Bài giảng địa chất công trình - đá trầm tích

Địa chất công trình (ĐCCT) là gì? Vì sao kỹ sư ngành kỹ thuật xây dựng công trình giao thông cần phải có kiến thức về ĐCCT? Nội dung – nhiệm vụ của ĐCCT

ĐÁ TRẦM TÍCH

 Quá trình tạo thành đá trầm tích

 Phân loại đá trầm tích

 Thế nằm của đá trầm tích

của đá trầm tích

 Kiến trúc và cấu tạo của đá trầm tích

 Xây dựng trong vùng đá trầm tích

Định nghĩa

• Tất cả các loại đá khi lộ ra trên mặt đất(kể cả đá mắc ma rắn chắc)đều chịu tác động của các nhân tố quyển khí, quyển nước,quyển sinh vật.Kết quả là đá bị phân hủy.Một bộ phận hòa tan tạo thành dung dịch, bô phận khác tạo thành những mảnh vụn có kích thước khác nhau.Các vật liệu đó bị gió hoặc nước mang đi rồi tích tụ lại thành đá trầm tích.

Quá trình tạo thành đá trầm tích có thể chia làm 3 giai đoạn :

 Giai đọan 1:phá hủy đá ban đầu và tạo nên các hạt vụn ,dung dịch gọi

là giai đọan tạo vật liệu trầm tích.

 Giai đọan 2:dưới tác động của gió và dòng nước,vật liệu trầm tích được

tuyển chọn và chọn lựa,được trầm đọng lại thành các lớp hạt vụn hoặc

bùn sét hoặc kết tủa dung dịch –trầm tích mềm rời.

 Giai đoạn 3:dưới tác dụng của áp lực ,trọng lực và các dung dịch kết tủa

trong nước,trầm tích mềm r i được nén chặt hoặc gắn kết lại thành ời được nén chặt hoặc gắn kết lại thành

đá,gọi là giai đoạn hóa đá của trầm tích

 Sau nữa đá trầm tích có thể tiếp tục bị biến đổi dưới tác dụng của nhiều nhân tố khác nữa,gọi là giai đoạn hậu sinh.Dưới tác dụng của nhiệt độ cao,áp lực lớn,đá không những được nén chặt mà tái kết tinh (biến

chất)họăc nóng chảy để tạo thành mắc ma,hoặc khi đá bị bóc lộ ra sẽ tạo thành dung dịch… (vật liệu trầm tích mới)

Cát biển

ở hình A ngày nào đó sẽ trở thành đá

sa thạch

ở hình B (một phần của bãi biển hơn 200 triệu năm trước đây trong kỷ Triassic)

Lớp đá trầm tích bị xói mòn dưới tác dụng của gió và sóng biển lộ ra ở đảo Flower Pot- tại đỉnh Bruce Peninsula- Canada.

Dựa vào đặc tính vật liệu,đá trầm tích có thể chia làm 2 lọai:

 Trầm tích vụn cơ học

 Trầm tích sinh hóa

ĐÁ TRẦM TÍCH CƠ HỌC

ĐÁ TRẦM TÍCH SINH HÓA

Trầm tích vụn cơ học Do sự tích đọng của các vật liệu vụn có kích thước khác nhau.Khi nó được keo kết bởi xi măng thiên nhiên hay được nén chặt thì gọi là đá trầm tích vụn keo kết hay đá vụn rắn chắc.

Phân lọai đá trầm tích vụn cơ học

Hạt thô Trầm tích mềm rời Trầm tích gắn kết

tròn cạnh cuội,sỏi cuội (sỏi) kếtgóc cạnh dăm,sạn dăm (sạn) kết

Trầm tích mềm rời

Công dụng của trầm tích mềm rời

nhóm

hạt

Nguồn gốc Công dụng Khuyết điểm

Cuội

sỏi Là mảnh vụn của đá trầm tích

Thường nằm thành

lớp,ở các thung lũng,sông suối

Tính co ép nhỏ nên có thể xây trực tiếp đập,cống lên Làm vật liệu xd như trộn bê tông,rải đường

Có tính thấm nước lớn nên cần có biện pháp chống thấm cho công trình

Cát Là trầm tích cơ học do

nước,gió vận chuyển tích đọng lại mà thành

Thành phần chủ yếu

là thạch anh

Tính thấm nước và thóat nước khá lớn,là tầng chứa nước dưới đất rất tốt

Dùng làm vật liệu xd ngoài kích thước, hình

dạng, cần chú ý tới tạp chất chứa trong cát

Ko thích hợp với các công trình như trạm bơm,nhà máy thủy điện

Cát chảy gây thiệt hại lớn cho thi công hố móng,kênh dẫn

Cát kết

Các lọai trầm tích gắn kết

Cuội kết

Dăm kết Là trầm tích vụn được gắn kếtDăm kết có nguồn gốc phân bố

ở các đới phá hủy, đứt gãy

Có đường kính thường lớn hơn 2mm Lọai tròn cạnh là cuội kết

Lọai góc cạnh là dăm kết Cát kết Là lọai đá do cát gắn kết lại

mà thành Phân bố ở Lạng Sơn,Thanh Hóa

Có đường kính khỏang từ 2-0.1mm

Bột kết Có tính chất giống cát kết

nhưng cường độ nhỏ hơn Nằm ở dạng chuyển tiếp từ cát kết sang sét kết

Có đường kính khỏang 0.1-0.005mm

Được tạo thành trong nước do kết tủa ngưng keo hay do các đá khác bị phân hủy hóa lý với các

thành phần chủ yếu là các khoáng sét.

Đất cát pha Có lượng hạt sét từ 2-10%

Có ít tính dính, tính thấm nước không lớn Có thể sinh ra hiện tượng đất chảy Đất sét pha Có lượng hạt sét từ 10-30%

Tính dẻo tương đối lớn,tính thấm nước nhỏ Làm tường chống thấm trong đập hay vật

liệu đắp Đất sét Tính dẻo, tính dính, tính trương nở và ép co

rất lớn Làm vât liệu chống thấm như tường tâm,

tường nghiêng Sét kết Do đất sét thấm nước kết chặt sít lại tạo

thành các lớp mỏng

Xây dựng công trìnhh thủy công cần chú ý đến tính hóa

mềmcủa đá khi bị ngậm nước

Một lọai đá sét kết

Trầm tích sinh hóa

Nguyên nhân hình thành là do tác dụng sinh hóa hay

do xác sinh vật đọng lại,thường có các di tích sinh vật xen kẹp lẫn lộn với trầm tích hóa học

Phân lọai theo thành phần hóa học và phổ biến là các lọai đá sau đây:

Tên các loai trầm tích Thành phần chủ yếu Tên các đá chủ yếu Oxit nhôm,sắt Oxit nhôm, sắt chứa

nước Laterit , bauxit

Fotforic Fotfat Đá fotfat (apatit)

Cacbonat Cacbon canxi Đá vôi,đá vỏ

Cacbon magiê Đolomit Sunfat và halogenua Sunfat,Ca,Mg và halit Thạch cao,anhiđrit… Than ,bitum Cacbon, cacbon hiđro Than bùn,sét chứa dầu

Đá thạch cao

Hình 1-5 Thế nằm của đá trầm tích

Nằm ngang Đơn tà Uốn nếp

THẾ NẰM

Phổ biến nhất là dạng lớp song

song nằm ngang:đặc trưng cho môi trường trầm tích đồng nhất và yên tĩnh

Lớp xiên chéo ,lớp vát nhọn thường nằm trong trầm tích gió và trầm tích cửa sông.

Thành phần khóang vật của đá

trầm tích:

 khóang vật nguyên sinh: là các mảnh đá hay khóang vật do phong hóa cơ học các lọai đá có từ trước,là thành phần chủ yếu của đá trầm tích vụn

(cuội,sỏi,cát…)phổ biến hơn cả là thạch

anh,fenpat,ziacon,tuamalin,apatit…

 khoáng vật thứ sinh :tạo từ các khóang vật nguyên sinh bị phân hủy hóa học như khoáng vật sét

 khóang vật thuần túy :do sự lắng đọng dung dịch

ngưng keo hay sự tham gia trực tiếp của các sinh vật: như thạch cao,muối mỏ là thành phần chủ yếu trong đá trầm tích sinh hóa, là ximăng gắn kết trong đá trầm tích vụn cơ học.

Tính chất xây dựng của loại đá trầm tích vụn cơ học được quyết định bởi kích thước của hạt.Tên kiến trúc được gọi theo tên cỡ hạt đó

 Phân lọai kiến trúc dựa vào kích thước hạt của trầm tích vụn cơ học

Tên gọi các

hạt vụn

Đường kính hạt(mm)

Loại kiến trúc

< 0,005

Kiến trúc hòn lớn

Kiến trúc hạt dăm(cuội)Kiến trúc hạt sạn (sỏi)Kiến trúc hạt cát

Kiến trúc hạt bộtKiến trúc hạt sét

Các lọai đá vôi

Đá vôi thuộc loại đá có cường độ lớn ,nhưng lại dễ bị nước hòa tan,để lại các hang hốc ,khe

rãnh (hiện tượng karst) gây khó khăn cho thi công móng cho

công trình ngầm và gây nguy cơ mất nước cho hồ chứa

-Có độ cứng 3-Cường độ chịu nén 1700-2600 kG/cm2 Độ hút nước 0.2-0.5 %-là một vật liệu xây dựng quan trọng để rải đường ,lát mái đập,xây móng… và là nguyên liệu để sx vôi và ximăng

Đá vôi trứng cá

có nguồn gốc hóa học.Mỗi trứng cá là một hạt CaC03 có cấu tạo đồng

tâm,chất gắn kết chủ yếu là CaC03 ,cường độ chịu nén của đá vôi trứng cá tương đối nhỏ,dễ bị phong hóa

Đá vôi vỏ,đá vôi san hô

thuộc nguồn gốc sinh vật có cường độ chịu nén cao(trừ đá vôi vỏ).Ở nước ta đá vôi vỏ ở Diễn

Châu(Nghệ An) tạo thành lớp dày hàng mét

Đá vôi chứa sét

do hỗn hợp canxi và sét.Sự trầm tích đồng thời vật liệu

cacbonat và sét đưa đến sự hình thành nhóm đá

chứa sét có hàm lượng canxi khác nhau

Sa thạch

• Do thạch anh keo kết bằng chất keo kết thiên nhiên (đất sét,oxit silic,oxit sắt,cácbonat canxi

Cường độ của sa thạch phụ thuộc vào chất gắn kết (sa thạch silic có cường độ cao nhất , khoảng 3000 kG/ cm 2 ) Chất keo kết quyết định màu sắc của sa thạch:

+sa thạch silic và sa thạch vôi có màu tro nhạt

+sa thạch sắt có màu hồng,vàng ,nâu

+sa thạch sét có màu vàng sẫm Trong xây dựng thường dùng sa thạch silic để làm đá dăm cho bê tông và để rải mặt đường.

Sa thạch sắt

Sa thạch do cát thạch anh keo kết

Cấu tạo của đá trầm tích

 Cấu tạo khối

 Cấu tạo dòng

 Cấu tạo lớp Có 3 dạng:

Cấu tạo khối

cấu tạo có các hạt đá sắp xếp lộn xộn,phổ biến trong các trầm tích vụn cơ học,hình thành do trầm tích lắng đọng nhanh,vật liệu chuyển tới liên tục,nước luôn bị khuấy

động.Cấu tạo này làm cho đá đồng nhất bền vững

Cấu tạo dòng

: khi các hạt sắp xếp định hướng theo phương dòng chảy,hướng gió…Đá trầm tích có tính dị hướng

Cấu tạo lớp

cấu tạo đặc trưng nhất của đá trầm tích.Các lớp có thể khác nhau về

thành phần khoáng vật,thành phần

hạt,các tạp chất…phát sinh do sự thay đổi trầm tích có chu kỳ hoặc do tích tụ gián đoạn

Độ dày của lớp không đồng đều,có khi tới hàng mét,thậm chí tới hàng trăm mét và ngay trong một lớp cũng có sự thay đổi rất đáng kể.

Trên mặt lớp và trong lớp thường gặp các vết gợn sóng,vết hằn của sinh

vật,xác sinh vật đã được hóa thạch.Đó là đặc điểm quan trọng của đá trầm tích,dùng để phân biệt các loại đá khác (mácma,biến chất…).Căn cứ vào hóa thạch,ta có thể xác định được khoảng thời gian địa chất đã hình thành nên lớp trầm tích đó cũng như vị trí và hoàn cảnh thành tạo (sông,hồ,biển…)

Xây dựng trong vùng đáù trầm tích

 Trầm tích cơ học: tính gắn kết (sức chống cắt).

 Trầm tích hữu cơ: rỗng lớn -> lún lớn.

 Trầm tích hóa học: đá vôi -> hiện tượng Karst, thạch cao -> ăn mòn hóa học.

Nguồn gốc đa dạng, phong phú, tính chất

biến thiên trong phạm vi lớn, do đó luu ý: