Bài giảng Cơ học đất - Chương 1: Khoáng vật và đất đá (Trần Thế Việt)

Bài giảng Cơ học đất - Chương 1: Khoáng vật và đất đá (Trần Thế Việt) cung cấp đến học viên các kiến thức về khái niệm khoáng vật và khoáng vật tạo đá, khái niệm về đất đá, đá magma, đá trầm tích, đá biến chất,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

KV là những đơn chất hoặc hợp chất hoá học tồn

tại trong tự nhiên, thành tạo do các quá trình hoá

học & vật lý nhất định trong vỏ trái đất hoặc trên

– Hiểu được nguồn gốc & đk hình thành của đá

– Nhận xét được khả năng sử dụng của đất đá

trong xâydựng CT

I KN về KV và ý nghĩa khi nghiên cứu KV

• Hình thành do sự kết tinh của các nguyên tố hóa học

tạo thành những tinh thể gắn kết lại với nhau

(Salt crystals)

5

2 Dạng vô định hình

• Các phân tử vật chất tạo thành KV ko sắp xếp

theo 1 trật tự có tính quy luật tuần hoàn trong ko

gian (hoặc ko tạo thành tinh thể)

– Làm rõ mối quan hệ giữa các KV trong đá

 Đánh giá sơ bộ tính chất của KV và tính chất

• Theo điều kiện hình thành

• Theo vai trò tạo đá

• Theo thành phần hóa học

2 Theo điều kiện thành tạo

• KV nội sinh: do các dạng năng lượng nhiệt &

áp suất bên trong trái đất phát sinh

• KV ngoại sinh : do các quá trình địa chất ngoại

động lực như quá trình phong hóa, quá trình

trầm tích

11

KV chính: > 5% khối lượng trong 1 đá

KV phụ: < 5% khối lượng trong 1 loại đá¸

(Các loại đá khác nhau, khái niệm chính-phụ chỉ mang

tính tương đối)

3 Theo vai trò tạo đá

Lớp 1: các nguyên tố tự nhiên: vàng (Au)

Lớp 2: sulfua VD: Pirit (FeS2),

Lớp 3: halogenua VD: Halit (NaCl)

Lớp 4: cabonat: Canxit (CaCO3)

Lớp 5: Sulfate VD: Thạch cao (CaSO4.2H2O)

Lớp 6: Phosphate VD: Apatite

Lớp 7: ô xit VD: Thạch anh (SiO2)

Lớp 8: Silicat VD: Felpat KAlSi3O8

Lớp 9: Các chất của hữu cơ

4 Theo thành phần hóa học: chia thành 9 lớp

3 Lớp Halogenua; VD Halite, NaCl

6 Lớp phosphate: Apatite, Ca2F(PO4)3

19

7 Lớp OXIT: Corundum (hồng ngọc), Al2O3

20

7 Lớp OXIT: Corundum (hồng ngọc), Al2O3

8 Lớp Silicate: Muscovite (Mica), KAl 2 [Si 3 O 10 ](OH) 2

22

IV Các tính chất vật lý của KV

1 Hình dạng tinh thể khoáng vật

2 Màu của khoáng vật

3 Độ trong suốt và ánh của khoáng vật

4 Tính cát khai của khoáng vật

5 Vết vỡ của khoáng vật

6 Độ cứng

7 Tỷ trọng

23

Dạng đẳng thước: cấu trúc tinh thể KV phát

triển đều theo 3 phương, tinh thể KV có dạng

hạt, dạng cầu, VD pyrit, halit, granat

Dạng kéo dài 2 phương: KV thường có dạng

tấm, phiến, vảy, lá, VD Mica; barit, clorit

Dạng kéo dài 1 phương: các KV có cấu tạo

tinhthể dạng que, dạng kim, dạng sợi, VD

thạch anh, antimoan

1 Hình dạng tinh thể khoáng vật

2 Màu của khoáng vật

✓ Do thànhphần hóa học của KV quyết định Chủ yếu

dochứa các nguyên tố hóa học mang màu

✓ Nhiều KV chỉ có 1 màu cố định, khi lẫn tạp chất, KV

mangnhiều màu khác nhau

✓ Màu của KV quan sát đc phụ thuộc đk ánh sáng,

trạng thái mặt ngoài của KV

✓ Màu KVquyết định màu đá → ảnh hưởng tới khả

năng hấp thụ nhiệt của đá

Trongsuốt: thạch

anh; thủy tinh; spat;

Độ trong suốt: Khả năng cho ánh sáng đi qua của KV

Nửa trong suốt:

Thạch cao; sfalerit Không trongsuốt:

pirit; manhetit; grafit

28

3 Độ trong suốt và ánh KV

Ánh của KV:đc tạo thành do phần ánh sáng phản xạ

cótần số dao động ko đổi khi ta chiếu sáng vào KV

Ánhchỉ phụ thuộc vào chiết suất của KV

 Ánhthủy tinh: Thạch anh, canxit

 Ánh kimcương

 Ánh á kim: hemarit (Fe203),thần sa (HgS)

 Ánh kim: Pyrit (FeS); Galen (PbS)

29

4 Tính cát khai và vết vỡ

Tính cát khai:khả năng của tinh thể KV hoặc hạt

tinhthể KV bị tách vỡ thành tấm, hoặc khối có mặt

phẳng nhẵn như mặt gương:

• Cát khai rất hoàn toàn: Mica; Clorit

• Cát khai hoàn toàn: Canxit, Halit

• Cát khai trung bình: Piroxen

• Cát khai không hoàn toàn: Apatit

4 Tính cát khai và vết vỡ

31

4 Tính cát khai và vết vỡ

Vết vỡ: Khi KV bị vỡ tách theo những mặt lồi lõm

hoặc lượn sóng , mặt đó gọi là vết vỡ Dựa theo

Khả năng chống lại lực cơ học bên ngoài của KV KV có bán

kínhđiện tử càng nhỏ có độ cứng càng lớn Hiện nay thường

dùngbảng độ cứng tương đối với 10 bậc

Độ cứng theo thang Morh (thường dùng) - 10 bậc:

5 Độ cứng

Theo tỷ trọng, chia thành 3 nhóm: Nhẹ : G < 2.4

Trung bình: G = 2,5  4,0Nặng : G > 4,0

Khái niệm chỉ sự có mặt của các KV vật trong đá

& tỷ lệ hàm lượng của chúng

3 Cấu tạo của đất đá

Cho biết quy luật phân bố hạt KV theo các

phương, hướng khác nhau trong không gian và

mức độ sắp xếp chặt xít của nó.

cấu tạo của đất đá đặc trưng cho vị trí

không gian của các t.phần trong đá , thể

hiện mức độ đồng nhất của khối đá.

40

4 Thế nằm của đất đá

Cho biết hình dạng, kích thước và tư thế của

khối đất đá trong k.gian cũng như mối q.hệ tiếp

xúc của khối đá trong không gian đó với nhau.

Thế nằm của đất đá còn cho biết mức độ đồng

nhất của nền CT cả về cường độ và ổn định

thấm

41

Giúp XĐ đc tên đá, loại đá, điều kiện hình thành

và tồn tại của đá, từ đó đánh giá được khả năng

sử dụng chúng trong xây dựng CT.

IV Phân loại đất đá theo nguồn gốc

Theo nguồn gốc – quan điểm địa chất:

❖ Khi magma đâm thủng vỏ quả đất, chảy trên

mặt đất thì đc gọi là dung nham

❖ Đá magma hình thành do sự nguội lạnh, đông

cứng của dung nham magma khi chúng xâm

nhập vào hoặc trào lên trên vỏ quả đất.

1 Sự hình thành

46

2 Phân loại đá magma

2.1 Theo điều kiện hình thành

Dung nham magma xuyêncắt vào các khe hở, kẽ nứt của

cáctầng đất đá trong vỏ quả đất rồinguội đi, đông cứng

thànhđá magma xâm nhập

b Đá magma phún xuất (phun trào):

Dung nham magma phun lên,chảy tràn trên mặt đất rồi

nguội đi, đông cứng lại thành đá magma phun trào, theo

thời gian thành tạo

- Magma phun trào trẻ

49

2.1 Theo điều kiện hình thành

2 Phân loại đá magma (tiếp)

2.2 Theo thành phần hóa học (dựa vào hàm

lượng SiO2)

• Đá magma axit: SiO2 > 65%

• Đá magma trung tính: SiO2 = 55% ÷ 65%

• Đá magma bazơ: SiO2 = 45% ÷ 55%

• Đá magma siêu bazơ: SiO2 < 45%

Lượng SiO2quyết định tính chất của dung dịch magma

và tínhchất của đá

50

III Kiến trúc của đá magma

Theo mức độ kết tinh

– Kiến trúc toàn tinh: Các kv đều kết tinh, có mặt

phân tách rõrệt, có thể thấy bằng mắt thường

– Kiến trúc ban tinh (poocfia): một số kv lớn nổi lên

trênnền các tinh thể hạt nhỏ hoặc ko kết tinh

– Kiến trúc ẩn tinh: các kv kết tinh hạt bé, ko thấy đc

bằng mắt thường

– Kiến trúc thủy tinh: các kv ko kết tinh, ở dạng vô

định hình

KT toàn tinh KT ban tinh KT ẩn tinh

III Kiến trúc của đá magma

52

Kiến trúc toàn tinh

Kiến trúc ban tinh (poocfia)

Theo kích thước hạt KV

58

IV Cấu tạo của đá magma

Theo quy luật sắp xếp

• Cấu tạo khối:loại c.tạo theo bất kỳ hướng nào

trongđá các kv cũng phát triển như nhau Đây là

đặc trưng của magma xâm nhập

• Cấu tạo dòng:loại cấu tạo mà các kv trong đá

tập hợp thành dải theo hướng c.động của dòng

dung nham (magma phun trào)

❖Cấu tạo lỗ rỗng: trong đá tồn tại các lỗ rỗng hình

thành do cácbọt khí & hơi nước tồn tại trong khối

magma trong quá trìnhđông cứng (magma phún xuất)

❖Cấu tạo hạnh nhân:Khi cáclỗ rỗng trong đá đclấp

đầy bằng các kv thứ sinhnhư: thạch anh, canxit

V Thế nằm của đá magma

Thế nằm của đá xâm nhập

❖ Dạng nền:kíchthước rất lớn, đá vây quanh ko bị

biến đổi thế nằm, ranh giới dưới ko xác định đc

❖ Dạng nấm: hình nấm, kích thước nhỏ hơn dạng

nền, đá vây quanh phía trên bị uốn cong

❖ Dạng mạch:do magma xâmnhập vào các khe nứt,

cắt ngang tầng đá vây quanh, kéo dài

❖ Dạng lớp:do magma xâmnhập vào khe nứt mặt

lớp đá có trước, đông cứng như một lớp

62

V Thế nằm của đá mắc ma

Thế nằm của đỏ

magma xõm

nhập dạng lớp

Thế nằm của đỏ phun trào

❖ Dạng vũm: khi magmanhớt, đụng cứng ngay tại chỗ

Dạng nún

Dạng dũng

Dạng vũm

Dạng nấm Dạng mạch

Dạng lớp

V Thế nằm của đá Magma

70

trong XDCT thủy lợi

I Sự hình thành & phân loại đất đá trầm tích

a Hình thành từ vật liệu phong hóa

– Giaiđoạn phá hủy đá có trước

– Giaiđoạn vận chuyển và trầm đọng

– Giaiđoạn keo kết, hóa đá

• Trầm tích mềm rời: TT chưa đc gắn kết và hóa đá.

✓Mềm rời ko dính: cuội, sỏi, cát

✓Mềm rời dính: sét, sét pha,

• Trầm tích vụn keo kết: TT mà các hạt vụn đó đc xi măng

tự nhiên (oxit silic, oxit sắt, canxit, ….) gắn kết lại Cuội

kết, sỏi kết, cát kết,,,

• Trầm tích hóa học: TT do sự kết tủa, ngưng keo của

dungdịch keo & dung dịch hòa tan VD: muối mỏ, thạch

cao, đolomit

• Trầm tích sinh vật: TT do xác sinh vật tham gia vào

1 Kv tàn dư: Kv của đá có trước còn giữ lại chưa

bị biến đổi, thường là các kv trong các mảnh vụn

của trầm tích vụn cơ học

2 Kv thuần túy: Kv hình thành do sự kết tủa từ

dung dịch thật VD: thạch cao, halit, opan

Thường là t.p của trầm tích hóa học & chất xi

măng gắn kết trong trầm tích keo kết

3 Kv thứ sinh: là những kv sinh ra từ những kv có

trước do biến đổi hóa học

4 Các hóa thạch trong đá

III Kiến trúc của đá trầm tích

1 Kiến trúc của trầm tích vụn rời:dựa vào hình dạng và

kíchthước hạt

2 Kiến trúc của đá vụn keo kết:Kiểu kiến trúc keo kết,

dựa vào hình thức liên kết giữa các hạt

IV Cấu tạo của đá trầm tích

1 Cấu tạo khối: Các hạt sắp xếp hỗn độn, ko theo

quytắc, ko định hướng

2 Cấu tạo dòng: Các hạt sắp xếp có định hướng

theophương dòng chảy

3 Cấu tạo lớp: Các hạt kv sắp xếp có quy luật &

thànhtừng lớp riêng biệt

80

IV Cấu tạo của đá trầm tích

Cấu tạo lớp của đá trầm tích – Sét kết

IV Cấu tạo của đá trầm tích

82

Chú ýphânbiệt 2 KN “cấu tạo lớp” và “thế nằm dạng

lớp” với đá trầm tích.

❖ Cấu tạo lớp là sự sắp xếp của hạt KV thành từng lớp

(đặc trưng bên trong)

❖ Thế nằm dạng lớp là hình dạng khối đá dạng lớp do

sự sắp xếp của các hạt đất đá (đặc trưng bên ngoài)

Trongmột lớp đá có các lớp phân bố của các hạt KV

IV Cấu tạo của đá trầm tích

2 Thế nằm thứ sinh: Do chuyển động kiến tạo,

đá có thế nằm nghiêng hoặc uốn cong

❖ Nếp uốn (nếp lồi, nếp lõm)

❖ Đơn nghiêng

6 ĐÁ BIẾN CHẤT

88

I Sự hình thành và phân loại đá biến chất

1 Định nghĩa

Hình thànhtừ các loại đá có trước do quá trình

biến đổi dưới tác dụng củanhiệt độ caovàáp

suất lớn,xảy ratrong lòng đất

Chú ý: cần phân biệt với quá trình phong hóa đá-cũng là

quá trình biến đổi thành phần và tính chất của đá nhưng xảy

ra trên mặt đất do các tác nhân của môi trường bên ngoài

89

I Sự hình thành và phân loại đá biến chất

2 Sự hình thành đá biến chất

• Tại chỗ tiếp xúc với đá magma, t0caocủa khối magma

làm cáclớp đá vây quanh tái kết tinh lại

• Tại các đới phá hủy dọc các đứt gãy kiến tạo, áp suất

cao làm cho cáclớp đất đá bị phân phiến, cà nát

mạnh………

• Tại các vùng tạo núi, có các chuyển động kiến tạo diễn

ramạnh mẽ, các lớp đá trầm tích bị vùi sâu, chịu tác

động của cả t0, ápsuất lớn

I Sự hình thành và phân loại đá biến chất

3 Phân loại đá biến chất

• Biến chất tiếp xúc – xảy ra ở chỗ t/x với đá magma

xâmnhập, tác nhân t0gâybiến chất là chủ yếu

• Biến chất động lực – xảy ra ở các đứt gãy kiến tạo,

tác nhân ápsuất là chủ yếu

• Biến chất khu vực – xảy ra ở các vùng tạo núi, các

vùngđá trầm tích bị vùi sâu Tác nhân đồng thời cả

Kémổn định trong đk môi trường

Thôngthường tỉ trọng cao, ko chứa nước hoặc

nghèonước

II Thành phần KV của đá biến chất

III Kiến trúc của đá biến chất

• Kiến trúc biến tinh: hình thành do kết tinh hoặc tái

kết tinh KV của đá ban đầu

• Kiến trúc toàn tinh

• Kiến trúc ban tinh

• Kiến trúc ẩn tinh

• Kiến trúc milonit (kiến trúc cà nát – đặc trưng cho

biến chất động lực): Đá bị miết, nghiền nát sau đó đc

các kv khácgắn kết lại

• Kiến trúc vảy: các hạt KV dạng vảy, dạng phiến, định

hướng dưới td của áp lực

III Kiến trúc của đá biến chất

97

III Kiến trúc của đá biến chất

98

IV Cấu tạo của đá biến chất

• Ct khối: thường xảy ra ở đá biến chất tiếp xúc

IV Cấu tạo của đá biến chất

Ct phiến: Khi trong đá các kv dạng tấm, dạng que sắp xếp

định hướng theo phương vuông góc với áp lực, thường

thấy ở biến chất khu vực & biến chất động lực Đá dễ tách

100

Ct gơnai (gneiss): Các kv sáng mầu & tối màu nằm xen kẽ nhau

thành các dải Do biến chất sâu sắc, các kv tối màu có xu hướng

tách riêng, thành các dải định hướng (vuông góc với chiều áp lực)

IV Cấu tạo của đá biến chất

101

V Thế nằm của đá biến chất

• Đá biến chất tiếp xúc: Dạng đới bao quanh

• Đá biến chất động lực: dạng tuyến dọc theo

đứt gãy

• Đá biến chất khu vực: giữ nguyên thế nằm ban

đầu

Câu hỏi ôn tập

1) Định nghĩa khoáng vật? Mục đích nghiên cứu?

2) Cácđặc trưng cơ bản của đất đá?

3) Đá mắc ma: Phân loại, kiến trúc, cấu tạo, thế nằm?

4) Đá trầm tích: Phân loại, kiến trúc, cấu tạo, thế nằm?

5) Đá biến chất: Phân loại, kiến trúc, cấu tạo, thế nằm?

103