Giáo trình cơ học đá - Chương 3 pot

Việc khảo sát ñịa chất công trình trong ñó có khối ñá ñã ñược trình bày nhiều trong các giáo trình ñịa chất công trình, trong các chuyên khảo…Ở chương này chỉ nêu những ñiểm cơ bản nhất

Chương 3

KHẢO SÁT VÀ ðÁNH GIÁ KHỐI ðÁ

Trong thực tế xây dựng, các công trình có thể ñược tiến hành trên ñá, trong ñá

hay làm bằng ñá Muốn thiết kế và thi công công trình có kết quả, phải có những dự

báo về ñá , nước dưới ñất và trạng thái ứng suất của nền ñá Vì vậy việc khảo sát,

ñánh giá khối ñá là việc làm rất quan trọng và cần thiết

Việc khảo sát ñịa chất công trình (trong ñó có khối ñá ) ñã ñược trình bày nhiều

trong các giáo trình ñịa chất công trình, trong các chuyên khảo…Ở chương này chỉ

nêu những ñiểm cơ bản nhất khi khảo sát khối ñá ở hiện trường, ñánh giá và phân

loại chúng ñể sử dụng thuận lợi trong thiết kế và thi công công trình trong ñá

3.1 KHẢO SÁT KHỐI ðÁ

3.1.1 MỤC ðÍCH VÀ NỘI DUNG KHẢO SÁT KHỐI ðÁ

3.1.1.1 Mục ñích khảo sát

Việc khảo sát khối ñá tại hiện trường nhằm một số mục ñích sau:

Tìm hiểu cấu trúc của khối ñá gồm những thông tin về sự phân bố, thành

phần, kiến trúc, cấu tạo, thế nằm của ñá trong khu vực sẽ xây dựng công trình

Nghiên cứu, các ñặc ñiểm của khối ñá như tính không ñồng nhất, tính dị

hướng và tính gián ñoạn của khối ñá

Nghiên cứu, xác ñịnh các tính chất của khối ñá như mức ñộ phong hoá, tính

chất nứt nẻ, tính chất cơ học và một số tính chất ñặc biệt khác

Nghiên cứu nước dưới ñất qua sự phân bố, các ñặc trưng ñịa chất thuỷ văn

và ảnh hưởng của chúng ñến xây dựng công trình

Nghiên cứu sự phân bố ứng suất và trị số ứng suất tự nhiên trong khối ñá ở

nền công trình

3.1.1.2 Nội dung khảo sát

ðể thực hiện ñược mục ñích của khảo sát, nội dung khảo sát khối ñá bao gồm

một số công việc sau:

Thu thập và nghiên cứu các tài liệu ñã có, liên quan ñến khu vực xây dựng

Việc thu thập, phân tích và tổng hợp tài liệu ñã có giúp cho việc ñánh giá mức

ñộ phức tạp của ñiều kiện ñịa chất công trình ở khu vực ñịnh nghiên cứu- Bằng việc

kế thừa các kết quả ñã có ở tài liệu cũ, sẽ ñịnh hướng ñúng ñắn cho các công việc

tiếp theo

Khảo sát khái quát tại thực ñịa

Bằng việc trực tiếp khảo sát thực ñịa sẽ ñánh giá, làm chính xác hơn những tài liệu ñã thu thập ñược, trên cơ sở ñó sẽ ñề ra ñược nội dung của các công việc trong giai ñoạn tiếp theo

Thăm dò tại thực ñịa bằng các phương tiện khảo sát khác nhau ñể giải quyết những tồn tại khi ño vẽ tại thực ñịa Việc thăm dò này có thể tiến hành bằng các phương pháp thủ công(như ñào các hố, các giếng thăm dò) hay cơ giới (như các loại máy khoan) hay bằng các thiết bị ñịa- vật lý (như ño ñịa chấn, ño ñiện trở suất của ñá…)

Thí nghiệm trong phòng ñể xác ñịnh các chỉ tiêu tính chất của mẫu ñá ñược lấy từ thực ñịa, ñồng thời tiến hành các thí nghiệm hiện trường ñể làm chính xác thêm các kết quả ñể xác ñịnh ñược trong phòng, nghiên cứu tìm các tương quan thực nghiệm giữa các chỉ tiêu của mẫu ñá và khối ñá ñể sử dụng trong thiết kế, tính toán xây dựng công trình Nhiều thí nghiệm hiện trường cũng ñược tiến hành ñể xác ñịnh các thông số ñịa chất thuỷ văn hay trạng thái và trị số ứng suất ban ñầu tại các ñiểm trong khối ñá

Quan trắc lâu dài ñể chỉnh lý các tài liệu ñã sử dụng trong thiết kế, thi công

và khai thác công trình

Các công trình thường có thời gian sử dụng lâu Theo thời gian, tính chất của

ñá và vật liệu xây dựng công trình cũng bị thay ñổi Việc quan trắc lâu dài sẽ góp phần chỉnh lý các số liệu ñã có trong thời gian trước, ñịnh hướng cho việc ñề suất các biện pháp ñể ñảm bảo khai thác công trình ổn ñịnh lâu dài

3.1.2 NGUYÊN TẮC CƠ BẢN TRONG KHẢO SÁT KHỐI ðÁ

Khảo sát khối ñá là một công việc phức tạp, ñòi hỏi phải sử dụng các thiết bị dựa trên những thành tựu của khoa học và kỹ thuật tiên tiến kết hợp với tư duy lao ñộng khoa học sáng tạo của con người

Khi khảo sát, một số nguyên tắc phải tuân theo là:

3.1.2.1 Nguyên tắc kế thừa

Nguyên tắc này nhằm tận dụng các tài liệu các kết quả ñã thu ñược của các giai ñoạn khảo sát và phương pháp khảo sát trước ñó

Trên cơ sở phân tích các tài liệu của giai ñoạn trước, kế thừa nhưng có chọn lọc

sẽ không chỉ tiết kiệm ñược về mặt kinh phí mà còn giúp cho việc ñịnh hướng, lập phương án khảo sát trong các giai ñoạn sau, rút ngắn thời gian và ñạt kết quả khảo sát tốt nhất

Thông thường, kinh phí khảo sát chiếm khoảng 2,5% kinh phí xây dựng cơ bản ñối với những công trình có ñiều kiện ñịa hình cấu trúc chất ñơn giản, giao thông thuận tiện và có thể lớn hơn, tới 5% cho những công trình ở các vùng sâu, vùng xa và ñiều kiện ñịa chất phức tạp Với nguồn kinh phí có hạn như vậy, việc kế thừa có chọn lọc kết quả khảo sát có trước là một nguyên tắc không thể quên trong khi khảo sát khối ñá, góp phần ñem lại hiệu quả kinh tế của việc khảo sát

3.1.2.2 Nguyên tắc giai ñoạn

Việc khảo sát khối ñá phải ñược tiến hành dần dần theo các giai ñoạn khác nhau, ñi từ khái quát ñến chi tiết, từ ñịnh tính ñến ñịnh lượng, từ khu vực lớn ñến diện tích hẹp…ñể phục vụ cho việc chuẩn bị ñầu tư và thực hiện ñầu tư các dự án xây dựng công trình Ứng với mỗi giai ñoạn, người ta sẽ có những quy ñịnh cụ thể về mục ñích, nội dung và khối lượng công việc phải tiến hành

Trong thời kỳ chuẩn bị ñầu tư, việc khảo sát khối ñá nhằm mục ñích lập ñược báo cáo nghiên cứu tiền khả thi và báo cáo nghiên cứu khả thi

Trong thời kỳ thực hiện ñầu tư, việc khảo sát nhằm mục ñích lập ñược thiết kế

kỹ thuật và thiết kế bản vẽ thi công

Khi hoàn thành ñầu tư, kết thúc việc xây dựng công trình cũng phải khảo sát tại thực ñịa, nhằm ñánh giá, so sánh các số liệu thực tế với các dự báo ban ñầu, các tác ñộng của việc khai thác công trình với môi trường xung quanh…

Tuỳ ñiều kiện cụ thể của công trình xây dựng và mức ñộ quan trọng của nó, trong những ñiều kiện cho phép, người ta có thể gộp hai giai ñoạn vào làm một Trong mỗi giai ñoạn khảo sát trên, phương pháp và khối lượng công việc khảo sát ñược lựa chọn trên các cơ sở sau:

- Mức ñộ phức tạp của các ñiều kiện ñịa chất ở khu vực xây dựng công trình

- Quy mô công trình và ý nghĩa kinh tế- xã hội của nó

- Mức ñộ nghiên cứu ñịa kỹ thuật của khu vực xây dựng

- Phạm vi sử dụng của các phương pháp khảo sát và khả năng trang bị các thiết bị khảo sát của ñơn vị thi công

Tổng hợp các nhiệm vụ khảo sát, các phương pháp khuyến nghị và kết quả của các giai ñoạn khảo sát có thể tóm tắt trong bảng 3.1 (theo Nghiêm Hữu Hạnh, 2001)

Tổng hợp nhiệm các vụ khảo sát hiện trường

Bảng 3.1 Giai ñoạn Nhiệm vụ Các phương pháp khuyến nghị Kết quả

Nghiên cứu các ñiều kiện ñịa chất, ñịa mạo theo các tài liệu lưu trữ:

nghiên cứu ảnh vệ tinh, ảnh máy bay, thực hiện các lộ trình ñịa chất, lập bản ñồ tổng quan

Kết luận ñánh giá

Luận

chứng

Lựa chọn vị trí hoặc tuyến xây

Nghiên cứu lập bản ñồ ñịa kỹ thuật (ðKT) Nghiên cứu ñịa chất, ñịa

Kết quả sơ

bộ về ñiều

kinh tế kỹ

thuật Ờ

Khả thi

dựng đánh giá nền, móng thuận lợi nhất, khảo sát vật liệu xây dựng ựịa phương

mạo dựa trên các công trình khảo sát ựã có sẵn(giếng, taluy, bờ dốc, trạng thái công trình); tiến hành khảo sát (ựịa vật lý, khoan, ựào) với khối lượng không lớn

kiện đKT

ở khu vực với các ựặc ựiểm về ựiều kiện ựịa chất, ựịa mạo, ựịa chất thuỷ văn Thiết kế

kỹ thuật

và tổng dự

toán

Thu thập các số liệu ựầu vào ựể luận chứng về ựộ tin cậy và tắnh hiệu quả của công trình, chọn vị trắ cho từng loại công trình cụ thể, chọn loại kết cấu

và phương pháp thi công, kết luận

về mức ựộ phù hợp của vật liệu xây dựng

Nghiên cứu đKT trong quá trình

ựo ựạc ựịa chất: Lập bản ựồ đKT

có kèm theo các công trình khảo sát (ựịa vật lý, khoan, ựào); thắ nghiệm trong phòng và hiện trường; các thắ nghiệm ựịa chất thuỷ văn Thăm dò

tỷ mỷ vật liệu ựịa phương (các thắ nghiệm trong phòng và hiện trường); tắnh toán trữ lượng Báo cáo về ựiều kiện đKT của nền công trình

Kết luận

về ựiều kiện ựịa chất công trình các hạng mục, ựối tượng

cụ thể, ựánh giá ựịnh lượng các chỉ tiêu

cơ lý của ựất ựá

xử lý nền Tư vấn các vấn ựề đKT xuất hiện trong quá trình xây dựng; nghiệm thu hoàn công nền;

lập hồ sơ các công trình khảo sát trong xây dựng

Lập hồ sơ đKT tất cả các công trình khảo sát trong thi công Tư vấn lắp ựặt các thiết bị quan trắc;

giám sát việc sử dụng vật liệu ựịa phương; kiến nghị các biện pháp gia cường nền công trình

Các tư liệu, hồ sơ xây dựng; báo cáo trung gian; các kết luận

Kết thúc

xây dựng

So sánh các kết quả khảo sát, lập

hồ sơ các công trình khai ựào trong xây dựng

đối chứng ựiều kiện làm việc của

Phân tắch kết quả quan trắc, nghiên cứu tắnh hiệu quả của các biện pháp ựặc biệt khác nhau: nghiên cứu các quá trình tự nhiên phát sinh do tác ựộng của xây dựng hoặc vận hành công trình

Báo cáo, công bố, tham gia lập hồ sơ công trình

công trình với những dự báo ðKT trong các giai ñoạn

3.1.2.3 Nguyên tắc kết hợp

Trong thực tế khảo sát, mỗi phương pháp khảo sát ñều có những ưu, nhược ñiểm và phạm vi sử dụng riêng Kết hợp chúng lại, các phương pháp sẽ bổ sung cho nhau, nâng cao và làm chính xác thêm kết quả khảo sát

Thực tế ñã thấy là hiệu quả khảo sát sẽ tăng lên rất nhiều khi áp dụng nhiều phương pháp khảo sát và thí nghiệm cùng một lúc

3.1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT

Việc khảo sát khối ñá tại hiện trường có thể ñược tiến hành bằng nhiều phương pháp khác nhau từ những dụng cụ ño vẽ ñơn giản ñến các thiết bị, máy móc phức tạp

3.1.3.1 ðo vẽ ñịa chất

Bằng mắt thường và các dụng cụ ño ñạc ñơn giản kết hợp với tư duy khoa học, người ta có thể thu thập ñược rất nhiều thông tin về các vết lộ ñá, sự phân bố cũng như kiến trúc, cấu tạo của khối ñá trong vùng ñịnh nghiên cứu

ðối với ñá cần ghi chép tên ñá, màu sắc, thành phần khoáng vật, cỡ hạt, tính phân lớp, thế nằm của các lớp ñá…

ðối với các khe nứt phải xác ñịnh ñược vị trí của khe nứt trong không gian, số lượng và loại các khe nứt, các ñặc tính của hệ thống khe nứt

3.1.3.2 Phương pháp chụp ảnh

Chụp ảnh là phương pháp nghiên cứu, thăm dò từ xa (cũng gọi là viễn thám) nhằm thu ñược những hình ảnh của vùng ñá ñịnh nghiên cứu- Bằng phương pháp chụp ảnh sẽ loại trừ ñược các sai số chủ quan, có khả năng khảo sát những vùng rộng lớn, phát hiện ñược các ñặc ñiểm ñịa chất của khu vực như các uốn nếp, ñứt gãy và

có thể khảo sát từ xa, những vùng ñịa hình khó khăn mà không thể trực tiếp ñến gần ñược

Việc chụp ảnh có thể ñược thực hiện trên mặt ñất (bằng các máy ảnh thông thường) hay từ trên máy bay (bằng các máy ảnh hàng không chuyên dụng) ðể xử lý các ảnh chụp, có thể bằng mắt thường hay bằng các kính lập thể

Trong những trường hợp ñặc biệt, phải sử dụng việc chụp ảnh bằng các tia hồng ngoại hay ra ña và tia cực tím thu ñược các bức xạ sóng ngắn và cao tần có ñộ xuyên thấu lớn Sóng ra ña chỉ phản xạ với ñất ñá, mặt nước mà không phản xạ với thực vật và mây- ðiều này cho phép sử dụng chúng trong vùng rừng rậm hoặc quanh năm mây phủ hay ñể nghiên cứu trạng thái no nước của ñất ñá

Tuy nhiên, nhược ñiểm của phương pháp chụp ảnh là bị phụ thuộc nhiều vào ñiều kiện ñịa mạo, thời tiết, thảm thực vật và chi phí lớn

3.1.3.3 Các công trình thủ công

Việc ñào các công trình thăm dò thường ñược tiến hành bằng thủ công- trong những trường hợp ñặc biệt lắm, khi ñiều kiện ñịa chất và không gian cho phép mới

có thể sử dụng các phương tiện cơ giới như máy ñào, xe ủi…

Hố ñào thường có dạng chữ nhật, kích thước khoảng 1,5x2,5m Chiều sâu

hố ñào phụ thuộc vào tính chất của ñất ñá nhưng cũng không quá 4m, với các hố ñào sâu thì phải ñào theo kiểu bậc thang, phải chống thành hố ñào khi ñào trong những ñiều kiện ñịa chất phức tạp, trong các ñá yếu…

Hào thăm dò có thể chạy dài hàng chục mét theo một hướng nào ñó ñể theo dõi sự phân bố của các lớp ñá Cũng như hố ñào, khi cần thiết, phải chống thành hào, giữ cho thành hào không bị sập lở

Giếng thăm dò ñược tiến hành khi ñịnh nghiên cứu sự phân bố các lớp ñá theo chiều sâu Chiều sâu của giếng có thể tới hàng chục mét Trong vùng ñá không

ổn ñịnh, phải chống thành giếng bằng các vì chống bằng gỗ

Lò thăm dò là những công trình nằm ngang, ñào sâu vào trong lòng ñá ñể nghiên cứu lớp vỏ phong hoá hay tính chất của các lớp ñá Tiết diện lò thường là hình thang, chiều rộng khoảng1,4-1,8m và chiều cao khoảng 1,8-2m Lò càng ñào sâu, ñá càng không ổn ñịnh thì càng phải chống lò bằng các vì chống bằng các loại vật liệu khác nhau nhưng thường là bằng gỗ Phải có hệ thống chiếu sáng, thông gió, thoát nước cho các lò thăm dò

Nói chung, khi khảo sát bằng các công trình thủ công, phải ño vẽ thế nằm của

ñá, các yếu tố nứt nẻ của ñá ñồng thời phải quan sát, mô tả ñá bằng tên, màu sắc, cấu tạo và kiến trúc của chúng Với các khe nứt, cần ghi chép kích thước, số lượng và loại khe nứt, hệ thống khe nứt Với từng hệ khe nứt, phải quan sát và ño thế nằm, khoảng cách, ñộ nhám, chất lấp ñầy và ñặc trưng của nước dưới ñất

Trong các công trình thủ công, phải lấy mẫu ñá ñại diện cho từng lớp Các mẫu

ñá yếu phải ñược bảo quản cẩn thận và chuyển tới nơi thí nghiệm

3.1.3.4 Các lỗ khoan thăm dò

Khoan nghĩa là dùng các thiết bị khác nhau khoan sâu vào lòng ñất ñể lấy mẫu ñất ñá tại một chiều sâu nào ñó hay ñể tạo thành các lỗ khoan nhằm tiến hành các thí nghiệm khác như ño ñịa vật lý, nén ngang, xuyên tiêu chuẩn… trong lỗ khoan

Việc khoan có thể ñược tiến hành trên mặt ñất (các lỗ khoan trên cạn) hay trên mặt nước (các lỗ khoan trên suối, trên sông hay trên biển) hay trong lòng ñất (các lỗ khoan trong hầm lò…) Các lỗ khoan có thể vuông góc hay nghiêng với mặt ñất ñá một góc nào ñó tuỳ theo mục ñích và yêu cầu của khảo sát

ðể khảo sát ở hiện trường với ñá, người ta có thể dùng các máy khoan tự hành như các máy ếÃÁ 50A, CÁế150ầẩễ của Liên Xô cũ, máy B-53 của Thuỵ ðiển, máy

BE-50 của Pháp… hay các máy khoan cố ñịnh ( có thể tháo rời từng bộ phận ) như máy YKÁ12/25 của Liên Xô cũ, các máy XJ-100, GY-50, SH-30… của Trung Quốc, các máy Koken KT-100, Tone TCD-1 của Nhật…

Máy khoan XJ - 100

ðể tiến hành khoan, ngoài máy khoan, còn cần phải có nguồn năng lượng từ ñiện lưới quốc gia hay các ñộng cơ diesel, các máy bơm dung dịch, các dụng cụ khoan như lưỡi khoan, cần khoan, ống mẫu , ống chống và các loại ñầu nối khác nhau

ðể lấy ñược mẫu ñá, người ta phải dùng phương pháp khoan xoay lấy mẫu với các lưỡi khoan có ñường kính từ 50-203mm, trên ñó có gắn các răng hợp kim cứng hay các lưỡi khoan kim cương tuỳ theo ñộ bền của ñá khoan qua

Việc áp dụng hài hoà các

thông số của chế ñộ khoan là tải

trọng lên ñáy lỗ khoan P, tốc ñộ

quay của bộ dụng cụ khoan n,

lưu lượng Q và chất lượng nước

rửa bơm xuống lỗ khoan sẽ ñem

lại hiệu quả cho công tác khoan,

nâng cao tỷ lệ lấy mẫu ñá trong

khoan

Các mẫu ñá lấy ñược khi

khoan ( các lõi khoan) có chiều

dài tuỳ theo chiều dài của ống

mẫu (thường khoảng 3,5m) sẽ

ñược bảo quản cẩn thận theo quy

phạm hiện hành và vận chuyển tới nơi thí nghiệm

Hình 3-2. Các lưỡi khoan kim cương

Trên cơ sở các tài liệu ñã ghi chép trong nhật ký khoan và các kết quả thí nghiệm xác ñịnh các chỉ tiêu tính chất của ñá ở mẫu khoan lấy ñược trong quá trình khoan, người ta sẽ lập ñược hình trụ lỗ khoan Trên hình trụ này sẽ thể hiện ñược chiều sâu của từng lớp ñá, ñộ sâu tương ứng của chúng, mô tả các ñặc ñiểm sơ bộ của ñá cũng như những ghi chép về vị trí, các ñiểm lấy mẫu nguyên trạng và không nguyên trạng, giá trị của các lần thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT…

Hình trụ lỗ khoan sẽ là cơ sở ñể lập các mặt cắt ñịa chất sau này Thí dụ một hình trụ lỗ khoan ñược thể hiện trên hình 3-3

3.1.3.5 Phương pháp ñịa - vật lý

ðịa – vật lý phương pháp ứng dụng những nguyên tắc, thành tựu của vật lý vào việc nghiên cứu ñịa chất Các lớp ñất ñá khác nhau sẽ có những ñặc trưng vật lý, những phản ứng khác nhau khi chịu sự tác ñộng của một trường vật lý nào ñó Phương pháp ñịa vật lý có thể sử dụng ñể ño ở trên mặt ñất và ở dưới sâu, trong các

lỗ khoan hay trong các công trình hào, lò, giếng Ưu ñiểm của nó là có thể tiến hành

từ xa, nghiên cứu tới chiều sâu lớn và thu ñược nhiều thông tin cùng một lúc theo các hướng khác nhau trong không gian Kết quả của thí nghiệm ñịa – vật lý thường mang tính khách quan vì ña số các thiết bị thí nghiệm ñều có bộ phận tự ghi Thiết bị thí nghiệm ñịa – vật lý thường gọn, nhẹ, tính cơ ñộng và năng suất cao nên chúng rất hay ñược sử dụng

Tuy nhiên, phương pháp ñịa – vật lý không thể xác ñịnh ñược tất cả các ñặc trưng vật lý của ñất ñá Một số phương pháp ñịa – vật lý có thể dùng ñể nghiên cứu trong cơ học ñá là các phương pháp ñịa chấn, phương pháp ño ñiện, phương pháp ra

ña xuyên ñất, một số phương pháp ño trong lỗ khoan hay các phương pháp trọng lực, phương pháp từ… Có thể mô tả tóm tắt một số phương pháp như sau:

Phương pháp ño ñiện

Cơ sở của phương pháp này là các lớp ñá khác nhau sẽ có ñiện trở suất biểu kiến khác nhau Dựa vào các giá trị thu ñược khi thí nghiệm, sẽ xác ñịnh ñược ranh giới giữa các lớp ñá

Trên mặt ñất người ta bố trí các ñiện cực phát C1,C2 ñược nối với nguồn ñiện

có cường ñộ I Các ñiện cực thu P1,P2 bố trí ở phía trong C1,C2 theo các khoảng cách khác nhau (hình 3-4) Qua hai cực ñiện này sẽ xác ñịnh ñược hiệu ñiện thế U ðiện trở suất biểu kiến của ñá sẽ ñược xác ñịnh theo công thức:

1r

1r

1r1

1I

Công trình: Cầu Ân Nghĩa - ðường Hồ Chí Minh

Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) S

ố

chi

ều

Bề dày Ký Mô tả ðộ Số búa N/15cm C

Mẫu

sâu (m) N

1 N2 N3

số SPT

UD7 12,9- 13,1 UD8 14,8-15

C1 16,8-17

9b

2,21 27,

5

đá vôi xám xanh, xám trắng nứt nẻ ắt

C2 27-27,5 Ghi chú

Lỗ khoan kết thúc tại ựộ sâu 27,5m

Tuỳ theo việc bố trí các điện cực theo sơ đồ Wenner (khoảng cách giữa các điện cực bằng nhau) hay sơ đồ Schlumberger (các điện cực bố trí đối xứng) mà điện trở suất biểu kiến sẽ được xác định bằng các cơng thức tương ứng:

Với sơ đồ Wenner

I

Ua2π

=

Với sơ đồ Schlumberger

l2

lL.I

U 2− 2π

=

Ở mỗi sơ đồ bố trí, chiều sâu đo điện

trở suất cũng khác nhau Cĩ thể coi gần đúng

chiều sâu đo trong sơ đồ Wenner là gần bằng

a, cịn trong sơ đồ Schlumberger là gần bằng

L/2 Do vậy thay đổi khoảng cách giữa các

điện cực trên mặt đất, người ta sẽ tính được

điện trở suất tại các chiều sâu khác nhau, từ

đĩ cĩ thể xác định được ranh giới giữa các

lớp đá theo sự gẫy khúc của biểu đồ quan hệ

giữa điện trở suất biểu kiến và khoảng cách

giữa các điện cực

Người ta cũng tiến hành đo điện trở

suất của đất đá dọc theo chiều sâu của các lỗ

khoan, qua đĩ cĩ thể xác định được các lớp

đá khác nhau và chiều dày tương ứng của

chúng

Trị số điện trở suất của một số loại đá

cĩ thể thấy trong bảng 2.12

Phương pháp địa chấn

Cơ sở của phương pháp địa chấn là

sĩng đàn hồi lan truyền với các vận tốc khác

nhau trong các mơi trường khác nhau

Các sĩng đàn hồi được tạo ra bằng

cách đập mạnh búa tạ vào đá hay cho nổ một

lượng thuốc nổ nhỏ trên đá.Các thiết bị thu

được bố trí lại những khoảng cách khác nhau

so với nguồn sĩng để xác định thời gian

truyền sĩng Bằng cách tính tốc độ truyền sĩng theo sĩng dọc hay sĩng khúc xạ mà người ta cĩ thể xác định được chiều dày của các lớp đá khác nhau, phán đốn được các loại đá theo tốc độ truyền sĩng của chúng

Các đá no nước và ít nứt nẻ thường cĩ tốc độ truyền sĩng cao (≥6km/s), cịn với các đá cĩ nhiều lỗ rỗng khơng no nước, đá vỡ vụn, bị phong hố sâu thì tốc độ truyền sĩng thấp hơn (khoảng 3km/s)

Thường khi xác định địa tầng , người ta chỉ đo tốc độ truyền sĩng dọc Khi muốn đánh giá các đặc trưng cơ học của đá, người ta phải xác định cả tốc độ truyền

I U

a- Bố trí chung b- Sơ đồ Wenner c- Sơ đồ Schlumberger

sóng ngang và tốc ñộ sóng mặt Có thể dùng các công thức (1.173) ñến (1.178) ñể phục vụ cho việc tính toán này

Trị số của tốc ñộ truyền sóng dọc trong một số loại ñá có thể xem trong bảng 1.18

Raña xuyên ñất

Raña xuyên ñất sử dụng sóng ñiện từ trong dải tần từ 1-1000MHz ñể nghiên cứu, phát hiện các ranh giới ñịa chất, mực nước dưới ñất và các vật dị thường dưới mặt ñất Raña ño ñược năng lượng ñiện từ quét phản hồi từ ñường biên của các ñịa tầng hoặc các vùng dị thường có hằng số ñiện môi (ñộ từ thẩm) tương phản rõ ràng Phương pháp này nhanh chóng ñịnh vị các hang hốc karst, các khe nứt và ñứt gẫy chứa nước hoặc chứa sét, các mặt phong hoá hay mặt tiếp xúc giữa các loại ñá

Phương pháp ñịa - vật lý lỗ khoan

Trong lỗ khoan, người ta có thể dùng kính ngắm mà nguyên tắc giống như kính viễn vọng – thường dùng tới ñộ sâu không quá 30m, cho phép thấy ñược kiểu nứt nẻ, ñới vò nhàu,vỡ vụn của ñá ở thành lỗ khoan

Camera lỗ khoan ñược sử dụng ñể quay ñược các hình ảnh ở dưới lỗ khoan, qua ñó, biết ñược ñất ñá trên thành lỗ khoan, ñộ nghiêng của lỗ khoan và ñất ñá ở ñáy lỗ khoan Các hình ảnh này có thể thấy ñược trực tiếp hay ñược chép lại trên băng hình

Karota lỗ khoan là dùng các thiết bị ñịa – vật lý ñể xác ñịnh các ñặc tính khác nhau của ñá trên suốt chiều dài của lỗ khoan hay từng ñoạn của lỗ khoan Các thông

số mà karota có thể ño ñược là vận tốc âm, ñiện trở suất, ñiện trường tự nhiên trong dung dịch khoan và bức xạ tự nhiên phát ra từ ñá hoặc phản bức xạ của ñá với bức xạ hạt nhân phát ra từ ñầu ño Karota lỗ khoan còn có thể cho biết ñộ rỗng, ñộ chặt, ñộ bão hoà, hàm lượng sét và các thông số khác nữa

3.2 PHÂN LOẠI KHỐI ðÁ

Phân loại khối ñá tức là sắp xếp các khối ñá thành từng nhóm theo các dấu hiệu hay các ñặc tính giống nhau của từng nhóm, qua ñó có thể ñánh giá ñược tính chất của khối ñá

ðầu tiên, khi mới phân loại ñá, người ta chỉ dựa vào một vài chỉ tiêu ñộc lập,

dễ xác ñịnh như ñộ bền nén một trục của ñá Khi tính chất nứt nẻ của khối ñá ñược quan tâm hơn thì người ta ñã phân loại theo chỉ số chất lượng ñá RQD Sau này, càng nghiên cứu ñá và khối ñá, người ta càng thấy là cần phải dùng một chỉ tiêu có tính chất tổng hợp, kể ñến nhiều yếu tố ảnh hưởng tới tính chất của khối ñá như ñộ bền của mẫu ñá, mật ñộ khe nứt,ñặc ñiểm của các mặt gián ñoạn, ñiều kiện ñịa chất thuỷ văn, trạng thái ứng suất của khối ñá … ñể phân loại khối ñá và vì thế, một số cách phân loại theo chỉ số khối ñá RMR, theo hệ Q, theo chỉ số ổn ñịnh S… ra ñời

3.2.1 PHÂN LOẠI ðÁ THEO CÁC CHỈ TIÊU ðỘC LẬP

3.2.1.1 Theo ñộ bền nén một trục

Hội cơ học ñá quốc tế (ISRM) ñã phân loại ñá theo ñộ bền nén một trục như trong bảng 1.9

Theo tiêu chuẩn và quy phạm xây dựng của Liên Xô cũ (SNiP 2.02.01-83) thì ñá ñược phân loại theo ñộ bền nén một trục ở trạng thái no nước σnnn như trong bảng 3.2

Bảng 3.2 Loại ñá ðộ bền nén khi no nước σnnn, MPa

< 1

3.2.1.2 Theo hệ số bền chắc của Protodjakonov

M.M Protodjakonov (1909) ñã ñề ra hệ số bền chắc f và dùng nó ñể phân loại ñất ñá như trong bảng 1.21 Hệ số f và cách phân loại này ñã dùng rất phổ biến ở Liên Xô và các nước trong phe xã hội chủ nghĩa trước kia

3.2.1.3 Theo chỉ số chất lượng ñá RQD

Năm 1963, D.U.Deere ñã ñề ra chỉ số chất lượng ñá RQD và ñã ñánh giá chất lượng ñá theo chỉ tiêu này như trong bảng 2.7

3.2.2 PHÂN LOẠI KHỐI ðÁ THEO CÁC CHỈ TIÊU TỔNG HỢP

Nhiều tác giả ñã ñề ra cách phân loại khối ñá theo một chỉ tiêu tổng hợp như cách phân loại theo chỉ số cấu trúc của ñá RSR (Rock Structure Rating) của nhóm G.E Wickham và những người khác (1972) theo chỉ số khối ñá RMR (Rock Mass Rating của Z.T Bieniawski(1973), theo hệ Q của nhóm N.Barton và những người khác (1974) hay theo chỉ số ổn ñịnh S của N X Bulưchev (1975) Dưới ñây sẽ trình bày rõ hơn 3 phương pháp phân loại sau:

3.2.2.1 Phân loại khối ñá theo chỉ số khối ñá RMR

Trên cơ sở nghiên cứu cơ học ñá ở Nam Phi, năm 1973 lần ñầu tiên Z.T Bieniawski ñã ñưa ra cách phân loại khối ñá RMR gồm 6 thông số Cách phân loại này ngay lập tức ñã ñược phổ biến rất rộng rãi Sau ñó tác giả ñã cải biên và ñưa ra cách phân loại dưới ñây vào năm 1989

Chỉ số RMR ñược xác ñịnh bằng công thức:

RMR = RβS + RRQD + Rdj + Rcj + Rw + Roj (3.4) trong ñó: RβS là ñiểm số kể ñến ñộ bền nén một trục của ñá;

RRQD là ñiểm số xét tới chỉ số RQD;

Rdj là ñiểm số xét tới khoảng cách mặt gián ñoạn;

Rcj là ñiểm số xét tới ñặc ñiểm gián ñoạn;

Rw là ñiểm số xét tới ảnh hưởng của nước trong khối ñá;

Roj là ñiểm số xét tới ảnh hưởng của các mặt gián ñoạn