Bài giảng Địa chất công trình - Chương 2: Các hiện tượng địa chất ngoại sinh

Bài giảng Địa chất công trình - Chương 2: Các hiện tượng địa chất ngoại sinh cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái niệm phong hóa; Các hình thức phong hoá đá; Tầng tàn tích và các đặc trưng địa chất công trình của nó; Các vấn đề cần điều tra và biện pháp xử lý tầng phong hóa trong xây dựng. Mời các bạn cùng tham khảo!

CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤT

3 Các vấn đề cần điều tra và biện pháp

xử lý tầng phong hóa trong xây dựng

1 Phong hóa – Khái niệm

Phong hóa là quá trình biến đổi đất đá do

phá hủy cơ học, biến đổi hoá học và các

hoạt động của sinh vật.

Xảy ra ở phần trên cùng của vỏ trái đất do

các tác nhân bên ngoài (khí quyển, thủy

quyển và sinh quyển) làm đất đá thay đổi

thành phần, cấu trúc và trạng thái, suy

giảm tính chất xây dựng

2 Các hình thức phong hoá đá

3 hình thức phong hoá:

a Phong hoá vật lýb.Phong hoá hoá học

c Phong hoá sinh học

a Phong hóa vật lý

Làm vỡ vụn đá mà không thay đổi thành

phần

Do ứng suất nhiệt (dao động nhiệt độ)

Do đóng băng của nước trong các kẽ nứt,

lực kết tinh của muối

Do dỡ tải làm đá bị tróc vỡ

Do tác dụng thuỷ lực của sóng vỗ

Photo: Marli Miller, University of Oregion Earth Science World Image Bank, photo hhrhuz, http://www.earthscienceworld.org/

Nứt vỡ do nhiệt Do nước đóng băng trong các kẽ nứt

b Phong hóa hoá học

• Làm biến đổi thành phần của đá

• Tác nhân: Nước và các chất hoà tan

• Các quá trình hoá học biến đổi đá:

4 4

2 2 2

2 nO nH O H SO FeSO

SO  Fe O nH O Fe

FeSO4 2 4 3 2 3 2

Limonit Pyrit

2 4 3 2 2 3

2 SiO O FeO 3SiO

Pyroxen magnetit Thạch anh

Kết quả quá trình ôxy hoá trong đá bazan

Kết vón ô xít sắt

Tác dụng thủy phân

Khoáng vật (lớp silicat, alumosilicat) dướitác dụng phân giải của nước  thànhkhoáng vật mới

AlSi 3 O 8 CO 2 nH 2 O Al 4   OH 8Si 4 O 10 SiO 2 nH 2 O K 2 CO 3

cường độ thấp hơn, ổn định với phong hóa hơn

Octocla

Anhydrit (thạch cao khan) thạch cao

c Phong hoá sinh vật

• Do động, thực vật gây phá huỷ đá

– Rễ cây gây phá huỷ cơ học

– Thực vật sống (địa y) và xác động, thực

vật gây phá huỷ hoá học các đá

Phong hóa hóa học

Phong hóa vật lý

Do sinh vật

Địa y gây phá huỷ hoá học

sinh học

Phong hóa vật lý làm vỡ vụn đá, tăng diện tiếp

xúc của đá với các tác nhân của môi trường

thúc đẩy phong hoá hoá học

3 Tầng tàn tích và các đặc trưng địa chất

công trình của nó

• Tầng tàn tích là sản phẩm của quá trình

phong hóa nằm tại chỗ trên mặt đá gốc

• Đặc điểm: mức độ phong hóa giảm theo

chiều sâu, phân thành các đới có tính chất

khác nhau Càng xuống sâu thành phần,

Tham khảo

Phong hoá hoá học

do hoà tan Đá vôi

cát kết

Soil Soil Soil

Đá granite giàu felpar

Iron-rich basalt Phong hoá hoá họcdo ô xy hoá

Phong hoá hoá học

Do thuỷ hoá

Tầng tàn tích

4 Các vấn đề cần điều tra và biện pháp xử

lý tầng phong hóa trong xây dựng

Những vấn đề cần điều tra

• Mức độ phong hóa (bề dày, tính chất

xây dựng của các đới)

• Tốc độ phong hóa

• Hình thức phong hóa, tác nhân gây

phong hóa

Các biện pháp xử lý tầng phong hóa

• Chọn địa điểm xây dựng hợp lý

• Bóc bỏ toàn bộ hoặc một phần tầng phong hóa

• Làm hệ thống thoát nước hạn chế xâm nhập của nước vào trong đá

• Che phủ bảo vệ đá khỏi các tác nhân phong hóa

• Cải tạo tầng phong hóa bằng các biện pháp như phun xi măng, phun dung dịch sét…

• Chọn giải pháp công trình hợp lý

Yêu cầu khi học bài này

• Phong hoá, các hình thức phong hoá và bản chất

của các quá trình phong hoá.

• Tầng tàn tích, phân biệt với tầng trầm tích hoặc

sườn tích

• Các vấn đề cần điều tra nghiên cứu phong hoá và

hiểu rõ các biện pháp xử lý tầng đá phong hoá

trong xây dựng để có thể ứng dụng sau này.

• Liên hệ với các bài đá biến chất và magma để

phân biệt hai quá trình phong hoá đá và biến chất

đá

Nhìn ảnh dưới hãy cho biết theo điều kiện hình thành đây là loại đá gì? Thế nằm nói chung của loại đá đó và cụ thể trong ảnh là dạng nào trong số các dạng đó?

( 3c7a0507dc11 )

http://www.geocaching.com/seek/cache_details.aspx?guid=81b5daee-9f46-4f87-9450-¤ 2.2 TRƯỢT MÁI DỐC

Nội dung:

1 Định nghĩa và các khái niệm

2 Các nguyên nhân gây trượt lở

3 Các yếu tố ảnh hưởng trượt lở

4 Phân loại trượt lở mái dốc

5 Các giải pháp phòng chống

Trượt đất ở McClure Pass, Nam Aspen, Colorado

Trượt ở hồ chứa Vaijont ở Italia

Trượt đất ở Mameyes 1985, Puerto Rico 1 Định nghĩa và các khái niệm

Trượt đất đá là sự dịch chuyển trên bề mặt

hay gần bề mặt của một khối đất đá do ảnh hưởng của trọng lực (từ cao xuống thấp), áp lực thuỷ động, lực địa chấn và một số lực khác, ở các quy mô khác nhau: quy mô nhỏ khối trượt lở có thể chỉ vài m 3 quy mô lớn khối trượt đến hàng nghìn m 3 đất đá.

Trượt lở có thể xảy ra ở các mái dốc tự nhiên

2 Các nguyên nhân gây trượt lở

• Do cắt xén chân dốc:

– Nước chảy xói chân dốc

– Con người đào cắt chân dốc

• Do chất tải trên mái dốc:

– Xây dựng, đổ thải trên mái dốc

• Do chấn động:

– Động đất, nổ mìn

• Do thay đổi tính chất của đất đá:

– Phong hoá, tẩm ướt

Do xói mòn chân dốc Do xói mòn chân dốc

Nguyên nhân gây trượt

Do cấu trúc địa chất bất lợi Do thế nằm đất đá bất lợi

Động đất

58

Núi lửa

3 Các yếu tố ảnh hưởng trượt lở

• Địa hình địa mạo (cổ, trẻ)

• Cấu trúc địa chất (thế nằm của đá)

• Khí hậu (cường độ mưa, thời gian

mưa liên tục)

• Thực vật

Vai trò của dốc và địa hình

-Dốc nghiêng lớn ảnh hưởng

độ lớn lực trượt trên mặt dốc.

-Quá trình tăng góc của mặt trượt dẫn đến động lực cũng tăng.

Devil's Slide là một con dốc lớn dọc theo đường bờ biển San Mateo Country.

Vai trò của khí hậu và thực vật

Trận mưa lớn đã gây ra sạt

lở đất là

hư hỏng con đường

Thực vật là nhân tố quan trọng trên các

sườn dốc là vì:

-Thực vật là một màn chắn để hạn chế luợng mưa rơi trên các đỉnh dốc,tạo điều kiện thuận lợi cho sự thấm nước vào đất

-Thực vật có hệ rễ tạo ra sự kết dính các vật liệu trên các sườn dốc

-Thực vật thêm trọng lượng vào dốc

4 Phân loại trượt lở mái dốc

Phân loại trượt

T ừ trái qua phải, từ trên xuống dưới: Trượt phẳng, trượt hình nêm, trượt xoay đơn, trượt xoay nhiều bậc, đá rơi, đá đổ, trượt khối, trượt chảy

Group 4

Các dạng mất ổn định mái dốc

Trượt chảy

Trượt mặt cong

Đá rơi

Trượt

Đá rơi

Trượt trong đá

Trượt phẳng Trượt dạng nêm Trượt mặt cong Đá đổ

Dạng trượt đá phụ thuộc vào hệ thống các khe nứt trong khối đá

5 Các giải pháp phòng chống

• Không xây dựng ở vùng nguy hiểm

• Thoát nước mặt, tiêu nước ngầm

• Cải tạo mái dốc

• Tường chắn, khung chắn

• Phun vẩy bê tông lưới thép

• Gia cố bằng cọc neo, lưới/vải địa kỹ thuật

III Các biện pháp xử lý trượt (tiếp) Biện pháp phòng ngừa

Tạo bậc mái dốc

Mái dốc kém ổn định

Biện pháp phòng ngừa Biện pháp phòng ngừa

Các biện pháp xử lý trượt Các biện pháp xử lý trượt

Lắp đặt neo

Neo đất

III Các biện pháp xử lý trượt (tiếp)

Neo kết hợp phun bê tông bề mặt

Sử dụng vật liệu đất có cốt cho mái dốc đắp Yêu cầu khi học

• Định nghĩa hiện tượng dịch chuyển đất đá ở mái dốc, nguyên nhân gây ra và phân loại chúng;

• Các biện pháp phòng, chống trượt lở (không chỉ

kể được tên mà phải giải thích được cơ sở khoa học của giải pháp);

• Phân biệt được nguyên nhân gây trượt và yếu tố ảnh hưởng trượt Phân tích được ảnh hưởng của các yếu tố tự nhiên (địa hình, cấu trúc địa chất, khí hậu, thực vật) đến khả năng phát sinh trượt lở đất đá;

¤ 2.3 KARST

Nội dung:

1 Khái niệm Karst

2 Điều kiện phát sinh, phát triển Karst

3 Các dạng hình thái Karst

4 Các nhân tố thúc đẩy quá trình Karst

5 Ảnh hưởng của Karst và biện pháp xử lý

1 Khái niệm:

Karst là hiện tượng đá bị hoà tan bởi

nước và các thành phần hóa học trong

nước

• Thường xảy ra đối với đá vôi, đá

dolomite, thạch cao…

Major known Karst regions of the world

2 Điều kiện phát sinh, phát triển Karst

- Đá có tính hoà tan: Các đá cấu tạo bởi các

khoáng vật sunfat, cabonat, halogen…

- Có tính nứt nẻ, các khe nứt liên thông

- Nước có tính axit (tính hòa tan);

- Nước luôn luôn vận động

CaCO3+ H2O+CO2 Ca(HCO3)2tạo măng đá, nhũ đá  Kết tủa  Hoà tan Tạo khe rãnh, hang

Mực nước mùa khô

Mực nước mùa mưa

I: Đới thông khí

II: Đới biến đổi theo mùa

III: Đới bão hoμ

IV: Đới tuần hoμn sâu

Hỡnh thỏi karst mặt

Chùa Hương – Hà Nội

Hình thái karst

Phong Nha – Kẻ Bàng

• Hang nước dài nhất;

• Cửa hang cao và rộng nhất;

 Sự nâng lên hạ xuống của mặt đất

 Bề dày lớp đá hòa tan

 Các lớp đá nằm trên và dưới lớp đá phát triển

karst

2 Địa hình: độ dốc và độ cao địa hình

3 Khí tượng thủy văn: lượng mưa, nước mặt, nhiệt

độ, độ ẩm

4 Các nhân tố khác: sinh vật, con người…

- Trong điều kiện khí hậu ẩm và thừa ẩm, lượng

mưa tương đối lớn, sự bốc hơi ít, làm cho dòng

chảy mặt và ngầm thêm mạnh, cường độ trao đổi

nước và tuần hoàn của nước càng lớn trong các

tầng đá gần mặt; do vậy cũng làm tăng tương

ứng sự phát triển của các quá trình hòa tan và rửa

lũa Ngược lại, trong điều kiện khí hậu khô, với

lượng mưa ít, bốc hơi nhiều, thì đá ở tầng cận

mặt bị rửa mòn không đáng kể, cho nên không

thúc đẩy sự phát triển của karst.

- Ở những vùng núi uốn nếp, đất đá bị biến vị

nhiều, bị nứt nẻ, dập vỡ, cho nên quá trình ăn

mòn dễ thâm nhập xuống sâu…

5 Ảnh hưởng của Karst và biện pháp xử lý

a/ Ảnh hưởng của Karst

– Làm biến dạng, sụt công trình;

– Gây lún không đều cho công trình;

– Làm rút mất nước mặt;

– Làm rò rỉ, gây mất nước hồ chứa;

– Nước chảy vào hố móng, công trình XD, mỏ

Winter Park, Florida (1981)

Tìm hiểu tất cả thông tin về Bule Holes

ở Bahamas Viết báo cáo từ 3 – 5 trang.

Nộp: 12/08/2014

In và đóng tập

b/ Biện pháp xử lý

mặt, ngăn cách nước tác dụng với đá, trét

Một số yêu cầu khi học

1 Khái niệm về Karst?

2 Các hình thái Karst? Điều kiện phát sinh, phát triển Karst?

3 Giải thích sự ảnh hưởng của cấu trúc địa chất, địa hình, khí hậu…đến sự phát triển của Karst?

4 Ảnh hưởng của Karst và biện pháp xử lý khi xây dựng công trình?

CỦA DÒNG TẠM THỜI

Nội dung:

1 Khái niệm dòng tạm thời

2 Tác dụng xói mòn đất và tạo mương xói

3 Hoạt động tích tụ và tạo tầng sườn tích

4 Tác hại và các giải pháp chống xói mòn

1 Khái niệm dòng tạm thời

 Dòng nước tạm thời là dòng phát sinh

và chảy không liên tục theo thời gian

2 Tác dụng xói mòn đất và tạo mương xói

• Nước chảy tràn: trên địa hình dốc thoải,

nước chảy không tập trung, rửa trôi cácsản phẩm mềm rời

• Nước chảy theo dòng: khi điều kiện địa

hình thuân lợi, nước chảy tập trung thànhdòng, năng lượng dòng chảy tương đốilớn, đào phá bề mặt theo dòng, tạo rãnhxói, mương xói

Sông, suối

Rãnh xói

Sườn tích

Các yếu tố ảnh hưởng cường độ xói mòn:

–Cấu trúc địa chất khu vực –Địa hình

–Điều kiện khí hậu –Thảm thực vật –Hoạt động kinh tế của con người

Đặc điểm mương xói, rãnh xói:

– Mặt cắt dạng chữ V ở giai đoạn đầu,

dạng chữ U khi đáy được mở rộng

– Chiều dài từ vài chục mét đến vài hàng

chục km

– Sâu từ vài mét tới 25m đến 30m

– Khi cắt qua dòng nước ngầm  xuất

hiện dòng nước mặt thường xuyên

3 Hoạt động tích tụ tạo tầng sườn tích

• Dòng chảy làm xói mòn, lôi cuốn các vật liệuđất đá trên sườn dốc (kéo lê, xô lăn) xuốngchân dốc tích tụ tạo thành tầng sườn tích

• Quá trình tích tụ sườn tích tiếp diễn nhiều lầntheo mùa mưa lũ

• Đặc điểm thành phần tầng sườn tích tùy thuộcđịa hình, dòng chảy, thường có dạng nón hình

Đặc điểm tầng sườn tích:

Thành phần phức tạp, không tuyển lựa: sét,

sét pha, cát pha, thường lẫn mảnh dăm, hòn

đá Càng gần chân núi thì hạt càng thô

Hạt vật liệu không được mài tròn

Không có sự phân lớp

Các chỉ tiêu cơ lý thường thấp: độ rỗng

lớn, xốp, tính ép co lớn, lực dính kết thấp,

tan rã nhanh

Tác dụng xói mòn đất và tạo mương xói

I Tác dụng xói mòn đất và tạo mương xói I Tác dụng xói mòn đất và tạo mương xói

Tác dụng xói mòn đất và tạo mương xói 4 Tác hại và giải pháp chống xói mòn

Tạo sự phân cắt địa hình

Làm mất lớp đất thổ nhưỡng trên mặt

Gây phá hoại các công trình

Giảm dung tích chứa nước của ao, hồ

Cắt qua, làm ảnh hưởng nguồn nước dưới đất

• Các giải pháp:

– Trồng cây để cải tạo đất

– Làm ruộng bậc thang

– Xây dựng các công trình góp nước, giữ

nước và điều tiết nước

– Gia cố những chỗ bị rửa xói nhiều bằng

cách lấp các rãnh xói, đồng thời xây lát

đá, củng cố chúng bằng các rọ đá, tấm

bê tông, các hàng cọc, trồng cỏ bảo

vệ…

III Các giải pháp chống xói mòn

III Các giải pháp chống xói mòn

Ô2.5 HOẠT ĐỘNG ĐỊA CHẤT CỦA SễNG

TrƯờng đhtl

Bộ môn địa kỹ thuật

Kiểm tra Mụn học: Địa chất cụng trỡnh 05-14

Cõu 1: Khi cú một mạch đỏ magma xõm nhập vào trong tầng đỏ vụi uốn nếp Nếu biết tuổi của tầng đỏ vụi, hóy xỏc định tuổi của đỏ magma, đỏ biến chất bao quanh mạch magma và thời gian tầng đỏ bị uốn nếp?

Cõu 2: Phõn biệt đất sườn tớch, trầm tớch và tàn tớch? Ảnh hưởng của điều kiện hỡnh thành đến đặc trưng cơ lý của chỳng?

Cõu 3: Giải thớch ảnh hưởng của điều kiện hỡnh thành đến kiến trỳc, cấu tạo và thế nằm của đỏ magma?

Nội dung

1 Khỏi niệm

2 Hoạt động xõm thực của sụng

3 Hoạt động vận chuyển của sụng

4 Hoạt động tớch tụ của sụng

5 Cấu tạo lũng sụng và cỏc loại trầm tớch

sụng

6 Ảnh hưởng và cỏc giải phỏp xõy dựng cụng

trỡnh

1/ Khỏi niệm

Dũng thường xuyờn (sụng) là dũng nước tập

trung tạo thành dũng chảy thường xuyờn,quanh năm

– Đào phỏ theo phương thẳng đứng, cú

xu thế làm bằng địa hỡnh đỏy sụng, đào

sõu từ hạ nguồn về thượng nguồn

– Thường xảy ra ở vựng địa hỡnh cao, độ

3

Quá trình nâng kiến tạo (uplift)  thay đổi

gốc xâm thực (base level)

Xâm thực đứng tạo thác Hiện tượng cướp dòng

Sơ đồ xâm thực về nguồn của sông

– Hậu quả: lòng sông mở rộng, sông uốn

khúc quanh co, tạo hồ ách trâu, gây sạt lở

bờ sông

Quá trình tạo hồ ách trâu

 Kích thước, khối lượng các hạt vật liệu

• Vật liệu phá hủy tích tụ, hình thành bồi tích sông

• Đặc điểm:

– Tuân theo quy luật tuyển lựa– Có tính phân lớp

– Quy luật trầm đọng phức tạp

Sự hình thành các dải đất bồi tự nhiên

Bãi bồi

Trầm tích lòng sông Trầm tích bãi bồi

Lòng sông cổ

Lũ: Lưu lượng tăng, xâm thực phát triển Dòng chảy thường

Sau lũ; Các bãi bồi mới được hình thành

5/ Cấu tạo lũng sông và các loại trầm tích sông

hỗn hợp

5.1/ Cấu tạo lũng sông

1 Lòng sông: Phần lũng sông có dòng chảy thường xuyên

2 Bãi bồi: Phần lũng sông chỉ bị ngập nước vào mùa lũ

3 Thềm sông

Khái niệm: những dải đất nằm ngang hoặc gần nằm

ngang kéo dài dọc theo sông, không bị ngập về mùa lũ

Thường gặp ở đồng bằng, trung du.

 Thềm hỗn hợp: là kết quả của cả 2 quá trình xâm

Mực nước sông

• Ở vùng trung du và đồng bằng: Chủ yếu là cát, sét và bùn xen kẽ, có thể có cuội, sỏi hạt nhỏ.

Đặc điểm: Quy luật tuyển lựa thể hiện rõ.

Thường có dạng phân lớp hoặc thấu kính  Các vấn đề: sự phân bố, cát chảy, xói ngầm, lún không đều

2 Trầm tích bãi bồi: Các vật liệu sông mang đến, lắng

đọng ở hai bên sông bị ngập nước về mùa lũ.

• Đặc điểm: thường gặp nước có áp, dễ gặp các vấn đề

cát chảy, xói ngầm, lún không đều.

3 Trầm tích hồ ách trâu: Các vật liệu lắng đọng ở

những chỗ sông cong (sông chết).

• Thường có 2 tầng:

– Tầng dưới: vật liệu tương đối thô (trầm tích sông).

– Tầng trên: thường là bùn yếu gồm cát hạt mịn, bùn hữu cơ hoặc than bùn.

• Đặc điểm: tính thấm nước nhỏ, thường bão hòa nước, mềm yếu, biến dạng lớn  các vấn đề: mất ổn định trượt, lún nhiều, lún lâu dài.

4 Trầm tích cửa sông: Các vật liệu được sông mang đến

lắng đọng tại cửa sông

• Thường có 3 tầng:

– Tầng dưới: vật liệu mịn như bùn sét.

– Tầng giữa: vật liệu hạt vừa (cát pha, sét pha)

– Tầng trên: vật liệu thô (cát mịn)

• Đặc điểm: bề dày lớn, phân bố rộng, độ rỗng lớn, chứa

muối, xen kẹp sét Các tính chất cơ lý thay đổi theo

không gian  các vấn đề: mất ổn định mái hố móng,

cát chảy, xói ngầm, lún nhiều, lún lâu dài.

5 Phân loại lũng sông theo quan điểm ĐCCT

Các cách phân loại lũng sông:

– Lũng sông có cấu tạo đồng nhất;

– Lũng sông có cấu tạo không đồng nhất.

c Theo chiều dày lớp vật liệu phủ:

– Khi bồi tích sông <10m;

– Khi bồi tích sông =10m-30m;

Phân chia thung lũng sông theo hình dạng mặt cắt

HÎm vùc Ph¸t triÓn mét bªn Ph¸t triÓn 2 bªn