BÀI GIẢNG ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH CHƯƠNG 6 HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤT

Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình CHƯƠNG CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤT HIỆN ĐẠI LIÊN QUAN ĐẾN XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH Chương 6: CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤT 6.1 Hiện tượng động đất:   Hiện tượng địa chất tự nhiên Hiện tượng địa chất cơng trình - Động đất đất sụt  - Động đất núi lửa  - Động đất chuyển động kiến tạo loại động đất phổ biến, có cường độ mạnh phạm vi ảnh hưởng lớn  Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Chương 6: CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤT 6.1 Hiện tượng động đất: Sơ đồ truyền sóng động đất Trung tâm Vật lý địa cầu thuộc Viện khoa học Việt Nam tiến hành vùng có khả xảy động đất mạnh bao gồm: Vùng đông bắc trũng Hà Nội: cấp Vùng sông Hồng, sông Chảy cấp - Vùng sông Đà cấp Vùng sông Mã cấp - Vùng biển Trung Bộ cấp Vùng biển Nam Bộ vùng sông Đồng Nai, sông Cửu Long cấp Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình amax (cm/s2) v (cm/s) Cấp Mơ tả tình trạng động đất Thang độ Richter I -Không cảm nhận II -Cảm thấy nhẹ Từ đến độ Richter III -Động đất yếu IV Động đất nhận rõ: bàn ghế, đồ đạc nhà rung chuyển V -Thức tỉnh: người nhà nhận thấy, người ngủ bị thức giấc, đồ vật bị rung mạnh VI -Kinh hãi: nhiều người nhà tỏ sợ hãi chạy đường Từ đến 3,75 độ Richter 25-50 (v=2,1-4) VII -Hỏng nhà: nhiều nhà bị hư hại, trượt đất sườn dốc, có vết nứt đường Từ 3,75 đến 5,9 độ Richter 50-100 (v=3,1-8) VIII -Nhà bị hư hại nặng Từ 5,9 đến 6,5 độ Richter 100-200 (v=8,1-16) IX -Hư hỏng hoàn toàn nhà cửa, đường sắt bị uốn cong, đất nứt rộng đến 10 cm X -Phá hoại hoàn toàn nhà cửa, đất bị nứt đến vài dm, trượt đất lớn bờ sông XI -Thảm hoạ: hư hại nặng nhà kiên cố, đường, đê Nền đất bị biến dạng to thành vết nứt rộng, đứt gãy… XII -Thay đổi địa hình: hư hại nặng phá huỷ thực cơng trình mặt đất -Đất nứt lớn, bị di động đứng ngang, núi sông sụt lở, xuất hồ, thác,… 12-25 (v=1-2) 200-400 (v=16,1-32) Từ 6,5đến 7,75 độ Richter 400-800 (v=32,1-64) Từ 7,75 đến 8,25 độ Richter Ảnh hưởng gia tốc động đất lên ổn định đất Gia tốc địa chấn a đặc trưng cho lực động đất Đó lượng dịch chuyển bề mặt Trái đất đơn vị thời gian Lượng dịch chuyển đặc trưng cho gia tốc mà hạt đất đá mặt đất đạt tác dụng sóng địa chấn Có thể biểu thị gia tốc địa chấn a qua biên độ dao động A sóng địa chấn chu kỳ dao động T chúng: Trong việc đánh giá hệ số kỹ thuật tải trọng động đất nay, thường sử dụng hai phương pháp Phương pháp thứ vào độ lớn khoảng cách từ chấn tâm để đánh giá khả hoá lỏng đất Tuy nhiên, đa số trường hợp, cường độ động đất vị trí mơ tả gia tốc lớn độ kéo dài chấn động Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Hậu thảm khốc hoá lỏng động đất đất bụi cát tượng ghi nhận từ nhiều trận động đất Việc đánh giá dạng ổn định đất vấn đề quan trọng hàng đầu thiết kế cơng trình vùng động đất Cơ sở xác định hố lỏng đất độ sâu khác quan hệ ứng suất động trung bình (av) với giá trị giới hạn bị hóa lỏng loại đất số chu kỳ tác động định sẵn (N) Hệ số ổn định đặc trưng sau: Điều kiện xảy hoá lỏng đất FL ≥1 Giá trị N xác định thực nghiệm từ thí nghiệm động Phương pháp đánh giá hóa lỏng theo H.B Seed Biểu đồ ứng suất động từ N chu kỳ tác dụng động đất Biểu đồ ứng suất động gây hố lỏng N chu kỳ thí nghiệm phòng Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Sức chịu tải cực hạn điều kiện động Ứng xử đất sét chịu tải động tức thời (Casagrande Shannon thí nghiệm cho đất sét Cambridge cát Manchester ) Modun biến dạng E xác định theo thí nghiệm nén nở hơng modun biến dạng tải tức thời lớn gấp lần so với modun biến dạng với tải tĩnh: Eu(tải tức thời) = Eu(tải tĩnh) Chương 6: CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤT 6.2 Hiện tượng phong hóa: Hiện tượng đất đá bị vỡ vụn, biến đổi thành phần khí tác dụng việc dao động nhiệt độ, nước, chất hòa tan,… gọi tượng phong hóa Các kiểu phong hóa: Phong hóa vật lý; Phong hóa sinh hóa Phân đới thẳng đứng vỏ phong hóa Có thể chia thành đới phong hóa từ xuống: Đới vụn bột, đới hạt mịn Đới vụn nhỏ đới hạt Đới dạng tảng Đới nguyên khối Các đá mẹ đá axit đới phong hóa thay đổi dần dần, đá mẹ đá bazơ khơng thấy chuyển biến mà có thay đổi đột ngột từ đá mẹ cứng sang vỏ phong hóa tươi xốp Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Chương 6: CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤT 6.2 Hiện tượng phong hóa: Ở vùng nóng ẩm nước ta thường xảy q trình laterite hóa Q trình laterite hóa thường xảy nơi có địa hình dốc thoải, khí hậu nóng ẩm, hai mùa mưa, khô Mùa mưa nước thấm qua khe, phá hủy hòa tan alumosilicat tạo nên môi trường kiềm, nguyên tố Na, K, Mg, Ca bị rửa trôi Mùa khô, mao dẫn bốc bề mặt, hydroxyt sắt, nhôm theo nước lên bốc trở thành ôxit tích tụ keo kết Tầng tàn tích có hàm lượng ôxit sắt nhôm tăng lên tạo thành laterite có màu vàng, đỏ nâu đặc trưng HIỆN TƯỢNG ĐẤT CHẢY CÁT ĐỊA CHẢY) Chương 6: CÁC HIỆN(HAY TƯỢNG CHẤT 6.3 Hiện tượng cát chảy (đất chảy): Khi hố móng cơng trình bóc lộ ra, cát hạt mịn, hạt nhỏ, cát chứa bụi nhiều bụi chứa nước tự chảy – tượng cát chảy 7.3.1 Các loại đất chảy Cát chảy xảy áp lực thủy động khi: ith = sub/ w Trong đó: ith – trị số gradient áp lực nước tới hạn Điều kiện dễ xảy cát chảy hạt đồng đều: Để phân tố đất không bị cát chảy: Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình CÁT CHẢY Chương 6: CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤT 6.4 Hiện tượng xói ngầm: Xói ngầm tượng hạt đất đá bị lơi khỏi vị trí ban đầu tác dụng nước thấm; đất đá hình thành khe hổng; xói ngầm phát triển lớn gây sụt lún mặt đất, hư hỏng cơng trình Điều kiện phát sinh 1) Về đất đá: 2) Về nước thấm: Biện pháp xử lý xói ngầm - Điều tiết dòng thấm - Gia cố đất đá - Tạo lớp đất chống xói ngầm Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Chương 6: CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤT 6.5 Hiện tượng cacster Cacstơ tượng nước mặt nước đất hòa tan đất đá tạo nên khe rãnh, hang động ngầm Cơng trình bên hang động bị sụp đổ, nước,… Dùng nước cacstơ cho nhu cầu dân dụng, làm nơi chứa nước, dẫn nước, đơi sử dụng cơng trình ngầm CACSTƠ Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình CACSTƠ CACSTƠ Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Chương 6: CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤT 6.6 Hiện tượng trượt đất đá: Trượt đất đá tượng di chuyển khối đất đá (thường đất loại sét) với đất đá nằm nó, theo mặt trượt sườn dốc Sự di chuyển xảy với tốc độ khác nhau, từ vài mm/ngày đêm đến vài m/giờ, hàng chục m/giờ *Độ ổn định mái dốc cấu tạo đất rời Đối với mái dốc đất rời:  Trang 10 Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Trang 11 Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Trang 12 Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình * Độ ổn định mái dốc cấu tạo đất dính Nếu đất mái dốc đất dính có lực dính c (còn  = 0) mái đến độ sâu đó, thẳng đứng, sâu mái đất có dạng đường cong Chiều cao giới hạn hgh mà tới mái đất giữ thẳng đứng nhờ lực dính *Độ ổn định mái dốc cấu tạo đất có lực dính ma sát: Phương pháp mặt trượt lăng trụ tròn: Hệ số ổn định  tính theo công thức: với Ni = Qi.cos; Ti = Qi.sin Trang 13 Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình N.N Maslov đề nghị : Phương pháp N.N.Maslov Phương pháp chia lát Fellenius Chia lát cho mái dốc HỆ SỐ AN TOÀN Các lực tác động lên lát chia a) Các lực chống trượt lát chia b) Giả thiết Fellenius Trang 14 Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Cơng thức viết lại: b – chiều rộng lát chia;  - góc tạo từ bán kính với trục đứng, điểm mặt đáy lớp chia; W – trọng lượng lát chia Phương pháp chia lát Bishop Bishop tương tự phương pháp Fellenius có xét đến lực tương tác mặt đứng lát chia Với giả thiết Vn – Vn+1 = cho tất lát chia, công thức Bishop đơn giản có dạng: Trang 15 Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Kết tính tốn phần mềm Độ ổn định cơng trình đất có nhiều cách tính khác Trang 16 Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Biện pháp phòng chống trượt a Các biện pháp đề phòng: Cấm khai đào sườn dốc, chân dốc; Hạn chế xây dựng cơng trình nặng bờ dốc; Có biện pháp nước tốt để tránh thấm nước làm tăng khối lượng khối trượt giảm cường độ đất; Giảm độ dốc mái b Các biện pháp chống trượt: Chương 6: CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤT 6.7 Hiện tượng xói mòn: Động sơng tỷ lệ thuận với tích số khối lượng nước m với nửa bình phương tốc độ v dòng chảy, tức là: A A A B A B B B Trang 17 Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Các thung lũng sơng vùng tập trung chủ yếu sống hoạt động người nơi có nhiều cơng trình có thiết kế Q trình xói mòn ảnh hưởng đến độ ổ định cơng trình Chúng biểu tác dụng xói lở xói trơi (phá hoại) bờ lòng sơng – dòng nước sơng gây ra: xói trơi phá hoại sườn dốc, không gian chia nước – dòng nước mưa gây Bãi nơng Các q trình lòng sơng Trang 18 Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Nếu tốc độ có có lớn tốc độ cho phép đất đá xét (vth>vcp) tác dụng xói lở, sụp đổ bờ lòng sơng khơng tránh Bảng: Tốc độ dòng nước cho phép lớn khơng gây tượng rửa xói nhóm đất đá khác Đất đá Cứng Granit, bazan, diorit, quartzit, gneiss đá khối khác Cát kết bền chắc, đá vôi, đá hoa đặc khơng phân lớp Nửa cứng Đá vơi có hang hốc, cát kết chặt sít có phân lớp Đá vơi cát kết lẫn sét, đá macnơ, đá phiến Rời, xốp Tảng lăn đá hộc lớn Tảng lăn đá hộc nhỏ Cuội đá dăm lớn Cuội đá dăm nhỏ Sỏi sạn Cát hạt thô hạt lớn Cát hạt vừa hạt nhỏ Cát hạt mịn Mềm dính Sét sét pha cát cứng Sét sét pha cát nửa cứng Cát pha sét chặt Cát pha sét chặt Tốc độ, m/s 15 4-5 3-4 2-3 4-5 3-4 2-3 1-1,25 0,6-1 0,25-0,6 0,26-0,35 0,2 1,2 0,5 0,6-0,8 0,25-0,35 Trang 19 Bài Giảng Địa Chất Công Trình Bảng: Vận tốc đáy cho phép khơng xói đất rời Trị số vận tốc cho phép khơng xói Loại đất Cỡ hạt Đường kính (mm) Vod (m/s) Cát nhỏ vừa lớn 0,05 – 0,25 0,25 – 1,0 1,0 – 2,5 0,2 0,2 0,2 – 0,25 0,65 0,65 0,65 – 0,70 Sỏi nhỏ vừa lớn 2,5 – 5 – 10 10 – 15 0,25 – 0,35 0,35 – 0,5 0,5 – 0,6 0,70 – 0,85 0,85 – 1,1 1,1 – 1,2 Vận tốc trung bình cho phép khơng xói đất dính Vox Loại đất Sét, pha Trạng thái sét mềm dẻo mềm dẻo cứng Khối lượng thể tích 0,4 (T/m ) 1,2 1,2 – 1,5 1,65 – 2,05 0,35 0,70 1,0 Chiều sâu nước (m) 3 0,40 0,85 1,20 0,45 0,95 1,40 0,50 1,10 1,50 Trang 20 Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình  Cơng trình bảo vệ  Cơng trình bảo vệ Trang 21 Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình  Cơng trình bảo vệ Trang 22 ... cơng trình ngầm CACSTƠ Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình CACSTƠ CACSTƠ Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Chương 6: CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤT 6. 6 Hiện tượng trượt đất đá: Trượt đất đá tượng. .. Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Chương 6: CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤT 6. 2 Hiện tượng phong hóa: Ở vùng nóng ẩm nước ta thường xảy q trình laterite hóa Q trình laterite hóa thường xảy nơi có địa. .. đều: Để phân tố đất không bị cát chảy: Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình CÁT CHẢY Chương 6: CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤT 6. 4 Hiện tượng xói ngầm: Xói ngầm tượng hạt đất đá bị lơi khỏi vị trí ban đầu