Sách địa chất công trình

Sách địa chất công trình Sách địa chất công trình Sách địa chất công trình Sách địa chất công trình Sách địa chất công trình Sách địa chất công trình Sách địa chất công trình Sách địa chất công trình Sách địa chất công trình Sách địa chất công trình Sách địa chất công trình Sách địa chất công trình Sách địa chất công trình Sách địa chất công trình Sách địa chất công trình Sách địa chất công trình Sách địa chất công trình Sách địa chất công trình Sách địa chất công trình Sách địa chất công trình Sách địa chất công trình

CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU I.1 Địa chất công trình và nhiệm vụ của nó

I.1.1 Định nghĩa :

- Địa chất công trình là môn học nghiên cứu điều kiện địa chất để

xây dựng các công trình khác nhau và đưa vào sử dụng có hiệu quả và ổn

định

1 Điều kiện địa mạo

2 Điều kiện cấu trúc địa chất

3 Điều kiện các tác động địa chất

4 Điều kiện địa chất thủy văn

5 Điều kiện vật liệu xây dựng

I.1.2 Nhiệm vụ của địa chất công trình :

- Xác định các điều kiện địa chất của khu vực xây dựng, so sánh, lựa

chọn vị trí thích hợp cho công trình

- Nêu lên các điều kiện thi công, dự đoán các hiện tượng địa chất có

thể xảy ra khi thi công hay sử dụng công trình

- Đề ra các biện pháp phòng ngừa và cải tạo các điều kiện địa chất

không có lợi cho công trình

- Cho biết khả năng cung cấp vật liệu xây dựng tại địa phương phục

vụ cho xây dựng công trình

I.2 Nội dung của Địa chất công trình

Địa chất công trình nghiên cứu những vấn đề cơ bản sau :

- Nghiên cứu đất đá làm nền thiên nhiên, môi trường và vật liệu xây

dựng cho các công trình

- Nghiên cứu các hoạt động địa chất hiện đại (hiện tượng trượt đất,

đất chảy, xói mòn, cactơ, phong hóa…) ,tìm hiểu nguyên nhân phát sinh

và điều kiện phát triển để đề ra biện pháp xử lý trong khi xây dựng, sử

dụng và khai thác công trình

- Nghiên cứu nước dưới đất để khắc phục các khó khăn do nước gây

ra trong khi thiết kế và thi công các công trình

- Nghiên cứu địa chất công trình xây dựng để lập quy hoạch các khu

vực xây dựng các công trình khác nhau như dân dụng công nghiệp, cầu

dường, các công trình thủy lợi…

I.3 Phương pháp nghiên cứu địa chất công trình

Mỗi môn học được phân biệt không những bởi đối tượng nghiên cứu mà

còn bởi các phương pháp mà môn học đó sử dụng để thực hiện nhiệm vụ

của nó đã đặt ra Khi nghiên cứu ĐCCT người ta thường sử dụng tổng hợp

3 loại phương pháp chủ yếu sau đây :

sự thay đổi những điều kiện đó dưới tác dụng của công trình, địa chất công trình

- Khi thực hiện pp này ngoài việc phải thực hiện các công tác khoan đào vào các tầng đá để thu thập các tài liệu về các điều kiện địa chất mà còn phải tiến hành thí nghiệm trong phòng và ngoài trời để xác định các đặc trưng cơ lý của đất đá

2 Phương pháp tính toán lý thuyết

- Lập các phương trình toán học để thể hiện bản chất vật lý của các hiện tượng địa chất, các đặc trưng vật lý, cơ học của đất đá

- Vì không phải lúc nào cũng có thể quan trắc hay dùng các phương pháp thực nghiệm để xác định bản chất vật lý – cơ học của đất đá ở những khu vực có địa hình phức tạp Pp này có thể cho kết quả nhanh chóng và khá chính xác Người ta thường dùng pp này để tính toán mức độ ổn định,

độ lún của công trình, lượng nứơc chảy vào hố móng, mức độ ổn định của mái dốc, tốc độ tái tạo bờ …

3 Phương pháp thí nghiệm mô hình và tương tự địa chất

- Được áp dụng trong trường hợp liên quan đến qui mô của công trình thiết kế hoặc tính chất phức tạp của điều kiện địa chất

- Pp thí nghiệm mô hình là lập mô hình trong phòng thí nghiệm hoặc ngoài trời dựa trên sự tương đồng giữa môi trường địa chất tự nhiên của khu vực xây dựng và môi trường vật lý có điều kiện tương tự Pp này giúp

ta nghiên cứu được chuẩn xác hơn các hiện tượng địa chất sẽ xảy ra trong quá trình thi công và khai thác …

- Pp tương tự địa chất là sử dụng các tài liệu địa chất của khu vực đã được nghiên cứu đầy đủ cho khu vực có điểu kiện địa chất tương tự Pp này có tính chất kinh nghiệm dựa trên nguyên lý “đất đá được hình thành trong cùng điều kiện, trải qua các quá trình địa chất như nhau thì có các đặc trưng vật lý, cơ học … tương tự nhau

CHƯƠNG II : ĐẤT ĐÁ

II.1 Vỏ quả đất và các hiện tượng địa chất diễn ra trong đĩ

II.1.1 Cấu trúc bên trong của Trái đất

- Quả đất cĩ hình cầu, ở xích đạo phình ra, 2 cực hơi dẹt đi, do tốc

độ quay của quả đất quanh trục bắc-nam khá lớn

- Bề mặt quả đất lồi lõm bất thường, nơi nhơ lên tạo thành các dãy

núi, và nơi lõm sâu tạo thành các đại dương Nơi lồi nhất là đỉnh

Chomolungma của dãy Hymalaya cao 8890m, nơi lõm nhất là là hố đại

dương Marian sâu khoảng 11.034m

o Khí quyển Trái Đất : là lớp các chất khí bao quanh hành tinh Trái

Đất và được giữ lại bởi lực hấp dẫn của Trái Đất

o Thủy quyển : bao gồm các biển, đại dương, hồ, sơng suối, chiếm ¾

bề mặt quả đất Ngồi ra cịn nước trong các lỗ rỗng và khe nứt của đất đá

– nước dưới đất

- Vỏ Trái đất được chia thành các quyển đồng tâm

o Quyển ngồi cùng của quả đất là quyển đất đá, hay cịn gọi là vỏ

quả đất, cĩ bề dày trung bình khoảng 35km Ở quyển này chủ yếu là đá

macma rồi đến đá biến chất, đá trầm tích Vỏ TĐ chiếm khoảng 1% thể

tích và 0.5% khối lượng của TĐ Bề dày vỏ quả đất thay đổi như sau :

 Ở đáy đại dương : vỏ quả đất cĩ bề dày từ 8-10km

 Ở các vùng đồng bằng : vỏ quả đất cĩ bề dày thay đổi từ 30-40km

 Ở các vùng núi cao : vỏ quả đất cĩ bề dày thay đổi từ 55-75km

o Dưới đĩ là quyển manti phân bố từ lớp vỏ đến độ sâu 2900km

Quyển này chiếm 83% thể tích và 67% khối lượng TĐ.Quyển manti ở thể

rắn, vật chất là các dạng hợp chất oxit silic, oxit mangan và oxit sắt Manti

được phân ra 2 loại như sau :

 Manti trên : phân bố từ lớp vỏ quả đất đến độ sâu 800km, đây

chính là nguồn nhiệt lớn bên trong của vỏ quả đất do lượng nguyên tố

phĩng xạ phân hủy lớn

 Manti dưới : phân bố ở độ sâu từ 800-2900km, do lớp vật chất này

phân bố sâu và ở trạng thái nén chặt nên cĩ nhiệt độ cao (2800-38000C) và

áp lực lớn (100.000-1.300.000at)

đất được cấu tạo chủ yếu từ các hợp chất của sắt và niken Áp suất ở trung

tâm quả đất rất cao (từ 3,5triệu at) và nhiệt độ rất lớn (40000C) Hiện nay,

người ta vẫn chưa cĩ nghiên cứu chính xác về nhân quả đất

vỏ : dày 8-10km : ở đáy đại dương 30-40km : ở đồng bằng 55-75km : ở vùng núi

manti : từ vỏ đến độ sâu 2900km

nhân : 2900-6370km

II.1.2 Các trườngvật lý đang hoạt động của trái đất

- Do sự vận động, sự phân bố và thuộc tính của các vật chất trong và

ngồi quả đất mà hình thành nên các trường vật lý cơ bản như trọng

trường, từ trường, trường nhiệt …

o Trường nhiệt : TĐ nhận được 2 nguồn nhiệt chủ yếu, một từ mặt trời (ngoại nhiệt) và một nguồn từ lịng TĐ toả ra (nội nhiệt)

 Ngoại nhiệt chủ yếu sinh ra do ánh sáng mặt trời hun nĩng phần bên trên vỏ trái đất Nĩ thay đổi theo thời gian và khơng gian Ảnh hưởng của nhiệt mặt trời khơng sâu lắm, khoảng vài chục mét về chiều sâu

 Vào sâu trong lịng trái đất là chịu ảnh hưởng của nội nhiệt Nguồn nhiệt này sinh ra do các phản ứng hĩa học, hạt nhân… (các nguyên tố phĩng xạ khi hoạt động sẽ ở nhiệt độ rất cao)

với 2 địa cực Hiện tại địa cực từ gần trùng với cực địa lý Ở những vùng phân bố đá hay quặng từ tính cao sẽ hình thành từ tính bất thường

 Nguyên nhân của từ trường Trái đất : sự đối lưu của lớp nhân ngồi và sự tự quay của TĐ đã tạo ra từ trường TĐ Và phần nhân nĩng để duy trì từ trường và ổn định từ trường sinh ra bởi lớp lõi ngồi lỏng

 Một vật trên mặt đất chịu sự tác động của 2 lực : lực hút của TĐ, lực ly tâm sinh ra do sự tự quay của TĐ Trọng lực chính là tập hợp của 2 lực đĩ, do bán kính của TĐ ở cực ngắn hơn ở xích đạo nên trọng lực tăng dần từ cực đến xích đạo

M.mG

Trong đĩ F : lực hấp dẫn giữa hai vật thể

M, m : khối lượng

R : khoảng cách giữa 2 vật

G : hằng số hấp dẫn vũ trụ

II.1.3 Các hiện tượng địa chất đang xảy ra trong TĐ

- Hiện tượng mắcma : là hiện tượng các khối dung nham nĩng chảy

ở sâu trong lịng đất theo các khe nứt dâng lên xâm nhập vào phần trên của

vỏ trái đất hay phun trào lên trên mặt đất

- Hiện tượng kiến tạo : là hiện tượng xảy ra do nội động lực phát

sinh trong vỏ trái đất làm thay đổi cấu trúc các lớp đất đá cấu tạo nên vỏ

trái đất, tách vỏ trái đất thành nhiều mảng và các mảng này tương tác với

nhau để tạo nên các dạng địa hình trên trái đất

- Hiện tượng xâm thực : các hoạt động địa chất - địa lí ngoại sinh làm

mất đi một phần hay tồn bộ đất đá trên bề mặt, dẫn tới sự hạ thấp địa hình

Quá trình xâm thực diễn ra do các tác nhân chủ yếu sau:

1) Tác nhân cơ học - lực của dịng chảy phá huỷ, xĩi lở, mài mịn đá và

cuốn trơi đá vụn theo dịng nước;

2) Tác nhân hố học - nước hồ tan đá và các sản phẩm phong hố rồi cuốn

trơi đi, do đĩ đá gốc cũng bị mịn nhanh chĩng

- Hiện tượng trầm tích : là sự phá huỷ cơ học và hố học các đá do

tác dụng của các nhân tố khác nhau trên mặt hoặc ở phần trên cùng của vỏ

TĐ tạo ra các sản phẩm phá huỷ Sản phẩm này được giĩ, nước, băng hà

mang đi và tích đọng lại ở biển, hồ và 1 phần lắng đọng trên đường vận

chuyển gọi là hiện tượng trầm tích

II.2 Khống vật và khống vật tạo đá

II.2.1 Khái niệm

- Khống vật là những hợp chất hĩa học hoặc các nguyên tố tự sinh

được hình thành trong quá trình lý-hĩa xảy ra bên trong hay phía trên của

vỏ trái đất

- Khống vật trong thiên nhiên cĩ ở thể khí (khí H2S, CO2…), thể

lỏng (nước, thuỷ ngân…), thể rắn (thạch anh, fenpat, mica…) Khống vật

rắn hầu hết ở trạng thái kết tinh (tinh thể)

- Trong số 3000 khống vật, chỉ cĩ hơn 50 khống vật tham gia tạo

đá Các khống vật này gọi là khống vật tạo đá

- Tùy thuộc vào vai trị của các nguyên tố cấu tạo nên khống vật ta

cĩ thể chia ra khống vật chính và khống vật phụ

o Khống vật chính đĩng vai trị chủ yếu trong việc cấu tạo nên đất

đá Cường độ và tính chất của đất đá chủ yếu do cường độ và tính chất của loại khống vật này quyết định

là khĩang vật chính của đá này nhưng cĩ khi là khĩang vật phụ của đá khác)

- Theo nguồn gốc hình thành, khống vật được chia ra khống vật nguyên sinh và khống vật thứ sinh

o Khống vật nguyên sinh : được thành tạo do sự nguội lạnh của macma hoặc do kết tủa từ dung dịch

o Khống vật thứ sinh : được thành tạo từ những khống vật khác (do phản ứng hĩa học của nước với khống vật nguyên sinh, do tác dụng của áp suất, do nhiệt độ cao …)

- Theo mục đích xây dựng, khống vật được phân loại dựa trên các dạng liên kết hĩa học của nĩ Bởi vì đặc trưng cấu tạo tinh thể và bản chất mối liên kết hĩa học giữa các nguyên tử quyết định nhiều tính chất vật lý

và cơ học rất quan trọng

II.2.2 Một số đặc tính của khống vật

a Hình dạng tinh thể của khống vật

- Dạng tinh thể của khống vật : tinh thể là những vật rắn trong đĩ các phần tử nhỏ sắp xếp theo 1 quy luật đều đặn tạo thành dạng khơng gian

- Tính đối xứng của tinh thể bao gồm:

o Tâm đối xứng: (C) là một điểm tưởng tượng nằm trong tinh thể,

mà tại điểm đĩ mọi đường thẳng đi qua nĩ, nằm trong giới hạn tinh thể được chia làm hai phần bằng nhau

o Trục đối xứng: (L) là một trục tưởng tượng đi qua tinh thể để khi quay tinh thể theo một gĩc cố định xung quanh trục thì lặp lại tất cả các yếu tố của tinh thể như vị trí ban đầu

o Mặt phẳng đối xứng: (P) là mặt phẳng tưởng tượng đi qua tinh thể, chia đơi tinh thể ra hai phần bằng nhau, mọi yếu tố của tinh thể ở hai phần đều đối xứng nhau qua mặt phẳng đối xứng tựa như ảnh của một vật qua gương

- Bảng phân loại hệ thống tinh thể

b Màu của khoáng vật

- Màu của khoáng vật chủ yếu do thành phần hóa học và các tạp chất

trong nó quyết định

- Khi quan sát màu khoáng vật cần chú ý đến điều kiện ánh sáng,

trạng thái của khoáng vật

- Tuy nhiên, dấu hiệu đáng tin cậy hơn nhận biết màu của khoáng

vật là màu của bột khoáng vật Chỉ cần vạch một khoáng vật trên một tấm

sứ nhám, chúng sẽ để lại một vệt dài có màu đặc trưng cho bột khoáng vật

ấy

c Độ trong suốt và ánh của khoáng vật

- Độ trong suốt là khả năng của vật thể khi cho ánh sáng đi xuyên

qua

- Khi ánh sáng chiếu vào môi trường khác nhau sẽ bị khúc xạ, thay

đổi tốc độ và tiêu hao năng lượng Một phần ánh sáng chiếu lên khoáng

vật sẽ bị phản xạ trở lại trên mặt khoáng vật để tạo thành ánh của khoáng

vật

- Các loại ánh đặc trưng của khoáng vật :

o Ánh kim : khi sự phản xạ của ánh sáng trên bề mặt cao, đó là các

khoáng vật mờ đục, có khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh Ví dụ : những

kim loại trong tự nhiên như vàng, bạc, …có các biểu hiện liên quan đến

kim loại vì chúng có ánh kim

o Ánh phi kim : trên các khoáng vật còn lại có nhiều dạng ánh phi

kim khác nhau Ánh phản xạ lấp lánh của kim cương gọi là ánh kim

cương; thủy tinh thông thường, thạch anh có ánh thủy tinh; một số khoáng

vật khác được mô tả như là ánh mỡ, ánh đất, ánh tơ …

d Tính cát khai và vết vỡ

- Tính cát khai (dễ tách) của khoáng vật là khả năng bị tách ra của

các hạt tinh thể hay hạt kết tinh theo các mặt song song Có các mức độ

dễ tách như sau :

o Cát khai rất hoàn toàn : tinh thể có khả năng tách ra rất dễ dàng

bằng tay

o Cát khai hoàn toàn : dùng các loại vật dụng (như búa …) tác dụng

vào tinh thể và nó sẽ vỡ ra theo các mặt tách tương đối bằng phẳng

o Cát khai trung bình : trên những mặt vỡ của tinh thể, vừa thấy các

mặt tách tương đối hoàn chỉnh, vừa thấy vết vỡ không bằng phẳng theo

- Để đánh giá độ cứng tương đối của khoáng vật, người ta dùng thang độ cứng Mohs gồm 10 cấp độ, sắp xếp theo chiều tăng độ cứng, mỗi cấp độ được đại diện bằng một khoáng vật phổ biến

lần Để xác định được phải dùng độ cứng tuyệt đối

o Hầu như các khoáng vật có độ cứng từ 2-7 Các khoáng vật tạo đá thường có độ cứng nhỏ hơn 7 Đá chứa khoáng vật có độ cứng cao thì thường có cường độ lớn

f Tỷ trọng của khoáng vật

- Tỷ trọng của khoáng vật được biểu diễn bằng tỉ số giữa trong

lượng khoáng vật chia cho trọng lượng của thể tích nước tương đương

- Tỷ trọng của khoáng vật thay đổi trong phạm vi tương đối lớn và

được chia thành 3 nhóm : nhẹ (<2,5); trung bình (2,5<<4); nặng (

Plagiocla Muscovit Biotit Piroxen Ambifon Olivin

2,60-2,78 2,50-3,10 2,69-3,40 3,20-3,60 2,99-3,47 3,18-3,45

- Tỷ trọng phụ thuộc vào thành phần hóa học và cấu trúc của tinh

thể Tỷ trọng lớn khi khoáng vật chứa nguyên tố nặng và có sự sắp xếp

nguyên tử chặt

g Các tính chất khác

- Có một số tính chất khác có thể hữu ích trong việc nhận biết một

số khoáng vật đặc biệt Ví dụ như : từ tính, tính phóng xạ, vị, mùi, hoặc

xúc giác

- Manhetit là một khoáng vật chứa sắt nên có từ tính cao, gọi là nam

châm tự nhiên

II.2.3 Phân loại khoáng vật

a Phân loại khoáng vật theo kiểu liên kết hóa học:

- Các liên kết thường gặp trong chất kết tinh

o Liên kết cộng hóa trị :

o Liên kết ion :

b Phân loại khoáng vật theo thành phần hóa học :

- Thành phần của hầu hết các khoáng vật tạo đá phổ biến được giới

hạn bởi sự phong phú của các nguyên tố trong vỏ trái đất

- Thực tế chỉ có 8 nguyên tố cấu tạo nên khoảng 98% trọng lượng

của vỏ trái đất Lượng chứa các nguyên tố trong vỏ trái đất như sau : Oxy

(O)_46,6%; Silic (Si)_ 27,27%; Nhôm (Al)_8,13%; Sắt (Fe)_5%; Canxi

(Ca)_3,63%; Natri (Na)_2,83%; Kali (K)_2,59%; Manhê (Mg)_2,09%

Các khoáng vật là thành viên của nhóm được đặc trưng bởi những kết hợp của các nguyên tố trên

- Khoáng vật được phân loại thành các lớp và các lớp này được phân nhỏ thành các nhóm dựa vào cấu trúc bên trong của nó Gồm 9 lớp như sau :

1 Lớp nguyên tố tự sinh : Cu, Au …

2 Lớp oxit và hydroxit : Fe3O4, SiO2, FeOH …

3 Lớp cacbonat (muối của axit cacbonic) : CaCO3, Dolomit (Ca,Mg)[CO3]2 …

4 Lớp sunfat (muối của axit sunfuric) : thạch cao CaSO4.2H2O …

5 Lớp sunfua (hợp chất của lưu huỳnh) : pirit sắt FeS2 …

6 Lớp halogenua (muối của các axit halogenhidric): halit NaCl …

7 Lớp photphat (muối của axit phophoric) : photphat CaP2O5 …

8 Lớp silicat (muối của axit silicic) : octocla K[AlSi3O8]

9 Hợp chất hữu cơ : metan CH4 …

- Sau đây là mô tả một số khoáng vật tạo đá chủ yếu :

 Lớp silicat : đây là lớp khoáng vật quan trọng, có số lượng lớn nhất

và phổ biến trong tự nhiên, là khoáng vật tạo đá macma, đá biến chất trao đổi và cả đá trầm tích Trong các silicat mỗi ion Si+4 bao giờ cũng nằm giữa 4 ion O-2 ở các góc của mỗi tứ diện Tứ diện [SiO4]-4 là đơn vị kiến trúc cơ sở của silicat Các nhóm được phân biệt bởi sự sắp xếp của khối tứ diện cơ sở này

khối tứ diện silic độc lập và các ion Mg+2 (hoặc Fe+2) cách đều nhau

2 Khối tứ diện độc lập và oxi tham gia liên kết tạo thành chuỗi

Ca(Mg,Fe,Al)[(SiAl)2O6] : chuỗi đơn các khối tứ diện silic được ràng buộc với nhau bởi các ion Ca+2 và Mg+2

Ca2Na(Mg,Fe)4(Al,Fe)[(Si,Al)4O11]2[OH]2

 Tấm tứ diện : là các tấm mỏng gồm các khối tứ diện silic mà trong

đó 3 ion oxi được chia sẻ với các khối tứ diện lân cận

 Tấm bát diện : là các tấm mỏng chứa các cation nhôm, manhê, hoặc các cation được tạo nên bởi 6 ion oxi của các nhóm hydroxit

 Nhóm khoáng vật sét : thành phần chủ yếu là đất sét và đất loại sét

Phổ biến và đặc trưng nhất trong nhóm này là

o Kaolinit : Al4[Si4O10][OH]6

o Monmorilonit : (Al,Mg)2[Si4O10][OH]2.nH2O

o Ilit : [(Si,Al)4O10][OH].nH2O

 Nhóm khoáng vật mica : có thành phần hóa học phức tạp và có đặc

điểm là dễ tách hoàn toàn

o Biotit : K(Mg,Fe)3[AlSi3O10][OH]2

o Muscovit : KAl2[AlSi3O10][OH]2

4 Khối tứ diện liên kết theo 3 phương (silicat khung)

 Nhóm fenspat : trong thành phần hóa học của khối tứ diện, các ion

Al3+ thay thế cho Si4+

 Plagiocla : các khoáng vật gồm hỗn hợp Na[AlSi3O8] và

Ca[Al2Si2O8]

 Octocla : KAlSi3O8

 Lớp oxit và hydroxit : các khoáng vật thuộc lớp này có độ hòa tan

trong nước thấp, trường hợp quá trình oxi hóa rất mạnh sẽ tạo thành các

dung dịch quá bão hòa và thành tạo các khối ẩn tinh và keo Các khoáng

vật này hầu hết là các hợp chất có kiến trúc tinh thể với kiểu liên kết ion

Trong kiến trúc tinh thể các anion và cation đều bao bọc lấy ion O2- hoặc

ion OH-

 Limonit Fe2O3.nH2O

 Opan SiO2.nH2O

tự nhiên Chúng tồn tại ở dạng các muối kép, các hợp chất muối phức tạp

nhưng là những hợp chất có thành phần xác định Trong nhóm [CO3]2- các

cation nằm ở trung tâm có bán kính ion nỏ, có điện lượng cao và mối liên

kết cộng hóa trị với ion oxicó tính kém bền vững, tham gia vào cấu tạo inh

thể như những đơn vị cấu tạo độc lập

 Lớp sunfat : gồm các khoáng vật có khối lượng riêng thấp, độ cứng

không lớn, có tính hòa tan cao Lưu huỳnh (S) khi bị oxi hóa tạo thành SO

và ở dạng ion phức tạp [SO3]-2 trong dung dịch, khi bị oxi hóa mạnh tạo

II.3 Đá macma

II.3.1 Nguồn gốc đá macma

- Đá macma được hình thành do sự nguội lạnh và kết tinh từ dung dịch nóng chảy macma Nếu sự nguội lạnh xảy ra dưới đất thì tạo đá macma xâm nhập Nếu các dòng chảy trào lên mặt đất thì được gọi là dung nham, sau đó nguội lạnh trên mặt đất thì tạo đá macma phun trào

II.3.2 Thành phần khoáng vật của đá macma

- Thành phần khoáng vật của đá macma biến đổi rất rộng lớn, các khoáng vật kết tinh nối tiếp nhau khi nhiệt độ hạ thấp và tác động lẫn nhau

để tạo thành các khoáng vật mới

- Khi nhiệt độ của macma giảm, có 2 quá trình kết tinh

o Các khoáng vật có cấu trúc bên trong không thay đổi trong suốt quá trình kết tinh, gọi là dãy phản ứng liên tục

o Các khoáng vật Fe, Mg, các khoáng vật sau có cấu trúc bên trong thay đổi so với các khoáng vật trước, gọi là dãy phản ứng không liên tục

- Dãy phản ứng Bowen trình bày thứ tự kết tinh các khoáng vật từ bazan nóng chảy

Thạch anh Muscovit

Octocla (fenspat - kali)

Biotit

An bit (fenspat - natri) Hoblen

Angit

Olivin Anoctit (fenspat - canxi) Nhiệt độ cao

(kết tinh đầu tiên)

Nhiệt độ thấp

(kết tinh cuối cùng)

Dãy phản ứng không liên tục Dãy phản ứng liên tục

II.3.3 Kiến trúc và cấu tạo của đá macma

- Kiến trúc là đề cập đến kích thước, hình dạng và sự phân bố của

các hạt khống vật trong đá

- Theo mức độ kết tinh, cĩ thể chia ra 4 loại kiến trúc chính như sau

:

1 Kiến trúc ẩn tinh :

o Các tinh thể quá nhỏ khơng thể quan sát được bằng mắt thường và

thường gặp ở các loại đá phun trào.Các loại đá hạt cực nhỏ này thường

liên quan với quá trình núi lửa, vì sự nguội lạnh tương đối nhanh xảy ra

khi dung dịch nĩng chảy trào lên mặt đất

2 Kiến trúc hiển tinh

o Các tinh thể cĩ thể nhìn thấy được và phân biệt được mức độ kết

tinh bằng mắt thường Các đá xâm nhâp thường cĩ kiến trúc loại này

3 Kiến trúc pocfia

o Đá được tạo bởi các tinh thể cĩ 2 kích cỡ khác nhau, tinh thể cĩ

kích cỡ lớn được bao quanh bởi khối nền tinh thể hạt mịn

4 Kiến trúc lỗ rỗng

o Bề mặt đá khi dung nham đơng cứng cĩ nhiều lỗ rỗng

II.3.4 Thế nằm của đá macma

- Thế nằm của đá cho biết hình dạng, kích thước và tư thế của khối

đá trong khơng gian cũng như mối quan hệ của các khối đá đĩ với nhau

o Dạng nền : khi khối đá cĩ hình dạng khơng cĩ qui tắc nhưng kích thước rất rộng lớn, diện tích phân bố từ hàng trăm đến hàng ngàn km2 và giới hạn dưới thường khơng xác định được Đá vây quanh tiếp xúc với dạng nền cĩ đăc trưng là khơng bị biến đổi về thế nằm

diện tích phân bố rộng khoảng vài chục km2, các đá vây quanh nhất là ở phía trên bị uốn nếp theo hình dạng nấm

o Dạng lớp : để chỉ các khối đá được hình thành do các khe nứt của

đá cĩ độ dày nhỏ, thường từ vài đến vài chục mét nhưng phạm vi phân bố rộng lớn, cĩ thể tới vài trăm mét

nứt giữa các mặt tầng đá Bề dày thay đổi từ vài centimét đến vài chục mét Đá dạng mạch cĩ nhiều nhánh, chỗ tiếp xúc với đá vây quanh thường

cĩ khe nứt làm tăng tính thấm nước của đất đá

o Dạng lớp phủ : là dạng đá phun trào trên 1 diện tích rất rộng cĩ thể tới hàng ngàn km2, thường được hình thành do dung nham trào lên trên mặt đất theo các khe nứt kéo dài của vỏ trái đất sự trào dung nham thàh nhiều đợt cĩ thể tạo lớp phủ làm nhiều tầng với bề dày lớn

o Dạng dịng chảy : hình thành do macma trào lên qua miệng núi lửa lấp đầy các khe nứt và các khe rãnh của thung lũng Đặc trưng của nĩ là chiều dài lớn hơn nhiều so với chiều rộng và tùy thuộc vào độ nhớt của dung nham và hình dạng thung lũng

II.3.5 Phân loại đá macma

- Dựa vào kiến trúc của đá macma người ta phân loại như sau :

o Khống vật sáng màu : các khống vật được thành tạo từ dãy phản ứng liên tục (feenspat natri, fenspat canxi, octocla, thạch anh)

o Khống vật tối màu : các khống vật được thành tạo từ dãy phản ứng khơng liên tục – khống vật Fe-Mg (olivin, augit …)

- Dựa vào thành phần khống vật người ta phân loại đá macma như sau :

o Đá axit : SiO2 cĩ thành phần chiếm đến 65-70%

o Đá trung tính : SiO2 cĩ thành phần chiếm từ 52-65%

o Đá bazơ : SiO2 có thành phần chiếm từ 40-50%, nhưng chứa nhiều

- Đá trầm tích là những thể địa chất phát sinh ở bề mặt quả đất,

thành tạo từ các sản phẩm phong hóa, trải qua quá trình tích tụ lâu dài,

phức tạp, chịu nhiều ảnh hưởng của các yếu tố ngoại và nội động lực trong

môi trường nước hoặc trong môi trường không khí

o Quá trình hình thành vật liệu trầm tích : bao gồm 2 hình thức

 Phá hủy cơ học : do tác dụng của sự chênh lệch nhiệt độ, quá trình

bào mòn và xâm thực làm cho các đá bị vỡ vụn và có đặc điểm là không

biến đổi về thành phần hóa học của khoáng vật

 Phá hủy sinh hóa : khi các đá biến đổi thành các hạt, phần nhỏ hơn

bị phá hủy cơ học nhưng thành phần hóa hcọ bị biến đổi, hình thcứ phá

hủy này thường do tác dụng hóa học của nước H2O, cacbonic CO2, oxi hay

axit hữu cơ

Vật liệu trầm tích → trầm tích → gắn ép → gắn kết → đá trầm tích

o Quá trình trầm tích : là quá trình khi vật liệu di chuyển đến một nơi

khác sau đó lắng đọng lại phụ thuộc vào loại vật liệu và phương thức vận

chuyển (trọng lực, nước, gió…)

o Quá trình nén ép : xảy ra sau khi lắng đọng do tác dụng của các lớp

ở phía trên nó làm cho nó mất nước và giảm độ lỗ rỗng, những thay đổi

này ban đầu ngay sau khi vật liệu trầm tích lắng đọng cho tới khi vật liệu

bắt đầu gắn kết lại tạo thành đá trầm tích

o Quá trình tạo đá : là quá trình mà vật liệu được gắn kết lại do các

vật liệu hòa tan ở các lỗ rỗng của các vật liệu hay từ nơi khác chuyển đến

khoảng trống giữa các hạt làm cho chúng kết tủa ngưng keo gọi là xi

măng Ngoài ra dưới tác dụng của nhiệt độ và áp suất, các tinh thể khoáng

vật sẽ lớn dần lên gọi là quá trình kết tinh

- Quá trình co dãn của đá do nhiệt độ thay đổi, do nước chảy phá vỡ

và mọi hoạt động khác làm cho đá vỡ vụn, các vật liệu này được nước

mang ra lắng đọng ở sông suối, ở biển Sau quá trình trầm nén của lớp

trên, sự kết gắn của các keo kết thiên nhiên sẽ thành tạo nên đá trầm tích

Mặt khác, đá trầm tích còn được thành tạo do các quá trình lắng đọng của

các muối hòa tan

II.4.2 Thành phần khoáng vật của đá trầm tích

- Thành phần vật chất của các sản phẩm phong hóa khác nhau tạo ra các đá trầm tích khác nhau Tuy nhiên, so với đá macma, thành phần hóa học và khoáng vật trong một số loại đá trầm tích rất đơn giản

o Khoáng vật nguyên sinh : bao gồm các mảnh đá cũ hay các khoáng vật có được trong quá trình phá hủy cơ học các đá cũ, phổ biến là thạch anh, fenspat, ziacon, tuamalin…

o Khoáng vật thứ sinh : là các khoáng vật đựoc hình thành từ các khoáng vật nguyên sinh bị phân hủy hóa học như các khoáng vật sét

o Khoáng vật tự sinh : bao gồm các khoáng vật được hình thành từ các dung dịch keo và dung dịch thật, phần lớn các khoáng vật tự sinh là thành phần chính của các đá trầm tích sinh hóa hoặc xi măng gắn kết phổ biến trong nhiều đá trầm tích vụn

- Đối với đá trầm tích, ngoài thành phần khoáng vật ta cần chú ý tới các tạp chất và ximăng Sự có mặt của tạp chất có ý nghĩa quan trọng đối với trầm tích cacbonat, còn thành phần ximăng có ý nghĩa lớn đối với trầm tích vụn

II.4.3 Kiến trúc và cấu tạo của đá trầm tích

- Kiến trúc của ximăng gắn kết

 Xi măng lấp đầy : khi thành phần xi măng chiếm hết thể tích các lỗ rỗng các đá

 Xi măng tiếp xúc : phần xi măng gắn kết chỉ có ở nơi tiếp xúc giữa

các hạt với nhau Kiểu xi măng này do sự rửa trôi các thành phần xi măng

ở trong lỗ rỗng và loại đá này gắn kết thiếu

 Xi măng cơ sở : do thành phần xi măng trầm tích đồng thời cùng

với hạt vụn nằm rời rạc nhau và tỉ lệ ximăng lơn hơn hạt vụn nhiều lần

Kiểu xi măng này làm đá rất rắn chắc

- Kiến trúc của đá trầm tích sinh hóa

 Kiến trúc của đá trầm tích sinh hoá ở dạng kiến trúc tinh thể do kết

tủa từ môi trường nước nên thường có kích thước rất nhỏ và các tinh thể sẽ

lớn lên dưới tác dụng của áp suất của các tầng bên trên

 Trên cơ sở hình dạng của hạt có thể chia ra các loại : kiến trúc vô

định hình, kiến trúc ẩn tinh, kiến trúc tha hình, kiến trúc tự hình

 Cấu tạo khối : theo các phương, thành phần của các khoáng vật sắp

xếp 1 cách đồng nhất

 Cấu tạo dòng : khi các hạt sắp xếp định hướng theo phương dòng

chảy hoặc hướng gió

 Cấu tạo lớp (phổ biến) : là cấu tạo đặc trưng nhất của đá trầm tích

Các lớp có thành phần (thành phần vật chất, độ hạt, cấu trúc, màu sắc)

khác nhau và sắp xếp lên nhau thường ở giữa các mặt lớp có liên kết yếu,

có độ dày không đồng đều từ vài mét đến hàng trăm mét Trong tự nhiên

thường gặp các kiểu phân lớp như : phân lớp nằm ngang, phân lớp lượn

sóng…

II.4.4 Thế nằm của đá trầm tích

- Thế nằm ngang của các lớp : thế nằm ban đầu của đá trầm tích là

thế nằm ngang Thế nằm ngang thường gặp ở các lớp đá hình thành ở

miền nền tức là những miền mà chuyển động kiến tạo của vỏ TĐ yếu hoặc

các lớp đá trầm tích trẻ vì các lớp đá này chưa trải qua chuyển động kiến

tạo đáng kể

- Thế nằm nghiêng của lớp đá trầm tích có thể là thế nằm nguyên

sinh tức là thế nằm nghiêng được hình thành cùng với quá trình trầm tích

Do các lớp nằm nghiêng theo bề mặt địa hình nghiêng sẵn ở nơi trầm tích,

hoặc do các lớp trầm tích được hình thành đồng thời với quá trình nâng lên

hạ xuống của đáy trầm tích

- Các yếu tố xác định thế nằm nghiêng

o Đường phương : là đường giao tuyến của mặt phẳng nằm ngang và

bề mặt lớp đá, bề mặt nằm ngang này là bề mặt tưởng tượng Do có nhiều

mặt nằm ngang nên sẽ có vô số đường phương song song với nhau và ở các cao độ khác nhau

o Góc phương vị đường phương : là góc hợp bởi phương Bắc cảu im địa từ và đường phương theo thuận chiếu kim đồng hồ (hình vẽ)

với đường phương có chiều hướng về phía chân dốc của lớp đá

o Đường hướng dốc : là hình chiếu của đường dốc lên mặt phẳng nằm ngang và được xác định bằng góc phương vị hướng dốc

o Góc phương vị hướng dốc (hd) : là góc hợp bởi hướng Bắc của kim địa từ và hương 1dốc theo chiều thuận kim đồng hồ

o Góc dốc : là góc hợp bởi đường dốc và hướng dốc

II.4.5 Phân loại đá trầm tích

Vật liệu vụn → đá trầm tích vụn Vật liệu keo

Vật liệu hoà tan

1 Đá trầm tích vụn gồm những vật liệu lắng đọng tại chỗ hoặc vận chuyển đi đến 1 nơi khác, sau đó được gắn kết lại bằng các loại ximăng gắn kết (Fe, Ca)

Trên cơ sở yếu tố độ hạt, người ta chia làm 3 nhóm vụn

 Đá vụn thô d>2mm : cuội kết, sỏi kết

 Đá vụn trung bình d=2-0.5mm : cát kết

2 Đá trầm tích sét : Là sản phẩm của quá trình phong hoá các đá giàu khoáng vật allumosilicat và chuyển thành các khoáng vật hoàn toàn mới Trầm tích sét không phải là sản phẩm của quá trình phong hoá cơ học cũng như không được lắng đọng từ dung dịch thật hay do sự ngưng keo

mà chúng thành tạo bằng con đường khác Đá sét chứa chủ yếu là các khoáng vật sét

 Đá trầm tích cacbonat : đá vôi, đá đôlomit

 Đá trầm tích nhôm, silic

II.5 Đá biến chất

→ đá trầm tích sinh hoá

II.5.1 Nguồn gốc đá biến chất

- Đá biến chất được hình thành từ sự biến tính của đá mácma, đá

trầm tích, thậm chí từ các đá biến chất trẻ, do sự tác động của áp lực, áp

suất cao và các chất có hoạt tính hoá học (nước và axit cacbonic) Dưới sự

tác động của các tác nhân biến chất, các thành phần của đá có thể tái kết

tinh ở trạng thái rắn và sắp xếp lại Tác dụng biến chất không những có thể

cải biến cấu trúc của đá mà còn làm thay đổi thành phần khoáng vật của

nó

- Quá trình biến chất : có 3 tác nhân chính

o Nhiệt độ : là tác nhân cơ bản nhất của quá trình biến chất, tác dụng

của nó là gây nên những phản ứng giữa các khoáng vật, nâng cao hoạt tính

hoá học của các khoáng vật cũng như làm thay đổi tính chất vật lý của đá

o Áp suất: tác động của áp suất thì thay đổi tại các độ sâu khác nhau

trong vỏ trái đất Tại độ sâu nhỏ, đá tương đối lạnh và giòn nên chúng có

thể bị nứt nẻ và nghiền nhỏ khi chịu áp suất cao Tại độ sâu lớn hơn, đá

mềm hơn nhiều do nhiệt độ cao Dưới tác dụng của áp suất, đá có xu

hướng biến dạng do dòng dẻo Trong vùng biến dạng dẻo, áp suất có ảnh

hưởng tới các loại khoáng vật mới hình thành Điển hình là các nguyên tử

bên trong cấu trúc khoáng vật được sắp xếp chặt hơn khi khoáng vật kết

tinh dưới áp suất cao

o Dung dịch biến chất : trong quá trình biến chất thường có sự tham

gia của các dung dịch biến chất vì luôn thấy trong đá biến chất có nước và

cacbonic, dung dịch này phân bố trong khe nứt hoặc lỗ rỗng của khoáng

vật có tác dụng mang đến hoặc mang đi các thành phần vật chất làm cho

hiện tượng biến chất xảy ra nhanh hơn

- Các kiểu đá biến chất :

 Biến chất tiếp xúc : là sự biến đổi của các đá vây quanh khi tiếp

xúc với khối macma xâm nhập trong vỏ trái đất

 Biến chất khu vực : là loại biến chất có đặc trưng là vùng đá biến

đổi rộng hơn

- Các nghiên cứu địa chất về đá biến chất cho biết hàm lượng

khoáng vật của đá trong vùng biến chất khu vực biến đổi một cách có hệ

thống Cùng đá ban đầu nhưng ở các múc độ biến chất khác nhau có thể

tạo ra các khoáng vật biến chất khác nhau

II.5.2 Thành phần khoáng vật của đá biến chất

- Thành phần khoáng vật của đá biến chất gần giống với thành phần

khoáng vật của đá mac ma Trong chúng cũng phổ biến các loại khoáng

vật như : piroxen, thạch anh, fenpat Ngoài ra, có thể gặp các khoáng vật

mà trong đá macma rất hiếm hoặc không có : granat, disten…

- Trong đá biến chất, đóng vai trò lớn là những khoáng vật mà ở trong đá macma là khoáng vật thứ sinh như clorit, cacbonat…Các khoáng vật chứa nước, các hydrat keo sẽ bị mất nước tạo thành các hợp chất đơn giản hơn, nó có xu hướng giảm thể tích (mất nước) vì vậytrọng lượng riêng lớn hơn

- Nhìn chung các khoáng vật của đá biến chất có cường độ cao, nhưng không ổn định đối với tác dụng phong hoá, một số khoáng vật do

có tinh thể dạng tấm, dạng vảy hoặc có tính trơn trợt đã làm giảm nhiều cường độ của đá biến chất

II.5.3 Kiến trúc và cấu tạo của đá biến chất

- Kiến trúc kết tinh : ẩn tinh và hiển tinh Các khoáng vật của đá ban đầu có thể được kết tinh (trường hợp biến chất từ đá trầm tích gắn kết) hoặc tái kết tinh (đối với đá macma và trầm tích hoá học)

- Kiến trúc milonit : do các đá cũ bị nghiền nát thành bột và sau đó được các khoáng vật khác gắn kết lại Loại kiến trúc này thường không ổn định với nước, khi gặp nước rất mau bị tan rửa

- Kiến trúc phiến : có khoáng vật trong đá biến chất định hướng song song nhau Phân phiến làm cho đá biến chất có đặc điểm dải hay lớp,và vì thế nó có hình thức giống với phân lớp của đá trầm tích

- Các loại cấu tạo của đá biến chất

o cấu tạo phân phiến : là cấu tạo khi khoáng vật sắp xếp theo dãy hay lớp có hình thức giống như phân lớp của đá trầm tích Cấu tão5 phân phiến thường liên quan đến biến chất khu vực

 cấu tạo phiến : là cấu tạo khi khoáng vật dạng vảy được sắp xếp theo phương kéo dài của tinh thể vuông góc với phương áp lực

 cấu tạo gơnai : các khoáng vật dạng trụ, dạng tấm , dạng phiến được sắp xếp thành các dãy riêng biệt, xen kẽ các dãy này có các khoáng vật dạng hạt

o cấu tạo không phân phiến (khối) : đặc điểm của cấu tạo này là các khoáng vật phân bố đồng đều không định hướng Các khoáng vật này có

ở kiểu biến chất khu vực do thiếu các thành phần hoá học cần thiết làm cho các khoáng vật không thề kết tinh

II.5.4 Thế nằm của đá biến chất

Đá biến chất có dạng thế nằm giống với đá ban đầu đã tạo nên nó (dạng lớp của đá trầm tích, dạng nấm, dạng mạch của đá macma…)

Đá biến chất tiếp xúc có dạng thế nằm riêng, nó thường ở dạng các vành

đai có các múc độ biến chất khác nhau bao quanh khối mac ma gây ra biến

chất Do đó nó có thể gây ra sự không đồng nhất về tính chất vật lý và cơ

học

II.5.5 Phân loại đá biến chất

Dựa vào cấu tạo của đá và các thành phần khoáng vật, người ta phân ra

các loại đá biến chất sau :

- Đá biến chất có cấu tạo phiến :

 Đá phiến : đá phiếm biotit

 Đá gơnai : đá gơnai clorit

- Đá biến chất có cấu tạo khối :

 Đá quaczit : đá cát kết thạch anh biến chất tạo ra

 Đá hoa : đá vôi, dolomit biến chất tạothành

CHƯƠNG III : KIẾN TẠO VÀ ĐỊA MẠO III.1 Các phương pháp xác định tuổi của đất đá

III.1.1 Thời gian địa chất

- Thời gian địa chất (tuổi của đất đá) : là khoảng thời gian từ khi đất

đá được hình thành cho đến nay

và đông cứng lại

o Tuổi của đá trầm tích : tính từ khi có sự trầm tích xảy ra (vì

vậy đá trầm tích có tuổi trẻ hơn khoáng vật tạo ra nó)

o Tuổi của đá biến chất : tính từ lúc các tác nhân biến chất bặt

đầu tác dụng

o Đối với các hiện tượng địa chất : tuổi được tính từ khi các

hiện tượng địa chất (thăng trầm, uốn nếp, đứt gãy) đó bắt đầu tác dụng

- Thời gian địa chất có thể được xác định trên 2 chỉ tiêu :

thông qua các phương pháp vật lý, hoá học, thí nghiệm các tính chất của

đất đá để xác địh tuổi Thực tế, việc xác định tuổi tuyệt đối rất khó khăn và

tốn kém

o Tuổi tương đối : là xét sự tương quan, quan hệ già trẻ giữa

các đá với nhau bẳng việc xét thế nằm cũng như mối quan hệ trước sau

của các tầng đá và các hiện tượng địa chất Việc xác định tuổi tương đối

của đất đá đơn giản và hiệu quả hơn

III.1.2 Phương pháp xác định tuổi tương đối

* Phương pháp đồng vị phóng xạ

- Cơ sở xác định : mỗi đơn vị phóng xạ phân huỷ theo một tốc độ không đổi Tốc độ phân huỷ phóng xạ được mô tả bằng chu kỳ bán rã (bán phân huỷ) tức là thời gian để phân huỷ ½ đối với bất kì 1 đồng vị nhất định nào

- Nguyên tắc : dựa vào sự có mặt của các nguyên tố phóng xạ hay các đồng vị phóng xạ của nó để từ đó xác định thời gian phóng xạ, thời gian phá huỷ của nó Người ta xét chu kỳ bán rã của các nguyên tố phóng

xạ đó, đồng thời là tuổi của đất đá Đối với các loại đá cồ thì dùng các nguyên tố phóng xạ có chu kì bán rã dài (Thori, Uran …), còn đối với các loại đá trẻ hơn thì dùng các nguyên tố phóng xạ có chu kì bán rã ngắn hơn (Cacbon)

- Chu kì bán rã của các nguyên tố phóng xạ có trong đất đá :

- Quá trình phóng xạ của các nguyên tố phóng xạ trong tự nhiên với

1 tốc độ rất đều đặn và không phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh

III.1.3 Phương pháp xác định tuổi tuyệt đối

- Phức hệ hoá thạch : 1 tổ hợp tự nhiên của tất cả các loại hoá thạch đặc trưng hoặc của một nhóm hoá thạch riêng biệt gặp trong 1 phần hay toàn bộ 1 phân vị địa tầng

- Phân vị địa tầng là 1 lớp địa tầng không bị gián đoạn và liên tục với nhau (có tính đồng nhất) Trong mỗi phức hệ, hoá thạch thu được

trong 1 địa tầng sẽ có những khoảng thời gian xuất hiện và mất đi khác

nhau Dựa vào tập hợp các hoá thạch này để xác định tuổi tương đối của

đất đá

- Pp này thường áp dụng đối với các đá trầm tích vì các đá macma

không hoá thạch (do đá macma thành tạo trong điều kiện nhiệt độ cao nên

các sinh vật không thể tồn tại bên trong được), còn đá biến chất hay các đá

trầm tích cổ thì các hoá thạch đã bị phân huỷ

* Phương pháp thạch học

- Cơ sở : so sánh thành phần thạch học (thành phần khoáng vật, thành

phần hoá học, kiến trúc, cấu tạo, thế nằm, …) ở các khu vực khác nhau

Nếu khu vực đó có đất đá giống nhau về thành phần kiến trúc, cấu tạo và

các đặc điểm khác thì có cùng 1 tuổi

- Pp này sử dụng hiệu quả nếu trong mặt cắt địa tầng chuẩn có các địa

tầng được nghiên cứu kỹ và để làm cơ sở cho việc so sánh với các tầng đá

khác ở các mặt cắt khác nhau

- tầng đá chuẩn (mặt cắt địa tầng chuẩn) là 1 tập hợp đá phân tầng có

những đặc trưng rõ ràng về thạch học, khoáng vật … ổn định trong vùng

địa lý và dễ dàng nhận biết trong mặt cắt địa chất

- pp ngày thường áp dụng cho đá macma và đá biến chất tuy nhiên đối

với đá trầm tích chưa tìm thấy hoá thạch cũng có thể xác định tuổi bằng

cách liên hệ với các tầng đá tương tự đã được xác định tuổi ở nơi khác

* Phương pháp địa tầng

- Pp này dựa trên quan hệ thế nằm của các tầng đá với nhau để xác

định tuổi tương đối của đất đá và các hiện tượng địa chất khác

- Nguyên lý xếp chồng của đất đá : các tầng đá hình thành sau có

tuổi ít hơn và nằm trên các tầng đá hình thành trước

- Nguyên lý cắt nhau của đất đá : bất kì đá nào cắt hoặc xuyên qua

tập đá thứ 2 thì cũng trẻ hơn đá bị cắt (dùng hữu ích để xác định tuổi của

đá macma và đá biến chất)

- Đầu tiên, ta phải phân chia địa tầng Tức là nghiên cứu, mô tả các

đặc trưng của các lớp đá, các tầng đá và mối quan hệ của chúng trong mặt

cắt đang xét Sau đó, chúng ta sẽ đối chiếu trình tự địa tầng ở các mặt cắt

khác nhau để xác lập mối quan hệ địa tầng

- Đối với đá trầm tích, khi chưa bị đảo lộn thế nằm, các tầng đá

thành tạo sau sẽ nằm trên các tầng đá thành tạo trước

- Đối với đá macma phun trào cũng xác định giống như các đá trầm

tích

trầm tích vây quanh để xác định tuổi Đá xâm nhập cắt tầng đá trầm tích hoặc làm biến chất đá vây quanh thì có tuổi nhỏ hơn Nếu không có các hiện tượng trên thì đá macma xâm nhập có tuổi cổ hơn

- Đối với các hiện tượng địa chất như uốn nếp, đứt gãy, phong hoá

… thì thông qua việc phân tích mặt cắt địa chất , phân tích mối quan hệ của chúng đối với các tầng đá sẽ xác định được giới hạn tuổi của chúng

III.1.4 Niên biểu địa chất

- Là 1 niên biểu thể hiện lịch sử phát triển địa chất, cổ sinh vật từ khi

TĐ được hình thành cho đến nay

- Niên biểu được chia thành các đại, kỷ, thế … tương ứng của các tập được hình thành trong đại, kỷ, thế … là các giới, hệ , thống …

- Lịch sử phát triển của vỏ TĐ được chia ra làm 5 đại : đại Thái cổ, đại Nguyên sinh, đại Cổ sinh, đại Trung sinh và đại Tân sinh

- Niên biểu địa chất không xác định chính xác tuổi địa chất bằng đơn

vị thời gian mà chỉ nêu lên trình tự già trẻ của các tầng địa chất

Thời gian bắt đầu cách ngày nay (tr.năm)

- Hiện tượng kiến tạo : là hiện tượng xảy ra do nội động lực phát

sinh trong vỏ trái đất làm thay đổi cấu trúc các lớp đất đá cấu tạo nên vỏ

trái đất, tách vỏ trái đất thành nhiều mảng và các mảng này tương tác với

nhau để tạo nên các dạng địa hình trên trái đất

- Giả thiết địa kiến tạo : nêu lên nguồn gốc của các chuyển động

kiến tạo, tác động của chúng đối với sự hình thành và phát triển các biến

dạng cấu tạo của TĐ trong không gian và thời gian Nguồn gốc các chuyển

động kiến tạo có liên quan chủ yếu với các nhân tố và quá trình lý hoá xảy

ra bên trong TĐ mà khoa học chưa trực tiếp nghiên cứu được

- Có thể đưa ra 2 giả thiết lớn : giả thiết động và giả thiết tĩnh

* Nhóm giả thiết tĩnh

 Nhóm giả thiết tĩnh (các dao động theo phương thẳng đứng) gọi

là chuyển động thăng trầm của vỏ TĐ Dạng chuyển động này thường xảy

ra dưới dạng các dao động nhẹ nhàng trên 1 phạm vi rộng của vỏ TĐ, và

kết quả của nó làm biến đổi vị trí các lục địa và đại dương

 Khi bề mặt vỏ TĐ được nâng lên, biển rút ra nên lục địa được mở

rộng Ngược lại khi bề mặt vỏ TĐ hạ thấp xuống, biển tràn vào lục địa làm

thu hẹp phạm vi lục địa do vậy vị trí của lục địa và đại dương từ trước đến nay đều cố định và không thay đổi

* Nhóm giả thiết động

 Cơ sở của giả thiết động là vỏ TĐ có khả năng trượt tự do trên móng của chúng Vận động của vỏ TĐ xảy ra chủ yếu theo phương nằm ngang và theo phương đứng chỉ là biến dị của phương ngang

 Lực tác dụng của theo phương ngang với cường độ mạnh làm cho đất đá trên bề mặt vỏ TĐ bị xô đẩy theo phương ngang làm cho đất đá

bị nếp gấp hoặc bị đứt ra và dịch chuyển thay đổi vị trí đi nơi khác Kết quả của vận động ngang này thường tạo ra các dãy núi lớn của thế giới

III.2.1 Kiến tạo mảng

* Mô hình kiến tạo mảng:

- Thuyết kiến tạo mảng là một học thuyết theo cơ chế động Thạch quyển của Trái đất được phân ra 1 số mảng mà ranh giới giữa chúng là các đới tách giãn đại dương, nơi có hoạt động kiến tạo, động đất, núi lửa mạnh nhất Dọc theo ranh giới này xuất hiện các đứt gãy toác, đứt gãy chờm, hoặc những dịch chuyển ngang

- Thành phần của hai dạng lớp vỏ khác nhau một cách đáng kể Lớp

vỏ đại dương chủ yếu chứa các loại đá bazan, trong khi lớp vỏ lục địa chủ yếu chứa các loại đá granit với tỷ trọng thấp có chứa nhiều nhôm và điôxít

silic (SiO2) Hai dạng này của lớp vỏ cũng khác nhau về độ dày, trong đó

lớp vỏ lục địa dày hơn một cách đáng kể

- Sự chuyển động của quyển mềm làm cho các mảng kiến tạo bị

chuyển động theo một tiến trình gọi là sự trôi dạt lục địa, nó được giải

thích bằng thuyết kiến tạo mảng Sự tương tác giữa các mảng kiến tạo đã

tạo ra các dãy núi và núi lửa, cũng như tạo ra các trận động đất và các hiện

tượng địa chất khác

- Ranh giới giữa các mảng kiến tạo không trùng với ranh giới các

châu lục Hiện nay người ta biết rằng Trái Đất là hành tinh duy nhất trong

hệ Mặt Trời có hiện tượng kiến tạo mảng, mặc dù có một số giả thuyết cho

rằng Hỏa Tinh có thể cũng đã từng có các mảng kiến tạo trong quá khứ

trước khi lớp vỏ của nó bị đông cứng lại tại chỗ

III.3 Địa mạo, ảnh hưởng của địa mạo đến xây dựng công trình

- Địa mạo là địa hình của 1 khu vực xét trên các mặt nguồn gốc, hình

thái và là 1 bộ phận cần thiết của nghiên cứu ĐCCT

- Địa hình là 1 khái niệm được sử dụng để mô tả diện mạo bề mặt lớp vỏ

cừng của TĐ Nó là tập hợp của các dạng địa hình như : đồi, sông,

suối,….Và nhiệm vụ của địa mạo là phải giải thích và phân loại các dạng

địa hình và các tập hợp của chúng Ngoài việc mô tả diện mạo của bề mặt

TĐ còn phải tìm hiểu nguồn gốc phát sinh và lịch sử ohát triển của nó

- Dạng địa hình có thể nhô cao lên so với mặt ngang gọi là địa hình

dương, hoặc có thể lõm xuống gọi là địa hình âm

- Các dạng địa hình cũng là những thành tạo có phát sinh, phát triển và

cuối cùng thoái hoá để tạo ra những dạng địa hình khác Sự phát sinh, phát

triển này phụ thuộc chặt chẽ vào 2 nhóm động lực chủ yếu : nội lực và

ngoại lực

 Nội lực : quá trình vận động kiến tạo của vỏ TĐ, các quá trình lý

hoá trng lòng đất, hoạt động của núi lửa, động đất và cấu trúc địa chất

 Ngoại lực : các tác nhân như gió, dòng chảy, sóng biển … cũng

làm bào mòn và tạo nên các dạng địa hình trên bề mặt TĐ

- Tuy là 2 quá trình luôn xảy ra song song nhau nhưng vai trò của nội

lực mang tính chủ động, bởi vì chính nội lực làm cho địa hình mấp mô

không bằng phẳng, tạo ra những khối trồi lên hay mảng hạ xuống (vực

thẳm), trên đó quá trình chịu ảnh hưởng của nội lực sẽ phụ thuộc vào điều

kiện khí hậuđẩ giảm bớt dần sự mấp mô đó

III.4 Các dạng biến vị của vỏ TĐ

- Ta đã biết các dạng thế nằm của đất đá bao gồm thế nằm ngang, thế nằm nghiêng … Do các chuyển động kiến tạo của vỏ TĐ, các đá trầm tích sau khi được hình thành đã bị thay đổi thế nằm, từ thế nằm ngang chuyển sang thế nằm nghiêng, uốn nếp, đứt gãy

- Thế nằm ngang : thế nằm ban đầu của đất đá Thế nằm ngang thường gặp ở những miền mà các chuyển động kiến tạo của vỏ TĐ yếu hoặc lớp

đá chưa trải qua các quá trình chuyển động kiến tạo nào đáng kể

- Thế nằm nghiêng : thế nằm nghiêng của lớp đá có thể là thế nằm nguyên sinh (được hình thành ngay từ ban đầu theo địa hình dốc) Để thể hiện vị trí của một lớp đá nằm nghiêng, cần xác định các yếu tố thế nằm nghiêng của lớp đó

- Nếp uốn được chia thành 2 dạng chính :

 Nếp uốn lồi : là dạng uốn cong của các lớp đá, hướng bề lồi lên phía trên Vì thế ở phần trong (phần nhân của nếp uốn lồi có các đá cổ nhất)

 Nếp uốn lõm : là dạng uốn cong của các lớp đá, hướng bề lồi về phía dưới nên nhân của nếp uốn lõm có các đá trẻ nhất

- Cấu trúc của uốn nếp

 Sườn của nếp uốn gọi là cánh (chú ý : đối với nhiều loại nếp uốn, cánh của nếp uốn vừa thuộc nếp uốn lõm vừa thuộc nếp uốn lồi phía bên cạnh)

 Nơi uốn cong nhất tạo nên nếp lồi hay nếp lõm được coi là vòm của nếp uốn và đường nối các điểm uốn cong đó gọi là đỉnh của nếp uốn (vì nơi đó có cao độ lớn nhất)

bằng nhau gọi là mặt trục

- Các dạng nếp uốn : (dựa vào độ dốc của cánh và của mặt trục nếp uốn

so với mp nằm ngang)

dốc về 2 phía cả 2 cánh đều có cùng độ dốc và mặt trục của nếp uốn hợp với phương ngang 1 goc vuông

 Nếp uốn nghiêng (nếp uốn không đối xứng) các cánh của nếp

uốn cũng dốc về 2 phía nhưng với góc dốc khác nhau Do vậy, mặt trục

nếp uốn cũng nghiêng 1góc <900 so với mp nằm ngang

ngang

 Nếp uốn đổ : các cánh và mặt trục của nếp uốn đều dốc về 1 phía

 Nếp uốn chúi đầu : thứ tự địa tầng bị đảo ngược

- Dưới các lực tác dụng kiến tạo, trong đá xuất hiện các ứng suất

vượt quá giới hạn bền của nó làm cho các đá bị phá huỷ dòn hoặc dẻo Khi

phá huỷ dòn thì trong đá xuất hiện các mặt nứt căng, các khối đá bị các

mặt nứt phân chia có thể bị dịch chuyển dọc theo các mặt nứt

- Trường hợp các đá bị nứt và bị dịch chuyển các mặt nứt gọi là hiện

tượng đứt gãy

 Đứt gãy thuận : là những đứt gãy rong đá, mặt đứt gãy dốc về

phía đá trượt xuống (đứt gãy trượt theo hướng dốc có cánh trên có khuynh

hướng di chuyển xuống dưới và cánh dưới trồi lên )

 Đứt gãy nghịch : đứt gãy trượt theo hướng dốc có cánh trên di

chuyển lên phía trên còn cánh dưới dịch chuyển xuống dưới

CHƯƠNG IV : CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ

IV.1 Tính chất nước của đất đá

- Là sự vận động của chất lỏng trong môi trường lỗ rỗng hoặc khe nứt bảo hoà nước

- Biểu hiện của tính chất mao dẫn của đất : chiều cao cột nước có thể giữ được bởi lực mao dẫn (sức căng bề mặt) và lực dính do mao dẫn

Sức căng bề mặt  (lực căng trên 1 đơn vị chiều dài cắt ngang bề mặt) có phương tiếp tuyến với mặt căng nước

: góc ướt (đặc trưng phân tử giữa nước và hạt rắn) Lực kéo căng mặt nước 2r (do 2 lực tác dụng 2 bên thành của ống), chiếu lên phương thẳng đứng có P = 2rcos=> chính lực kéo căng P này làm nước dâng lên trong ống

Trọng lực của cột nước trong ống làm kéo nước hạ xuống G = r2 .Hmd

H md

cos 2

độ cao mao dẫn của một số đất đá

Ảnh hưởng của mao dẫn : gây ẩm ướt cho công trình, tính chất cơ lý của

đất đá giảm xuống

- Nguyên nhân: lực tương tác của nước và khí với các hạt đất, thể

hiện ở sự tẩm ướt các hạt đất, tạo nên trong các lỗ rỗng những mặt khum

và một số hiện tượng khác Chiều cao dâng mao dẫn tỉ lệ nghịch, còn tốc

độ dâng thì tỉ lệ thuận với đường kính các mao quản Trong đất sét dâng

tới hàng mét, trong những loại đất khác, hàng centimét đến vài mét

IV.1.3 Tính chứa nước của đất đá

+ Đất đá là một tập hợp các hạt khóang vật ở thể rắn, các lỗ rỗng chứa

nước và không khí

- Thể rắn gồm các hạt khóang vật thường gọi là hạt đất Tính

chất của đất phần lớn phụ thuộc vào độ lớn, hình dạng hạt và các thành

phần khoáng vật khác của chúng

nước nhất định Lượng nước này là pha lỏng ở trong đất Nước có tác

dụng mạnh với các hạt khoáng vật trong đất

khí sẽ lấp đầy các chỗ đó Và không khí này chính là pha khí của đất đá

+ Do vậy, để thuận tiện, người ta đưa ra mô hình đất gồm 3pha được tách

rời ra với các lượng riêng biệt nhưng vẫn giữ được tỉ lệ chuẩn xác giữa

* Tính chất nước của đất đá được đánh giá bởi 2 chỉ tiêu

a/ Độ ẩm tự nhiên (W) : Độ ẩm tự nhiên của đất đá được biểu thị bằng tỉ

số giữa khối lượng nước chứa trong đất đá ở điểu kiện tự nhiên với khối

lượng của hạt đất

%100

r n bh

tn

V

V W

- Các đặc trưng của đất trương nở

+ Biến dạng trương nở : độ biến dạng của đất đá trước và sau khi đất

trương nở (có thể so sánh về chiều cao mẫu đất hoặc thể tích mẫu đất trước và sau khi trương nở)

%100

%

h

h h x

V

V V R

s

s tn s

s tn tn









Vtn , htn : thể tích và chiều cao của đất khi trương nở

Vs , hs : thể tích và chiều cao của của mẫu đất

+ Áp lực trương nở : là áp lực phát sinh trong quá trình trương nở Áp lực

này được đo bằng lực tác dụng lên mẫu đất khi làm ướt và nén không nở hông, và có biến dạng trương nở bằng không

+ Độ ẩm trương nở : là độ ẩm ứng với trạng thái mà ở đó quá trình hấp thụ

nước hay dung dịch lóng khác của đất ngừng lại (khi sự trương nở kết thúc)

%100

s

s tn tn

m

m m



mtn : trọng lượng mẫu đất sau khi trương nở

ms : trọng lượng đất khô tuyệt đối

- Đất trương nở đặc biệt là đất trương nở không đều không những chỉ làm giảm cường độ của đất đá thông qua sự phá vỡ nối liên kết giữa

các hạt mà nhiều khi cịn phá hoại cả khối đất thơng qua hệ thống các khe

nứt phát sinh trong quá trình trương nở

b/ Tính co ngĩt

- Ngược với trương nở là co ngĩt, do đất bị thốt nước

- Tính co ngĩt của đất đá là sự giảm thể tích của đất đá khi bị hong

khơ

- Trong xây dựng cơng trình, đặc biệt là khi thi cơng hố mĩng, đất

nền cĩ thể nở, cĩ thể co làm cho tính chất vật lý, cơ học của đất nền bị

thay đổi, khơng cịn phù hợp với thiết kế và là nguyên nhân gây ra hư

hỏng cơng trình

IV.2 Tính chất vật lý của đất đá

IV.2.1 Tính lỗ rỗng và khe nứt

a Tính lỗ rỗng của đất đá : đặc trưng bởi các chỉ tiêu sau :

 Độ rỗng : là tỷ số giữa thể tích phần rỗng của đất đá với thể tích

tồn bộ đất đá

%100

- Độ rỗng thay đổi trong cùng 1 loại đất ở các trạng thái kết cấu khác

nhau (xem qua bảng sau)

- Hệ số rỗng là 1 chỉ tiêu cĩ thể cho biết sơ bộ đặc tính cường độ của đất

do đĩ dùng để đánh giá độ chặt của đất (xem bảng phân loại theo độ chặt)

Hệ số rỗng Đất

Độ chặt

Cát lẫn sỏi, cát hạt to và hạt vừa

< 0.55 0.55 – 0.7 > 0.7

Cát hạt nhỏ và hạt mịn, cát pha sét nhẹ

< 0.6 0.6 – 0.75 > 0.75

Sét, sét pha cát, cát pha sét nặng

< 0.4 0.4 – 0.8 > 0.8

*** Trong thực tế đối với đất loại cát và đất loại sét , việc dùng độ rỗng

và hệ số rỗng chưa đủ để thể hiện trạng thái lỗ rỗng của đất mà cịn phải dùng các chỉ tiêu tương đối

 Đối với đất loại cát thì phải xác định độ chặt tương đối D :

min max

max

e e

e e D







emax : hệ số rỗng của cát khi kết cấu xốp nhất (trạng thái rỗng nhất)

emin : hệ số rỗng của cát khi kết cấu chặt nhất

e : hệ số rỗng của cát ở trạng thái tự nhiên Dựa vào độ chặt tương đối D, người ta chia ra 3 trạng thái như sau :

0D0.33 : trạng thái rời xốp

0.33D0.67 : trạng thái chặt vừa

0.67D1 : trạng thái chặt nhất

rời xốp chặt vừa chặt nhất

 Đối với đất loại sét thì dùng chỉ tiêu độ đặc của đất dính Ta so sánh độ đặc của đất sét cĩ kết cấu tự nhiên với độ đặc ứng với kết cấu ở trạng thái chảy và dẻo

W ≥ Wch : đất ở trạng thái chảy

Wd > W ≥Wch : đất ở trạng thái dẻo

W ≤ Wd : đất ở trạng thái cứng

W W

W W B







Wch : độ ẩm giới hạn khi đất chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng thái chảy

Wd : độ ẩm giới hạn khi đất chuyển từ trạng thái cứng sang trạng thái dẻo

W : độ ẩm giới hạn của đất ở trạng thái tự nhiên

Dựa vào độ đặc tương đối B có thể biết được trạng thái vật lý của

đất sét :

*** Trong thực tế, đất ở trạng thái tự nhiên không hoàn toàn là đất cát

hoặc đất sét Có sự pha trộn giữa các loại cát và sét với nhau nên việc

đánh giá độ đặc của đất dính cần phải xét trong các trường hợp này

- Để phân biệt các trạng thái trộn lẫn giữa đất cát và đất sét ta xét đến chỉ

số dẻo Id = Wch – Wd

Id

- Đối với cát pha và sét pha thì phạm vi biến đổi của độ ẩm từ hạn sệt đến

hạn dẻo lớn, nên việc đánh giá các trạng thái được phân nhỏ thành một số

trạng thái khác như sau :

thành phần làm cho chúng không còn có tính liên tục nữa

- Tính nứt nẻ của đá được đánh giá qua 2 chỉ tiêu sau :

 Độ nứt nẻ: là số lượng khe nứt của đá trên 1 đơn vị chiều dài (mét)

bởi các khe nứt và diện tích đá kể cả khe nứt trên 1 mặt cắt nào đó

nóc đường hầm … với diện tích khe từ 4-8m2

 Kk ≤ 2% : nứt nẻ yếu

 2% < Kk ≤ 5% : nứt nẻ vừa

 5% < Kk ≤ 10% : nứt nẻ mạnh

 10% < Kk ≤ 20% : nứt nẻ rất mạnh

IV.2.2 Dung trọng của đất đá

- Dung trọng của đất là khối lượng của 1 đơn vị thể tích đất

phân dung trọng ra thành các loại như sau :

a Dung trọng tự nhiên (dung trọng ướt) : là khối lượng của một đơn vị

thể tích đất đá ở trạng thái tự nhiên

thái tự nhiên và thể tích của nó

r h

n h W

V V

Q Q V

Qh : khối lượng phần hạt của đất đá (g)

Qn : khối lượng phần nước trong đất đá (g)

Vh : thể tích phần hạt trong đất đá (cm3)

Vr : thể tích phần nước và không khí trong đất đá (cm3)

g/cm3, đối với đá cứng chắc thì dung trọng tự nhiên xấp xỉ bằng dung trọng hạt

- Dung trọng tự nhiên đặc trưng độ chặt kết cấu của đất vì vậy cho phép nhận xét gián tiếp về độ bền, tính biến dạng và độ ổn định Ngoài ra, dung trọng tự nhiên còn được sử dụng trực tiếp trong tính tóan công trình

- Dung trọng bão hịa nước là dung trọng tự nhiên lớn nhất,

là khối lượng 1 đơn vị thể tích đất ở trạng thái no nước (tức là tồn bộ lỗ

hổng của đất đều chứa đầy nước)

V

Q Q V

Qh : khối lượng phần hạt của đất đá (g)

Qr : khối lượng phần nước trong đất đá – kể cả phần khơng khí bị nước

chiếm chỗ (g)

V : thể tích đất đá tự nhiên (cm3)

b Dung trọng khơ : là khối lượng khơ (cốt đất đá) của một đơn vị thể

tích đất đá tự nhiên

khơ chia cho thể tích tồn bộ đất đá

r h

h h

k

V V

Q V

Vr : thể tích phần nước và khơng khí (phần rỗng) trong đất đá (cm3)

vào độ ẩm Độ lỗ rỗng càng nhỏ(mức độ nén chặt càng cao), đất đá chứa

nhiều khống vật nặng thì dung trọng khơ càng cao

mức độ nén chặt của đất trong thân cơng trình bằng đất (đập, đê, nền

đường…) Một số cơng trình đập đất ở nước ta đã thiết kế với dung trọng

- Dung trọng hạt chỉ phụ thuộc vào thành phần khĩang vật, khơng

phụ thuộc vào kiến trúc, cấu tạo, độ ẩm Dung trọng hạt của đất đá thơng

thường thay đổi trong phạm vi 2,0-3,0 g/m3 Các đá bazơ cĩ dung trọng

hạt lớn hơn từ 3,0-3,3 g/cm3

- Dung trọng hạt cịn phụ thuộc vào sự cĩ mặt các tạp chất trong thành phần đất đá Vì vậy mỗi loại đất đá cĩ thể cĩ một số giới hạn biến đổi dung trọng

d Dung trọng đẩy nổi : là khối lượng ở trong nước của đơn vị thể tích

IV.2.4 Bảng liên hệ các chỉ tiêu vật lý của đất đá

Chỉ tiêu cần xác định Công thức Hệ số rỗng e

1)01,01(

n

n e





Độ bão hòa G

W n

W

W

W G

01,0

01,0

1

 h .nDung trọng khô (g/cm3)â

).01,01

01,0

1



Dung trọng đẩy nổi

IV.3 Tính chất cơ học của đất đá

IV.3.1 Tính biến dạng trong đất đá

- Dưới tác dụng của tải trọng , thì đất đá bị co ép lại và thay đổi hình

dạng cũng như kích thước Thể tích các lỗ hổng trong đất bị giảm nhỏ do

các hạt khống vật dịch chuyển tương đối tương đối với nhau, do biến

dạng của chính các hạt đất và do nước hay khí chứa trong các lỗ rỗng

giảm, nên biến dạng nén của đất được biểu hiện qua trị số biến đổi của hệ

số rỗng, cịn đối với đất bão hồ nước thì được biểu hiện thơng qua trị số

biến đổi của độ ẩm

lún Các chỉ tiêu đặc trưng của biến dạng như : hệ số nén lún, modun biến

dạng … cho phép ta dự tính độ lún, độ ổn định và khả năng chịu tải lớn

nhất của nền đất

IV.3.2 Độ bền của đất đá

lực dính kết và gĩc ma sát trong Các chỉ tiêu này giúp ta cĩ thể thiết kế

độ nghiêng của mái dốc đất đắp sao cho hợp lý, đánh giá khả năng ổn định

của mái dốc, tính áp lực đất sau lưng tường chắn, sức chịu tải của nền đất

…

- Độ bền của đất đá thường được đánh giá qua các chỉ tiêu :

cường độ chống nén và kéo, cường độ chống trượt…

bền liên kết giữa các hạt Trong đất đá, lực chống trượt rất lớn và các hạt

khống liên kết chặt với nhau Lực chống trượt trong đá cứng đảm bảo ổn

định cho cơng trình xây dựng lên nĩ

- Đối với đất rời : lực chống trượt trong đất đá rời rạc chủ yếu

phụ thuộc vào lực ma sát xuất hiện khi các hạt dịch chuyển lên nhau

- Đối với đất loại sét (đất dính) sức chống cắt khơng chỉ phụ

thuộc vào lực ma sát trong mà cịn phụ thuộc vào lực dính của các hạt Vì

các hạt đất được liên kết với nhau bằng các loại keo kết dính nên chịu tác

dụng của lực dính Các hạt sắp xếp theo các gĩc cạnh và cĩ khả năng trựơt

lên nhau khi chịu tải trọng ngồi, do vậy nĩ cũng chịu ảnh hưỡng của lực

ma sát giữa các hạt với nhau tạo nên gĩc ma sát trong

IV.4 Phân loại đất đá

IV.4.1 Phân loại đất đá theo quan điểm ĐCCT

a Nhĩm đá cứng

gắn kết chắc chưa bị phong hĩa

- Nhĩm đá này cĩ tỉ trọng lớn (2.65 – 3.1 g/cm3), độ rỗng nhỏ (khoảng vài phần trăm), hầu như khơng thấm nước, cường độ chịu nén cao (500 – 4000kG/cm2),sức chống cắt lớn (200 – 4000 kG/cm2)

- Đây là loại đá hồn hảo nhất về mặt xây dựng cơng trình Chúng được phân biệt bởi độ bền và độ ổn định cao, độ biến dạng bé và

độ ngấm nước yếu Các khoảnh phân bố các loại đá như vậy là thuận lợi

để xây dựng bất cứ cơng trình nào mà khơng gặp những hạn chế đáng kể,

và thường khơng phải áp dụng các biện pháp để đảm bảo ổn định của cơng trình

đá trầm tích gắn kết yếu

phong hĩa, thành phần khống vật và mức độ gắn kết của đá

- Tỉ trọng đá từ 2.2 – 2.65, độ rỗng khoảng 10-15%, cĩ khả năng chứa nước và thấm nước nhiều Đá dễ bị nước phá hoại

lớn, độ ngấm nước đáng kể hoặc cao Chúng thường bị nứt nẻ nhiều, cịn các đá bị hịa tan thì thường cĩ hang hốc, tuy vẫn cĩ độ bền cao ở mẫu thí nghiệm

đều là thuận lợi cho việc xây dựng các cơng trình khác nhau, kể cả những cơng trình quan trọng, nhưng đều phải tuân thủ những điều hạn chế nhất định và phải áp dụng những biện pháp cơng trình phức tạp để đảm bảo độ

ổn định và khai thác bình thường của cơng trình

c Nhĩm đất đá rời rạc

ổn định thấp và độ biến dạng lớn Một số loại đất thuộc các nhĩm này đều ngấm nước mạnh Những nhĩm đất rời xốp và đất mềm dính bao gồm các kiểu nguồn gốc khác nhau của đất trầm tích Chúng cĩ đặc điểm là trạng thái vật lý và tính chất biến đổi nhiều Điều kiện xây dựng cơng trình trên những loại đất đĩ thường kèm theo nhiều hạn chế lớn

- Đặc tính chung là không có liên kết kiến trúc giữa các hạt, tỉ

trọng nhỏ 1.4-1.9, độ rỗng lớn 25-40%, có khả năng chứa nước và thấm

nước cao Tính ổn định của đất đá phụ thuộc vào độ chặt của chúng

e Nhóm đất có tính chất đặc biệt

IV.4.2 Phân loại đất theo TCVN

Dựa vào chỉ số dẻo người ta phân ra loại đất dính (Id ≥ 1) và đất rời (Id <1)

a Đất dính : dựa vào chỉ số dẻo, người ta phân đất dính ra 3 loại :

b Đất rời

Dựa vào hàm lượng hạt chiếm ưu thế có đường kính >2mm

sạn, sỏi)

q (độ than bùn)

Đất có chứa tàn tích thực vật Đất cát có chứa tàn tích thực

vật

0,03 < q ≤ 0,1

Đất dính có chứa tàn tích thực vật

0,05 < q ≤ 0,1 Đất dạng than bùn Đất có ít than bùn 0,1 < q ≤ 0,25

Đất có nhiều than bùn 0,4 < q ≤ 0,6

q : tỷ số khối lượng của tàn tích thực vật trong mẫu đất sấy ở 100o – 105oC

và khối lượng của phần hạt rắn của mẫu đất

IV.4.3 Phân loại đất theo USCS

a Nguyên tắc phân loại :

- Dựa trên thành phần kích thước hạt chiếm ưu thế có đường kính 0,074mm trong đất để phân chia thành 2 nhóm : hạt thô và hạt mịn

- Đối với nhóm hạt thô : dựa trên các hạt có đường kính 4,76mm để phân chia thành các phụ nhóm

- Đối với nhóm hạt mịn : dựa trên các giá trị giới hạn chảy, giới hạn dẻo, chỉ số dẻo để phân chia thành các phụ nhóm

* Đất hạt thô: Hàm lượng các hạt có kích thước từ 0,074mm trở lên chiếm

trên 50% Gồm 2 nhóm là cuội sỏi (G) và đất cát (S)

- Đất cuội sỏi (G) : hàm lượng hạt có kích thước lớn hơn

4,76mm chiếm trên 50%

- Đất cát (S) : hàm lượng hạt có kích thước lớn hơn 4,76mm

chiếm nhỏ hơn 50%

Mỗi loại được chia thành 4 nhóm :

chiếm ưu thế về hàm lượng, cấp phối tốt, được kết hợp bằng chữ W

Kết hợp với hai chữ cái của tên đất có GW và SW khi hàm lượng hạt mịn

chiếm ít hơn 5% tổng trọng lượng đất và thỏa điều kiện về cấp phối: Cu >

4 (đối với sỏi sạn), Cu > 6 (đối với cát) & Cc =1-3

2 30

.d

d

d

C c 

da : đường kính mà hạt có kích thước bằng hoặc nhỏ hơn chiếm a% tổng

khối lượng đất khô

- Đất chứa ít hoặc không chứa hạt mịn, có một loại hạt chiếm ưu thế

về hàm lượng, cấp phối kém, được ký hiệu bằng chữ P

Kết hợp với hai chữ cái của tên đất có GP và SP khi hàm lượng hạt mịn

chiếm ít hơn 5% tổng trọng lượng đất và không thỏa điều kiện về cấp phối

đất

- Đất hạt thô chứa một lượng đáng kể hạt mịn (chủ yếu là hạt bụi)

không có tính dẻo, được ký hiệu bằng chữ M

Kết hợp với chữ cái của tên đất có GM và SM khi hàm lượng hạt mịn

chiếm hơn 12% tổng trọng lượng đất

- Đất hạt thô có chứa một lượng đáng kể hạt sét ký hiệu bằng chữ C

Kết hợp với chữ cái của tên đất có GC và SC khi hàm lượng hạt mịn chiếm hơn 12% tổng trọng lượng đất và chỉ số dẻo phần hạt mịn >7

- Đối với đất hạt thô có lượng hạt mịn chiếm từ 5% đến 12% tổng trọng lượng đất hoặc không thuộc hẳn nhóm nào thì dùng ký hiệu kép như GP-GC, GW-SW, …

- Lượng nước ngấm dưới đất nhiều hay ít tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể của từng nơi (địa hình, thành phần đất đá, lượng mưa …)

- Nước dưới đất có ảnh hưởng rất mạnh đến tính chất vật lý và cơ học của đất đá :

o Chúng làm thay đổi trạng thái, độ bền và tính biến dạng, tính ổn định của khối đất

o Gây ra các tác dụng hoà tan, ăn mòn hoặc cuốn trôi các hạt đất theo dòng thấm

5% - 12% >12% (chứa nhiều hat

mịn)

Cấp phối tốt Cấp phối kém

(không có tính dẻo)

(có tính dẻo)