ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Chuong 1 khoang vat va dat da

KHOÁNG VẬTKhoáng vật là một hợp chất hóa học CaCo 3 , FeS 2 … hay một nguyên tố tự sinh Cu, Au… – là thành phần cơ bản tạo nên đất đá.. 1.1.2 Phân loại khoáng vật và mô tả một số khoáng

CHƯƠNG 1.

KHOÁNG VẬT VÀ ĐẤT ĐÁ

Đất đá tạo bởi 1 hoặc nhiều khoáng vật.

Theo nguồn gốc, đất đá được chia làm 3 loại chính:

 Macma (có nguồn gốc nội sinh)

 Trầm tích (có nguồn gốc ngoại sinh)

 Biến chất (có nguồn gốc biến chất)

1.1 CẤU TẠO TRÁI ĐẤT VÀ VỎ TRÁI ĐẤT

Cấu tạo các vòng quyển bên trong Trái đất:

• Vỏ.

• Manti.

• Nhân.

1.2 KHOÁNG VẬT

Khoáng vật là một hợp chất hóa học (CaCo 3 , FeS 2 …) hay một nguyên tố tự sinh (Cu, Au…) – là thành phần cơ bản tạo nên đất đá.

 Để biết đất đá gì thì trước tiên cần phân biệt thành phần khoáng của nó Vì đất đá được tạo thành từ các

khoáng vật

 Khoáng vật tồn tại: rắn, lỏng, khí.

 Để nhận biết khoáng vật thì cần phân biệt đặc điểmnhư:nặng - nhẹ, trắng – đen – vàng - tím, tròn – khôngtròn,cứng – mềm…Tính chất vật lý và cơ lý

1.2.1 Một số đặc tính của khoáng vật

 Hình dạng tinh thể của khoáng vật

• Màu của khoáng vật

Khoáng vật chứa nhiều Fe, Mg có màu sẫm, còn khoáng vật chứa nhiều

Al, Si thì màu nhạt.

•Độ trong suốt và ánh của khoáng vật

•Tính dễ tách (cát khai) của khoáng vật là khả năng của tinh thể và

các hạt kết tinh (mảnh của tinh thể) dễ bị tách ra theo những mặt phẳng song song (như thanh tre khô).

Vết vỡ của khoáng vật

Độ cứng của khoáng vật

Thang độ cứng 1 Talc

1.1.2 Phân loại khoáng vật và mô tả một số

khoáng vật tạo đá chính (khoảng 50 loại)

 Theo nguồn gốc thành tạo: khoáng vật nguyên sinh

(khoáng vật trong đá macma, đá trầm tích hóa học);

khoáng vật thứ sinh (trong đá trầm tích và đá biến chất).

 Phân loại khoáng vật theo kiểu liên kết hóa học

 Nhóm 1: gồm các khoáng vật có liên kết cộng hóa trịgiữa các yếu tố kiến trúc cơ bản Độ bền cao (silicat)

 Nhóm 2: gồm các khoáng vật có liên kết ion giữa cácyếu tố kiến trúc cơ bản.Cường độ giảm khi tan (NaCl…)

 Nhóm 3: là các khoáng vật liên kết hỗn hợp: liên kếtcộng hóa trị đồng thời có cả liên kết ion, phân tử và liênkết keo nước

Trong thực tế thường phân loại khoáng vật

theo thành phần hóa học (vì có thể liệt

kê được đầy đủ các loại khoáng vật và có thể dự đoán tính chất của khoáng vât)

Theo thành phần hóa học có 9 lớp:

1 Các nguyên tố tự nhiên như: Cu, Au, Ag

2 Sunfua (hợp chất lưu huỳnh) như: pirit (FeS2)

3 Halogenua (muối của các axit halogenhydrit) như: halit

6 Fotfat (muối của axit photphorit): phốtphát (CaP2O5)

7 Oxit như: thạch anh (SiO 2 )

8 Silicat (muối của axit silicic) như: Orthoclase

(K[AlSi3O8])

9 Hợp chất hữu cơ như: CH4

Giới Thiệu Một Số Khoáng Vật Tạo Đá Chủ Yếu

 a) Lớp silicat

 Lớp silicat chiếm 75% trọng lượng vỏ Trái đất Chúng thường

có màu sặc sỡ, sáng và có độ cứng lớn

 1-Nhóm feldspar là các loại khoáng có màu trắng đục,

chiếm đa số trong các loại đá phổ biến.

 Feldspar là allumosilicat Na, K và Ca

 Na [AlSi3O8]; Ca [Al2Si2O8]; K [AlSi3O8]

 Feldspar natri-canxi còn gọi là plagioclase Chúng gồm

những khoáng vật hỗn hợp đồng hình liên tục của anbit (Ab) Na[AlSi3O8] và anoctit (An) Ca[Al2Si2O8].

 Plagioclase thường có dạng tấm và lăng trụ tấm; màu trắng hoặc xám trắng, đôi khi có sắc lục phớt xanh, phớt đỏ; ánh thủy tinh

 Feldspar kali phổ biến nhất có orthoclase và microclin Màu

hồng nhạt, vàng nâu, trắng đỏ; ánh thủy tinh.

 Các biến thể chính của plagioclase có tên như sau:

Plagioclase

 2/Nhóm mica (dưới dạng các vảy óng ánh trong cát hoặc trong đá macma)

 Mica có thành phần hóa học phức tạp và có đặc điểm là

dễ tách rất hoàn toàn Khoáng vật chủ yếu của nhóm này

là biotit (mica đen) và muscovit (mica trắng)

 3/Nhóm piroxen

 Phổ biến nhất là augit Tinh thể hình trụ ngắn, hình tấm

Tập hợp khối đặc sít Màu đen lục, đen, ít khi lục thẫm hay nâu Dễ tách hoàn toàn

 4/Nhóm amfibon

 Phổ biến nhất là hocblen Tinh thể dạng lăng trụ, hình

cột Màu lục hoặc nâu có sắc từ sẫm đến đen

 5/Nhóm olivin (có màu oliu đặc trưng): tập hợp dạng

hạt Màu phớt vàng, vàng, phớt lục Ánh thủy tinh Độ

cứng 6,5 – 7 Thường không tách.

Mica

Mica

Nhóm khoáng vật sét

 Khoáng vật sét có kích thước hạt < 0,002mm Hạt nhỏ

như thế là khoáng sét.

 Phổ biến và đặc trưng nhất trong nhóm khoáng vật sét

có kaolinit, illit, montmorilonit

 T/c vật lý sét: Tính dẻo, Tính chịu nhiệt, Tính nở (co),

Tính hấp phụ.

Khoáng vật sét kaolinit v montmorilonit

Nhóm khoáng vật sét

Khoáng vật sét quan kính hiển vi điện tử

Hạt bụi giữa đám khoáng sét

Nhóm khoáng vật sét

b/Lớp oxit

 Trong lớp này hay gặp opan, thạch anh, limonit.

 Thạch anh là khoáng vật nhóm oxit (SiO2), rất ổn định

về mặt hóa học, có cường độ và độ cứng cao;

 hạt thường có kích thước lớn và đẳng thước

 là thành phần chính của cuội, sỏi, cát và bụi Cát hạt to như cát vàng hầu như hoàn toàn là thạch anh

Thạch anh - quartz

Opal

Thạch anh

Hematit Fe 2 O 3

Manhetit FeO.Fe 2 O 3 Goethite FeO(OH)

Chứa sắt

c/ Lớp carbonat:

 Khoáng vật phổ biến có calcite và dolomit.

 Calcite CaCO 3 Sủi bọt với axit HCl loãng (10%).

 Dolomit CaCO3.MgCO3

d/ Lớp sunphat

 Anhydrit CaSO4

 Gíp (thạch cao) CaSO4.2H2O Tinh thể dạng tấm, ít khi dạng sợi Màu trắng, khi lẫn tạp chất có màu xám, vàng đồng, nâu, đỏ hoặc đen Ánh thủy tinh Độ cứng 2

Tinh thể calcite

Calcite lấp nhét trong các khe nứt

Có chữ calcite

Thạch cao

Lớp sunphat

Pyrit

Galen (chì) Hematit

1.3 KIẾN TRÚC, CẤU TẠO VÀ THẾ NẰM CỦA ĐẤT ĐÁ

 Kiến trúc của đất đá

Kiến trúc của đất đá là khái niệm tổng hợp từ các yếu tốnhư: hình dạng, kích thước hạt, tỷ lệ kích thước và hàmlượng tương đối của các hạt trong đá cũng như mối liênkết giữa các hạt đó với nhau

 Cấu tạo của đất đá

Cấu tạo của đất đá cho biết quy luật phân bố hạt khoángvật theo các phương hướng khác nhau trong khônggian và mức độ sắp xếp chặt sít của nó

 Thế nằm của đất đá

Thế nằm của đất đá cho ta khái niệm về hình dạng, kíchthước và tư thế của khối đá trong không gian cũng nhưmối quan hệ của các khối đá với nhau

1.4 ĐÁ MACMA

Macma khi thâm nhập vào phần trên của vỏ Trái đất sẽtỏa nhiệt (1000 – 1300oC) và nguội dần, đông cứng lạithành đá macma

Nếu những khối macma này bị đông đặc và nguội đi ở

dưới sâu trong lòng đất thì gọi là đá xâm nhập.

Nếu những khối macma nóng chảy này phun lên mặt đấttheo các khe nứt rồi đông đặc lại và nguội đi thì gọi là

đá phun trào (khí và hơi nướcthoát ra).

Thành phần khoáng vật

Dựa vào lượng silic (SiO2), chia thành 4 loại:

 - Đá axit: (> 65%) như: granit, liparit (ryolit), pegmatit

 - Đá trung tính: (55 - 65%) như: diorit, sienit, andezit (đáxanh Biên Hòa)

 - Đá bazơ: (45 - 55%) như: gabro, bazan (khối đá màuđen, chặt sít)

 - Đá siêu bazơ: (< 45%) như: periđôtit, đunit

Kiến trúc

Toàn tinh

Pocphia Vi tinh

Phân loại đá macma theo hàm lượng Si.

 Đá loại axit (nhóm granit-liparit) rất sáng màu

Thành phần khoáng vật của granite loại bình thường là

plagioclase axit (anbit, oligioclase) (30%), feldspar kali (30%), thạch anh (30%), 10% là biotit và khoáng vật phụ

 Đá loại trung tính (nhóm diorit va andezit)

Diorit

Andezit

Đá loại bazơ (nhóm đá gabro - bazan): tối màu

Bazan Gabro

Đá loại siêu bazơ : màu hoàn toàn sẫm, kiến trúc toàn

tinh.

 Kiểu đá Hàm lượng olivin (%)

 trên tổng olivin và pyroxene

Nhóm đá granit - liparit

Liparit

Granit

Granit pocphiarit

Nhóm đá diorit - andezit

Andezit

Nếu lưu ý sẽ thấy đá xanh Biên Hòa (andezit) có thể có kiến trúc pocphia

Mã não

Gabbro

Những bãi đá bazan

đá bazan

Khả năng xây dựng của đá macma

 Nền đá macma phù hợp tốt với tất cả các loại côngtrình

 Khi khảo sát xây dựng công trình, nếu gặp các lớpmacma cần thiết phải khoan sâu qua ít nhất 2m đối với

đá xâm nhập và 5m đối với phun trào và nghiên cứu hồ

sơ lưu trữ cẩn thận

 Đây là loại vật liệu xây dựng cao cấp

Phân loại chi tiết và các yếu tố khác như cấu tạo, diện phân bố,… xem TLTK.

Trong đa số các trường hợp, trầm tích có cấu tạo lớp đặc trưng do tích tụ theo chu kỳ

hướng dốc

Đường phương

Thế nằm nghiêng của đá trầm tích thể hiện bằng đặc trưng  và 

 Trầm tích sinh hóa

 Đá vôi (CaCO3) có thể là trầm tích hóa học hay là xáccủa sinh vật tích tụ lại và thường có cấu tạo đặc sít hoặctinh thể rất nhỏ; thành phần chủ yếu là calcite, rồi đếndolomit và một số tạp chất như: thạch anh, sét, pirit,…

 Đá vôi chứa dolomit (CaCO3.MgCO3) trên 50% thì gọi là

đá dolomit.

ALUVI - BOÀI TÍCH

Đá vôi vi tinh thể

Đá vôi trứng cá

Đá vôi hóa thạch

Đá phấn

Thạch cao

Biên soạn: Bùi Trường Sơn

Chert (đá lửa)

Than đá Peat (than bùn)

Cát kết

Dăm kết Cuội kết

Theo phương dịng chảy các hạt mịn dần

Đá trầm tích khá phổ biến

 Phân biệt đất đá trầm tích cần lưu ý: kiến trúc và nguồn gốc hình thành.

 Đặc điểm xây dựng phụ thuộc nhiều yếu tố nên cần xét chi tiết từng trường hợp: đất rời (cuội, sỏi, cát), đất dính (đất sét, sét pha cát)

Nguồn gốc thành tạo

 Trong thực tế, ngoài những loại đất đá có nguồn gốcthuần túy như đá vôi có thể có nguồn gốc biển hay sinhvật, thực tế ở nước ta cho thấy phần lớn các lớp đất đáchủ yếu có nguồn gốc hỗn hợp như sét pha cát ở vùngmiền núi hay cao nguyên có nguồn gốc tàn tích – suờntích (ed), ở khu Nam bộ có nguồn gốc trầm tích hỗn hợpnhư: amb, am hay mab

1.6 BIẾN CHẤT

Đá biến chất là do đá macma hay đá trầm tích dưới tácdụng của nhiệt độ cao, áp lực lớn hay do các phản ứnghóa học với macma,… bị biến đổi mãnh liệt về thànhphần và tính chất tạo thành

Đặc điểm lưu ý khi khảo sát và phân biệt đá biến chất:

cấu tạo.

Marble

Cấu tạo khối

Đá có cấu tạo khối thường gặp là đá quaczit và đá hoa.

Cấu tạo phiến

Biên soạn: Bùi Trường Sơn

Gneiss

Cấu tạo gneiss

1.7 PHÂN LOẠI ĐẤT ĐÁ THEO QUAN ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

 1) Đá cứng: là loại đá hoàn chỉnh nhất trong xây dựng.

Nó bao gồm đại bộ phận đá macma, đá biến chất, đátrầm tích hóa học và trầm tích gắn kết rắn chắc Cócường độ và độ ổn định cao, biến dạng nhỏ, thấm nướcyếu Vùng phân bố đá này rất thuận lợi để xây dựng bất

kỳ các loại công trình nào và thường không cần thiếtcác biện pháp phức tạp để đảm bảo sự ổn định của nó

 2) Đá nửa cứng: bao gồm các loại đá cứng đã bị phong

hóa nứt nẻ mạnh, các đá trầm tích có cường độ gắn kếtthấp Loại này khác đá cứng là cường độ và tính ổnđịnh kém hơn, biến dạng tương đối cao, thấm nướctương đối lớn

1.7 PHÂN LOẠI ĐẤT ĐÁ THEO QUAN ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

 3) Đất rời: như cát, sỏi, cuội: mối liên kết giữa các hạt hầu như không có, độ rỗng lớn, dễ bị thay đổi do tác

dụng cơ học bên ngoài (đặc biệt là tải trọng động)

Ngậm nước và thấm nước mạnh.

 4) Đất dính: bao gồm các loại đất sét, đất sét pha: có

cường độ thấp, không ổn định so với đá Có lực dính

Thấm nước kém hoặc không thấm nước, ép co mạnh.

 5) Đất có thành phần trạng thái và tính chất đặc biệt:

nhìn chung đó là các loại đất đá không thuận lợi cho

việc sử dụng làm nền công trình như: bùn sét, đất nhiễm mặn, nhiễm phèn, đất than bùn, đất có tính lún ướt,

trương nở, rác thải,…

PHÂN LOẠI ĐẤT ĐÁ THEO QUAN ĐIỂM ĐCCT

Đá cứng Đá nửa Đất rời Đất dính Đất đặc biệt

cứng