ số khối lợng hạt đất đá với khối lợng nớc cã cïng thÓ tÝch träng tr−êng γ = ρ.g (G/cm3, KN/m3) (14) Trong ®ã: g - Gia tèc träng tr−êng: g = 9,8 m/s2 10 m/s2 4.2 Các dạng trọ trọng lợng ợng đơn đơn vị - Trọng lợng đơn vị ớt: = .g (15) - Trọng lợng đơn vị khô: k = k.g (16) - Trọng lợng đơn vị hạt: h = h.g (17) - Trọng lợng đơn vị đẩy nổi: dn = dn.g (18) = - N−íc: ρn = 0,981 g/cm3 mh ρh = m n3 ρ n (19) ≈ g/cm ⇒ ∆ = ρh - Đất đá: = 2,3 ữ 3,1 (phần lớn 2,60 ữ 2,75) dụng:: 4.3 ứng dụng Chơ ng Ii –Mét sè tÝnh chÊt vËt lý, Ch−¬ng lý, n−íc −íc, hoá hoá lý đất đá Chơ ng Ii Một số tính chất vật lý, Chơng lý, nớc ớc, hoá hoá lý đất đá 1- Khá Khái niệ niệm: Là tính chất sinh đất đá tiếp xóc víi n−íc V K =, m/ng®, cm/s I Trong ®ã: V- vËn tèc thÊm; I- §é dèc thủ lùc dòng thấm 2- Tính ẩm ớt ởng 3.3 Các yếu tố ảnh hở ng: Kích thớc hạt, độ chặt, mức ®é nøt nỴ, II Mét sè tÝnh chÊt n−íc (thuỷ tính) đất đá Chỉỉ ti tiê tr 3.2 Ch đặc tr ng : Hệ số thấm, Khá niệ 2.1 Kh ni ệm: tính chất sinh đất đá chứa giữ lợng nớc (21) Bảng 2.3 Hệ số thấm đất đá trầm tích định Chỉỉ ti tiê tr 2.2 Ch đặc tr ng: - Độ ẩm: Phơ ơng phá 2.3 Ph ng ph áp xác định W= mn (%) mh (20) 2.4 ứng dụng: W đợc xác định để đánh giá trạng thái ẩm đất để tính toán số tiêu cơ, lý khác liên quan 3- TÝnh thÊm n−íc −íc Kh¸ niƯ 3.1 Kh ¸i ni ệm: tính chất sinh đất đá để nớc vận động qua lỗ rỗng khe r nh chóng Ch−¬ ng Ii –Mét sè tÝnh chất vật lý, Chơng lý, nớc ớc, hoá hoá lý đất đá Phơ ơng phá ịnh:: xác định trờng phòng 3.3 Ph ng ph áp xác định thí nghiệm 3.4 ứng dụng: Để đánh giá khả thấm đất đá, tính vận tốc, lu lợng, trữ lợng dòng thấm Chơ ng Ii Một số tính chất vật lý, Chơng lý, nớc ớc, hoá hoá lý đất đá 4.4 ứng dụng: Để đánh giá trạng thái ẩm (bảng 2.4) tính toán tiêu khác liên quan Bảng 2.4- Đánh giá trạng thái ẩm đất theo G 4- Tính b o hoà hoà 4.1 Khá Khái niệ niệm: tính chất phần lỗ rỗng, khe r nh đất đá chứa đầy nớc Chỉỉ ti tiê tr 4.2 Ch đặc tr ng: độ b o hoà, G: G= Vn (%) Vr (22) Trong ®ã: Vn- ThĨ tÝch n−íc chứa lỗ rỗng, khe r nh đất đá Phơ ơng phá 4.3 Ph ng ph áp xác định: Dựa vào việc xác định đại lợng khác G= h en (23) Chơ ng Ii Một số tính chất vật lý, Chơng lý, nớc ớc, hoá hoá lý đất đá Chơ ng Ii Một số tính chất vật lý, Chơng lý, nớc ớc, hoá hoá lý đất đá 5- Tính mao dẫn Chỉỉ ti tiê tr ng:: 5.2 Ch đặc tr ng Khá niệ 5.1 Kh ni ệm: tính chất sinh khe lỗ mao dẫn đất đá tiÕp ChiÒu cao mao dÉn, Hm = Τ cos r ng (24) Trong đó: T - Sức căng bề mặt nớc không khí( lực mao dẫn) θ - Gãc thÈm −ít r- B¸n kÝnh khe mao dÉn ρn- Dung träng n−íc g- Gia tèc träng tr−êng xúc với nớc 5.3 Xác định ịnh:: 5.3 dụng:: 5.4 øng dơng Ch−¬ ng Ii –Mét sè tÝnh chÊt vật lý, Chơng lý, nớc ớc, hoá hoá lý đất đá Chơ ng Ii Một số tính chất vật lý, Chơng lý, nớc ớc, hoá hoá lý đất đá Bảng 2.6- Chỉ số dẻo đất loại sét III Một số tính chất hóa lý đất đá 1- Tính dẻo Khá niệ 1.1 Kh ni ệm: tính chất đất loại sét thay đổi hình dạng dới tác dụng ngoại lực mà không lm tính nguyên khối, liên tục giữ nguyên hình dạng sau chấm dứt ngoại lực tác dụng lên chúng ởng ng:: 1.3 Các yếu tố ¶nh h−ë ng ChØØ ti tiª tr− ng:: 1.2 Ch đặc tr ng Chỉ số dẻo, Id: Id = Wc- Wd (25) Trong đó: Wd - Độ ẩm giới hạn dẻo (độ ẩm làm cho đất chuyển từ trạng thái rắn qua trạng thái dẻo); Wc- Độ ẩm giới hạn chảy (độ ẩm làm cho đất chuyển từ trạng thái dẻo qua trạng thái chảy) - Hàm lợng hạt sét, - Thành phần khoáng vật sét, - Kích thớc hạt, ịnh:: Dựa vào việc xác định 1.4 Xác định - Độ ẩm giới hạn dẻo quy ớc, Wd - Độ ẩm giới hạn chảy quy ớc, Wc Ch−¬ ng Ii –Mét sè tÝnh chÊt vËt lý, Ch−¬ng lý, nớc ớc, hoá hoá lý đất đá dụng:: 1.5 ứng dụng 2- Tính trơ trơng ơng nở co ngót đất đá - Chỉ số dẻo, Id xác định để phân loại đất loại sét; - Chỉ số sệt, Is xác định để phân loại trạng thái ®Êt lo¹i sÐt: ChØ sè sƯt: Is = W − Wd Wc − Wd Ch−¬ ng Ii –Mét sè tÝnh chất vật lý, Chơng lý, nớc ớc, hoá hoá lý đất đá (26) Trong ó: W- Độ ẩm tự nhiên đất Khá niệ 2.1 Kh ni ệm: tính chất đất đá tăng thể tích hấp phụ nớc giảm thể tích bị nớc 2.2 Chỉ Chỉ tiê tiêu đặc tr trng - Trị số trơng nở: Trong đó: Rt = Vt V0 = V0 h t − h0 , (%) h0 (22) V0,Vt - Thể tích đất đá trớc sau trơng nở; h0,ht - Chiều cao đất đá trớc sau trơng nở - áp lực trơng nở, Pt: áp lực đất trơng nở tác động vào môi trờng xung quanh ởng ng:: 2.3 Các yếu tố ảnh hở ng - Thành phần khoáng vật; - Hàm lợng hạt sét; - Kích thớc hạt; - Độ ẩm Chơ ng Ii –Mét sè tÝnh chÊt vËt lý, Ch−¬ng lý, nớc ớc, hoá hoá lý đất đá Chơ ng IiI tính chất học đất đá Chơng 2.4 Xác định I Khái niệm dụng:: 2.5 ứng dụng Định nghĩ nghĩa: Là tính chất sinh đất đá có ngoại lực tác dụng lên Xác định để đánh giá khả trơng nở đất đá Bảng 11- Phân loại đất trơng nở chúng trng đất đá: đá: Các tính chất học đặc tr− 2.1 TÝnh biÕn d¹ng: Pkt < P < Pth (hình 3.1b) Trong đó: Pkt - Lực liên kết cấu trúc thành phần tạo nên khoáng vật; Pth - Ngoại lực làm cho đất đá chuyển từ trạng thái biến dạng qua trạng thái phá hoại bền:: 2.2 TÝnh bỊn P ≥ Pth Ch−¬ ng IiI –tÝnh chÊt học đất đá Chơng (hình 3.1c) Chơ ng IiI tính chất học đất đá Chơng 4- Trạ Trạng thá thái ứng suất đất đá: đá: Trong điều kiện tự nhiên, nh dới tác động tải trọng công trình đất đá trạng thái ứng suất hớng Hình 3.1- Sơ đồ trạng thái đất đá dới tác dụng ngoại lực Nguyê Nguyên nhâ nhân phá phát sinh tính chất học đất đá liê trú giữ phầ khoá đá;; 3.1 Mối li ên kết cấu tr úc gi ữa ph ần tử kho vật tạo đất đá liê giữ cá hạ 3.2 Lực li ên kết gi ữa c ác h ạt ; sá cá hạ chuyể 3.3 Lực ma s át c ác h ạt dịch chuy ển Hình 3.2- Sơ đồ ứng suất đất đá Trạng thái ứng suất ba hớng; b- Đẳng øng suÊt Ch−¬ ng IiI –tÝnh chÊt c¬ häc đất đá Chơng Chơ ng IiI tính chất học đất đá Chơng 3-Tính biến dạng nhóm đất đá II Tính biến dạng đất đá 3.1 Đất hạt rời : yếu tố ảnh hởng chủ đạo đặc tính tải trọng 1-Khá Khái niệ niệm: - Độ ẩm; - Tải trọng tĩnh: tính biến dạng hầu nh không phụ thuộc vào độ ẩm; dới tác dụng tải trọng công trình đại lợng nén lún nhỏ, thời gian nén lún nhanh - Tải trọng động: Tính biến dạng phụ thuộc nhiều vào yếu tố nêu trên, đạt mức độ lớn 3.2 Đất mềm dính: Tính biến dạng phụ thuộc vào yếu tố khác nhau, đạt mức độ lớn - Trạng thái; ch hoá 3.3 Đá cứng ch a bị phong ho á: Là tính chất đất đá thay đổi hình dạng, kích thớc dới tác dụng ngoại lực P, khi: P< Pth 2- Các yếu tố ảnh hởng −ëng: ng: - KÝch th−íc h¹t; - BiÕn d¹ng cã tính chất đàn hồi; - Biến dạng tổng quát: biến dạng đàn hồi + biến dạng d; đại lợng biến dạng d nhỏ - Dới tác dụng tải trọng công trình đá hầu nh không bị biến dạng 3.4 Đá phong hoá hoá: Tính biến dạng phụ thuộc vào mức độ phong hoá; vật chất lấp nhét khe r nh thành phần khoáng vật đá - Thành phần khoáng vật; - Mức độ b o hoà nớc; - Đặc tính ngoại lực, Chơ ng IiI tính chất học đất đá Chơng Chơ ng IiI tính chất học đất đá Chơng 4- Các chỉ tiê tiêu đặc tr trng: ng: Hệ 4.1 H Ư sè nÐn lón, a: a 1- Bảng 3.1- Phân loại đất theo hệ số nén a e1 − e2 cm /KG = P2 − P1 (3.1) 4.2 Mođ Mođun biến dạng: ng: E 1-2 = (1 Trong đó: - à: Hệ số Poisson, Hình 3.3- Đờng cong nén đất dới tác dụng tải trọng 1-Đờng cong nén; 2- Đờng cong dỡ tải Chơ ng IiI tính chất học đất đá Chơng Bảng 3.2- Hệ số Poisson loại đất đá - 2à2 + e0 , KG /cm2 ) 1− µ a 1- λ µ = ;x z (3.2) e0- Hệ số rỗng tự nhiên d : Biến dạng tơng đối theo phơng ngang; h z = : Biến dạng tơng đối theo phơng thẳng ®øng ho λx = Ch−¬ ng IiI –tÝnh chÊt c¬ học đất đá Chơng III Tính bền 1.Kh 1.Khá Khái niệ niệm: Là tính chất đất đá chống lại phá hoại dới tác dụng ngoại lực P, P ≥ Pth Modun biÕn d¹ng cđa nhóm đất đá : - Đá cứng : E > 100.000 KG/cm2 - Đá nửa cứng: E < 100.000 KG/cm2 - Đất hạt rời : E = 50 ữ 1.000 KG/ cm2 - §Êt mỊm dÝnh : E = 20 ữ 100KG/cm2 5- Phơ Phơng ơng phá pháp xác định ịnh Chơ ng IiI tính chất học đất đá Chơng Chơ ng IiI tính chất học đất đá Chơng 2- Tính bền nhóm đất đá 2.1 Đá cứng: ng: Lực chống cắt từ -10 đến 20 - 30 KG/cm2 lớn 2.2 Đất rời rạc: - Lực chống cắt đất hạt rời đợc xác định (3.3): = .tg - Các yếu tố ảnh hởng: kích thớc, độ mài mòn, thành phần hạt, độ ẩm, độ chặt P- Träng lùc cđa M σ - Lùc ph¸p tuyến s- Lực trợt (cắt) - Lực chống trợt (cắt) trạng thái cân : = s = σ tg ϕ (3.3) τ = f : HÖ sè ma s¸t ; ϕ - gãc ma s¸t ; σ tg ϕ = Ch−¬ ng IiI –tÝnh chÊt học đất đá Chơng Hình 26- Đồ thị quan hệ lực chống cắt lực pháp tuyến 1- Đất mềm dính ; 2- Đất hạt rời Chơ ng IiI tính chất học đất đá Chơng Bảng 3.3- Tính chống cắt cát có kích thớc thành phần khoáng vật hình dạng hạt khác dính:: Sức chống cắt đợc xác định theo công thức 2.3 §Êt mỊm dÝnh τ = σ tg ϕ + c (3.4) - Các yếu tố ảnh hởng: yếu tố nêu có thành phần cation trao đổi (Ca++, Na+), độ muối đất nớc 3-Các chỉ tiê tiêu đặc tr trng: ng: , c, 4- Phơ Phơng ơng phá pháp xác định Chơ ng IV phâ Chơng phân loạ loại đất đá xây dựng Chơ ng IV phâ Chơng phân loạ loại đất đá xây dựng I Khái niệm II Phân loại tổng quát đất đá xây dựng 1- Mục đích phâ phân loạ loại : phục vụ cho xây dựng 1- Nhóm đá cứng: ng: Đá macma, đá biến chất, đá trầm tích gắn kết 2- Nguyê Nguyên tắc phâ phân loạ loại: Dựa vào tính xây dựng loại đất đá 3- Tiê Tiêu chí phâ phân loạ loại: - Tính chất cơ, lý, nớc - Thành phần kích thớc hạt; - Trạng thái hàm lợng vật chất hữu đất đá 4- Tổng quan phâ phân loạ loại đất đá xây dựng: ng: 4.1 Ph Phâ loạ 4.1 ân lo ại tổng qu át: - Đối tợng phân loại bao gồm đất đá; - Tiêu chí phân loại: Tính chất vật lý, nớc, học đất đá 4.2 Ph Phâ loạ tiết:: 4.2 ân lo ại chi tiết cha bị phong hoá 2- Nhóm đá nửa cứng: ng: Gồm đá đ bị phong hoá đá trầm tích gắn kết yếu( Thạch cao, anhidrit, đá phấn, đá vôi vỏ sò ) 3- Đất hạt rời: rời: Cuội, sỏi, dăm, sạn, cát 4- Đất mềm dính: dính: Bột, cát pha, sét pha, sét 5- Đất đặc biệ biệt: Đất có thành phần, tính chất, trạng thái đặc biệt (bùn, bùn hữu cơ, than bùn, đất chảy, đất muối hoá, thổ nhỡng) - Đối tợng phân loại: Chỉ phân loại riêng đất đá bảng phân loại - Phân loại đất đá theo tiêu chí khác 10 Chơ ng VII Một số tính toá Chơng toán ĐCTV cơ Chơ ng VII Một số tính toá Chơng toán ĐCTV cơ L ợng đơn vị:: 1.1.1 L u lợ ng n vị Dòng thấm nớc ớc dới ới đất đến công trì trình hoà hoàn chỉnh phẳ 1.1 Dòng thấm ph ẳng: q=k Trong đó: H − h0 R + H: mùc n−íc tÜnh; + R: khoảng ảnh hởng - khoảng cách từ kênh đến biªn cÊp n−íc cho kªnh; k H H h0 + h0: mực nớc kênh ợng ng:: 1.1.2 Tổng lu lợ ng Với chiều dài kênh L, ta có: R R Q = k.L Hay: H×nh 7.10 H2 − h0 R Q = k.L.I(H + h0 ) Ch−¬ ng VII Một số tính toá Chơng toán ĐCTV cơ Chơ ng VII Một số tính toá Chơng toán ĐCTV cơ Dòng thấm nớc ớc dới ới đất đến kênh khô không hoà hoàn chỉnh tia:: 1.2 Dòng thấm tia Có thể xác định phơng pháp phân dòng Lúc đó, dòng thấm vào mơng, kênh đợc chia thành băng dòng khác lu lợng dòng thấm đơn vị q là: phẳ 2.1 Dòng thấm ph ẳng: n q = ∑ qi Trong ®ã: H0 i=1 Víi: b − b h1 − h lnb − lnb 2L R + ki: hÖ số thấm băng dòng thứ i; + b1, b2: chiều rộng băng dòng thứ i mặt cắt 2; + h1, h2: chiều dày tầng chứa nớc mặt cắt 2; + L: khoảng cách mặt cắt L ợng đơn vị:: 2.1.1 L u lợ ng n vị Hình 7.11 + t: cột nớc kênh + s: độ hạ thấp mực nớc ngầm kênh Chơ ng VII Một số tính toá Chơng toán ĐCTV cơ tia:: 2.2 Dßng thÊm tia H − h0 q=k R Có thể xác định phơng pháp phân dòng nh trờng hợp công trình hoàn chỉnh lu lợng dòng thấm đơn vị q là: n + R: khoảng ảnh hởng - khoảng cách từ kênh đến biên cấp nớc cho kênh; ợng ng:: 2.1.2 Tổng lu lợ ng Với chiều dài kênh L, ta có: Hay: R + H0: Khoảng cách từ mực nớc tĩnh đến độ sâu kênh chịu ảnh hởng Chơ ng VII Một số tính toá Chơng toán ĐCTV cơ Trong đó: H = (s+t) h0 - qi: lu lợng băng dòng thứ i Nếu tầng chứa có đáy cách nớc phẳng qi đợc xác định theo công thức sau: qi = k i s t k q = ∑ qi i=1 Trong đó: - qi: lu lợng băng dòng thứ i, xác định theo công thức: 2 H − h0 Q = k.L R Q = k.L.I(H0 + h0 ) Víi: qi = k i b − b1 H0 − h0 lnb − lnb 2L + ki: hệ số thấm băng dòng thứ i; + b1, b2: chiều rộng băng dòng thứ i mặt cắt 2; + h1, h2: chiều dày tầng chứa nớc mặt cắt 2; + L: khoảng cách mặt cắt 18 Chơ ng VII Một số tính toá Chơng toán ĐCTV cơ Dòng thấm chả chảy vào hố móng 3.1 Hố móng có a >> b 3.2 Hố móng hình dạng kh ác (hình 64): Hố móng đợc coi nh "giÕng lín" cã b¸n kÝnh r = (F- diƯn tÝch vòng tròn ngoại tiếp đáy hố móng) Chơ ng VII Một số tính toá Chơng toán ĐCTV cơ IV Giếng khoan dòng thấm vào giếng khoan F π CÊu t¹o giÕng khoan èng chèng: để bảo vệ không cho đất đá sập lấp giếng khoan ống lọc: để nớc thấm vào giếng khoan ống lắng: đất đá theo nớc dới đất thấm vào giếng khoan lắng phận Mực nớc tĩnh Hình 7.13- Sơ đồ cấu tạo giếng khoan Đờng dòng thấm Hình 7.12- Sơ đồ dòng thấm hội tụ vào hố móng Chơ ng VII Một số tính toá Chơng toán ĐCTV cơ Chơ ng VII Một số tính toá Chơng toán ĐCTV cơ Các dạng giếng khoan: khô hoà chỉỉnh 2.2 Giếng khoan kh ông ho àn ch Phụ thuộc vào quan hệ ống lọc với phần chứa nớc tầng chứa nớc hoạt động chia thành dạng: Giếng khoan có phần ống lọc chiếm phÇn cđa phÇn chøa n−íc tÇng chøa n−íc nã hoạt động Nớc thấm vào giếng khoan qua diện tÝch xung quanh cđa èng läc vµ cã thĨ qua đáy hoà chỉỉnh 2.1 Giếng khoan ho àn ch Giếng khoan hoàn chỉnh giếng khoan có phần ống lọc chiếm toàn phần chứa nớc tầng chứa giếng khoan hoạt động R R Hình 7.14- Giếng khoan nớc ngầm hoàn chỉnh Hình 7.16- Giếng khoan nớc ngầm không hoàn chỉnh Hình 7.15- Giếng khoan nớc áp hoàn chỉnh Chơ ng VII Một số tính toá Chơng toán ĐCTV cơ Hình 7.17- Giếng khoan nớc áp không hoàn chỉnh Chơ ng VII Một số tính toá Chơng toán ĐCTV cơ Bán kính ảnh hởng phụ thuộc điều kiện biên tầng chứa nớc, số lợng giếng khoan đợc xác định công thức khác - Vận động ổn định: + Theo I.P Cuxakin: (m) (không áp) R = 2.S H.k (m) (cã ¸p) R = 10S k H: độ dày tầng chứa nớc (m); + Theo Dikhart: Với: R R Hình 7.18- Giếng khoan nớc áp không hoàn chỉnh Sự hình thành dòng thấm vào giếng khoan Bơm hút nớc mực nớc hạ xuống dòng thấm Mặt nớc tạo thành hình phễu Bán kính đáy phễu (R) bán kính vùng cấp nớc cho giếng khoan đợc gọi bán kính ảnh hởng Khi mực nớc dới đất nằm ngang, dòng thấm gần giếng dòng thấm hội tụ đối xứng qua trục giếng k: hệ số thấm (m/ngđ); S: Mức hạ thấp mực nớc giếng khoan bơm hút (m) Quan hệ lu lợng giếng khoan nớc không áp với bán kính ảnh hởng đợc phản ánh công thức Coden: R= 12t Qk à: hệ số nhả nớc đất đá chứa nớc t: thời gian bơm hút (h) Q: lu lợng giÕng khoan (m3/h) 19 Ch−¬ ng VII – Mét sè tính toá Chơng toán ĐCTV cơ Chơ ng VII Một số tính toá Chơng toán ĐCTV cơ Sử dụng công thức Diupi để tính toán (đề cập cụ thể chơng sau) Tóm lại, công thức mang tính gần R phụ thuộc vào nhiều thông số đặc biệt điều kiện biên thời gian hút V Dòng thấm không giới hạn vào giếng khoan nớc không áp hoàn chỉnh Xác định lu lợng ợng dòng thấm - Khi dòng thấm vận động không ổn định xác định bán kính ảnh hởng theo công thức sau: Q = π.k H − hk lnR − lnr Hay: R = 1,5 at Trong ®ã: Q = 1,366.k + a: hệ số dẫn mực nớc (nớc không áp) hệ số dẫn áp (nớc áp) (m2/ngđ); + t: thời gian bơm hút nớc thí nghiệm (ngđ) Chơ ng VII Một số tính toá Chơng toán ĐCTV cơ - Có thể xác định mức hạ thấp mực nớc giếng khoan với lu lợng tơng ứng xác định đợc lu lợng giếng khoan biết mức hạ thấp mực nớc tơng ứng Q max = 1,366.k ⇒ Q TK = Q max Q H×nh 7.20 ⇒ ⇒ - Khi s nhá: coi R = const ⇒ q = Q/s = const ⇒ Q s quan hệ tuyến tính + 4βs − α 2β H − Hk lnR − lnr s lgR − lgr k = 0,366Q lgR = lgR − lgr m.s 2,73.k.m.s + lgr Q R 2r s H k h4 h t 2h − t (có đáy không thấm) Q = Q KHC Hình 7.22 R x1 x2 Hình 7.21 Phơ Phơng ơng ph¸ ph¸p Focgeimer Q = Q KHC s y2 y1 Hk m VII Dòng thấm không giới hạn vào giếng khoan không hoàn chỉnh Q ớc ngầ khô 1.1 Giếng c ng ầm kh ông áp Trong : , hệ số phụ thuộc vào sức cản nớc vận động qua đất đá ống lọc vào giếng khoan Q= Q y Chơ ng VII Một số tính toá Chơng toán ĐCTV cơ b¶n Q - Khi s lín: s = α.Q + β.Q2 ⇒ x1 H×nh 7.19 s 2 Quan hƯ giữ lu lợng ợng giếng khoan với độ hạ thÊp mùc n−íc −íc s − s1 −α 2 Q + Q1 Q − Q1 x2 Xác định lu lợng ợng dòng thấm Q = 2,73.m.k Ch−¬ ng VII – Mét sè tÝnh toá Chơng toán ĐCTV cơ = R k VI Dòng thấm không giới hạn vào giếng khoan nớc ¸p hoµn chØnh s max (2H − s TK )s TK smax s − s1 − β (Q + Q ) Q − Q1 h1 hk Hay: smax smax =Q lgR − lgr (2H − s)s α= h2 lgR − lgr (2H − s)s Q = π.m.k s - Khi s = H = smax lu lợng dòng thấm nớc dới đất đạt giá trị tối đa H Chơ ng VII Một số tính toá Chơng toán ĐCTV cơ Quan hệ giữ lu lợng ợng giếng khoan với ®é h¹ thÊp mùc n−íc −íc Q s Q max s s(2H − s) lgR − lgr k = 0,732Q R 2r 1,366k(2H − s)s lgR = + lgr Q - Dựa vào tài liệu bơm hút nớc Q y 2 h t + 0,5r (có đáy thấm) s 2r t H h h 2h − t Hình 7.23 + h: mực nớc động giếng khoan tính đến đáy cách nớc tầng chứa nớc; + t: cột nớc giếng khoan không hoàn chỉnh tính ®Õn ®¸y giÕng khoan; + r: b¸n kÝnh ®¸y giÕng khoan 20 Chơ ng VII Một số tính toá Chơng toán ĐCTV cơ Phơ Phơng ơng phá pháp Focgeimer I- Hoạt động địa chất ma nớc mặt 1.2 Giếng nớc ớc áp Tác dụng địa chất ma và nớc ớc mặt - Có đáy không thấm - Có đáy thấm: Phá đá,, địa hình 1.1 Ph hủy đất đá Q = Q KHC Q = Q KHC Ch−¬ ng VIII : Các Chơng trì trình liê liên quan vớ với hoạ hoạt động động địa chất củ c m nớc ma và nớc ớc mặ mỈt m4 m t 2m − t m t + 0,5r 1.2 Vận chuyể chuyển đất đá tụ,, tr trầ 1.3 Tích tụ ầm đọng đất đá m 2m t Hình 8.1- Sơ đồ hoạt động địa chất ma dòng chảy tạm thời 1- Đá gốc; 2- vá phong ho¸; 3- s−ên tÝch; 4- lò tÝch; 5- ma; 6- dòng chảy mặt Chơ ng VIII : Các Chơng trì trình liê liên quan vớ với hoạ hoạt động động địa chất củ c m nớc ma và nớc ớc mặ mặt Chơ ng iX : Các ng liê Chơng trì trình, hiệ tợ tợng liên quan vớ với hoạ c dớ hoạt động động địa chất củ nớc dớii đất 2- Các quá trì trình địa chất hoạ hoạt động địa chất ma, nớc ớc mặt I Hiện tợng cactơ trô nh,, th tích,, lũ tích tích 2.1 Xói mòn, rửa tr ôi bề mặt địa hình ành tạo sờn tích 1- Khá Khái niệ niệm: Thà ơng xói.(h (hìình ảnh nh)) 2.2 Th ành tạo mơ ng xói (h Thà 2.3 Th ành tạo lũ bùn đá ( v = - 8m/s) Là tợng hoà tan, rửa lũa đất đá có tính hoà tan tạo hình thái cactơ chúng thự bờ (t (t liệ 2.4 Xâm th ực, bồi lắng bờ li ệu) 2- Điều kiƯ kiƯn ph¸ ph¸t sinh, sinh, ph¸ ph¸t triĨ triĨn hiệ tợng ợng cáctơ ctơ 3- Biệ Biện phá pháp phò phòng chố chống 2.1 Đất đá có tính ho hoà 2.1 tan nứt nẻ ; 3.1 Quy ho hoạ lý;; 3.1 ạch, xây dựng hợp lý 2.2 Nớ ớc hoà ng 2.2 c có tính ho tan vận động 3.2 Điều tiết dòng ch chả m ớc biệ phá 3.2 ảy tạm thời m a, c mặt bi ện ph áp trìình nh,, tr trồ rừng;; công tr ồng gây rừng 3- Phâ Phân đới cactơ cactơ 3.2 Gia cố, bảo vệ bờ kè ch chắ 3.2 ắn, I: Đới thông khí II: Đới dao động mực nớc theo mùa III: Đới b o hòa hoàn toàn IV: Đới ngng trệ Chơ ng iX : Các ng liê Chơng trì trình, hiệ tợ tợng liên quan vớ với hoạ c dớ hoạt động động địa chất củ nớc dớii đất Chơ ng iX : Các ng liê Chơng trì trình, hiệ tợ tợng liên quan vớ với hoạ c dớ hoạt động động địa chÊt cđ cđa n−í n−íc d−íii ®Êt 4- BiƯ BiƯn phá pháp phò phòng chố chống: ng: II Hiện tợng đất chảy 4.1 Đối với đất đá đá:: 4.1 1- Kh¸ Kh¸i niƯ niƯm: - C¸c biƯn ph¸p nh»m giảm thiểu triệt tiêu tính nứt nẻ đá tăng độ bền chúng; - Các biện pháp nhằm cách ly đất đá với nớc mặt nớc dới đất; 4.2 Đối với ớc 4.2 c: Các biện pháp nhằm giảm thiểu, triệt tiêu khả vận động nớc dới đất Là tợng đất b o hoà nớc tự chảy vào công trình khai đào 2- Các loạ loại đất chả chảy chả giả 2.1 Đất ch ảy gi ả: Đất hạt rời liên kết cấu trúc, chủ yếu cát Đất chảy áp lực thuỷ động, P cđa dßng thÊm : P > Pth → I > Ith - áp lực thuỷ động P áp lực dòng thấm tác động lên đơn vị thể tích hạt đất : P = n I (1) - Khi nớc hạt đất có trọng lợng đơn vị ®Èy nỉi γdn,: γdn = (γγh- γn)(1-n) (2) 21 Ch−¬ ng iX : Các ng liê Chơng trì trình, hiệ tợ tợng liên quan vớ với hoạ c dớ hoạt động động địa chất củ nớc dớii đất - Khi hạt đất trạng thái lơ lửng (cân bằng) áp lực thuỷ động dòng thấm cân với trọng lợng đơn vị đẩy áp lực thuỷ động đợc gọi áp lực thuỷ ®éng tíi h¹n, Pth: Pth= γn Ith (4) Ith = (γγh/γγn - 1)(1 - n) (5) Ith = (∆ - 1)(1-n) (6) Ith = (∆ - 1)/(1+e) (7) → §Êt chảy 3- Phâ Phân biệ biệt đất chả chảy giả giả, đất chả chảy thậ thật (3) n Ith = (γγh - γn) (1 - n) - Khi dßng thÊm có: I > Ith Chơ ng iX : Các ng liê Chơng trì trình, hiệ tợ tợng liên quan vớ với hoạ c dớ hoạt động động địa chất củ nớc dớii đất (8) chả thậ 2.2 Đất ch ảy th ật: Sét pha, cát pha, cát hạt mịn chứa 8-13% sét monmorolonit keo sinh vật Tính chất chảy không phụ thuộc vào áp lực thuỷ động dòng thấm Hình 8.4- Xác định dạng cát chảy Cát chảy giả; b- Cát chảy thật Các dấu hiệu phân biệt : - Hình dạng khối đất ; - Độ nhẵn bóng khối đất ; - Lợng nớc thoát ; - Độ đục nớc Chơ ng iX : Các ng liê Chơng trì trình, hiệ tợ tợng liên quan vớ với hoạ c dớ hoạt động động địa chất củ nớc dớii đất Chơ ng iX : Các ng liê Chơng trì trình, hiệ tợ tợng liên quan vớ với hoạ c dớ hoạt động ®éng ®Þa chÊt cđ cđa n−í n−íc d−íii ®Êt Biệ Biện phá pháp xử lý III Hiện tợng xói ngầm - Tháo khô đất chảy, giảm áp lực thuỷ động dòng thấm; 1- Khá Khái niệ niệm : - Ngăn đất chảy tờng vây cọc ván, giếng chìm, Là tợng hạt đất bị nớc thấm đi, làm cho đất rỗng xốp tạo thành hang hốc chúng - Gia cố đất chảy phơng pháp khác (Phụt silicát, ximăng, điện thẩm, điện hoá, đông lạnh, ) Hình 8.6- Hiện tợng Xói ngầm đất 1- Hang hốc thành tạo trình xói ngầm; 2- Đới sụp; 3- 4- Đất hoàng thổ; 5- Dòng chảy nớc ngầm; 6- Đất sét; 7- Đá vôi Chơ ng iX : Các ng liê Chơng trì trình, hiệ tợ tợng liên quan vớ với hoạ c dớ hoạt động động địa chất củ nớc dớii đất 2- Điều kiệ kiện chung để phá phát sinh xói ngầ ngầm Chơ ng iX : Các ng liê Chơng trì trình, hiệ tợ tợng liên quan vớ với hoạ c dớ hoạt động động địa chất củ nớc dớii đất E.A.Jamarin:: 2.2 Theo E.A.Jamarin Thà phầ 2.1 Th ành ph ần hạt đất: không đồng nhất; - Cát không đồng nhất, không phân lớp; thuỷ 2.2 áp lực thu ỷ động dòng thấm, P: P > Pth - I > Ith : 2.3 Tån t¹i miền xả vật liệ liệu xói ngầ ngầm 3- Một số tiê tiêu chuẩ chuẩn đánh đánh giá giá xói ngầ ngầm V.C.Istomina:: 3.1 Theo V.C.Istomina - Đất không đồng nhất, không phân lớp có: d 60 > 20 d 10 - I > 5; - Tån t¹i miỊn x¶ Ith = (∆ - 1)(1- n) + 0,5n ; - Tồn miền xả 2.3 Theo L.I.Kazlova: L.I.Kazlova: - Tầng đất không đồng - V > Vth: Vth = 0,26d 60 (1 + 1000 - Tån t¹i miỊn x¶ d 260 (cm/s) ) D 260 Biệ Biện phá pháp xử lý - Đối với đất: Các biện pháp nhằm tăng độ chặt, mức độ liên kết đất( Đầm lèn, xi măng, silicát, ) - Đối với nớc: Các biện pháp nhằm giảm thiểu, triệt tiêu áp lực thuỷ động dòng thấm - Các biện pháp nhằm triệt tiêu miền xả 22 Chơ ng X : Các hiệ Chơng tợng ợng quá trì trình địa chất nội ngoạ ngoại động lực khác Chơ ng X : Các hiệ Chơng tợng ợng quá trì trình địa chất nội ngoạ ngoại động lực khác I Quá trình phong hóa 3- Sản phẩ phẩm phong hoá hoá 1- Khá Khái niệ niệm: tích): 3.1 Eluvi (tàn tích ): Là sản phẩm trình phong hoá Là trình biến đổi, phá huỷ đất đá dới tác dụng nhân tố lý học, hoá học, sinh học 2- Các dạng phong hoá hoá: phụ thuộc vào nhân tố gây nên phong hoá sản - Cấu tạo vỏ phong hoá: + Đới thổ nhỡng ; phẩm phong hoá chia ra: + Đới vỡ mịn ; hoá lý:: tác động to, P vào đất đá 2.1 Phong ho vật lý + Đới vỡ nhỏ ; hoá ho¸ 2.2 Phong ho ¸ ho ¸ häc: t¸c động trình hoá học - Hoà tan: CaCO3 + H2O + CO2 ⇔ Ca(HCO3)2 (1) + §íi nguyên khối ; - Thuỷ hoá: CaSO4 + 2H2O CaSO4.2H2O (2) + Đới nguyên thể - Ô xy hoá: FeS2 + O2 + H2O → FeSO4 + H2SO4 (3) FeSO4 Fe2(SO4)3 Fe2O3.nH2O (4) Hình 10.1 - Sơ đồ cấu tạo vỏ phong hoá 1- Vỏ phong hoá với mức độ phong hoá khác theo chiều sâu 2- Đá gốc cha bị phong hoá - Thuỷ ph©n: K2O Al2O3.6SiO2 + H2O + CO2 → SiO2.nH2O + K2CO3 + Al2O3.2SiO2.2H2O (5) ho¸ 2.3 Phong ho ¸ sinh học: tác động thực vật, động vật, vi sinh Chơ ng X : Các hiệ Chơng tợng ợng quá trì trình địa chất nội ngoạ ngoại động lực khác 3.3 Ch Chỉỉ ti tiê tr ng:: 3.3 đặc tr ng Hệ số phong ho¸: Kp = ρp ρ o2 ho¸ 3.2 Vá phong ho á: Tàn tích phủ bề mặt đá gốc bị phong hoá Chơ ng X : Các hiệ Chơng tợng ợng quá trì trình địa chất nội ngoạ ngoại động lực khác II Hiện tợng trợt 100% - Phân loại đất đá theo mức độ phong hoá: Bảng 10.1 - Phân loại đá theo mức độ phong hoá 1- Khá Khái niệ niệm: Là tợng chuyển dời đất đá xuống phía dới sờn, mái dốc dới tác dụng trọng lực thân nớc dới đất Các dạng trợ trợt ợt: 4- Biệ Biện phá pháp phò phòng chố chống - Cách ly đất đá khỏi nhân tố gây phong hoá (phủ đất đá vật liệu sét, bitum, bê tông) - Gia cố đất đá vật liệu khác (phụt silicat, bitum, sét) - Vô hiệu hoá nhân tố nớc mặt, nớc dới đất gây nên phong hoá công trình thoát nớc Chơ ng X : Các hiệ Chơng tợng ợng quá trì trình địa chất nội ngoạ ngoại động lực khác 3- Sự ổn định sờn, ờn, mái dốc Hệ ờn,, mái dốc 3.1 H ệ số ổn định sờn Chơ ng X : Các hiệ Chơng tợng ợng quá trì trình địa chất nội ngoạ ngoại động lực khác - Phơng trình cân tới hạn: + Đối với phân tố trợt: S = T S = Psin α Trong ®ã ⇒ (6) → T = N tgϕ ϕ +C = Pcosα α.tgϕ ϕ+C (8) Psin α = Pcosα α.tgϕ ϕ+C (9) + §èi víi khối trợt: S = T Psin = ∑Pcosα α.tgϕ ϕ + CF Hay: - HÖ sè định: Hình.10.3 - Sơ đồ khối trợt Hình.10.4- Sơ đồ phân bố lực 1- Khối trợt; 2- vị trí sờn dốc lúc phân tố trợt cha xẩy trợt; 3- mặt trợt ABCD; 4- đất đá gốc (6) (7) η= ∑ T = ∑ Pcos α tg ϕ + CF ∑ Psin α ∑S η=1 → s−ên, m¸i dốc trạng thái cân bằng; >1 sờn, mái dốc trạng thái ổn định; 150 50 150 < 50 Chặt Chặt vừa Xốp vừa Hạt thô > 120 40 – 120 < 40 ChỈt ChỈt võa Xèp rời Hạt mịn ẩm > 100 30 100 < 30 Chặt Chặt vừa Xốp rời Hạt mịn no n−íc > 70 20 – 70 < 20 ChỈt ChỈt võa Xèp rêi + Gãc ma s¸t trong, ϕ cđa cát ; + Modun biến dạng, E đất cát, sét Bảng 11.3- Độ sệt đất loại sét theo qc Giá trị sức kháng xuyên qc (KG/cm2) ộ sệt > 50 30 – 50 10 – 30 < 10 Cøng Nưa cøng DỴo cøng DỴo mỊm – dỴo chảy Chơ ng Xi : công tác khả Chơng khảo sát ĐCCT Bảng 11.5- Góc ma sát cát xác định theo qc qc (KG/cm2) Góc ứng với độ sâu xuyên (m) l 5 10 28 27 26 20 30 29 28 40 32 21 30 70 34 33 32 120 36 35 34 200 38 37 36 300 40 39 38 Ch−¬ ng Xi : công tác khả Chơng khảo sát ĐCCT Chơ ng Xi : công tác khả Chơng khảo sát ĐCCT Bảng 11.6- Mô đun biến dạng, E cát xác định theo qc Loại móng Cát cố kết thông thờng Cát cố kết Móng hình vuông E = 2,5 qc E = qc Móng băng hình chữ nhật E = 3,5 qc E = qc Ch−¬ ng Xi : công tác khả Chơng khảo sát ĐCCT nghiệ xuyê 7.3 Thí nghi ệm xuy ên động 7.3.4 Diễn dịch ứng dụng kết thí nghiệm xuyên SPT 7.3.1 Mục đích thí nghiệm: - Hiệu chỉnh N: Số lần búa đóng tiêu chuẩn, N phụ thuộc vào điều kiện thí nghiệm đợc hiệu chỉnh, ví dụ đóng dới mực nớc ngầm: Để xác định phản lực đất vào đầu mũi xuyên động xuyên vào đất 7.3.2-Thiết bị xuyên động: Có nhiều loại khác Thờng sử dụng thiết bị xuyên tiêu chuẩn (thiết bị SPT-The Standard Penetration Test) - Sơ đồ nguyên lý thiết bị SPT: 7.3.3 Quy trình thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) - Đợc thực hố khoan đến độ sâu cần thí nghiệm Nh = 15 +(N-15)/2 - Dựa vào kết thí nghiệm, Nh (N), công thức thực nghiệm, bảng tiên định để xác định: + Độ chặt tơng đối, D góc ma sát trong, đất hạt rời; + Độ sệt đất mềm dính ; + Modun biến dạng đất ; + Đánh giá sức chịu tải cho phép đất đá - hiệp xuyên vào đất đá 45 cm + 15 cm đầu để định vị mũi xuyên; + 30 cm xác định số lần búa đóng tiêu chuẩn, N (Sức kháng xuyên tiêu chuẩn) 29 Chơ ng Xi : công tác khả Chơng khảo sát ĐCCT Chơ ng Xi : công tác khả Chơng khảo sát ĐCCT Phụ lục Diễn dịch kết xuyên SPT theo TCXDVN 226-1999 Phụ lục Diễn dịch kết xuyên SPT theo TCXDVN 226-1999 Công thức thực nghiệm xác định modun biến dạng E: E= α + γ (N+6) Trong ®ã : α- HÖ sè thùc nghiÖm: α=0 N80 40-45 Rất chặt Chơ ng Xi : công tác khả Chơng khảo sát ĐCCT ộ sệt ộ bền nén nở hông, KG/cm2 30 Cøng >4,0 Ch−¬ ng Xi : công tác khả Chơng khảo sát ĐCCT nghiệ hiệ tr− êng 7.4 ThÝ nghi Ưm nÐn tÜnh b»ng b¸n nén hi ện tr ờng 7.4.4 Diễn dịch øng dơng kÕt qu¶ thÝ nghiƯm nÐn tÜnh 7.4.1 Mơc đích thí nghiệm : Để xác định đặc tính biến dạng khả chịu tải đất dới tác dụng tải trọng 7.4.2 Thiết bị thí nghiệm Sơ đồ nguyên lý: - Bàn nén kim loại : Hình tròn vuông, F=600-5000cm2 (1); - Kích thuỷ lực (2): - Dầm, neo định vị (3,4) - Lập bảng kết thí nghiệm - Lập biểu đồ S = f(P) E = (1 - µ2).εε.d (∆P/∆S) - Tính: + d: Đờng kính(cạnh) bàn nén; + : Hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào dạng bàn nén, = 0,79 + P = Pc- P1; + S =Sc- S1; Pc ,Sc: Xác định theo cách: + Lấy đờng thẳng trung bình biểu đồ S = f(P); + Lấy theo giá trị Pi-1 ,Si-1 với i tho m n ®iỊu kiƯn: i ≥ 2; 2∆ ∆Si-1 ≤ ∆Si ≤ ∆Si + Ch−¬ ng Xi : công tác khả Chơng khảo sát ĐCCT Chơ ng Xi : công tác khả Chơng khảo sát ĐCCT nghiệ 7.4 Thí nghi ệm cắt cánh (VST) 7.4.1 Nguyờn lý thí nghiệm * Cắm vào đất cánh chữ thập thép Xoay tròn cánh quanh trục để đất bị cắt khỏi phần lại theo mặt trụ tròn mà đường sinh cạnh biên cánh Đo giá trị mômen lớn làm đất chuẩn bị cắt đo giá trị mômen trụ đất thực bị cắt - Độ bền cắt đất trường hợp độ bền cắt khơng nước cu 7.4.2 Trình tự thí nghiệm - Tạo lỗ đến độ sâu cần TN - Ấn thẳng mũi dẫn hướng để kiểm tra dị vật - Đưa mũi dẫn hướng lên, tháo ra, lắp cánh cắt vào Cần xoắn - Đưa cánh cắt đến độ sâu cần TN, quay tay quay với tốc độ 12độ/phút để làm xoay cánh cắt đến mẫu bị cắt, đọc Mmax - Lặp lại TN tương tự độ sâu khác h = 2d 7.4.3 Kết thí nghiệm cu = k.Mmax + k: hệ số loại cánh cắt + Sức kháng mặt bên đất dính thờng đợc lấy 1/2 cu + Søc kh¸ng mòi cäc lÊy b»ng 9cu 30 Chơ ng Xi : công tác khả Chơng khảo sát ĐCCT 8- Công tác quan trắ trắc th thờng xuyê xuyên 9- Công tác thí nghiệ nghiệm phò phòng 1010- Công tác chỉnh lý, lý, thành lập báo cáo khả khảo sát địa chất công tr× tr×nh 31