Bài giảng Địa chất công trình - Chương 3: Các hiện tượng địa chất nội sinh cung cấp cho người học những kiến thức như: Cấu trúc địa chất; Nguyên nhân động đất; Độ mạnh động đất và các yếu tố ảnh hưởng; Dự báo động đất; Các biện pháp phòng chống khi XDCT
9/15/2015 Chương CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤT NỘI SINH Nội dung: Kiến tạo Cấu trúc địa chất 1 Chuyển động thăng trầm: chuyển động nâng lên hạ xuống vỏ trái đất, thường xảy phạm vi rộng lớn (lục địa hay phần lục địa) Chuyển động uốn nếp: hình thành tác dụng lực kéo nén kiến tạo (theo chiều tiếp tuyến với mặt đất), đất đá bị biến dạng từ nằm ngang sang nằm nghiêng bị uốn cong mà giữ tính liên tục (do tốc độ tác dụng chậm, điều kiện nhiệt độ, áp suất cao) Chuyển động nứt gãy: lực kiến tạo gây ứng suất vượt độ bền đất đá làm cho tầng đá bị nứt nẻ, chuyển dịch tính liờn tc Ô3.1 KIN TO V CU TRC A CHT KIẾN TẠO Chuyển động kiến tạo vận động vỏ trái đất sinh nội lực Chuyển động kiến tạo làm đất đá bị thay đổi kiến trúc, cấu tạo nằm đồng thời tạo dạng địa hình tương phản 9/15/2015 Lục địa trôi dạt Chuyển động vỏ đất qua thời kỳ Dòng đối lưu mantle gây chuyển động kiến tạo Chuyển động ngang mảng lục địa gây chuyển động thăng trầm biên hội tụ Dãy Himalaya tiếp tục nâng cao (điểm so sánh ký hiệu ô vuông) Hai mảng lục địa đối đầu đội gây chuyển động thăng trầm Hai mảng đối đầu trực diện bị đẩy ngang magma gây chuyển động uốn nếp Chuyển động uốn nếp, khối magma lên, đẩy hai mảng vỏ đất xa nhau, tạo ứng suất tác dụng lên đất đá theo phương ngang làm cho đá bị vò nhàu, uốn nếp 9/15/2015 Hội tụ, tách dãn, chuyển dịch ngang Nếp lồi Phức nếp uốn Các dạng nếp uốn Nếp lõm Lực kiến tạo gây biến vị đất đá Nguyên nhân làm cho lớp đá uốn nếp được: ◦ Xảy độ sâu lớn, áp lực giữ cao, nhiệt độ lớn đá thể tính dẻo ◦ Lực kiến tạo tác dụng chậm lâu dài đá bị biến dạng dẻo 9/15/2015 Các yếu tố hình học nếp uốn Các yếu tố nằm tầng đá Các loại kẽ nứt Đứt gãy thuận Kẽ nứt căng (tension jont) Kẽ nứt cắt (shear join) Kẽ nứt tách ◦ Tách phá (strike joint) ◦ Tách chảy (dip joint) Đứt gãy nghịch Đứt gãy nghịch chờm 9/15/2015 Đứt gãy ngang Địa luỹ, địa hào Đứt gãy - Các yếu tố đặc trưng cho đứt gãy Cấu trúc địa chất S: Cự ly dịch chuyển tương đối H: Cự ly dịch chuyển đứng A: Cánh hạ B: Cánh nâng B N : góc nghiêng mặt trượt A S H Cấu trúc địa chất khu vực phân bố thành phần cấu trúc theo quan hệ địa chất chặt chẽ mặt địa tầng, thạch học, kiến tạo - Các thành phần cấu trúc địa chất bao gồm lớp trầm tích, thể xâm nhập xếp theo quan hệ nếp uốn, đơn nghiêng, lớp nằm ngang đứt gãy kiến tạo - Cấu trúc địa chất thể cụ thể thông qua mặt cắt địa chất -Thông tin cấu trúc địa chất vùng sở để thiết kế, xây dựng cơng trình hợp lý vùng - Cấu trúc – tồn nói chung quan hệ bên thành phần tạo nên chỉnh thể (từ điển tiếng Việt Viện NNH) • Cấu trúc địa chất khu vực - đặc điểm phân bố phát triển địa chất chung khu vực bao gồm đặc điểm địa tầng, thạch học, kiến trúc, khống sản vấn đề có liên quan với địa chất (từ điển địa chất-NXB KH KT) • N: Cự ly dịch chuyển ngang Các yêu cầu cần học Chuyển động kiến tạo gì, kiến tạo mảng chuyển động kiến tạo thứ sinh (chuyển động thăng trầm, uốn nếp, đứt gãy)? Vì đá cứng, giịn mà uốn nếp được? Cấu trúc địa chất vùng thơng tin dùng để làm gì? 9/15/2015 Nội dung: Nguyên nhân động đất Độ mạnh động đất yếu tố ảnh hưởng Dự báo động đất Các biện pháp phòng chống XDCT ¤3.2 ĐỘNG ĐẤT Earthquake in Japan 2011 Nguyên nhân động đất Động đất chấn động vỏ đất, gây số nguyên nhân: Động đất chuyển động kiến tạo: mảng dịch chuyển đụng vào giải phóng lượng động đất Đặc điểm: phổ biến, cường độ mạnh, quy mô lớn Động đất núi lửa: magma, hơi, khí lên, bị tắc lại, có xu hướng giải phóng nổ động đất Đặc điểm: cường độ phạm vi ảnh hưởng không lớn, xảy không nhiều Động đất đất sụt: sụt khối đất hang động, hầm mỏ Đặc điểm: Cường độ nhỏ, ảnh hưởng hẹp Động hoạt động người: nổ bom, mìn, hồ chứa Hậu động đất a Tác động trực tiếp làm sập cơng trình gây chết người b Làm hỏng hệ thống đường ống, chập điện gây cháy c Gây trượt đất lún mặt đất; d Gây hoá lỏng cát làm khả chịu tải; e Gây sóng hồ chứa làm vỡ đập; f Gây sóng thần biển khơi Do chuyển động kiến tạo Chấn tâm chấn tiêu động đất Chấn tiêu thường cách mặt đất < 20km Đứt gãy thường 1- 10km Làm sập cơng trình: San Francisco 1906, CA 7.8 M, 1500 Deaths 9/15/2015 Làm sập cơng trình: Japan 2011, 12.000 người chết Trượt lở động đất Sự hình thành sóng thần Nứt, lún mặt đất Sóng thần: The tsunami caused by the December 26, 2004 Ao Nang, Thailand Tsunami! 9/15/2015 Các yếu tố động đất Tâm động đất (chấn tiêu): nơi phát sinh động đất, lòng đất Tâm (chấn tâm): vùng mặt đất gần chấn tiêu Tia địa chấn: tia lan truyền sóng từ tâm xung quanh Cường độ động đất: phản ánh lượng giải Các mơ hình dao động sóng Các loại sóng động đất ◦ Sóng dọc (P-wave) ◦ Sóng ngang (S-wave) ◦ Sóng thứ sinh – sóng bề mặt Sự phân bố động đất giới Earthquakes generate several kinds of seismic waves including P, for "Primary" and S, for "Secondary" waves P Waves (sóng dọc) The P waves move in a compressional motion similar to the motion of a slinky, while the S waves move in a shear motion perpendicular to the direction the wave is travelling S Waves (sóng ngang) Độ mạnh động đất yếu tố ảnh hưởng Độ mạnh trận động đất đánh giá thành phần: ◦ Cường độ lượng giải phóng chấn tâm (magnitude) Theo Richter Beno Gutenberg: Log E = 11.8 + 1.5 M ◦ Mức độ phá hoại mặt đất (intensity) ◦ Ở Việt Nam trước magnitude đánh giá gián tiếp thông qua khái niệm “độ mạnh bản” độ mạnh đánh giá theo phá hoại mặt đất gọi độ mạnh thực tế ◦ Thang Richter Dựa vào biên độ giao động sóng động đất đo địa chấn ký M = lgA(mm) + (khoảng cách hiệu chỉnh đến chấn tiêu) Thang Richter khơng có giới hạn ◦ Thang MSK64 Do Međvedev; Sponheir; Karnik đề xuất Chia làm 12 cấp dựa vào thống kê phá hoại mặt đất (xem giáo trình) ◦ Thang MCS Do Mercalli; Cancani; Sieberg đề xuất Chia làm 12 cấp dựa vào thống kê phá hoại mặt đất 9/15/2015 Modified Mercalli Scale Các yếu tố ảnh hưởng tới độ mạnh động đất ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ Chiều dài đứt gãy; Biên độ dịch chuyển; Thời gian kéo dài động đất; Khoảng cách tới tâm động đất… Địa hình địa mạo; Chiều sâu mực nước ngầm; Quy mô, đặc điểm cơng trình Thang Richter Độ mạnh Richter 8.1 980 cm/s2 XII Các nhà địa chấn nghiên cứu quan hệ định lượng cấp động đất tham số vật lý đặc trưng cho dao động nền: gia tốc (a), vận tốc (v) biên độ (A) cho kết đây: Mức 1: Không cảm nhận rung động Mức 2: Có thể cảm nhận nằm nghỉ nhà cao tầng Mức 3: Hồn tồn cảm nhận nhà Mức 4: Đồ vật nhà bị rung động, người ngủ giật tính giấc Mức 5: Rung động có đồn tàu chạy qua gần nhà, bát đĩa bị vỡ Mức 6: Mọi người hoảng sợ chạy khỏi nhà, cửa kính, bát đĩa rơi vỡ, Mức 7: Đồ đạc đổ vỡ, nhà kiên cố hư hỏng nhẹ Nhà tạm hư hỏng nặng Mức 8: Nhà kiên cố đổ vỡ phần, nhà kém, ống khói, tượng đài đổ Mức 9: Các cơng trình lớn bị hư hỏng, xơ lệch khỏi móng, nhiều nhà bị sập đổ Mức 10: Phần lớn nhà bị phá hủy móng, đường ray hỏng Mức 11: Hầu hết cơng trình bị hư hỏng, cầu sập, đường ray hỏng Mức 12: Mọi thứ bị phá hủy, mặt đất gợn sóng Tần suất động đất: số lần động đất xảy đơn vị thời gian Tần suất thể tính chu kỳ, mức độ lặp lại động đất Thời gian chấn động: khoảng thời gian kéo dài đợt chấn động 9/15/2015 Chu kỳ động đất Sumatra Địa chấn ký đo độ mạnh Địa chấn ký đo độ mạnh Toán đồ xác định M The diagram below demonstrates how to use Richter's original method to measure a seismogram for a magnitude estimate in Southern California: Dự báo động đất Các dấu hiệu dự báo động đất: Tỷ số sóng P (sóng dọc) sóng S (sóng ngang) (đo máy địa chấn); Sự thay đổi hình thái vỏ trái đất gần khu vực đứt gãy hoạt động; Trong nước đất xuất khí trơ, lưu huỳnh; Số liệu phân tích đứt gãy sinh chấn Hành vi bất bình thường động vật Các biện pháp phịng chống XDCT Chọn vị trí xây dựng: vùng có địa hình phẳng, bị chia cắt, cấu tạo địa chất đơn giản, xa đới phá hủy kiến tạo, mực nước đất sâu, móng cơng trình nên đặt đá gốc… Chọn loại vật liệu: nhẹ, dễ đàn hồi, có tần số dao động khác với tần số dao động động đất… Chọn kết cấu cơng trình: chắn, đối xứng, trọng tâm thấp Tính tốn thiết kế có xét đến lực động đất 10 9/15/2015 Sóng địa chấn (sóng ngang) khơng truyền chất lỏng, tạo nên vùng tối mà nhờ xác định kích thước trạng thái vật chất lỏng nhân đất Vùng tối sóng dọc khúc xạ nhờ xác định kích thước nhân đất Yêu cầu học - - - Nguyên nhân gây động đất giải thích tác động nguyên nhân, độ lớn (quy mô) trận động đất nguyên nhân gây Các loại sóng động đất, ý nghĩa việc nghiên cứu, đo ghi loại sóng Phân biệt “độ mạnh động đất” đánh giá theo lượng giải phóng tâm theo mức độ phá hoại mặt đất Dấu hiệu dự báo động đất giải pháp phòng chống động đất 11