Bài giảng Địa chất công trình - Chương 2: Các hiện tượng địa chất ngoại sinh

Bài giảng Địa chất công trình - Chương 2: Các hiện tượng địa chất ngoại sinh cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái niệm phong hóa; Các hình thức phong hoá đá; Tầng tàn tích và các đặc trưng địa chất công trình của nó; Các vấn đề cần điều tra và biện pháp xử lý tầng phong hóa trong xây dựng. Mời các bạn cùng tham khảo!

9/15/2015 Chương CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤT NGOẠI SINH ¤2.1 PHONG HĨA Nội dung: Khái niệm phong hóa Các hình thức phong hố đá Tầng tàn tích đặc trưng địa chất cơng trình Các vấn đề cần điều tra biện pháp xử lý tầng phong hóa xây dựng Phong hóa – Khái niệm Phong hóa q trình biến đổi đất đá phá hủy học, biến đổi hoá học hoạt động sinh vật Xảy phần vỏ trái đất tác nhân bên ngồi (khí quyển, thủy sinh quyển) làm đất đá thay đổi thành phần, cấu trúc trạng thái, suy giảm tính chất xây dựng Các hình thức phong hố đá hình thức phong hoá: a Phong hoá vật lý b.Phong hoá hoá học c Phong hoá sinh học 9/15/2015 a Phong hóa vật lý Làm vỡ vụn đá mà khơng thay đổi thành phần Nguyên nhân: Do ứng suất nhiệt (dao động nhiệt độ) Do đóng băng nước kẽ nứt, lực kết tinh muối Do dỡ tải làm đá bị tróc vỡ Do tác dụng thuỷ lực sóng vỗ Photo: Marli Miller, University of Oregion Earth Science World Image Bank, photo hhrhuz, http://www.earthscienceworld.org/ Nứt vỡ nhiệt Do giảm tải Do nước đóng băng kẽ nứt Do dỡ tải 9/15/2015 b Phong hóa hố học • Làm biến đổi thành phần đá • Tác nhân: Nước chất hồ tan • Các q trình hố học biến đổi đá: – – – – Hồ tan Oxy hố Thuỷ phân Thuỷ hố Phong hố hồ tan Tác dụng hịa tan Nước có tính xâm thực: CO2, axit hịa tan (rửa trơi) khống vật dễ tan CaCO  H O  CO  Ca (HCO3 ) Tác dụng xy hóa Phản ứng xy hóa làm thay đổi thành phần hóa học nhiều loại khống vật tạo thành ơxit FeS2  nO  nH O  H 2SO  FeSO Pyrit FeSO  Fe SO 3  Fe O nH O Limonit 2 3Fe SiO3  O2  Fe3O4  3SiO2 Pyroxen Kết q trình ơxy hố đá bazan Kết vón xít sắt magnetit Thạch anh Tác dụng thủy phân Khoáng vật (lớp silicat, alumosilicat) tác dụng phân giải nước  thành khoáng vật KAlSi3O8   CO  nH O  Al4 OH 8 Si O10   SiO nH O  K 2CO Octocla (feldpar) Kaolinit Opan cường độ thấp hơn, ổn định với phong hóa 9/15/2015 Do tác dụng thuỷ phân Tác dụng thủy hóa Khống vật hấp thụ nước  khống vật Silicate minerals weather by hydrolysis to form CLAY CaSO  2H O  CaSO 2H O Anhydrit (thạch cao khan) c Phong hoá sinh vật thạch cao Địa y gây phá huỷ hố học • Do động, thực vật gây phá huỷ đá – Rễ gây phá huỷ học – Thực vật sống (địa y) xác động, thực vật gây phá huỷ hố học đá Phong hóa vật lý Do sinh vật Phong hóa hóa học Rễ phá huỷ học Phong hóa sinh học 9/15/2015 .thúc đẩy phong hố hố học Phong hóa vật lý làm vỡ vụn đá, tăng diện tiếp xúc đá với tác nhân mơi trường Tầng tàn tích đặc trưng địa chất cơng trình • Tầng tàn tích sản phẩm q trình phong hóa nằm chỗ mặt đá gốc • Đặc điểm: mức độ phong hóa giảm theo chiều sâu, phân thành đới có tính chất khác Càng xuống sâu thành phần, tính chất gần với đá gốc Các đới mặt cắt phong hoá đầy đủ Đá magma Đá trầm tích Đới thổ nhưỡng Đới vỡ mịn Đới vỡ nhỡ Đới dạng khối Đới nguyên thể Tham khảo 9/15/2015 Tham khảo Tầng tàn tích cát kết Soil Soil Soil Iron-rich basalt Phong hố hố học hồ tan Các vấn đề cần điều tra biện pháp xử lý tầng phong hóa xây dựng Những vấn đề cần điều tra • Mức độ phong hóa (bề dày, tính chất xây dựng đới) • Tốc độ phong hóa • Hình thức phong hóa, tác nhân gây phong hóa u cầu học • Phong hố, hình thức phong hố chất q trình phong hố • Tầng tàn tích, phân biệt với tầng trầm tích sườn tích • Các vấn đề cần điều tra nghiên cứu phong hoá hiểu rõ biện pháp xử lý tầng đá phong hoá xây dựng để ứng dụng sau • Liên hệ với đá biến chất magma để phân biệt hai q trình phong hố đá biến chất đá Đá vơi Phong hố hố học xy hố Phong hố hố học Do thuỷ hoá Đá granite giàu felpar Các biện pháp xử lý tầng phong hóa • Chọn địa điểm xây dựng hợp lý • Bóc bỏ tồn phần tầng phong hóa • Làm hệ thống nước hạn chế xâm nhập nước vào đá • Che phủ bảo vệ đá khỏi tác nhân phong hóa • Cải tạo tầng phong hóa biện pháp phun xi măng, phun dung dịch sét… • Chọn giải pháp cơng trình hợp lý Nhìn ảnh cho biết theo điều kiện hình thành loại đá gì? Thế nằm nói chung loại đá cụ thể ảnh dạng số dng ú? (http://www.geocaching.com/seek/cache_details.aspx?guid=81b5daee-9f46-4f87-94503c7a0507dc11) 9/15/2015 Ô2.2 TRT MI DC Ni dung: Định nghĩa khái niệm Các nguyên nhân gây trượt lở Các yếu tố ảnh hưởng trượt lở Phân loại trượt lở mái dốc Các giải pháp phòng chống Trượt đất McClure Pass, Nam Aspen, Colorado Trượt hồ chứa Vaijont Italia Trượt đất Mameyes 1985, Puerto Rico Định nghĩa khái niệm Trượt đất đá dịch chuyển bề mặt hay gần bề mặt khối đất đá ảnh hưởng trọng lực (từ cao xuống thấp), áp lực thuỷ động, lực địa chấn số lực khác, quy mô khác nhau: quy mơ nhỏ khối trượt lở vài m3 quy mô lớn khối trượt đến hàng nghìn m3 đất đá Các khái niệm:  Khối đất trượt; trượt  Mặt trượt, vách trượt  Khe nứt đổ rời  Đỉnh trượt, chân trượt  Sống đất trượt 9/15/2015 Trượt lở xảy mái dốc tự nhiên nhân tạo Trượt lở xảy tất loại đất đá, chí đá cứng hội đủ điều kiện Quy mơ khối trượt từ nhỏ đến cực lớn Tốc độ dịch chuyển từ từ đạt đến 300 m/s (Madison Canyon) 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 mái dốc: – Xây dựng, đổ thải mái dốc • Do chấn động: – Động đất, nổ mìn • Do thay đổi tính chất đất đá: – Phong hoá, tẩm ướt – Áp lực thuỷ tĩnh thuỷ động Do đào cắt xén chân dốc Bài tốn phân tích ổn định mái dốc; Các phần mềm Geoslope, Plaxis FS  f  N  cL D Nguyên nhân gây trượt 9/15/2015 Do xói mịn chân dốc Do xói mịn chân dốc Nguyên nhân gây trượt Mái dốc đào cắt Mái dốc tự nhiên Mưa lớn Bờ dốc đắp Ảnh hưởng nước đất bên mái dốc Động đất 9/15/2015 Do cấu trúc địa chất bất lợi Do nằm đất đá bất lợi Núi lửa Động đất 58 Các yếu tố ảnh hưởng trượt lở Vai trị dốc địa hình • Địa hình địa mạo (cổ, trẻ) • Cấu trúc địa chất (thế nằm đá) • Khí hậu (cường độ mưa, thời gian mưa liên tục) • Thực vật -Dốc nghiêng lớn ảnh hưởng độ lớn lực trượt mặt dốc -Q trình tăng góc mặt trượt dẫn đến động lực tăng Devil's Slide dốc lớn dọc theo đường bờ biển San Mateo Country 10 9/15/2015 Tác dụng xói mịn đất tạo mương xói Tác hại giải pháp chống xói mịn Tác hại xói mịn: Tạo phân cắt địa hình Làm lớp đất thổ nhưỡng mặt Gây phá hoại cơng trình Giảm dung tích chứa nước ao, hồ Cắt qua, làm ảnh hưởng nguồn nước đất • Các giải pháp: – Trồng để cải tạo đất – Làm ruộng bậc thang – Xây dựng cơng trình góp nước, giữ nước điều tiết nước – Gia cố chỗ bị rửa xói nhiều cách lấp rãnh xói, đồng thời xây lát đá, củng cố chúng rọ đá, bê tông, hàng cọc, trồng cỏ bảo vệ… III Các giải pháp chống xói mịn III Các giải pháp chống xói mũn 26 9/15/2015 TrƯờng đhtl Bộ môn địa kỹ thuật ¤2.5 HOẠT ĐỘNG ĐỊA CHẤT CỦA SƠNG KiĨm tra Mơn học: Địa chất cơng trình 05-14 Câu 1: Khi có mạch đá magma xâm nhập vào tầng đá vôi uốn nếp Nếu biết tuổi tầng đá vôi, xác định tuổi đá magma, đá biến chất bao quanh mạch magma thời gian tầng đá bị uốn nếp? Câu 2: Phân biệt đất sườn tích, trầm tích tàn tích? Ảnh hưởng điều kiện hình thành đến đặc trưng lý chúng? Câu 3: Giải thích ảnh hưởng điều kiện hình thành đến kiến trúc, cấu tạo nằm đá magma? Nội dung Khái niệm Hoạt động xâm thực sông Hoạt động vận chuyển sông Hoạt động tích tụ sơng Cấu tạo lũng sơng loại trầm tích sơng Ảnh hưởng giải pháp xây dựng cơng trình 2/ Hoạt động xâm thực a Xâm thực đứng: – Đào phá theo phương thẳng đứng, có xu làm địa hình đáy sơng, đào sâu từ hạ nguồn thượng nguồn – Thường xảy vùng địa hình cao, độ dốc đáy sông lớn – Hậu quả: tạo thác, ghềnh, tượng cướp dòng 1/ Khái niệm Dòng thường xun (sơng) dịng nước tập trung tạo thành dịng chảy thường xun, quanh năm Nguồn cung cấp • Nước mưa • Nước đất Các tác dụng • Phá hủy đất đá (xâm thực) • Vận chuyển vật liệu • Lắng đọng vật liệu (tích tụ) Sơ đồ xâm thực nguồn sông 27 9/15/2015 Gốc xâm thực Gốc xâm thực (Base level): Là giới hạn xâm thực đứng sông Sự thay đổi gốc xâm thực dẫn tới thay hoạt động xâm thực bị ảnh hưởng Xâm thực đứng Xâm thực đứng tạo thác Xâm thực đứng Quá trình nâng kiến tạo (uplift)  thay đổi gốc xâm thực (base level) Xâm thực đứng tạo ghềnh Hiện tượng cướp dòng 28 9/15/2015 Sơ đồ xâm thực nguồn sông b Xâm thực ngang: – Đào phá theo phương ngang, mở rộng lòng sơng – Thường xảy vùng địa hình thấp, phần hạ lưu sơng – Hậu quả: lịng sơng mở rộng, sông uốn khúc quanh co, tạo hồ ách trâu, gây sạt lở bờ sơng Xâm thực ngang Q trình uốn khúc 29 9/15/2015 Quá trình tạo hồ ách trâu Xâm thực ngang Bồi tụ Dòng chảy 3/ Hoạt động vận chuyển  Vật liệu phá hủy dịng sơng mang dạng:  Hòa tan  Lơ lửng  Kéo lê  Khả vận chuyển phụ thuộc  Địa hình lịng sơng  Động dịng chảy  Kích thước, khối lượng hạt vật liệu Hoạt động vận chuyển 4/ Hoạt động tích tụ • Vật liệu phá hủy tích tụ, hình thành bồi tích sơng • Đặc điểm: – Tn theo quy luật tuyển lựa – Có tính phân lớp – Quy luật trầm đọng phức tạp 30 9/15/2015 Bãi bồi Sự hình thành dải đất bồi tự nhiên Trầm tích bãi bồi Trầm tích lịng sơng Lịng sơng cổ Q trình xâm thực, tích tụ hỗn hợp Hoạt động tích tụ Dòng chảy thường Lũ: Lưu lượng tăng, xâm thực phát triển Sau lũ; Các bãi bồi hình thành 5/ Cấu tạo lũng sông loại trầm tích sơng Thềm xâm thực Thềm tích tụ Thềm hỗn hợp Thềm II Bãi bồi Thềm I 5.1/ Cấu tạo lũng sơng Lịng sơng: Phần lũng sơng có dịng chảy thường xuyên Bãi bồi: Phần lũng sông bị ngập nước vào mùa lũ Thềm sông Sông 31 9/15/2015 Khái niệm: dải đất nằm ngang gần nằm ngang kéo dài dọc theo sông, không bị ngập mùa lũ Sự hình thành thềm sơng Các loại thềm sơng:  Thềm xâm thực: hình thành q trình xâm thực đá gốc, mặt thềm khơng có vật liệu phủ Thường gặp miền núi  Thềm tích tụ: hình thành trầm đọng vật liệu Thường gặp đồng bằng, trung du  Thềm hỗn hợp: kết trình xâm thực tích tụ, thềm đá gốc, mặt có lớp phủ Thềm sông bồi tụ (bãi bồi cổ) Bãi bồi Doi đất Lịng sơng Sự hình thành thềm sơng Bãi bồi ban đầu Sự hình thành bậc thềm Bãi bồi Thềm Mực nước sông nâng 5.2/ Các loại trầm tích sơng Trầm tích lịng sơng: Các loại vật liệu trầm đọng lịng sơng • Ở miền núi: vật liệu hạt lớn (đá hộc, đá tảng, cuội, sỏi, cát) Đặc điểm: Ít biến dạng, cường độ tương đối cao, tính thấm lớn • Ở vùng trung du đồng bằng: Chủ yếu cát, sét bùn xen kẽ, có cuội, sỏi hạt nhỏ Đặc điểm: Quy luật tuyển lựa thể rõ Thường có dạng phân lớp thấu kính  Các vấn đề: phân bố, cát chảy, xói ngầm, lún khơng 32 9/15/2015 Trầm tích bãi bồi: Các vật liệu sông mang đến, lắng đọng hai bên sơng bị ngập nước mùa lũ Trầm tích hồ ách trâu: Các vật liệu lắng đọng chỗ sơng cong (sơng chết) • • Thường có phần: – Tầng dưới: vật liệu tương đối thô (trầm tích sơng) – Phần dưới: vật liệu thơ (cuội, sỏi, cát) – giống trầm tích lịng sơng – Phần trên: vật liệu mịn (cát hạt mịn, sét pha, sét) • Đặc điểm: thường gặp nước có áp, dễ gặp vấn đề cát chảy, xói ngầm, lún khơng Trầm tích cửa sơng: Các vật liệu sơng mang đến lắng đọng cửa sơng • • Thường có tầng: Thường có tầng: – Tầng trên: thường bùn yếu gồm cát hạt mịn, bùn hữu than bùn • Đặc điểm: tính thấm nước nhỏ, thường bão hòa nước, mềm yếu, biến dạng lớn  vấn đề: ổn định trượt, lún nhiều, lún lâu dài Phân loại lũng sông theo quan điểm ĐCCT Các cách phân loại lũng sông: – Tầng dưới: vật liệu mịn bùn sét  Dạng mặt cắt ngang địa hình, – Tầng giữa: vật liệu hạt vừa (cát pha, sét pha)  Mức độ đồng đất đá, – Tầng trên: vật liệu thô (cát mịn)  Bề dày lớp phủ Đặc điểm: bề dày lớn, phân bố rộng, độ rỗng lớn, chứa muối, xen kẹp sét Các tính chất lý thay đổi theo không gian  vấn đề: ổn định mái hố móng, cát chảy, xói ngầm, lún nhiều, lún lâu dài a Theo hình dạng mặt cắt: – Phân chia thung lũng sơng theo hình dạng mặt cắt Dạng hẻm vực; – Dạng phát triển bên; – Dạng phát triển bên b Theo mức độ đồng đất đá: – Lũng sơng có cấu tạo đồng nhất; – Lũng sơng có cấu tạo khơng đồng Hẻm vực Phát triển bên Phát triển bên c Theo chiều dày lớp vật liệu phủ: – Khi bồi tích sơng 30m 33 9/15/2015 Ý nghĩa việc nghiên cứu lũng sơng xây dựng cơng trình thủy lợi Giúp việc lựa chọn giải pháp công trình khác (Có giải pháp thiết kế thi công phù hợp) b Các giải pháp xây dựng công trình:  Điều chỉnh hướng dịng chảy kè, mỏ hàn…;  Gia cố bờ cơng trình ven bờ ;  Điều tiết dòng chảy hồ chứa… 6/ Ảnh hưởng giải pháp XDCT a Ảnh hưởng: • Gây phân cắt địa hình; • Xói lở bờ làm ảnh hưởng đến cơng 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 Yêu cầu Khái niệm dịng chảy thường xun (sơng) Các hoạt động địa chất sơng (xâm thực, vận chuyển, tích tụ) Ảnh hưởng giải pháp XDCT Cấu tạo lũng sơng loại trầm tích sơng Nội dung: ¤2.6 HOẠT ĐỘNG ĐỊA CHẤT CỦA BIỂN Các hoạt động địa chất biển Hậu Bảo vệ bờ biển 34 9/15/2015 Các hoạt động địa chất biển a Xói lở bờ b Vận chuyển vật liệu c Trầm đọng tích tụ Tác dụng xói Destructive waves are created in storm conditions occur when wave energy is high and the wave has travelled over a long fetch have a stronger backwash than swash tend to erode the coast have a short wave length and are high and steep Tác động tổng hợp dòng sóng, dịng bờ a Tác dụng xói - đắp sóng biển • Sóng biển ln có hai tác dụng: –Tác dụng đắp (constructive waves) xảy sóng vỗ –Tác dụng xói (destructive waves) xảy sóng rút Tác dụng đắp Constructive waves are created in calm weather and are less powerful that destructive waves Break on the shore and deposit material, building up beaches Hậu q trình xói lở bờ 35 9/15/2015 Hậu q trình xói lở bờ b Tác dụng vận chuyển • Xâm thực (xói lở) bờ biển chủ yếu sóng, q trình liên tục diễn cân sóng bờ biển • Các yếu tố ảnh hưởng: – Cường độ hướng sóng; – Dao động thủy triều; – Thành phần, tính chất, nằm đất đá nước biển VD: phá hoại sóng mạnh đường phương tầng đá song song với bờ, hướng dốc đổ vào bờ Tác dụng xâm thực tăng nước biển có khả hịa tan đá… Hậu q trình xói lở bờ • Các tác nhân vận chuyển – Dịng đáy: hình thành nước biển sóng xơ bờ, nước bám theo đáy chảy ngồi bờ – Dịng bờ: dịng chảy song song dọc bờ biển • Nguồn vật liệu: – Từ bờ biển - bị phá hoại sóng (chủ yếu); – Từ đáy biển; Dịng vận chuyển dọc bờ • Vận chuyển zigzag: – Sóng vỗ xiên góc với bờ mang hạt đắp theo hướng xiên góc – Sóng rút mang hạt xa bờ theo hướng vng góc bờ – Tổ hợp liên tục tạo vận chuyển vật liệu dọc bờ 36 9/15/2015 c Tác dụng trầm đọng • Xảy lượng vận chuyển giảm • Quá trình trầm đọng xảy tác dụng đắp sóng vỗ mạnh tác dụng xói sóng rút • Trầm đọng xảy sóng đạt đến: – Vùng nước nông – Vùng nước yên tĩnh vũng vịnh – Khi gió giảm – Khi có nguồn vật liệu cung cấp dồi Hậu a Biến đổi đường bờ b Hình thành bãi biển c Uy hiếp cơng trình ảnh hưởng đến phát triển kinh tế dân sinh vùng ven bờ Các giai đoạn biến đổi đường bờ Phân chia trầm tích biển theo vị trí, điều kiện hình thành: Trầm tích ven bờ: hình thành phạm vi sóng vỗ thủy triều dao động, chủ yếu cuội, cát, sét, thường phân bố hẹp Trầm tích biển nơng: hình thành điều kiện biển tương đối tĩnh, độ sâu từ mực triều