1. TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐÂT ĐÁ
3.6 X 10' Tương tự, các giá trị khác sẽ là
ứ n g s u ấ t p h á p ơ 'n (k N /m 2) 3 0,0 56,1 8 1,9 108,3 1 34 ,4 160,0
ứ n g s u ấ t c ắ t tố i đ a X, (k N /m 2) 4 7,8 63,1 73,9 89,7 1 03 ,9 118,1
Hình 2-38 cho thấy đồ thị ứng suất cắt đỉnh đối với ứng suất pháp và đường thẳng tốt nhất vẽ qua các điểm cho ta đường bao độ bền chống cắt. Từ đồ thị các thông số độ bển chống cắt đo được là:
Lực dính biểu kiến c' = 32 kN/m2 Góc ma sát đỉnh ọ' = 28"
ứng suất pháp (kN/m‘)
Hình 2-38: Đồ thị ứng suất cắt - ứng suất pháp ở ví dụ 2-8
10Ộ
Hiện tượng từ biến, chùng ứng suất đã làm cường độ của đất đá giảm đi theo thời gian tác dụng của tải trọng (hình 2-39). Cường độ lâu dài của đất đá là cường độ giới hạn của nó ở thời điếm sau khi xây dựng khá lcâu (vô cùng) là chi tiêu rất cần thiết nhất là khi xây dựng các công trình vĩnh cứu.
2.3.3. Cường độ láu dài của đất dá
0 10 20 30 40 t(h)
ơ = f(t)
H ìn h 2-39: Đ ư ờ n g c o n g c ư ờ n g dộ lâu dải c ủ a đất đá.
Trong thực tế, cường độ nén lâu dài xác định theo đường biểu diễn cường độ lâu dài, tương ứng với ứng suất gây ra phá hoại ở thời điểm chọn tương ứng thời gian phục
vụ của công trình. Thường cường độ lâu dài giới hạn trong thí nghiệm được chọn theo ứng suất lớn nhất chưa gây nên sự phá hoại mẫu sau thời gian 1000 giờ. Cường độ nén láu dài của một số đá được nêu trong bảng 2-12.
B ảng 2-12. Cường độ nén lâu dài của m ột sô đá
Loại đá Cường độ nén ơn,
kG/cm 2
Cường độ nén lâu
dài ơnỊd, kG/cm 2 Tỷ số
ơ n
Đ á v ô i 380 280 0,74
C á t kết 760 490 0,65
Đ á p h iế n sé t 300 - 400 150- 180 0,50-0,65
Bê tô n g 250 150 0,60
Với đất loại sét, cường độ chốne trượt lâu dài giảm chủ yếu do giảm nhỏ lực dính c, còn góc ma sát trong (p thực tế hầu như không thay đổi.
2.4. Một sô tính chất kỹ thuật của đất đá
Độ kiên cơ của đất đá được biểu thị bằng hệ số kiên cố fk., đặc trưng cho khả năng
bền vững của đất đá. Độ kiên cố của đất đá phụ thuộc vào thành phần thạch học, trạng thái vật lý - mức độ nứt nẻ, phong hoá, độ ẩm, độ bền,... thường xác định fkc theo cường độ chống nén ơ„:
f = £o_
kt 100 Trị số fKC xác định chính xác hơn theo công thức L.I.Baron:
(2-92a)
f = _°J]_ _|_ Ẽ L
kc 300 V 30 (2-92b)
Khi xác định fkc cần chú ý mức độ nứt nẻ, phong hoá của đá. Ví dụ, hệ số kiên cố của đá granit không nứt nẻ là 10, khi nứt nẻ giảm xuống 8, thậm chí chỉ còn 6. Dựa vào độ kiên cố, M.M.Protodiaconov chia đất đá ra làm 10 cấp khác nhau (bảng 2-13).
B ảng 2-13. Phán loại đất đá theo độ kiên cô của M .M .Protodiaconov
Cấp đất đá Mức độ kiên cố Loại dất đá Hè s ố kiên cô
fk.
1 K iê n c ố n h ấ t Q u a c z it, b aza n c h ặ t sít và rắn c h ắ c n h ấ t. C á c
loại đá k h á c c ó độ kiên c ố lớn n h ấ t
20
II R ấ t k iê n c ố C á c loại đá g ra n it, p o c fia th ạ c h a nh rấ t c h ắ c , đá
p hiến silic rắn ch ắc, q u a c z it ít rắ n c h ắ c
15
III K iê n c ố C á c loại đá vôi, c á t k ế t rất rắ n c h á c . C á t k ế t
th ạ c h anh , cu ộ i kết rắn ch ắ c
10
lll-a - G ra n it kh ô n g rắn ch ắc. C á c loại đá vô i, c á t kế t,
đá hoa, đ ô lo m it rắn chắc
8
IV T ư ơ n g đ ố i kiên
c ố
C á t kế t thư ờng 6
IV -a - Đá p hiến cát. C át kế t p hâ n phiến 5
V K iê n c ố tru n g
bìn h
Đ á p hiến sé t rắn ch ắc. C á t kết và đá v ồ i k h ô n g rắn ch ắ c, cu ội kết yếu
4
V -a - C á c loại đá phiến ké m rắ n ch ắc, m a c n ơ c h ặ t sít 3
VI T ư ơ n g đ ố i m ề m Đ á phiến, đá vôi m ề m , m uối m ỏ , th ạ c h c a o ,
m a c n ơ thư ờ n g. C át kế t bị phá h u ỷ, s ỏ i d ă m đ ư ợ c dính kết, đ ất lẫn đá
2
V l-a - Đ ấ t lẫn dăm . Đ á p hiến bị phá h uỷ, sỏ i và d ă m tà n
tính, sé t hoá cứng
1,5
VII m ề m S é t chặt. Đ ấ t sé t cứ ng c h ắ c 1
V ll- a - S ét lẫn c á t nhẹ, sỏi 0 ,8
V III B ở rời Đ ấ t trồ ng . Bùn tha n cứng. Á sé t nhẹ , c á t ẩm 0 ,6
IX R ờ i rạ c C át, đ ấ t phủ, sỏi nhỏ, đ ấ t đắp 0 ,5
X T ơ i c h ả y Đ ấ t ch ảy, đ ất lầy
1 0 8
Hệ số kiên cố là đại lượng dùng để xác định tính chất nứt vỡ khi nổ mìn, đào hầm, áp lực tác dụng lên vì chống, lên vỏ đường hầm, khả năng phải xây vòm gia cố, điều kiện thi công... Ví dụ đường hầm có đường kính D < 6m đào trong đá có fkc > 6 thì không phải gia cố vòm, nhưng do fkc lớn rất khó đào hầm. Khi fkc nhỏ, đất đá dễ mất ổn định nên cần chống đỡ khi đào đường hầm và cần xây lớp vỏ bảo vệ.
Độ cứng R của đất đá là khả năng chống lại tác dụng cơ học của các vật dụng cứng
lên đất đá. Nó phụ thuộc độ cứng các khoáng vật tạo đất đá, cường độ liên kết kiến trúc và trạng thái vật lý của đất đá. Là thông số cần thiết khi khoan phá đá, đào hố móng, xây công trình ngầm.
Độ cứng được chia ra: độ cứng động Rtl và độ cứng tĩnh học R,. Việc xác định độ cứng tĩnh hay động tuỳ theo lực tác động từ từ hay va đập.
Đối với đất đá có tính dẻo cao như đất đá sét, độ cứng tĩnh xác định theo phương pháp nén bi thép của Brinnell:
R, (2-93)
troné đó: p - lực nén (kG) để viên bi thép chuẩn tại một vết lõm chỏm cầu có
đường kính d(mm) trên mặt khối đất đá.
Với đất đá giòn, độ cứng tĩnh xác định theo hiện tượng nứt giòn của vết lõm trên mặt đá dưới tác dụng của tải trọng lên mũi đột tiêu chuẩn.
Độ cứng động R tl thường xác định theo phương pháp Sor thả cho rơi một mũi chuỳ có gắn hạt kim cương hình cầu từ độ cao xác định xuống m ặt đất đá. Độ cứng độne xác định theo dọ cao nẩy lên của chuỳ.
Độ mài mòn M của đất đá đặc trưng cho khả năng chống lại sự cọ sát của các
dụng cụ lên nó. Dùng vòng tròn quay tiêu chuẩn trên đó có đổ cát thạch anh (dạng hạt hoặc bột) làm vật liệu mài để xác định độ mài mòn của đá. Sau một số vòng quay xác định (được 1000m đường đi với tốc độ 30-35 m/phút), mẫu được đem cân và đo. Độ mài mòn xác định theo khối lượng mất đi và thể tích thay đổi trên đơn vị bề mặt xảy ra sự cọ sát.
Độ mài mòn của đất đá lát mặt đường trên tuyến đường có lượng xe chạy nhiều không được lớn hơn 0,4g/cm 2. còn đường xe chạy ít, không lớn hơn 2g/cm 2. Đất đá có độ mài mòn lớn hơn 2g/cm 2 là loại có chất lượng kém.
Dộ n ổ mìn q hay khả năng nổ mìn, đặc trưng cho khả năng đất đá chống lại áp
lực nổ, thường được đánh giá bằng lượng thuốc nổ tiêu hao q (kg/m 3) khi phá vỡ lm 3 đất đá ra khỏi khối đá gốc (bảng 2-14).
Độ nổ mìn phụ thuộc vào thành phần, kết cấu, trạng thái vật lý, độ bền, độ kiên cố của đất đá cũng như điều kiện nổ (loại thuốc nổ, lượng thuốc nổ...). Căn cứ độ nố mìn ta có thể sơ bộ chọn lựa phương pháp nổ, tính toán lượng thuốc nổ, hình dạng phễu nổ,...
Báng 2-14. Độ n ổ mìn của đất đá
Loại đất đá q(kg /m 3) Loại đất đá q(kg/m 3)
C á t 1 ,8 0 -2 ,0 Đ á p hiến, c á t k ế t c h ấ t gẳn kết là sét, đá vồi m ề m 1,35- 1,65
C á t c h ặ t ẩ m ướt 1 ,4 0 -1 ,5 0
Đ ấ t s é t c h ắ c 1 ,2 0 -1,5 0
Đ á p h ấ n 0 ,9 0 -1 ,1 0 C á t kết c h ấ t g ắ n kết là c a n x it, đ á vô i cứng, đ o lo m it 1,50- 1,95
T h ạ c h c a o 1,20 - 1,50
Đ á v ô i v ỏ sò hến 1 ,8 0 -2 ,1 0 G ra n it 1,80 - 2,25
C u ộ i k ế t 1 ,3 5 -1 ,6 5
B a z a n 2 ,1 0 -2 ,7 0 P o c fi rit 2,40 - 2,55