Nước dưới đất Địa chất công trình

Khi bị khấy động, đất sét ó thể mất đi cường độ biến dạng, nó bị hóa lỏng và chảy → xảy ra trượt đất − Mưa nhiều → tỉ lệ xâm nhập bề mặt không bão hòa của đất hay colluvium vượt quá tỉ l

Câu 6: Hiện tượng trượt đất

1. Khái niệm

Trượt đất đá là hiện tượng di chuyển của các khối đất đá (thường là đất loại sét) với các đất đá nằm trên nó, theo một mặt trượt nào đó ở các sườn dốc Sự di chuyển đó xảy ra với các tốc độ khác nhau, từ vài mm/ngày đêm đến vài m/giờ, rất ít khi hàng chục m/giờ

2. Nguyên nhân xảy ra hiện tượng trượt đất

a. Tự nhiên

• Nước (đóng vai trò chủ yếu)

− Sự rò rỉ nước từ nguồn nhân tạo chẳng hạn như hồ chứa, hệ thống tự hoại, các kên rạch dưới dòng vào sườn dốc→ các hồ nước rỗng phát triển ở dốc liền kề → giảm phản lực

− Nước nhanh chóng rút xuống, sự hạ thấp nhanh chóng của hồ nước hay sông → sự phân phối bất thường của các hồ nước rỗng → giảm phản lực, tăng lực truyền

− Nước góp phần hóa lỏng tự phát của đá trầm tích giàu đất sét hay đất sét dày Khi

bị khấy động, đất sét ó thể mất đi cường độ biến dạng, nó bị hóa lỏng và chảy →

xảy ra trượt đất

− Mưa nhiều → tỉ lệ xâm nhập bề mặt không bão hòa của đất hay colluvium vượt quá tỉ lệ thấm sâu vào đất dưới colluvim → phản lực giảm nhanh chóng, khi mà hệ

số ổn định bé hơn 1

− Sự tăng áp lực nước trên độ nghiêng vật liệu định hình → sự mất ổn định mái dốc

• Thực vật

− Mất đi hay thiếu các kết cấu thực vật để giữ đất, dinh dưỡng trong dất và kết ấu đất

• Thời gian

− Lực trong dốc luôn thay đổi theo thời gian

• Một số nguyên nhân khác

− Xâm thực chân sườn dốc bỏi sông hay sóng biển

− Hoạt động của sinh vật:

+ Sự đào bới của động vật

+ Sự phát triển của rễ cây

+ Sự phân rã của hệ thống rễ

− Do phong hóa:

+ Sự phân rã cơ học của đá dạng hạt

+ Lấy đi chất gắn kết trong đá dạng hạt

+ Làm khô đất sét

b. Nhân tạo

− Do tác động của con người

• Khai thác rừng

− Nơi mà những hoạt động khai thác rung được quan sát khoảng 20 năm trên nền địa hình vững chắc thì không gia tang trượt đất và xói mòn nơi đất rừng bị khai thác gỗ

• Đô thị hóa

− Tập quán của con người và sự quan tâm đến sinh cảnh là nguyên nhân hầu hết gây trượt đất trong khu vực đô thị nơi có mật độ dân số lớn cũng như nhiều đương xá, nhà cửa và khu công nghiệp

− Cấu trúc của con đường trong khu vực bị ảnh hưởng nghiêm trọng, hệ thống thoát nước, sự di chuyển của mạch nước ngầm bị gián đoạn, ảnh hưởng đến sự sắp xếp khối lượng của lớp vỏ

c. Và một số nguyên nhân khác

− Các hoạt dộng khai thác

− Rung động từ nhà máy, giao thong, dùng vật liệu nổ

3. Phân loại

a. Theo tính chất và qui mô

− Gồm 4 loại :

∗ Lở đá là rơi tù địa hình cao như vách núi hoặc đỉnh núi

∗ Trượt lở: xảy ra khi một khối bán lien kết trượt theo dốc

∗ Sụp lún: là sự sụp đổ tù bề mặt

∗ Dòng chảy: là dòng bun nhầy từ dốc xuống chân núi

b. Theo kiểu dịch chuyển

− Có 2 loại:

∗ Trượt xoay:

+ Trượt xoay là trượt di chuyển trên 1 mặt trượt cong, dịch chuyển theo trục song song với sươn dốc

+ Khi xảy ra trượt xoay, phần đầu của khối di chuyển xuống phía dưới

và xoay ở lung của khối trượt

∗ Trượt tịnh tiến

+ Trượt tịnh tiến là khối trượt dịch chuyển trên mặt phẳng có kết cấu yếu như đứt gãy, vết nứt, lớp sét, đá mềm trượt trên bề mặt đá cứng

và phần đá cứng trải tách ra do sự di chuyển bên dưới lớp đá mềm

4. Tác hại của trượt đất

− Trượt đất gây thiệt hại nặng nề về con người lẫn kinh tế

Hiện tượng trượt đất thường xuyên diễn ra gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến

hạ tầng

Một ngôi nhà bị sập hoàn toàn do nứt trượt đất tại

thôn Gia Bắc 2

5. Các biện pháp phòng

tránh

− Tháo khô nước ở sườn dốc, lam những chốt then

− Phủ xanh sườn dốc, đặc biệt trồng các cây có

rễ dài

− Tạo đê chắn ở chân khối trượt

− Dỡ bỏ tải trọng trên bơ vách băng cách bạt mài dốc, phá bỏ lớp đát đá nằ trên bề mặt có rủi ro trượt tiềm ẩn như lớp sét ở mặt phân lớp, mặt khe nứt

− Câu hỏi: Nước dưới đất

Câu hỏi: Nước dưới đất

I. Khái niệm cơ bản

1. Khái niệm

Nước dưới đất bao gồm các loại nước có trong lỗ rỗng, khe nứt và các hang hốc của các lớp đất đá Nước còn tham gia vào thành phần cấu tạo mạng tinh thể của khoáng vật tạo ra các đá

2. Nguồn gốc hình thành

a. Nước có nguồn gốc trong khí quyển (nước thấm)

− Được thành tạo do nước khí quyển ngấm vào trong đất đá, do nước sông hồ…, chảy theo các khe nứt, lỗ hổng của đất đá hoặc hơi nước xâm nhập từ không khí rồi ngưng tụ lại

− Quá trình cơ bản quyết định thành phần hoá học của nước có nguồn gốc thấm là

sự hoà tan và rửa lũa đất đá, sự hoà lẫn với nước có nguồn gốc biển, sự trầm đọng muối; sự cô đặc do bốc hơi, quá trình hoá lí hoá keo và hoạt động của vi sinh vật

b. Nước có nguồn gốc biển (nước trầm tích)

− Được hình thành trong quá trình thành tạo đất đá trầm tích ở biển Vì vậy, thành phần hoá học rất phức tạp

− Sự biến đổi thành phần hóa học của nước đại dương bắt đầu trong các loại bùn ở đáy Do sự vận động kiến tạo, sự thành tạo các tầng trầm tích ở bên trên, quá trình biến đổi của nước có nguồn gốc biển xâm nhập từ đại dương, biển, vũng vịnh vào các đá đã được thành tạo hoặc nước bị ép đẩy ra từ các đá bị nén chặt (sét kết, cát kết) thúc đẩy quá trình thay thế nước có nguồn gốc thấm đã có từ trước, sự pha trộn và trao đổi cation …

c. Nước có nguồn gốc mác ma (nước nguyên sinh)

− Là nước nguyên sinh được tách ra trong quá trình tạo vỏ trái đất và quá trình hoạt động của thể macma xâm nhập và phun trào

− Nước nguyên sinh thuộc quá trình sau macma chỉ chiếm khoảng 5-10% nước dưới đất

d. Nước có nguồn gốc biến chất (nước thứ sinh)

− Là nước tái sinh hoặc tách được ra từ vỏ hydrat của hạt đất, trong quá trình biến đổi nhiệt hoặc biến chất động lực (do áp suất lớn)

− Nước thứ sinh cũng có thể được hình thành do các phản ứng hoá học khi điều kiện hoá lí của môi trường trong đất thay đổi các phản ứng hoá học có sự tách nước

→ Thực tế rất khó xác định nguồn gốc nước dưới đất vì các loại nước có thành phần hoá học giống nhau, nhưng lại có nguồn gốc khác nhau Tuy nhiên, có thể dựa vào đặc điểm của thành phần nguyên tố vi lượng, các chất hoà tan hoặc các chất đồng vị ổn định của từng loại nước dưới đất để phân biệt

II. Một số đặc tính của nước dưới đất

1. Tính chất vật lí:

− Trọng lượng riêng: thông thường có trọng lượng riêng (g/cm3), giá trị này thương thể hiện mức độ khoáng hóa của nước dưới đất

− Màu: thể hiệ sự có mặt của các ion hòa tan có chỉ thị màu, các tạp chất:

+ Nước có độ cứng cao: màu xanh da trời

+ Nước giàu Fe2+ , Fe3+ : màu xanh lục

+ Nước chứa nhiều hữu cơ (tạp chất): phớt vàng

− Mùi: thể hiện các chất khí hòa tan có chỉ thị mùi:

− Vị: do các ion có chỉ thị vị

− Nhiệt độ: thường thể hiện độ sâu tồn tại của tầng chứa nước

− Ngoài ra còn có một só tính chất khác: dẫn điện phóng xạ…

2. Tính chất hóa học:

− Biểu diễn thành phần hóa học dưới dạng công thức Kurlov (Cuốc-lốp):

K.M.T.pH Trong đó:

• K : khí hòa tan (g/l) theo thứ tự giảm dần

• M : độ tổng khoáng hóa (g/l)

• A : các ion âm 10%, theo thứ tự giảm dần

• B : cá ion dương 10%, theo thứ tự giảm dần

• T : nhiệt độ mẫu nước ()

• pH : độ pH

− Độ pH:

pH = - lg

• pH 5 : nước có tính axit mạnh

• pH=(5-9) : nuocs có tính axit

• pH =7: nước trung tính

• pH=(7-9): nước có tính kiềm

• pH > 9: nước có tính kiềm mạnh

− Độ cứng: tổng hàm lượng các ion Ca2+ và Mg2+ có trong mẫu nước Trong xây dựng, thông thường đánh giá theo độ cứng:

• Nước rất mềm: độ cứng <1,5mgđl/l

• Nước mềm: độ cứng = (1,5-3)mgđl/l

• Nước hơi mềm:độ cứng =(3-6)mgđl/l

• Nước cứng: độ cứng = (6-9)mgđl/l

• Nước rất cứng: độ cứng > 9 mgđl/l

− Độ tổng khoáng hóa: là tổng các chất hòa tan trong nước, thông thương xác định bằng lượng cặn khô sau khi chưng khô mẫu nước

• Nước siêu nhạt: M<0.2 g/l

• Nước nhạt: M=(0,2-1)g/l

• Nước lợ: M=(1-3)g/l

• Nước hơi mặn: M=(3-10)g/l

• Nước mặn: M=(10-35)g/l

• Nước muối: M>35g/l

III. Phân loại nước dưới đất theo điều kiện tàng trữ

1. Nước trong đới thông khí (nước thượng tầng)

− Đới thông khí là lớp đất đá giới hạn từ mặt đất đến bề mặt nước ngầm thấm nước nhưng không thường xuyên bão hoà nước

− Trong đới này không khí có thể tự do lưu thông nên gọi là đới thông khí nhưng không hoàn toàn bão hoà nước Bề dày và cấu tạo của đới thông khí phụ thuộc vào cấu tạo và đặc điểm địa phương, cấu trúc và thành phần thạch học của đá trong đới

− Nước trong đới thông khí (nước thượng tầng) là loại nước dưới đất nằm gần mặt đất nhất, nằm trên những thấu kính cách nước không lớn trong đới thông khí

− Do nằm trong đới thông khí nên nước thượng tầng bị dao động rất mãnh liệt theo các điều kiện khí tượng thuỷ văn của khu vực cho nên vào mùa khô chúng có thể hoàn toàn bị khô kiệt

1. Nước lầy

− Là một loại nước thượng tầng, chứa trong đất lầy và có quan hệ mật thiết với nước mưa, nước mặt và nước ngầm

− Có nhiều nguyên nhân sinh ra nước lầy, ví dụ chúng được hình thành khi những cánh rừng bị lầy lội, những nơi bị cháy rừng, những đồng cỏ lầy lội hay những vũng nước có mọc cây và sinh than bùn

2. Nước thổ nhưỡng

− Lớp trên cùng của đới thông khí có liên quan đến đời sống thực vật trên mặt đất gọi là lớp thổ nhưỡng Nước trong lớp thổ nhưỡng gọi là nước thổ nhưỡng Nước thổ nhưỡng chứa một lượng rất lớn hợp chất hữu cơ và vi sinh vật Nó đóng vai trò rất quan trọng trong việc làm tăng độ phì nhiêu của đất

− Nước thổ nhưỡng là đối tượng nghiên cứu của các chuyên gia nông nghiệp và thổ nhưỡng học

3. Nước thấu kính

− Dòng nước ngầm trong đới thông khí khi gặp đất đá cách nước hoặc thấm nước kém bị giữ lại tạo thành lớp nước có bề dày không lớn và phân bố hạn chế trên

bề mặt của thấu kính cách nước, được gọi là nước thấu kính

− Động thái của nước thấu kính phụ thuộc vào lượng nước ngấm của mưa, lượng ngấm của nước thải Ngoài ra nó còn phụ thuộc vào bề dày, quy mô phân bố và

độ sâu của thấu kính cách nước

− Nước thấu kính thường tồn tại theo mùa, lượng không lớn, động thái của nó biến đổi rất mạnh nên không có ý nghĩa lớn đối với cung cấp nước Nước thấu kính có ảnh hưởng đến công trình xây dựng : nước cản trở quá trình thi công hay do động thái thay đổi mạnh làm ảnh hưởng đến sự ổn định của công trình xây dựng

2. Nước ngầm có mặt thoáng tự do:

a. Khái niệm

− Nước ngầm là loại nước trọng lực dưới đất ở trong tầng chứa nứơc thứ nhất kể

từ trên mặt xuống Phía trên tầng nứơc ngầm thường không có lớp cách nước bao phủ và nước trọng lực không chiếm toàn bộ bề dày của đất đá thấm nước, nên bề mặt của nước ngầm là 1 mặt thoáng tự do

− Điều này quyết định tính chất không áp của nước ngầm Trong 1 số trường hợp, trong đới thông khí có thấu kính cách nước nằm đè lên bề mặt nước ngầm

sẽ làm cho nước ngầm chịu áp lực cục bộ

− Khi khoan hay đào vào tầng chứa nước sẽ gặp mực nước ngầm Mực nước này gọi là mực nước xuất hiện và cũng chính là mực nước ổn định Nếu ta nối các mực nước ngầm trên một mặt cắt nào đó lại ta sẽ được đường mực nước ngầm của mặt cắt tương ứng

− Phạm vi phân bố nước ngầm phụ thuộc vào điều kiện địa lý tự nhiên, điều kiện đại hình, địa mạo, địa chất của khu vực

b. Đặc tính

− Nước ngầm vận động dưới tác dụng của chênh lệch mực nước, nó chảy từ nơi có mực nước ngầm cao hơn đến nơi có mực nước ngầm thấp hơn

− Do không có tầng cách nước phía trên nên nước mưa, nước mặt ở trên có thể dễ dàng tấm qua đới thông khí cuống cung cấp cho nước ngầm trên toàn bộ diện tích miền phân bố của nó Chính đặc điểm này làm cho động thái nước ngầm (tức là sự biến đổi mực nước, lưu lượng, nhiệt độ, thành phần của nước theo thời gian) biến đổi mạnh mẽ theo các yếu tố khí tượng thuỷ văn

− Trong mùa mưa, nước mưa ngầm xuống cung cấp cho nước ngầm làm mực nước ngầm dâng lên cao Do vậy bề dày tầng chứa nước tăng lên Mùa khô thì ngược lại

− Về nguồn gốc của nước ngầm, thường là nguồn gốc ngấm, tức là do nước mưa, nước mặt ngấm xuống Trong 1 số trường hợp có nguồn gốc ngưng tụ và khá phổ biến là nguồn gốc hỗn hợp từ nước ngấm và nước dưới sâu đi lên theo các đứt gãy kiến tạo

3. Nước ngầm có áp

2. Nước ngầm có áp (Nước Actêzi)

1. Khái niệm

− Tầng chứa nước nằm giữa 2 đáy cách nước, có cột áp lực cao hơn đáy cách nước trên và vận động thấm do chênh lệch cột áp Do bị lớp cách nước hoặc lớp đất có tính thấm kém phủ liên tục bên trên, tạo ra áp lực và không có mặt thoáng tự do

− Nước actêzi có áp lực do bị lớp cách nước liên tục che phủ ở phía trên Do vậy, khi khoan đào đến tầng chứa nước thì mực nước dưới đất dâng lên trong giếng khoan hoặc lỗ khoan Khi điều kiện địa chất và địa chất thuỷ văn thuận lợi thì nước sẽ tràn lên hoặc phun ra thành giếng hoặc lỗ khoan tự chảy

2. Đặc tính

− Nó thường nằm sâu hơn nước ngầm và ở trên bị che phủ bởi 1 lớp cách nước hoặc tương đối cách nước liên tục Lớp cách nước ở trên gọi làđỉnh cách nước, còn lớp cách nước ở dưới gọi là đáy cách nước

− Khoảng cách của đất đá chứa nước kẹp giữa đỉnh và đáy cách nước gọi là bề dày tầng chứa nước

− Một trong những đặc điểm cơ bản của nước actezi là có áp lực, nên khi khoan đào đến tầng chứa nước thì mực nước sẽ dâng lên trong lỗ khoan cao hơn đỉnh của tầng chứa nước Mực nước áp lực phát hiện được khi khoan thủng vào đáy cách nước trên gọi là mực nước xuất hiện Mực nước xác định được ở vị tri trong hố khoan sau 24h là mực nước ổn định Nghĩa là vị trí xuất hiện nước dưới đất luôn sâu hơn mực nước ổn định trong lỗ khoan

− Khi khai thác nước, nó thể hiện động thái đàn hồi và ít bị nhiễm bẩn do có các tầng cách nước bên trên

Câu hỏi: Hiện tượng động đất

1. Khái niệm

Động đất hay địa chấn là sự rung chuyển của mặt đất do kết quả của sự giải phóng năng lượng bất ngờ ở lớp vỏ Trái Đất Nó cũng xảy ra ở các hành tinh có cấu tạo với lớp

vỏ ngoài rắn như Trái Đất

2. Nguyên nhân xảy ra động đất:

− Nội sinh: Do vận động kiến tạo của các mảng kiến tạo trong vỏ Trái đất, dẫn đến các hoạt động đứt gãy và/hoặc phun trào núi lửa ở các đới hút chìm

− Ngoại sinh: Thiên thạch va chạm vào Trái Đất, các vụ trượt lở đất đá với khối lượng lớn

− Nhân sinh: Hoạt động của con người gồm cả gây rung động không chủ ý, hay các kích động có chủ ý trong khảo sát hoặc trong khai thác hay xây dựng, đặc biệt là các vụ thử hạt nhân dưới lòng đất

3. Các mức độ: (thang đo richter)

∗ Nguyên tắc

− Thang đo Richter là một thang lôgarit với đơn vị là độ Richter Độ Richter tương ứng với lôgarit thập phân của biên độ những sóng địa chấn đo ở 100 km cách chấn tâm của cơn động đất Độ Richter được tính như sau:

ML= lgA – lgA0 Với A là biên độ tối đa đo được bằng địa chấn kế và A0 là một biên độ chuẩn

− Theo thang Richter, biên độ của một trận động đất có độ Richter 6 mạnh bằng 10 lần biên độ của một trận động đất có độ Richter 5 Năng lượng được phát ra bởi trận động đất có độ Richter 6 bằng khoảng 31 lần năng lượng của trận động đất có

độ Richter 5

∗ Các mức độ

Không

đáng kể

Nhỏ hơn 2 Động đất thật nhỏ, không cảm

nhận được

Khoảng 8.000 lần mỗi ngày

Thật nhỏ 2-2,9 Thường không cảm nhân được Khoảng 1000 lần

nhưng đo được mỗi ngày

Nhỏ 3-3,9 Cảm nhận được nhưng ít khi gây

thiệt hại Khoảng 49000 lầnmỗi năm

Nhẹ 4-4,9 Rung chuyển đồ vật trong nhà

Thiệt hại khá nghiêm trọng

Khoảng 6200 lần mỗi năm

Trung bình 5-5,9 Có thể gây thiệt hại nặng cho

những kiến trúc không theo tiêu chuẩn phòng ngừa địa chấn Thiêt hại nhẹ cho những kiến trúc xây cất đúng tiêu chuẩn

Khoảng 6200 lần mỗi năm

Mạnh 6-6,9 Có sức tiêu hủy mạnh trong những

vùng đông dân trong chu vi 180km

bán kính

Khoảng 120 lân mỗi

năm

Rất mạnh 7-7,9 Có sức tàn phá nghiêm trọng trên

những diện tích to lớn trong chu vi bán kính hàng nghìn km2

Khoảng 18 lần mỗi

năm

Cực mạnh 8-8,9 Có sức tàn phá vô cùng nghiêm

trọng trên những diện tích to lớn trong chu vi bán kính hàng tram

km

Khoảng 1 lần mỗi

năm

Cực kỳ

mạnh

9-9,9 Khả năng tàn phá ngoài sức tưởng

tượng trong phạm vi hang nghìn

km2

Khoảng 1 lần mỗi

20 năm

Ngoại lệ 10+ Hủy diệt mọi thứ, không gì có thể

trụ vững trên diện tích cả lục địa

Cực hiếm

4 Hậu quả và biện pháp

− Tác động nguyên phát của động đất do sự chuyển động mạnh của đất và hậu quả tức thì là các vết nứt gãy, các vết sụt lở nền đất, móng tường, sườn đồi núi, đê đập, nền và cột các công trình, những khoảng sụt lớn nứt gãy, các khối đất đá nền di