Bài giảng Địa chất công trình

Khái niệm đất đá và khoáng vật  Khoáng vật là các đơn chất hoặc hợp chất tự nhiên được hình thành và tồn tại trong vỏ quả đất hoặc trên mặt đất bởi các quá trình và điều kiện địa

1

Bài gi ảng môn học Địa chất công trình

Tr ường Đại học Thủy lợi

B ộ môn Địa kỹ thuật

• Không làm bài tập môn học khác

• Làm ơn không ngủ trong giờ

• Nếu có thắc mắc thì có thể hỏi

ngay

Đi muộn = 0,5 buổi nghỉ Đi muộn tối đa 2 lần

Mất trật tự = nghỉ 02 buổi

Sử dụng đt= Nghỉ cả quá trình (0 điểm chuyên cần)

Làm bài tập môn khác = 0 điểm quá trình

Địa chất công trình???

Địa chất công trình

Thấu hiểu lòng đất để xây dựng công trình

•Về đất đá và các tính chất của chúng

•Về các hiện tượng địa chất tự nhiên

•Về các hiện tượng địa chất do xây dựng

•Về nước dưới đất

•Về cách nghiên cứu đánh giá địa chất phục vụ xây dựng công trình

Sự phân ngành địa chất

Địa chất

Địa chất khoáng sản Địa mạo

Địa vật lý

Địa chất công trình

Địa chất thủy văn

Đất xây dựng ĐCCT động lực ĐCCT chuyên môn ĐCCT khu vực

Địa kỹ thuật Cải tạo đất đá

Các biện pháp CT Địa chất môi trường

Điểm sạt lở tại quốc lộ 4D từ Lai Châu đi Sa Pa (Lào Cai)

Viện Khoa học

Xã hội Nam bộ

Sạt lở mỏ đá D3

Thủy điện Bản Vẽ

0,5triệu m 3 , 18 người chết

Sạt lở ở Tân Lạc, Hòa Bình 12-10-2017

18 người chết

Đập Vajont

Xây dựng: 1961; thảm họa: 1963 Kết cấu đập vòm bê tông

Engineers should not ignore geology except at their own peril…

I Địa chất công trình và

nhiệm vụ

Địa chất công trình (ĐCCT):

là một lĩnh vực của địa chất,

nghiên cứu các vấn đề ứng

dụng địa chất vào việc xây

dựng công trình

Các điều kiện địa chất công trình

 Địa hình, địa mạo

 Cấu trúc địa chất

 Các tác dụng địa chất

 Điều kiện địa chất thủy văn

 Vật liệu xây dựng địa phương

“Điều kiện địa chất công trình xấu không phải là điều đáng

sợ, điều đáng sợ là không có

đủ nhận thức về nó và không giỏi đề ra những biện pháp xử

lý nó”

F.P Xavarenxki

II Nội dung nghiên cứu của ĐCCT

1. Nghiên cứu các loại đất đá dùng làm nền, làm môi trường và làm vật liệu xây dựng, đồng thời nghiên cứu các biện pháp cải

tạo đất đá

2. Nghiên cứu các quá trình và hiện tượng địa chất, đề ra các

biện pháp xử lý trong xây dựng công trình

3. Nghiên cứu nước dưới đất: sự ảnh hưởng tới XD, khả năng sử

dụng, biện pháp khai thác

4. Nghiên cứu đề xuất các phương pháp khảo sát ĐCCT mới

5. Nghiên cứu ĐCCT khu vực để lập quy hoạch, phân vùng lãnh

thổ

Mục tiêu môn Địa chất Công trình

điều kiện địa chất, giới thiệu các phương

pháp khảo sát, đánh giá điều kiện địa chất

lại giữa công trình với môi trường và các

quá trình địa chất

khi gặp điều kiện địa chất xấu trong xây

dựng công trình

Nội dung

 Chương 1 Các loại đất đá và địa tầng

 Chương 2 Các hiện tượng địa chất ngoại sinh

 Chương 3 Các hiện tượng địa chất nội sinh

 Chương 4 Những đặc trưng kỹ thuật của đất và

đá

 Chương 5 Nước dưới đất và ảnh hưởng của nó đến xây dựng công trình

 Chương 6 Khảo sát địa chất công trình

 Chương 7 Địa chất và xây dựng

Sinh viên cần đạt được

bất lợi của điều kiện địa chất đến xây dựng công trình cụ thể

có thể gặp trong xây dựng công trình

các điều kiện địa chất xấu và cách phòng tránh các vấn đề địa chất

Môn học Địa chất công trình

Dễ và Khó

Đánh giá

 Quá trình 30%, trong đó:

 Chuyên cần 10%

 Bài tập, kiểm tra 20%

 Điểm thi cuối kỳ 70%

Giáo trình và tài li ệu tham khảo

1 Tr ường Đại học Thuỷ lợi, Địa chất công trình, NXB Xây

d ựng, 2002

2 B ộ môn Địa kỹ thuật – Trường Đại học Thủy lợi, Cơ sở địa

ch ất công trình và môi trường, NXB Khoa học tự nhiên và công ngh ệ, 2010

3 3 Alan E.Kehew, b ản dịch: Địa chất học cho kỹ sư xây

d ựng và cán bộ kỹ thuật môi trường, NXB Giáo dục, 1998

4 4 GVC Nguy ễn Uyên, GS TS Trịnh Minh Thụ - Sổ tay Địa

Trường Đại học Thủy lợi

Bộ môn Địa kỹ thuật

Biến đổi do nhiệt

độ và áp suất

Nóng chảy Đá biến chất

Nâng kiến tạo, phong hóa, vận chuyển và tích tụ

Khái niệm đất đá và khoáng vật

 Khoáng vật là các đơn

chất hoặc hợp chất tự

nhiên được hình thành và

tồn tại trong vỏ quả đất

hoặc trên mặt đất bởi các

quá trình và điều kiện địa

mảnh vụn đá

Sự hình thành khoáng vật

 Nhiều khoáng vật kết tinh từ chất lỏng: các

dung dịch mắc ma, dung nham

 Các khoáng vật khác được hình thành do vật liệu đá bị chôn vùi, chịu tác động của nhiệt độ cao và áp suất lớn Các khoáng vật này

không ổn định, xảy ra quá trình trao đổi các nguyên tố hóa học, tạo ra các khoáng vật

mới

Các đặc trưng cơ bản của đá

 Khi nghiên cứu đất đá, có 4 đặc trưng cơ bản phản ánh tính chất, nguồn gốc và điều kiện

 3 đặc trưng đầu có thể nghiên cứu trên mẫu

đá, đặc trưng thế nằm chỉ nghiên cứu được tại nơi tồn tại của đá đó

sinh viên cần hiểu

rõ các khái niệm

về 4 đặc trưng cơ bản của đá

7

Các đặc trưng cơ bản của đất đá

 TP khoáng vật: là khái niệm chỉ sự có mặt của các

khoáng vật trong đá và tỷ lệ hàm lượng của chúng

 Kiến trúc: là những dấu hiệu xác định những đặc điểm

về hình thái của từng hợp phần trong đá và quan hệ

không gian giữa chúng với nhau Kiến trúc là khái niệm chỉ các yếu tố hình dạng, kích thước, mức độ đồng đều

và mối liên kết giữa các hạt Thể hiện đặc điểm của các

hợp phần

 Cấu tạo: là đặc điểm về quy luật phân bố của các hạt

khoáng vật theo các phương hướng trong không gian và

mức độ sắp xếp chặt sít của chúng Thể hiện sự phân bố

của các hợp phần

 Thế nằm: là khái niệm chỉ hình dạng, kích thước và mối

quan hệ tiếp xúc của khối đá với các đá vây quanh Thể

hiện tư thế của khối đá

Trường Đại học Thủy lợi

Bộ môn Địa kỹ thuật

BÀI 1 ĐÁ MAGMA

Nội dung:

1. Quá trình magma và sự hình thành đá magma

2. Phân loại đá magma

3. Thành phần khoáng vật của đá magma

4. Kiến trúc, cấu tạo của đá magma

5. Thế nằm của đá magma

I Sự hình thành đá magma

 Dung dịch magma là những dung dịch silicate

nóng chảy được hình thành từ sâu bên trong lòng đất (30-150km), có chứa hầu hết tất cả các nguyên tố, kể cả các chất dễ bay hơi, hơi nước

 Dung dịch magma được phát sinh do nhiệt độ

tăng lên đột ngột (do các phản ứng phân rã hạt nhân hoặc do va chạm các lục địa)

 Khi magma đâm thủng quả đất, chảy trên mặt

đất thì được gọi là dung nham (lava)

 Khi dung dịch magma đi lên và mất nhiệt, nguội

lạnh và đông cứng tạo đá magma

Ranh giới

Magma xâm nhập

Đá nóng chảy cục bộ, tạo magma đi lên

Nguồn: https://www3.nd.edu

II Phân loại đá magma: Thành phần hóa học, thành phần khoáng vật, điều kiện thành tạo và các tác động thứ sinh trong quá trình tồn tại của đá magma có ý nghĩa quan trọng, quyết định các đặc tính vật lý, cơ học của chúng Dựa trên các cơ sở đó người ta chia đá magma ra các loại khác nhau

a Theo điều kiện thành tạo

b Theo thành phần hóa học (dựa vào hàm lượng SiO2)

 Đá magma axit (feldsic): SiO2>65%

 Đá magma trung tính: SiO2=55% ÷ 65%

 Đá magma bazơ: SiO2=45% ÷ 55%

 Đá magma siêu bazơ: SiO2<45%

Phân biệt, nhận diện thông qua kiến trúc của đá (theo mức độ kết tinh)

Nhận diện thông qua màu sắc của đá

Đá xâm nhập vs Đá phun trào

Nơi hình thành Dưới mặt đất Trên mặt đất

Tốc độ giảm nhiệt giảm nhiệt chậm Giảm nhiệt nhanh Kiến trúc Toàn tinh ẩn tinh, thủy tinh

Bazan (basalt)

Đá ba zơ (mafic) Nguồn gốc: phun trào

Định nghĩa khoáng vật:

Một khoáng vật là một nguyên tố hay một hợp chất hóa học thông thường kết tinh và được tạo ra do các quá

trình địa chất (Theo Hiệp hội khoáng vật Quốc tế, 1995)

Thuật ngữ "khoáng vật" bao hàm cả thành phần hóa học của vật liệu lẫn cấu trúc khoáng vật

II Thành phần khoáng vật của đá magma

Khoáng vật là các đơn chất hoặc hợp chất tự nhiên được hình thành và tồn tại trong vỏ quả đất hoặc trên mặt đất bởi các quá trình và điều kiện địa chất nhất định, có thành phần hóa học và cấu trúc tinh thể xác định

II Thành phần khoáng vật của đá magma

Muscovite (Mica), KAl 2 [Si 3 O 10 ](OH) 2 Thạch anh, SiO 2

Dạng kết tinh: các nguyên tử của vật chất nằm theo trật

tự có quy luật trong không gian, tạo thành thành những tinh thể gắn kết lại với nhau Chất kết tinh có nhiệt độ nóng chảy nhất định, tới nhiệt độ đó vật chất chuyển sang dạng lỏng và thu nhiệt

Dạng vô định hình: các phân tử hay nguyên tử của vật chất không nằm theo một trật tự có tính quy luật trong không gian (không tạo thành mạng tinh thể) Chất vô định hình có tính đẳng hướng Khi chất lỏng bị làm lạnh nhanh, không đủ thời gian các mặt lưới tinh thể hình thành

* Phân chia khoáng vật theo nguồn gốc thành tạo, các khoáng vật tạo đá được phân ra:

-Khoáng vật nguyên sinh: là những khoáng vật hình thành từ

các phần tử cơ bản trong các quá trình magma, trầm tích và biến chất

-Khoáng vật thứ sinh: thành tạo ở các thời gian sau, do sự

biến đổi của khoáng vật nguyên sinh

* Phân chia khoáng vật theo màu:

-Khoáng vật sáng màu (nhóm Salic): thạch anh, feldspar…

-Khoáng vật sẫm màu (nhóm Femic): amfibole, pyroxen và

biotite…

Các khoáng vật nội sinh, nguyên sinh, chủ yếu là khoáng vật lớp silicate Các khoáng vật sinh sau do kết tủa từ dung dịch lưu thông trong kẽ nứt, lỗ hổng của đá magma – hàm lượng không đáng kể

II Thành phần khoáng vật của đá magma

 Thành phần khoáng vật của đá magma rất phức tạp, có nhiều loại khoáng vật, chủ yếu là các khoáng vật nhóm silicat

 Các khoáng vật chủ yếu ở đá magma: Felspar (Orthoclase và Plagioclase), pyroxen, thạch anh, olivin, mica…

 Thành phần khoáng vật thứ yếu: zircon, tuarmaline

 Các khoáng vật ở đá magma có nguồn gốc nội sinh, nguyên sinh được hình thành ở điều kiện nhiệt độ cao

 Các khoáng vật chủ yếu là các khoáng vật silicate, có liên kết hóa trị bền

vững nên thường có độ cứng lớn  đá magma khi chưa phong hóa thường có cường độ cao Tuy nhiên các khoáng vật nhóm này dễ bị biến đổi trong điều kiện môi trường

Tên khoáng vật Thành phần

Thạch anh Feldspar Muscovite Biotite Các khoáng vật mafic

SiO2 (K,Na,Ca)(Al,Si)4O8 KAl2AlSi3O10(OH)2 K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH)2 Mg-Fe silicates

Hàm lượng Silica theo % trọng lượng

Hàm lượng sắt, magiê, can xi Hàm lượng kali, natri

Bazơ (Mafic)

Siêu bazơ (siêu Mafic)

Phân loại, gọi tên đá magma theo thành phần khoáng vật và điều kiện thành tạo

III Kiến trúc, cấu tạo của đá magma

Kiến trúc bao gồm những dấu hiệu quy định bởi trình

độ kết tinh, kích thước, hình dáng của các tinh thể, quan

hệ tương hỗ giữa chúng với nhau và giữa chúng với thủy tinh

các khoáng vật kết tinh càng cao các hạt khoáng vật kết tinh càng lớn

1 Kiến trúc đá: đặc điểm về hình dáng, kích thước của

các hạt khoáng vật và mối liên kết giữa chúng

 Theo mức độ kết tinh

 Kiến trúc toàn tinh: Các khoáng vật

đều kết tinh, có mặt phân tách rõ rệt,

có thể thấy bằng mắt thường

 Kiến trúc ban tinh (poocfia): một số

khoáng vật lớn nổi lên trên nền các tinh thể hạt nhỏ hoặc không kết tinh

 Kiến trúc ẩn tinh: các khoáng vật kết

tinh hạt bé, không thấy được bằng mắt thường

 Kiến trúc thủy tinh: các khoáng vật

không kết tinh, ở dạng vô định hình

 Theo kích thước hạt

 Theo GT BM: Hạt lớn (>5mm); hạt vừa (5-2mm); hạt nhỏ (2-0,2mm); hạt mịn (<0,2mm)

 Theo Tony Waltham: Hạt lớn (>2mm); hạt vừa 2mm); hạt mịn ( <0,1mm)

 Kiến trúc hạt đều: khi các hạt có kích thước gần như nhau

 Kiến trúc hạt không đều: khi các hạt to nhỏ khác nhau

Liên hệ điều kiện hình thành và kiến trúc của đá magma

Mức độ kết tinh của khoáng vật phụ thuộc điều kiện đông nguội của dung nham

 Ở dưới sâu do tính dẫn nhiệt của đá kém, quá trình đông

nguội của dung nham kéo dài, các tinh thể có đủ thời gian

để lớn lên Do vậy, đá xâm nhập thường có kiến trúc toàn tinh hạt lớn và đều hạt

 Ở gần mặt đất và trên mặt đất, điều kiện tỏa nhiệt tốt và

áp suất thấp nên dung nham nguội lạnh rất nhanh, các tinh thể không kịp hình thành, chỉ hình thành các tinh thể nhỏ hoặc chỉ kết tinh được một số khoáng vật có nhiệt độ kết tinh cao Do vậy, kiến trúc ẩn tinh, thủy tinh, poocfia đặc trưng cho xâm nhập nông và đá phun trào, đặc biệt kiến trúc thủy tinh thường thấy khi dung nham phun trào

ở đáy biển

Mối liên hệ giữa điều kiện hình thành và đặc điểm kiến trúc và cấu tạo của đá mắc ma

Kiến trúc hạt vụn gắn kết (các mảnh vụn núi lửa)

Kiến trúc ban tinh do magma đông nguội 2 giai đoạn (ban đầu nguội chậm

ở dưới sâu, sau đó nguội nhanh khi tới độ sâu tương đối nông)

Kiến trúc toàn tinh do magma đông nguội chậm dưới sâu

Kiến trúc ẩn tinh do magma nguội và đông cứng nhanh

Kiến trúc thủy tinh,

do quá trình đông nguội nhanh chóng

Kiến trúc toàn tinh

Kiến trúc ban tinh (poocfia)

Khoáng vật kết tinh Khoáng vật nền

Kiến trúc ẩn tinh

Kiến trúc thủy tinh

2 Cấu tạo (Cấu tạo là đặc trưng về sự sắp xếp và phân bố các hạt khoáng vật trong đá hoặc quặng)

 Theo sự định hướng của các thành phần khoáng vật trong không gian

 Cấu tạo khối (cấu tạo đồng nhất): Các khoáng vật phân bố đồng đều và sắp xếp không theo quy luật

 Cấu tạo dòng (cấu tạo dải): các khoáng vật tập hợp sắp xếp theo dạng dải (nguyên nhân do lực ép hai bên hoặc do các khoáng vật định hướng theo sự di chuyển của dòng dung nham

 Theo mức độ lỗ hổng

 Cấu tạo đặc sít: trong đá không có lỗ rỗng

 Cấu tạo lỗ rỗng: trong đá tồn tại các lỗ rỗng

 Cấu tạo xốp: trong đá tồn tại rất nhiều lỗ rỗng

 Cấu tạo hạnh nhân: các lỗ rỗng được lấp đầy bởi khoáng vật

thứ sinh

Cấu tạo khối Cấu tạo lỗ rỗng

Cấu tạo xốp Cấu tạo hạnh nhân

IV Thế nằm của đá magma Thế nằm là đặc trưng thể hiện vị thế, kích

thước của đá và mối quan hệ của đá với đá vây quanh Thế nằm thể hiện tư thế của khối đá trong không

gian

 Các dạng thế nằm của đá xâm nhập

 Dạng nền: kích thước rất lớn, đá vây quanh không bị biến đổi thế

nằm, ranh giới dưới không xác định được

 Dạng nấm: dạng hình nấm, kích thước nhỏ hơn dạng nền, đá vây

quanh phía trên bị uốn cong

 Dạng mạch: do magma xâm nhập vào các khe nứt, cắt qua tầng đá

vây quanh, kéo dài

 Dạng lớp: do magma xâm nhập vào khe nứt mặt lớp đá có trước,

đông cứng như một lớp đá vây quanh

 Các dạng thế nằm của đá phun trào:

Dạng vòm: khi magma nhớt, đông cứng ngay tại chỗ phún xuất

Dạng dòng chảy: khi địa hình thuận lợi, magma linh động chảy thành

dòng

Dạng lớp phủ: khi magma phun trào theo hệ thống khe nứt, phủ trên

diện rộng trên mặt đất

Dạng dòng

Dạng lớp phủ

Dạng vòm

Các dạng thế nằm cơ bản của đá mắc ma

Hình ảnh một số loại đá magma

Rhyolite là đá mắc ma phun trào,

thành phần axit, sáng màu, kiến

trúc ẩn tinh, thường chứa khoáng

vật thạch anh và feldspar

Porphyry là tên gọi cho đá mắc

ma có kiến trúc ban tinh (các tinh thể hạt lớn trên nền các tinh thể hạt nhỏ)

Đá basalt ngoài thực địa Một mẫu đá basalt nhìn gần

Một số hình ảnh đá magma

Basalt: bazan là đá phun trào ba zơ, kiến trúc ẩn tinh, thường sẫm màu Mẫu trong hình có kích thước 5cm

Granite là đá mắc ma xâm nhập axit,

thành phần là thạch anh, feldspar, một ít khoáng vật micas, amphiboles cùng một số khoáng vật khác

Gabbro là đá mắc ma xâm nhập, ba zơ,

kiến trúc kết tinh hạt lớn, sẫm màu,

chứa feldspar, augite và olivine Mẫu

đá trong hình có kích thước khoảng

5cm

Một số hình ảnh đá magma