CƠ SỞ Lí LUẬN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIấN CỨU
THÀNH PHẦN THẠCH HỌC ĐẶC ĐIỂM PHÂN BỐ
ĐẶC ĐIỂM PHÂN BỐ TRONG KHễNG GIAN CÁC TẦNG CHỨA NƯỚC, CÁCH NƯỚC CÁC HOẠT ĐỘNG KHAI THÁC NƯỚC DƯỚI ĐẤT CÁC HOẠT ĐỘNG XÂY DỰNG CễNG TRèNH
NGUYấN NHÂN HIỆN TƯỢNG LÚN VÀ LÚN - SỤT MẶT ĐẤT CHỈ TIấU CƠ Lí CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA NỀN ĐẤT ĐẶC ĐIỂM TRẦM TÍCH CÁC HIỆN TƯỢNG NỨT CễNG TRèNH XÂY DỰNG, CÁC HỐ SỤT DỰ BÁO VÀ GIẢI PHÁP PHềNG CHỐNG
xõy dựng bị nghiờng, nứt, sự mở rộng của cỏc vết nứt trờn tường nhà, cụng trỡnh xõy dựng và thu thập cỏc thụng tin khỏc như thời gian xõy dựng, kết cấu múng cụng trỡnh, thời gian bắt đầu xảy ra lỳn, nứt và diễn biến của chỳng theo thời gian.
Khảo sỏt thực trạng khai thỏc và sử dụng nước dưới đất, đặc biệt tại những nơi cú tầng đất yếu trong mặt cắt địa chất. Cỏc thụng tin cần điều tra khảo sỏt gồm: địa tầng địa chất, mật độ giếng khoan, chiều sõu giếng khoan, lưu lượng khai thỏc (dự tớnh), đo đạc mực nước trong cỏc giếng đào, giếng khoan. Tất cả cỏc thụng tin trờn đều được tổng hợp và đưa vào phõn tớch để tỡm ra mối liờn quan của chỳng với hiện tượng lỳn và lỳn - sụt mặt đất.
2.2.2. Phương phỏp địa vật lý
Đất đỏ cú tuổi, nguồn gốc và thành phần thạch học, khoỏng vật khỏc nhau, mỗi loại đất đỏ cú điện trở khỏc nhau. Đỏ bị phong húa, trầm tớch bở rời thường cú điện trở suất thấp từ vài Ωm đến một vài trăm Ωm, tựy thuộc vào mức độ chứa sột, lượng nước cú trong chỳng. Ngược lại, đỏ gốc rắn chắc cú điện trở suất cao hơn nhiều so với sản phẩm phong húa của chỳng. Phần trờn của hố lỳn - sụt thường cú điện trở suất lớn hơn so với phần dưới nếu cú nước hoặc bựn sột. Sự khỏc nhau rừ rệt về điện trở suất của đỏ gốc và cỏc lớp trầm tớch phớa trờn cũng như của hố sụt là cơ sở vật lý để ỏp dụng phương phỏp đo điện trở suất.
Phương phỏp địa vật lớ được sử dụng để xỏc định cỏc cấu trỳc địa chất ở dưới sõu, cỏc yếu tố địa chất cú nguy cơ gõy ra tai biến, như hang karst ngầm, cỏc đới dập vỡ, phong húa mạnh, chiều dày tầng phủ bở rời, mềm yếu, cỏc yếu tố liờn quan đến đứt góy và cỏc trường địa vật lý cú liờn quan khỏc v.v.
Phương phỏp đo điện rất phự hợp để tỡm kiếm hang động karst ngầm, bề mặt địa hỡnh đỏ gốc. Trong hang karst thường chứa một phần hoặc đầy nước và trầm tớch bở rời, đõy là những đối tượng dẫn điện tốt, cú thể phỏt hiện bằng phương phỏp đo điện trở suất. Trong quỏ trỡnh nghiờn cứu sử dụng hai phương phỏp đo như sau: 2.2.2.1. Phương phỏp mặt cắt điện trở suất, hệ cực đối xứng
Phương phỏp này nhằm xỏc định cỏc đối tượng cú điện trở suất khỏc biệt so với xung quanh, khảo sỏt sự biến đổi của điện trở suất theo phương nằm ngang (dọc
theo tuyến khảo sỏt). Hệ cực đo được sử dụng là hệ 4 cực đối xứng với cỏc cự ly thiết bị như hỡnh 2.5. Trong đú: A và B là hai cực phỏt, M và N là hai cực thu. Trong mụi trường tương đối đồng nhất, dũng điện một chiều được phỏt xuống đất thụng qua 2 cực phỏt A và B sẽ cú dạng khỏ đều đặn. Đo cường độ dũng điện qua A và B đồng thời đo hiệu điện thế giữa 2 cực M và N. Khi đú điện trở suất biểu kiến được xỏc định theo cụng thức: ρk = k.(∆U/I).
Trong đú: ρk- điện trở suất biểu kiến của mụi trường đất đỏ tại điểm đo (Ωm)
k- hệ số thiết bị, phụ thuộc vào khoảng cỏch AB và MN I- cường độ dũng điện trong mạch phỏt AB (mV)
∆U - hiệu điện thế giữa 2 cực thu M và N
Hỡnh 2.5. Sơ đồ nguyờn lý của phương phương phỏp đo sõu điện đối xứng Nếu mụi trường khụng đồng nhất, cú cỏc thấu kớnh với điện trở suất thấp hơn so với mụi trường xung quanh, dũng điện sẽ tập trung vào đối tượng dẫn điện tốt. Như vậy giỏ trị ∆U sẽ khỏc so với mụi trường đồng nhất khụng cú thấu kớnh, do đú điện trở suất biểu kiến tớnh được cũng sẽ khỏc. Xử lý số liệu điện trở suất thu được sẽ cho thấy sự thay đổi của mụi trường địa chất bờn dưới.
Việc khảo sỏt được thực hiện dọc theo cỏc tuyến đi qua đối tượng nằm phớa dưới. Căn cứ vào sự biến đổi của điện trở suất biểu kiến trờn tuyến cú thể dự đoỏn
về sự tồn tại, phõn bố, độ sõu của cỏc đối tượng đú. 2.2.2.2. Phương phỏp đo sõu điện trở suất
Từ kết quả đo mặt cắt điện trở suất, tiến hành đo sõu điện trở suất để khảo sỏt sự biến đổi theo chiều sõu ở những nơi cú nguy cơ xảy ra sụt lỳn.
B B
Hệ thiết bị sử dụng tương tự như đo mặt cắt nhưng khoảng cỏch AB được mở rộng dần. Khi tăng dần khoảng cỏch AB, dũng điện cú xu thế xuống sõu hơn, để thu nhận thụng tin của cỏc đối tượng dưới sõu hơn. Sau mỗi lần dịch chuyển, đo được hiệu điện thế ∆U giữa M, N và cường độ dũng điện I.
2.2.3. Phương phỏp khoan lấy mẫu và thớ nghiệm hiện trường
Phương phỏp khoan lấy mẫu được sử dụng rộng rói để nghiờn cứu trầm tớch
Đệ tứ và khảo sỏt địa chất cụng trỡnh. Quỏ trỡnh khoan cú kết hợp cỏc thớ nghiệm xuyờn tiờu chuẩn (SPT) (TCXD 9351:2012) hoặc thớ nghiệm cắt cỏnh (Vane test) (TCXD 22 TCN 355-06) trong tầng đất mềm yếu. Khi lấy mẫu trong tầng đất yếu như bựn, sột, sột pha dẻo chảy - chảy, sử dụng ống mẫu thành mỏng để đảm bảo cú thể lấy được mẫu tại những vị trớ đó chọn. Khi khoan trong tầng đỏ gốc, quan sỏt lượng mất dung dịch nước rửa để dự đoỏn được mức độ nứt nẻ của đỏ, xỏc định tỷ lệ thu hồi mẫu, chỉ tiờu đỏnh giỏ chất lượng khối đỏ RQD (Rock Quality Designation). Khi gặp hang karst ngầm, tiến hành đo đạc xỏc định vị trớ đỉnh hang, đỏy hang, lấy mẫu vật chất lấp nhột (nếu cú). Tất cả cỏc thụng tin thu thập được trong quỏ trỡnh khoan được tổng hợp để phõn tớch và đỏnh giỏ mối liờn quan của chỳng với hiện tượng lỳn và lỳn - sụt mặt đất.
2.2.4. Phương phỏp phõn tớch độ hạt
Phương phỏp này nhằm xỏc định cỏc thụng số trầm tớch như kớch thước hạt trung bỡnh (Md), độ chọn lọc (So), hệ số bất đối xứng (Sk).
- Kớch thước trung bỡnh của hạt vụn (Md) (mm): được tớnh theo giỏ trị Q50
(trong đú Q50 là giỏ trị kớch thước hạt ở 50% trờn đường cong tớch lũy độ hạt).
- Hệ số chọn lọc So: thể hiện sự đồng nhất của trầm tớch, hệ số So được xỏc
định bằng cụng thức: 75 25 0 Q Q
S = . Trong đú Q25 là giỏ trị kớch thước hạt ở 25% trờn
đường cong tớch lũy và Q75 là giỏ trị kớch thước hạt ở 75% trờn đường cong tớch lũy.
S0 = 1-1,58: trầm tớch cú độ chọn lọc tốt; (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
S0 = 1,58-2,12: trầm tớch cú độ chọn lọc trung bỡnh;
- Hệ số bất đối xứng Sk: được xỏc định bằng cụng thức Md Q Q Sk 25 75 . = Sk = 1: trầm tớch cú hạt đều lý tưởng; Sk > 1: trầm tớch cú hạt lớn chiếm ưu thế ; Sk < 1: trầm tớch cú hạt nhỏ chiếm ưu thế.
Phõn chia trầm tớch thành cỏc cấp hạt khỏc nhau bằng bộ rõy tiờu chuẩn và phương phỏp pipet. Luận ỏn này sử dụng bảng phõn loại với kớch thước hạt theo tiờu chuẩn của Việt Nam.
2.2.5. Phương phỏp phõn tớch thạch học-khoỏng vật bằng kớnh hiển vi soi nổi
Nhiệm vụ của phương phỏp là xỏc định hàm lượng thành phần tạo đỏ: thạch anh, mảnh đỏ, felpat cựng khoỏng vật nặng và cỏc khoỏng vật tại sinh như pyrit, siderit, limonit....nhằm phục vụ cho cụng tỏc giải đoỏn nguồn gốc trầm tớch và mụi trường trầm tớch. Sự cú mặt của cỏc khoỏng vật Pyrit, Siderit tại sinh chứng tỏ mụi trường cú tớnh khử cao, đặc trưng cho mụi trường đầm lầy. Xỏc định cỏc tổ hợp khoỏng vật cho phộp suy đoỏn nguồn gốc trầm tớch.
Thành phần thạch học của cỏc tập trầm tớch Đệ tứ trong khu vực nghiờn cứu đó được nờu tương đối rừ trong cỏc cụng trỡnh đó cụng bố về trầm tớch Đệ tứ khu vực phớa tõy thành phố Hà Nội. Tuy nhiờn để làm sỏng tỏ hơn một số đặc điểm thạch học trầm tớch bở rời ở khu vực nghiờn cứu, một số mẫu thạch học bở rời đó được thực hiện phõn tớch bổ sung bằng kớnh hiển vi soi nổi MБC-10.
2.2.6. Phương phỏp thớ nghiệm cỏc chỉ tiờu cơ lý mẫu đất
Nhiệm vụ của phương phỏp là xỏc định cỏc tớnh chất cơ lý của đất, đỏnh giỏ mức độ đồng nhất, mức độ nộn lỳn và sự biến đổi của chỳng trong khụng gian để phõn chia cỏc tập trầm tớch và tớnh toỏn dự bỏo lỳn mặt đất.
Cỏc chỉ tiờu cơ lý mẫu đất được thớ nghiệm theo tiờu chuẩn Việt Nam gồm:
thành phần hạt, độ ẩm tự nhiờn (W) (theo TCVN 4196:1995) và cỏc độ ẩm giới hạn
chảy (Wl), độ ẩm giới hạn dẻo (Wp) (theo TCVN 4197:1995), khối lượng thể tớch
tự nhiờn (γw) (theo TCVN 4202:1995), sức khỏng nộn (theo TCXD 4200:1995), sức
tớnh toỏn cỏc chỉ tiờu giỏn tiếp như, khối lượng thể tớch khụ (γk) (theo TCVN 4202:1995), độ lỗ rỗng (n), hệ số rỗng (e), độ bóo hũa(G) (theo TCVN 4195:1995),
chỉ số dẻo (Ip), độ sệt ( Is), hệ số nộn lỳn (a). Ngoài ra trong tầng đất yếu đó thực
hiện cỏc thớ nghiệm nộn cố kết và thớ nghiệm xỏc định cỏc chỉ tiờu cơ lý khỏc phục vụ cho tớnh toỏn lỳn mặt đất.
2.2.7. Phương phỏp phõn tớch cỏc chỉ tiờu hoỏ - lớ mụi trường.
Mục đớch của phương phỏp là xỏc định một số chỉ tiờu như độ pH, Eh, Kt,
Fe2+S/Corg và sử dụng cỏc chỉ số này để luận giải mụi trường trầm tớch.
- Độ pH: biểu thị đặc tớnh axit và bazơ của mụi trường, pH = -lg(H+).
- Chỉ số Eh: là hiệu điện thế đo được giữa một điện cực ở trạng thỏi nào đú so với điện cực hydro ở trạng thỏi chuẩn. Chỉ số Eh dựng để đỏnh giỏ độ oxy húa khử của mụi trường địa húa.
- Kt là chỉ số kation trao đổi : Kt=Na++K+/Ca2++Mg2+ (Grim, 1974). Chỉ số Kt
dao động trong khoảng từ 0,1 đến 1 - 2. Mụi trường lục địa: Kt < 0,5; mụi trường chuyển tiếp: Kt = 0,5 - 1,0 và mụi trường biển Kt > 1. Mụi trường trầm tớch được luận giải theo Eh, pH và Kt như sau:
+ Mụi trường aluvi (cỏt lũng sụng, sột hồ nước ngọt, sột bói bồi): pH < 6,8,
Eh ≥ 100mV, kt ( + + + + + + = 2 2 . Mg Ca Na K Kt (mgdl/100g) < 0,5
+ Mụi trường đầm lầy: pH=2-4; Eh <0
+ Mụi trường đầm lầy ven biển: pH = 2 - 5; Eh < 0, Kt = 0,5 - 1
+ Mụi trường chõu thổ (sột đồng bằng chõu thổ, tiền chõu thổ, sườn chõu thổ, cỏt bói triều, cỏt cồn chắn cửa sụng) pH = 6,8 – 7,5
+ Mụi trường biển: pH > 7,5, Eh > 0.
Chỉ số Fe2+ S/Corg là chỉ số biểu thị tỷ số giữa hàm lượng sắt hoỏ trị hai trong
sulfua với hàm lượng carbon hữu cơ. Chỉ số này dao động từ 0,02 đến 0,4-0,5. Mụi (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
trường lục địa cú giỏ trị Fe2+S/Corg nhỏ hơn 0,06. Mụi trường chuyển tiếp sụng -
Cỏc chỉ số pH và Eh trong mụi trường đầm lầy cú giỏ trị thấp, độ pH dao động từ 4 đến 6, Eh dao động từ -100 đến 10 - 20mV.
2.2.8. Phương phỏp cụng nghệ ra đa giao thoa InSAR
Cụng nghệ ra đa giao thoa dựa trờn nguyờn tắc chiết tỏch độ lệch pha giữa hai ảnh cựng loại chụp cựng một khu vực ở hai vị trớ khỏc nhau, cú thể được coi như hai nguồn súng, để xỏc định sự chờnh lệch độ dài đường truyền của cỏc súng ra-da. Sự chờnh lệch về pha này sẽ được sử dụng để tớnh độ cao cho từng điểm ảnh. Phương phỏp này được sử dụng để quan trắc hiện trạng cũng như sự phỏt triển của lỳn mặt đất. Trờn cơ sở cỏc điểm ảnh cú biểu hiện biến dạng của nền đất, thực hiện cỏc cụng tỏc nghiờn cứu khỏc và tập trung vào những vị trớ cú biểu hiện lỳn để làm rừ nguyờn nhõn, mức độ biến dạng của nền đất cũng như dự bỏo lỳn trong tương lai. Những nguồn sai số ảnh hưởng đến sự chờnh lệch pha gồm: sự khỏc nhau về sự thu nhận hỡnh học; sai lệch trong thụng tin quỹ đạo; khụng khớ và tiếng ồn.
Hỡnh 2.6. Nguyờn tắc cơ bản của cụng nghệ ra đa giao thoa SAR
Trong luận ỏn sử dụng kết quả phõn tớch của cặp ảnh ALOS băng L từ thỏng 2 năm 2007 đến thỏng 6 năm 2008[66].
Hỡnh 2.7. Vựng phủ của cặp ảnh ALOS sử dụng phõn tớch lỳn mặt đất [66]
2.2.9. Phương phỏp tổng hợp xử lý số liệu
Phương phỏp này được sử dụng để tổng hợp cỏc số liệu đó thu thập, tớnh toỏn và phõn tớch sự biến đổi của cỏc đặc điểm trầm tớch, tớnh chất cơ lý, xỏc lập quy luật biến đổi trong khụng gian, khụi phục lịch sử hỡnh thành trầm tớch và dự bỏo cỏc quỏ trỡnh, hiện tượng địa chất cú thể xảy ra. Nội dung của phương phỏp gồm:
- Xử lý, tổng hợp cỏc bản đồ địa chất, địa chất thủy văn và cỏc bản đồ chuyờn mụn khỏc đó được thành lập trong phạm vi vựng nghiờn cứu.
- Xử lý, tổng hợp cỏc tài liệu hố khoan thăm dũ, cỏc tài liệu thớ nghiệm hiện trường và thành lập cỏc tuyến mặt cắt địa chất Đệ tứ, Địa kỹ thuật.
- Xử lý, tổng hợp cỏc tài liệu phõn tớch thành phần thạch học của cỏc tập trầm tớch đó được cụng bố trong cỏc cụng trỡnh nghiờn cứu trước đõy.
- Tớnh toỏn thành phần độ hạt trầm tớch như hàm lượng phần trăm cỏc hợp
phần trầm tớch; cỏc thụng số độ hạt như: kớch thước hạt trung bỡnh (Md), độ chọn lọc
(So) và độ bất đối xứng (Sk), cỏc chỉ số địa húa mụi trường trầm tớch như độ pH, hệ
- Tớnh toỏn cỏc chỉ tiờu vật lý, cơ học của cỏc đất trờn cơ sở cỏc chỉ tiờu thớ nghiệm trực tiếp, loại bỏ sai số thụ và tớnh toỏn đưa ra cỏc cỏc giỏ trị trung bỡnh bằng cỏc phần mềm tin học văn phũng.
2.2.10. Phương phỏp nội suy Kriging
Sử dụng phương phỏp nội suy Kriging để khảo sỏt mối quan hệ giữa sự biến đổi cỏc yếu tố của cỏc tập trầm tớch như chiều sõu phõn bố, chiều dày của cỏc tập trầm tớch trong khụng gian. Phương phỏp này xỏc định cỏc giỏ trị của cỏc dữ liệu nội suy ở những vị trớ chưa cú số liệu khảo sỏt thực tế như cỏc hố khoan, cỏc tài liệu đo địa vật lý. Cỏc bước thực hiện nội suy như sau:
- Khảo sỏt cỏc đặc trưng thống kờ về chiều sõu, cao độ, chiều dày của cỏc tầng trầm tớch (tập dữ liệu).
- Đỏnh giỏ độ tin cậy của kết quả nội suy bằng cỏch so sỏnh bản đồ nội suy với cỏc bản đồ đó được thành lập trước đú và so sỏnh với kết quả khảo sỏt ở hiện trường như tài liệu hố khoan, tài liệu địa vật lý.
Cụng tỏc nghiờn cứu sự phõn bố của cỏc tầng trầm tớch ở khu vực phớa Tõy thành phố Hà Nội được tiến hành qua cỏc bước sau:
- Thu thập vị trớ, tọa độ cỏc hố khoan.
- Xỏc định độ sõu (cao độ) bề mặt, đỏy, chiều dày của cỏc tập trầm tớch.
Xõy dựng cỏc bản đồ đẳng bề mặt, đẳng chiều dày của cỏc tập trầm tớch thụng qua phần mềm Sufer 9. Đỏnh giỏ độ chớnh xỏc của phương phỏp bằng cỏch so sỏnh với cỏc tài liệu hố khoan, địa vật lý.
2.2.11. Phương phỏp tớnh toỏn dự bỏo lỳn mặt đất
Phương phỏp tớnh lỳn được sử dụng để kiểm toỏn và dự bỏo độ lỳn của nền đất gồm tớnh độ lỳn cuối cựng và độ lỳn theo thời gian. Tớnh độ lỳn cuối cựng của nền đất bằng phương phỏp cộng lỳn tầng lớp, sơ đồ tớnh toỏn như hỡnh 2.8. Đối với bài toỏn một chiều, độ lỳn của lớp đất phõn tố thứ “i” được tớnh theo cụng thức:
Si = a0i.σi.hi
Trong đú: a0i là hệ số nộn lỳn tương đối của lớp đất thứ i
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});