Cơ học đá nguyễn sỹ ngọc

4,825 views

Published on

http://coxuong89.blogspot.com/2011/10/co-hoc.html

Cơ học đá nguyễn sỹ ngọc

  1. 1. NGUY N S NG C CƠ H C ðÁDÙNG CHO SINH VIÊN NGÀNH XÂY D NG CÔNG TRÌNH . NHÀ XU T B N GIAO THÔNG V N T I HÀ N I - 2005 C¬ häc ®¸.1
  2. 2. Ch u trách nhi m xu t b n LÊ T GIANG Biên t p THÂN NG C ANH Ch b n và s a bài XƯ NG IN TRƯ NG ð I H C GTVT NHÀ XU T B N GIAO THÔNG V N T I 80B Tr n Hưng ð o – Hà N i ðT: 9423345 – Fax: 8224784 075(6V) MS 230/8 − 05 GTVT − 05In 620 cu n, kh 19x27cm t i Xư ng in Trư ng ð i h c GTVT. In xong và n p lưuchi u quý III năm 2005. Gi y ch p nh n k ho ch xu t b n s 230/XB – QLXB ngày03/03/2005 L I NÓI ð U2.C¬ häc ®¸
  3. 3. Cơ h c ñá là m t môn h c trong chương trình ñào t o k sư xây d ng côngtrình giao thông c a Trư ng ð i h c Giao thông v n t i, nh m cung c p cho sinhviên nh ng ki n th c cơ b n nh t v các tính ch t tr ng thái c a ñá và kh i ñánguyên tr ng; các quá trình và hi n tư ng cơ h c x y ra khi xây d ng các công trìnhtrên ñá và trong ñá,t ñó tìm ra các phương pháp phá hu có hi u qu , cách ñi ukhi n h p lý áp l c ñá, làm n ñ nh các công trình xây d ng trên ñá, trong ñá vàb ng ñá. V i th i gian gi ng d y c a môn h c là 60 ti t, cu n sách nh này không thtrình bày h t ñư c ñ y ñ m i khía c nh c a cơ h c ñá lý thuy t và ng d ng, màm i ch nêu ñư c m t cách tóm t t m t s v n ñ r t cơ b n c a cơ h c ñá. Do trình ñ b n thân có h n mà ki n th c cơ h c ñá l i r ng, nên ch c ch n skhông tránh kh i nh ng thi u sót trong khi vi t. Ngư i vi t r t mong ñư c s ch b oc a b n ñ c g n xa. Nh ng ý ki n ñóng góp xin g i v B môn ð a k thu t – Khoa Công trình –Trư ng ð i h c Giao thông V n t i – Hà N i. Chúng tôi xin trân tr ng c m ơn. Hà n i ngày 30 – 12 – 2004 Ngư i vi t PGS.TS. Nguy n S Ng c Ch nhi m B môn ð a k thu t, Thư ký H i Cơ h c ñá Vi t Nam C¬ häc ®¸.3
  4. 4. M CL C L i nói ñ u 3 M ñ u 7 Chương I ðÁ VÀ TÍNH CH T CƠ B N C A ðÁ 161.1. Các khái ni m cơ b n v ñá - 1.1.1. S thành t o các lo i ñá - 1.1.2. Thành ph n c a ñá 174.C¬ häc ®¸
  5. 5. 1.1.3. Ki n trúc c a ñá 25 1.1.4. C u t o c a ñá 26 1.1.5- Tính không ñ ng nh t và d hư ng c a ñá 27 1.1.6. M t s lo i ñá thư ng g p 281.2. Các tính ch t cơ b n c a ñá 35 1.2.1. M t s ch tiêu ñ c trưng cho hàm lư ng các pha trong ñá 37 1.2.2. Tính ch t cơ h c 54 Chương II CÁC TÍNH CH T C A KH I ðÁ NGUYÊN TR NG 1272.1. Kh i ñá nguyên tr ng và m t vài ñ c ñi m c a nó. - 2.1.1. Khái ni m v kh i ñá nguyên tr ng - 2.1.2. Vài ñ c ñi m c a kh i ñá nguyên tr ng 1282.2. Các tính ch t c a kh i ñá nguyên tr ng 132 2.2.1. Tính phong hoá 133 2.2.2. Tính ch t n t n 143 2.2.3. Tính ch t cơ h c 157 2.2.4. Nư c và kh i ñá nguyên tr ng 187 2.2.5. M t s tính ch t khác c a kh i ñá 196 Chương III KH O SÁT VÀ ðÁNH GIÁ KH I ðÁ 2023.1. Kh o sát kh i ñá - 3.1.1. M c ñích và n i dung kh o sát kh i ñá - 3.1.2. Nguyên t c cơ b n trong kh o sát kh i ñá 203 3.1.3. Các phương pháp kh o sát 2063.2. Phân lo i kh i ñá 213 3.2.1. Phân lo i theo các ch tiêu ñ c l p 214 3.2.2. Phân lo i theo các ch tiêu t ng h p -3.3. ðánh giá kh i ñá 225 3.3.1. ðánh giá tính ch t bi n d ng c a kh i ñá - 3.3.2. ðánh giá ñ b n kh i ñá. 227 Chương IV N ð NH N N VÀ B D C ðÁ 2284.1. S n ñ nh c a n n ñá - 4.1.1. Khái ni m - 4.1.2. S c ch u t i c a n n ñá 2384.2. n ñ nh b d c ñá 245 C¬ häc ®¸.5
  6. 6. 4.2.1. B d c và ñ n ñ nh c a nó - 4.2.2. Tính toán n ñ nh b d c 256 4.2.3. ð phòng và ch ng trư t b d c 276 Chương V TR NG THÁI NG SU T VÀ ÁP L C ðÁ XUNG QUANH CÔNG TRÌNH NG M 2845.1. ng su t t nhiên trong kh i ñá - 5.1.1. Các gi thuy t v s phân b ng su t trong ñá 285 5.1.2. Tr ng thái ng su t ban ñ u c a kh i ñá 287 5.1.3. S phân b l i ng su t trong v trái ñ t 291 5.1.4. Các phương pháp ño ng su t t nhiên trong kh i ñá 2945.2. Tr ng thái ng su t và bi n d ng c a ñá xung quanh công trình ng m 305 5.2.1. Khái ni m v các công trình ng m - 5.2.2. Tr ng thái ng su t c a ñá xung quanh công trình ng m 310 5.2.3. Bi n d ng c a ñá xung quanh công trình ng m 3245.3. Áp l c ñá trong công trình ng m 328 5.3.1. Khái ni m v áp l c ñá - 5.3.2. Áp l c ñá trong các h m ngang 333 5.3.3. Áp l c ñá trong thành gi ng và h m nghiêng 355 Ph l c 365 Tài li u tham kh o 372 M ð U1. V TRÍ VÀ ð I TƯ NG NGHIÊN C U C A CƠ H C ðÁ Hàng nghìn năm qua, ñá ñã ñóngvai trò r t quan tr ng trong các ho t ñ ngcó ý th c c a con ngư i. Nh ng công clao ñ ng và vũ khí thô sơ c a ngư inguyên thu , nh ng Kim t tháp ñ sñ ng s ng s ng c nh tư ng con Sphinxkh ng l b ng ñá bên dòng sông Nil AiC p t th i nô l , nh ng ngôi nhà caoch c tr i; nh ng ñư ng h m ôtô, h mñư ng s t xuyên qua núi hay ng m dư iñáy bi n n i li n các ñ o xa xôi; nh ng6.C¬ häc ®¸ Hình 01 – Kim t tháp v Sphinx vùng Giza g n Cairo (Ai C p) – kho ng 2700 – 2550 TCN
  7. 7. công trình b ng ñá n i ti ng hay nh ng kh i tư ng ñá kh ng l t c ngay trên vách ñác a th gi i ngày nay… ñ u do ñá hay nh ñá t o nên. ðá ngày càng tr nên g n gũitrong ñ i s ng con ngư i. Vì v y vi c nghiên c u tính ch t và tr ng thái c a ñá - nh t là c a kh i ñánguyên tr ng dư i tác d ng c a ngo i l c như thiên nhiên (tr ng l c, các tác d ngñ a ch t…) hay nhân t o (l c do các công trình xây d ng, do ho t ñ ng s n xu t …)là r t quan tr ng và c n thi t. ð ñáp ng nhu c u nghiên c u trên, m t môn khoa h c m i ñư c ra ñ i, g ilà Cơ h c ñá. Cơ h c là m t môn khoa h c liên quan t inăng lư ng, l c và tác ñ ng c a chúnglên v t th , nên có th coi cơ h c ñá là Hình 02 – Nhà m thành ph Petram t b ph n c a ngành khoa h c cơ h c (Jorñani ngày nay) ñào vào trong kh iñ a ch t, chuyên nghiên c u tính ch t, ñá (th k VI TCN)tr ng thái c a ñá và kh i ñá nguyên tr ng,các quá trình và hi n tư ng cơ h c x y rakhi ti n hành thi công các công trình trên ñá, ñtìm ra các phương pháp phá hu ñá có hi u qu ,cách ñi u khi n h p lý áp l c ñá và làm n ñ nhcác b d c ñá, n n ñá. Môn khoa h c cơ h c ñá mang tính ch t ng d ng. Các lĩnh v c nghiên c u c a nó cól i tr c ti p, thi t th c ñ n các ngành kinh tqu c dân, nh t là các ngành m , giao thông,thu l i… Nh ng hi u bi t v ñá và các ñ ctrưng, tr ng thái c a nó s giúp cho vi c thi t kvà thi công các công trình trong ñá và trên ñá ñư c h p lý, có hi u qu kinh t và antoàn hơn. U ban Cơ h c ñá c a Vi n hàn lâm khoa Hình 03 – Nhà th ð c Bà Parish c qu c gia M (1966) ñã ñ nh nghĩa: Cơ h c (1163 – 1250)ñá là môn khoa h c lý thuy t và ng d ng vnh ng ng x cơ h c c a ñá, nó là ngành cơ h c liên quan ñ n s ph n ng c a ñáv i các trư ng l c bao quanh chúng. C¬ häc ®¸.7
  8. 8. Hình 04 – Kh i tư ng 4 T ng th ng M núi Rushmore (bang Nam Dakota – M ) (1927 – 1941) Cơ h c ñá d a trên các thành t u c a v t lý ch t r n, các lý thuy t d o, th m,lưu bi n, các hi u bi t v ñ a ch t, ñ a hoá… và các môn khoa h c khác. Nó cũngñư c coi là ph n n n t ng c a khoa h c v trái ñ t- nh t là khoa h c m . Khác v i các v t li u khác, ñá r t ña d ng, ít ñ ng nh t nên ñôi khi khó hi u vàkhó d ñoán. M t khác, các sơ ñ cơ h c và hình h c c a các bài toán cơ h c ñáthư ng khác v i các sơ ñ c ñi n c a các bài toán ñàn h i, d o… nên vi c nghiênc u ñá cũng có nhi u ñi m riêng bi t. Khi thi công các công trình trên ñá, các quá trình cơ h c chính ñư c nghiênc u trong cơ h c ñá là s hình thành tr ng thái ng su t c a kh i ñá và s thay ñ ic a nó, s chuy n ñ ng c a ñá các d ng khác nhau, s tương tác gi a ñá và vìch ng… Vi c nghiên c u Cơ h c ñá g m m t s hư ng sau: - Tính ch t c a ñá và kh i ñá nguyên tr ng - Lý thuy t phá hu ñá - S xu t hi n và cách ñi u khi n áp l c ñá khi thi công công trình ng m - S chuy n ñ ng c a ñá khi thi công công trình - n ñ nh các b d c ñá - Các hi n tư ng ñ ng l c trong kh i ñá - Quá trình th m trong ñá - S tương tác gi a các hi n tư ng ki n t o khu v c và vi ñ a ch t công trình trong kh i ñá2. SƠ LƯ C L CH S PHÁT TRI N CƠ H C ðÁ Cơ h c ñá là m t ngành khoa h c r t tr . L ch s phát tri n c a nó có th chiathành ba giai ño n: Trong giai ño n ñ u, khi ngư i ta ñã bi t khai thác ñá và các khoáng s n sâutrong lòng ñ t thì v n ñ n ñ nh h m lò ñã ñư c ñ t ra. Vi c l a ch n các phươngpháp ch ng lò ñã ñòi h i ph i nghiên c u các quá trình bi n d ng và phá hu c a ñá xung quanh h m lò, các quy lu t phát tri n c a các quá trình y trong không gianvà th i gian. Tuy v y, giai ño n này, vi c nghiên c u m i ch m c ñ mô t , t ngk t các hi n tư ng, ch chưa phân tích ñư c m t cách sâu s c cơ ch phát sinh vàphát tri n c a chúng. Trong nh ng năm 30 c a th k XIX, ngư i ta ñã quan sát th y hi n tư ng s tlún m t ñ t do vi c khai thác than n m g n m t ñ t ngo i ô thành ph Liège (B ) vàm y ch c năm sau, hi n tư ng tương t cũng x y ra m t vài thành ph c a ð c.Nhi u tác gi ñã nghiên c u chúng và ñã ñ ra ñư c nh ng nguyên t c ñ u tiên, xácñ nh ph m vi nh hư ng c a vi c khai thác h m lò ñ i v i m t ñ t: Năm 1864,J.Goodwin, m t k sư ngư i Anh ñã nêu khá ñ y ñ nh ng y u t nh hư ng t i ss t lún m t ñ t như h th ng h m lò, tính ch t c a ñá, góc nghiêng và chi u dài v a,chi u sâu khai thác… nghĩa là nh ng y u t có nh hư ng quy t ñ nh nh t.8.C¬ häc ®¸
  9. 9. Cũng trong giai ño n này, vi c nghiên c u các thành ph n ng su t c a kh i ñácũng b t ñ u ñư c chú ý: năm 1874, F.Rziha, m t chuyên gia v h m c a ð c vàb n năm sau, giáo sư ngư i Th y s A. Heim ñã nêu lên gi thuy t v thành ph n ng su t n m ngang trong kh i ñá và quan h c a nó v i thành ph n ng su t th ngñ ng, nhưng khi ñó, nh ng gi thuy t này chưa ñư c th a nh n và ph bi n r ng rãi. ð nghiên c u, thí nghi m ñá, ngươi ta ñã dùng các thi t b ñơn gi n hay hoànthi n các máy kéo, nén, u n và các ñ u k p m u khi kéo do nhà v t lý Hà lanP.Musschenbrock ch t o t năm 1729. Nói chung, vi c nghiên c u cơ h c ñá giai ño n này m i ch chú ý ñ n cáchi n tư ng bên ngoài, các gi thuy t thư ng mang tính ch t th c nghi m, chưa baohàm các ch tiêu ph n ánh th c ch t kh i ñá b bi n d ng. Giai ño n hai có th tính t cu i th k XIX. Trong giai ño n này, ngư i ta ñã xây d ng ñư c nhi u gi thuy t khá ch t chv b n ch t v t lý, cơ ch các quá trình x y ra trong kh i ñá khi thi công các côngtrình. Năm 1885, M.Fayol, m t k sư ngư i Pháp và 4 năm sau, k sư tr c ñ a ngư ið c W.Trompeter ñã nêu ra lý thuy t v s phân vùng áp l c ñá xung quanh côngtrình ng m. Năm 1907, giáo sư ngư i Nga M. M. Protodjakonov ñã ñ ra gi thuy t hìnhthành vòm áp l c trong các công trình ng m. Công trình này là m t bư c ti n r t l ntrong cơ h c ñá, t o ñi u ki n ñ tính toán các thông s cho vì ch ng, nhưng cũngchưa phù h p v i các công trình có ti t di n l n và n m sâu trong lòng ñ t. ð ng th i v i vi c xu t hi n các gi thuy t v áp l c ñá và tr ng thái ng su txung quanh công trình ng m, các d ng c ño ng su t và bi n d ng c a ñá ñã ñư cch t o tinh vi, ñ chính xác cao hơn và có th ño tr c ti p ngay t i kh i ñá. Ngư i tacũng b t ñ u dùng phương pháp mô hình ñ nghiên c u các quá trình bi n d ng c añá xung quanh công trình ng m. Năm 1909, ngư i ta ñã dùng phương pháp phun v a ñ làm n ñ nh các ñư ngh m. Năm 1912, T.Karman ñã nghiên c u ñá tr ng thái ng su t th tích- m ttr ng thái r t phù h p v i ñá ñi u ki n t nhiên. Năm 1918, ngư i ta ñã b t ñ u s d ng neo ñ làm n ñ nh các kh i ñá. Năm 1926, J. Schmidt ñã ñưa ra nh ng gi thuy t v tính ch t ñàn h i, k t h pv i lý thuy t c a A. Heim v ng su t ban ñ u c a kh i ñá, t o nên nh ng cơ s ñ utiên c a Cơ h c ñá. Năm 1938, nhà ñ a ch t ngư i Chi nê R.Fenner ñã công b nh ng k t qunghiên c u v áp l c ñá, nói chung cũng g n v i k t qu c a J. Schmidt. Cũng trongnăm này, vi n s Xô vi t A.N.ðinnik ñã nêu rõ ñ c ñi m phân b ng su t trongkh i ñá có tính ñ n h s áp l c ngang. Nh ng năm sau, nhi u tác gi ñã phát tri nthêm công trình c a ông. C¬ häc ®¸.9
  10. 10. Nói chung, trong giai ño n này, ngư i ta ñã nghiên c u sâu v các quá trìnhbi n d ng và phá hu c a ñá trên m t ñ t cũng như trong các công trình ng m b ngcác máy ño ñ c chính xác cao. Ngư i ta ñã g n các quá trình bi n d ng và phá huñá do vi c thi công các công trình v i các quá trình thay ñ i tr ng thái ng su t c akh i ñá. Nói m t cách khác, trong giai ño n này, ngư i ta ñã chuy n d n d n t vi cnghiên c u các hi n tư ng bên ngoài sang vi c nghiên c u các nguyên nhân gây rachúng. Giai ño n th ba- giai ño n cơ h c ñá hi n ñ i có th b t ñ u tính t cu inh ng năm 30 c a th k XX. Do tích lu ñư c nhi u kinh nghi m th c t khi khai thác khoáng s n hay thicông công trình ng m, ngư i ta ñã nh n th y nh ng s không phù h p gi a cácphương pháp tính ñã ñưa ra và các sơ ñ tính toán vì ch ng. ð i v i ñá, lý thuy t vàcác phương pháp nghiên c u cơ h c môi trư ng r i r c là cơ s c a nh ng gi thuy tc a giai ño n trư c không còn phù h p n a, ngư i ta b t ñ u s d ng r ng rãi lýthuy t và các phương pháp nghiên c u cơ h c môi trư ng liên t c, nh t là lý thuy tñàn h i, ñ tìm hi u s thay ñ i tr ng thái ng su t t nhiên do vi c thi công cáccông trình trong ñá và tr ng thái c a kh i ñá xung quanh công trình khi có s thayñ i ng su t y. ð ng th i v i vi c phát tri n lý thuy t, nhi u phương pháp th c nghi m ññánh giá tr ng thái ng su t c a kh i ñá cũng ñư c ñ ra. Ngư i ta s d ng r t r ngrãi phương pháp quang ñàn h i dùng cho các mô hình có th th hi n ñư c các ñi uki n ñ a ch t khác nhau như phân l p, không ñ ng nh t… Các phương pháp ñ a – v tlý dùng ñ ñánh giá tr ng thái ng su t c a ñá mà không c n ph i ño bi n d ng c anó nh các sóng ñàn h i cũng ñã ñư c áp d ng t i th c ñ a trên các kh i ñá. Do th c t ñòi h i ph i xây d ng ñư c các mô hình gi ng v i các quy lu t bi nd ng th c c a ñá, nên trong giai ño n này, ngư i ta ñã l p ñư c các sơ ñ tính toánbi n d ng không ch cho v t th ñàn h i mà còn cho các v t th bi n d ng theo th igian. Năm 1950, l n ñ u tiên, phương pháp ñào h m m i ki u Áo (NATM) ñã ñư cnêu ra. Nh ng năm 1950-1954, hai nhà nghiên c u Xô vi t F.A.Belaenko vàK.V.Ruppeneyt ñã l p ñư c công th c tính toán áp l c ñá xung quanh h m mà cótính ñ n bi n d ng ñàn h i- d o. Trong kho ng 1955-1958, các nhà nghiên c u Ba lan J.Litwiniszyn và A.Salustowicz cũng ñã l p ñư c mô hình tính toán cho các bi n d ng ñàn h i – nh t. Năm 1957, k sư ngư i Pháp J. Talobre ñã xu t b n cu n “ Cơ h c ñá” trongñó ñã trình bày tương ñ i h th ng các v n ñ v cơ h c ñá và ng d ng c a nó trongxây d ng công trình. T năm 1960, ngư i ta b t ñ u nghiên c u v s bi n d ng c a ñá theo th igian. Liên Xô, v n ñ này ñã ñư c Zh. X. Erzhanov, V.T. Glusko…nghiên c u r t sâu. Trong giai ño n này, ngư i ta ñã hoàn thi n các phương pháp và d ng c ñobi n d ng và chuy n v c a ñá xung quanh công trình ng m, ñ ng th i xác ñ nh ngayt i ch các tính ch t c a kh i ñá nguyên tr ng. Hi n nay, ngoài các thi t b tin c y có10.C¬ häc ®¸
  11. 11. kh năng giám sát và d báo s chuy n v c a ñá, các k thu t tính toán ñã phát tri nt i m c mà các cách ng x c a ñá có th ñư c mô hình hoá và d ñoán v i ñ tinc y nh t ñ nh. Tháng 10 năm 1962, H i Cơ h c ñá Qu c t (the International Society forRock Mechanics – ISRM) ñư c thành l p Áo trên cơ s H i các nhà ñ a – v t lý,ñ a ch t công trình nư c Áo do S.Stini thành l p t 1951- H i Cơ h c ñá Qu c t ñãt p h p ñư c các chuyên gia cơ h c ñá c a nhi u nư c trên th gi i – Các h i nghc 4 năm m t l n c a H i ñã thông báo các k t qu nghiên c u v cơ h c ñá, ñ ngth i ñ ra phương hư ng nghiên c u trong th i gian t i. Nh ng h i ngh g n ñây c aH i là l n th VIII năm 1995 Tokyo (Nh t), l n th IX năm 1999 Paris (Pháp) vàg n ñây nh t, l n th X Johannesburg (Nam Phi) năm 2003. nư c ta, ñá ñã là ñ i tư ng g n gũi c a con ngư i t r t lâu. T tiên chúngta, nh ng ngư i Vi t c (s ng cách ñây kho ng trên dư i 10.000 năm) ñã bi t sd ng ñá r t s m: ñá ñư c dùng làm công c lao ñ ng(rìu, dao, cu c… b ng ñá), làmñ trang s c cho các thi u n (các vòng ñá, khuyên tai… b ng ñá) hay làm nh c cñ s d ng trong các sinh ho t c ng ñ ng (các ñàn ñá, tù và b ng ñá…). Trong th i phong ki n, nhi u thành c b ng ñá ñã ñư c xây d ng v i quy môkhá l n như thành nhà H (cao 5m, dày 3m An L c, Vĩnh L c - Thanh Hoá ngàynay, ñư c xây t năm 1397 b ng nh ng kh i ñá xanh l n, có kh i có kích thư c1,7x5,1 x 2,2m n ng t i 40 t n), thành nhà M c (thành c Tuyên Quang có hìnhvuông, m i chi u 275m, cao 3,5m, dày 0,8m ñư c xây d ng b ng ñá ong t năm1592) hay thành c Sơn Tây (ñư c xây d ng t năm 1822 cũng b ng ñá ong, m ichi u c a toà thành vuông này cũng t i 400m). th k XIX, m t s công trình b ng ñá ñã ñư c xây d ng, t n t i t i ngàynay và tr thành nh ng th ng c nh c a ñ t nư c như Ng môn (c a chính vào ð in i c ñô Hu , ñư c xây d ng b ng nh ng kh i ñá l n t năm 1802), ðài Nghiên,Tháp Bút (bên h Hoàn Ki m, Hà N i ñư c xây d ng t năm 1867), nhà th ñá PhátDi m (Ninh Bình)… Bư c vào th k XX, do vi c khai thác m , phát tri n giao thông và nănglư ng… ñòi h i ph i có nh ng hi u bi t nh t ñ nh v cơ h c ñá. Ngư i Pháp ñãnghiên c u ñ ñào các h m lò khai thác than vùng m H ng Gai - C m Ph (thu ct nh Qu ng Ninh ngày nay), làm ñư ng h m giao thông trên tuy n ñư ng s t xuyênVi t (trong nh ng năm c a th p niên 30), làm nhà máy thu ñi n ða Nhim (trongnh ng năm 1961-1964 công su t 160MW v i ñư ng h m d n nư c dài 4878m,ñư ng kính 3,4m ñư c ñào xuyên qua ñèo Ngo n M c… Sau khi hoà bình l p l i, do s phát tri n toàn di n c a n n kinh t qu c dân,vi c nghiên c u và thí nghi m cơ h c ñá ñã ñư c chú tr ng hơn, d n d n cơ h c ñáñã ñóng vai trò nh t ñ nh trong công cu c phát tri n kinh t , xây d ng ñ t nư c.Ngư i ta ñã nghiên c u tính ch t c a ñ t ñá, các quá trình cơ h c x y ra khi thi côngcác công trình trong ñá và áp d ng các phương pháp ñánh giá và phân lo i ñá ñangñư c s d ng trên th gi i trong xây d ng công trình ng m. Các nhà máy thu ñi nl n ñã ñư c xây d ng như Hoà Bình (xây d ng trong nh ng năm 1979-1994, côngsu t 1920MW, ñ p ch n nư c cao128m, gian h m máy có kích thư c 280 x22 x53m) hay Yaly (xây d ng t 1993-1999, công su t 720MW, ñ p cao 69m và gian C¬ häc ®¸.11
  12. 12. h m máy có kích thư c 118 x 21 x 42m). Các h m lò, các ñư ng giao thông ng mcũng ñư c xây d ng v i nh ng bi n pháp k thu t tiên ti n, cách ñánh giá tr ng tháikh i ñá phù h p v i nh ng ti n b c a th gi i như h m ñư ng b qua ñèo H i Vântrên qu c l I dài g n 6.500m, ti t di n 10 x 7m ñã áp d ng công ngh ñào h m m ic a Áo khi thi công và cách phân lo i ñá theo ch s RMR (Rock Mass Rating). Trong tương lai, ngư i ta ñã b t ñ u xây d ng nhà máy thu ñi n Sơn La, l nnh t ðông Nam Á v i công su t 3600MW và ñ p ch n nư c cao t i 265m. Cùng v i s phát tri n c a khoa h c cơ h c ñá, nh ng ngư i làm công tác cơh c ñá Vi t Nam ñã t p h pnhau l i trong m t t ch c g i là“H i Cơ h c ñá Vi t Nam” ñư cthành l p vào tháng 10/1984.Các cu c ñ i h i c a H i c 5năm m t l n nh m t ng k tnh ng thành tích nghiên c utrong nh ng năm qua và ñ ranh ng phương hư ng ho t ñ ng,nghiên c u trong nh ng năm t i.Nh ng ñ i h i g n ñây c a H inhư ñ i h i l n th III vào năm1997, l n th IV vào năm 2002 Hình 0-5. H m ñư ng b H i Vânñ u ñư c t ch c t i Hà N i. Năm 1996, H i Cơ h c ñá Vi t Nam ñư c chính th c công nh n là thành viênc a H i Cơ h c ñá Qu c t ISRM.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U CƠ H C ðÁ ðá là m t t p h p có quy lu t c a nhi u khoáng v t. Nó ña d ng, không ñ ngnh t, d hư ng và luôn t n t i nh ng l r ng, khe n t. Do v y, vi c nghiên c u ñáthư ng ph c t p và khó hơn các v t li u khác. Khi nghiên c u ñá thư ng phân bi t khái ni m m u ñá và ñá nguyên tr ng. M u ñá ñư c coi như m t th tích ñá mà t i ñó không th phát hi n ñư c cáckhe n t b ng m t thư ng. ðá nguyên tr ng (ñá nguyên kh i) ñư c coi như là m t ph n c a v trái ñ tn m trong ph m vi nh hư ng c a công trình. Do v y, ñá nguyên tr ng g m c cáckhe n t và v t li u l p nhét trong các kh i ñá, chúng không tách kh i v trái ñ t, ch u nh hư ng c a các quá trình ho t ñ ng n i sinh hay ngo i sinh c a v trái ñ t khuv c nghiên c u. Tính ch t c a ñá nguyên tr ng ph thu c vào thành ph n và tínhch t c a các khoáng v t t o nên ñá, vào ñ c ñi m c a các h khe n t có trong kh iñá, vào ñ ng thái nư c dư i ñ t và trư ng ng su t t nhiên. ð nghiên c u cơ h c ñá, ngư i ta có th s d ng nhi u phương pháp khácnhau, nhưng nói chung, có th g p l i thành ba nhóm chính: Phương pháp ño ñ c,quan sát trong ñi u ki n t nhiên; phương pháp mô hình và phương pháp lý thuy t.12.C¬ häc ®¸
  13. 13. Phương pháp ño ñ c và quan sát trong ñi u ki n t nhiên gi vai trò quan tr ngnh t. Qua vi c quan sát và ño ñ c t i th c ñ a s xác ñ nh ñư c nh ng thông s cơb n và các ñ c trưng c a quá trình ñ nh nghiên c u trong các ñi u ki n ñ a - cơ h cc th như ng su t, bi n d ng, chuy n v c a ñá và s thay ñ i c a chúng theo cácy u t tác ñ ng chính. T nh ng s li u ñó s phân lo i ñư c các hi n tư ng, quátrình ñ nh nghiên c u, gi i thích ñư c các cơ ch chung và b n ch t v t lý c a chúngti n t i t ng k t c v m t lý thuy t l n th c ti n. Trong phương pháp ño ñ c và quan sát hi n trư ng, ngư i ta l i chia ra: - Xác ñ nh các tính ch t v t lý và các ñ c ñi m c u trúc c a kh i ñá. - Xác ñ nh các thông s chuy n v , bi n d ng c a ñá. - Nghiên c u tr ng thái ng su t trong ñá và s thay ñ i c a nó. - Nghiên c u tương tác c a ñá v i vì ch ng và áp l c ñá trong công trình ng m. Phương pháp mô hình cũng ñư c s d ng r ng rãi ñ nghiên c u cơ h c ñá. Nóphát hi n ñư c vai trò c a các y u t tác ñ ng khác nhau trong quá trình ñ nh nghiênc u và tìm ñư c giá tr c a các thông s c n thi t mà các phương pháp khác khôngth làm ñư c. Tuy nhiên, các mô hình không th th hi n ñư c ñ y ñ các ñi u ki nñ a ch t t nhiên. Trong phương pháp mô hình, ngư i ta có th dùng các lo i môhình ly tâm, mô hình v t li u tương ñương, mô hình quang h c… V i m i lo i môhình s có nh ng lý thuy t riêng và b t bu c ph i tuân theo khi s d ng chúng. Phương pháp lý thuy t cho phép gi i các bài toán cơ h c ñá m c ñ t ngquát nh t, các ñi u ki n c a bài toán thay ñ i trong m t ph m vi r t r ng. Tuy nhiên,m c ñ chính xác c a l i gi i cho bài toán ph thu c vào m c ñ li t kê ñ y ñ cácy u t tác ñ ng, các thông s cơ b n tương ng v i quá trình nghiên c u và tính ch tc a kh i ñá. Mu n s d ng phương pháp lý thuy t, ph i xây d ng ñư c m t mô hìnhtoán h c c a hi n tư ng, quá trình ñ nh nghiên c u. Trong cơ h c ñá, ñ có ñư c m tmô hình toán h c, ngư i ta ph i lý tư ng hoá tính liên t c c a ñá, trên cơ s ñó s ápd ng các lý thuy t c a môi trư ng liên t c, các quy lu t c a lý thuy t ñàn h i, d o,cân b ng gi i h n… Trong các công trình tính toán, các h s , ch s thư ng ñư cxác ñ nh t vi c ño ñ c t i th c ñ a ho c thí nghi m trong phòng hay trên các môhình. Trong nh ng trư ng h p không có s n l i gi i, tr ng thái ng su t – bi n d ngtrong ñá có th gi i g n ñúng b ng phương pháp s nh s tr giúp c a các máy tínhñi n t . Ngư i ta có th dùng phương pháp sai phân h u h n, phương pháp ph n th u h n, phương pháp biên r i r c và phương pháp phân t riêng… ñ gi i các bàitoán cơ h c ñá. C¬ häc ®¸.13
  14. 14. Chương I ðÁ VÀ CÁC TÍNH CH T CƠ B N C A ðÁ ðá là nh ng ph n v t ch t t o nên v Trái ð t. Nó là t p h p c a m t haynhi u khoáng v t khác nhau, có c u t o và thành ph n khoáng v t tương ñ i n ñ nh.1.1. CÁC KHÁI NI M CƠ B N V ðÁ1.1.1. S THÀNH T O CÁC LO I ðÁ V s hình thành các lo i ñá ñã ñư c trình bày r t rõ ràng trong các giáo trìnhñ a ch t ñ i cương hay ñ a ch t công trình. ñây ch nh c l i m t vài ñi m chính. Theo ngu n g c thành t o, ñá ñư c chia thành 3 lo i chính: ñá magma, ñá tr mtích và ñá bi n ch t.1.1.1.1. ðá magma ñư c thành t o do s ñông c ng c a dòng dung nham nóng ch yphun lên t trong lòng ñ t. Dòng dung nham này là các dung d ch silicat có thànhph n r t ph c t p và ch a các lo i khí, hơi nư c khác nhau. Khi dòng dung nham phun lên và ñông c ng l i ngay trong lòng ñ t thì s t othành ñá magma xâm nh p. Do ñư c thành t o trong ñi u ki n áp su t cao, s ñôngc ng x y ra t t và ñ u ñ u nên các khoáng v t d dàng k t tinh, t o nên ñá magmak t tinh hoàn toàn, d ng kh i, ch t xít như ñá granit, gabro… Khi dòng dung nham trào lên m t ñ t và ñông c ng l i thì s t o thành ñámagma phún xu t (hay phun trào). Do m t ñ t nhi t ñ và áp su t th p, nhi t thoátnhanh nên không thu n l i cho vi c k t tinh c a các khoáng v t, t o nên ñá magmad ng vô ñ nh hình, có nhi u l r ng như ñá bazan, ñá b t… Các ñá phun trào ñư cthành t o t ñ i c sinh thì ñư c g i là ñá phun trào c , còn n u thành t o m i g nñây thì ñư c g i là phun trào tr .1.1.1.2. ðá tr m tích ñư c thành t o có th theo 3 cách: - Do s l ng ñ ng và g n k t c a các m nh v n (là các s n ph m phong hoá c a ñá g c hay các v n núi l a); - Do s k t t a c a ch t hoá h c có trong nư c; - Do s nén ch t c a các di tích ñ ng, th c v t. Tuỳ theo các cách th c thành t o như v y mà ngư i ta cũng chia thành các ñátr m thích cơ h c, tr m tích hoá h c và tr m tích h u cơ. ðá tr m tích ch chi m 5% kh i lư ng v Trái ð t nhưng nó bao ph t i 75%di n tích m t ñ t v i các chi u dày khác nhau (t 3 – 4km vùng Trung Á, còn 1km vùng Xibir và ch t 0,3 – 0,7km Thái Bình Dương.
  15. 15. 1.1.1.3. ðá bi n ch t ñư c t o thành do s bi n ñ i sâu s c c a ñá magma, ñá tr mtích và c ñá bi n ch t có trư c dư i tác ñ ng c a nhi t ñ cao, áp su t l n và cácch t có ho t tính hoá h c. D a vào các nhân t tác ñ ng ch y u, ngư i ta chia ra: Bi n ch t ti p xúc x y ra khu v c ti p giáp gi a kh i magma nóng ch y vàñá vây quanh. Nhi t ñ cao ñã làm thay ñ i thành ph n, ki n trúc và tính ch t c a ñ tñá. Càng xa kh i magma, m c ñ bi n ch t c a ñá gi m d n. Bi n ch t ñ ng l c x y ra dư i tác ñ ng c a áp su t cao không ch do tr nglư ng các l p ñá n m trên mà còn do áp l c sinh ra trong ho t ñ ng t o sơn c a cácquá trình ki n t o. Do v y, ñ t ñá b m t nư c, ñ r ng gi m ñi, s liên k t gi achúng tăng lên làm thay ñ i ki n trúc và c u t o c a ñá. Bi n ch t khu v c thư ng x y ra dư i sâu do tác ñ ng ñ ng th i c a nhi t ñcao và áp su t l n làm thành ph n, ki n trúc c a ñá b thay ñ i.1.1.2. THÀNH PH N C A ðÁ ðá có th ñư c t o thành t m t khoáng v t (ñá ñơn khoáng) hay nhi u khoángv t ñư c g n l i v i nhau b ng các ch t g n k t (ñá ña khoáng). ða s các lo i ñáñ u là ñá ña khoáng và như v y thành ph n c a chúng s g m các khoáng v t và cácch t g n k t.1.1.2.1. Các khoáng v t t o ñá Khoáng v t là nh ng h p ch t c a các nguyên t hoá h c t nhiên hay cácnguyên t t sinh ñư c hình thành do các quá trình hoá lý khác nhau x y ra trong vTrái ð t hay trên m t ñ t. ða s các khoáng v t th r n và có tr ng thái k t tinh.Theo A.P. Vinogradov, trong t nhiên ñã bi t kho ng g n 3000 khoáng v t, nhưngtrong s ñó, ch có kho ng 30 – 50 khoáng v t ñóng vai trò quy t ñ nh trong vi cthành t o ñá ñư c g i là khoáng v t t o ñá. Các khoáng v t t o ñá ñư c chia thành t ng nhóm và m i khoáng v t l i cónh ng ñ c ñi m v c u t o, l c liên k t trong m ng tinh th … khác nhau d n ñ ntính ch t c a chúng cũng khác nhau. Các nhóm khoáng v t t o ñá chính: Trong cơ h c ñá thư ng không xác ñ nh thành ph n khoáng v t ñ y ñ và ñ nhlư ng. Theo J.A. Franklin, có 6 nhóm khoáng v t t o ñá chính nh hư ng ñ n tínhch t cơ h c c a h u h t các lo i ñá thư ng g p trong xây d ng công trình. Các nhómñư c nêu theo th t gi m d n v ch t lư ng cơ h c: - Nhóm th ch anh – felspat Th ch anh là thành ph n ch y u c a ñá granit và h u h t các lo i cát k t. Nóthư ng trong su t ho c có màu tr ng ñ n xám t a thu tinh, ñ c ng 7. Felspat là thành ph n ch y u c a h u h t các ñá magma và cát k t lo i arko.Nó g m plagioclas và orthoclas có màu t h ng ñ n tr ng, m ñ c, r t d v ch b ngdao b túi. - Nhóm lithic / bazơ CƠ H C ðÁ.17
  16. 16. G m các v n ñá c a ñá magma bazơ (bazan, gabro), cát k t grauvac xám tro,amphibolit và các khoáng v t bazơ s m màu như amphibol và pyroxen. Khi còn tươi,các khoáng v t này có ñ c ng kém hơn th ch anh m t chút. - Nhóm mica G m các khoáng v t d ng t m như biotit (mica ñen), muscovit (mica tr ng) vàclorit, xu t hi n như thành ph n ph nhưng quan tr ng c a m t s ñá magma và làthành ph n chính c a các ñá bi n ch t c u t o phân phi n. Biotit có màu tiêu bi u tnâu ñ n ñen; muscovit có màu b c và clorit có màu xanh. Tính phân phi n và thư ngt o thành các d i có hàm lư ng mica cao làm y u các ñá ch a chúng. Mica d b tácñ ng b i các tác nhân phong hoá. - Nhóm carbonat G m các khoáng v t như calcit, ñolomit… d nh n bi t do chúng d b v chb ng dao, s i b t trong HCl loãng. Chúng xu t hi n dư i d ng các tinh th , các h thay các v n hoá th ch có cùng kích thư c và do kh năng hoà tan, chúng cũngthư ng là xi măng g n k t gi a các h t và l p ñ y l r ng. Các khoáng v t nhómcarbonat thư ng có màu tr ng m ñ n vàng s m sáng, ñôi khi có màu t i, th m chí làmàu ñen. - Nhóm mu i G m mu i m , mu i kali và th ch cao. Chúng thư ng m m y u và d o, ñôi khich y và có th b hoà tan trong kho ng th i gian xây d ng. Các khoáng v t này cókh năng hoà tan và ñư c thành t o t các dung d ch mu i bi n. Màu c a chúngthư ng t màu m ñ c t i tr ng ph t h ng. Tinh th halit có d ng kh i ñ c trưng cònth ch cao l i có d ng s i. - Nhóm pelit (ch a sét) G m các khoáng v t như kaolinit, illit, monmorilonit là các thành ph n ch y utrong ñá phi n sét, ñá phi n và là s n ph m th sinh trong nhi u ñá magma, bi n ch tvà ñá vôi. Chúng có h t m n và do v y, khó nh n bi t, tr khi suy lu n t ñ c tínhm m y u và màu nâu – xanh – xám thông thư ng c a chúng. Các khoáng v t sét cókh năng trương n khác nhau, trong ñó monmorilonit trương n m nh nh t. Khi mô t ñá, các khoáng v t ñư c li t kê theo ph n trăm và th t gi m d n.Thí d ñá granit có th mô t theo thành ph n khoáng v t là g m felspat tr ng t ivàng s m, 25% th ch anh, 10% khoáng v t ch a magne – s t và 10% biotit. C u t o c a khoáng v t Khoáng v t thư ng g p d ng tinh th hay h t. Tuy m t s khoáng v t có kíchthư c l n như th ch anh, felspat… nhưng ña s các khoáng v t ñ u d ng tinh thnh . Các tinh th khoáng v t thư ng có c u t o m ng là sơ ñ hình h c trong khônggian c u t o c a v t ch t k t tinh. Gi s có m t m ng tinh th như trên hình 1.1.Ph n nh nh t c a tinh th ñư c bi u di n b ng các ñư ng ñ m nét, ñư c g i là nhâncơ b n hay m ng phân t , chúng s p x p liên t c theo 3 tr c trong không gian t othành tinh th .
  17. 17. M ng phân t ñư c ñ c trưng b ng 6y u t : 3 kích thư c c a khung m ng a, b, cvà 3 góc gi a các tr c X, Y, Z là α, β và γ.Tuỳ theo quan h hình h c gi a các y u tc a m ng mà các tinh th ñư c chia thànhnhi u h khác nhau như tam tà (a ≠ b ≠ c ;α ≠ β ≠ γ ≠ 90o), tà phương (a ≠ b ≠ c; α= β = γ = 90o), l c phương (a = b ≠ c ; α = β= 90o, γ = 120o), l p phương (a = b = oc; α = β = γ = 90 )… Các tinh th không ch khác nhau v Hình 1.1. M ng không gian c ahình d ng c a m ng mà còn khác nhau tinh th .d ng các v t ch t n m nút m ng. Theo ñó,ngư i ta chia ra thành m ng ion khi các nútm ng là các ion mang ñi n tích âm hay dương (như m ng tinh th mu i m NaCl…),m ng nguyên t khi m i nút m ng là m t nguyên t v t ch t (như m ng tinh th kimcương, sfalerit ZnS…) hay m ng phân t khi nút m ng là nh ng phân t trung hoàv ñi n (như trong m ng các liên k t h u cơ…). Tuy v y, trong t nhiên r t hay g p các m ng h n h p như m ng ion – phân t .Các khoáng v t t o ñá cũng hay là lo i m ng này. L c liên k t trong m ng tinh th . L c liên k t trong m ng tinh th có b n ch t là l c tĩnh ñi n, sinh ra do tácñ ng tương h ch y u là c a các ñi n t hoá tr c a nguyên t . Do s phân b các ñi n t trong nguyên t và phân t c a các tinh th khôngnhư nhau nên các l c liên k t trong các tinh th khoáng v t cũng khác nhau. Ngư i tachia ra m t s lo i liên k t sau: - Liên k t ion thư ng th y các m ng ion, nghĩa là t i các nút m ng là các ion dương hay âm. L c liên k t gây ra do l c hút gi a các ion mang ñi n tích trái d u. L c này t l ngh ch v i kho ng cách gi a các ion và t l thu n v i các ñi n tích c a chúng. - Liên k t ñ ng hoá tr thư ng th y các m ng nguyên t . L c liên k t sinh ra do tác ñ ng trao ñ i ñi n t gi a hai nguyên t n m hai nút m ng r t g n nhau. - Liên k t carbon là thí d c ñi n c a các lo i liên k t này (như kim cương và m t vài khoáng v t khác). - Liên k t phân t thư ng th y các m ng phân t . Các phân t trung hoà v ñi n nhưng s s p x p các ñi n tích trong chúng l i không hoàn toàn ñ i x ng nên s liên k t gi a các phân t là l c tĩnh ñi n r t y u như l c Vander Vaals, sinh ra khi chúng g n nhau. ð b n c a nh ng tinh th có liên k t ki u này r t kém. - Liên k t kim lo i ñ c trưng cho tính ch t c a tinh th kim lo i. Nh ng nguyên t kim lo i sau khi m t ñi n t tr thành các ion dương n m CƠ H C ðÁ.19
  18. 18. các nút m ng, còn các ñi n t tách ra n m kho ng không gi a các nút. Gi a các ñi n t , ion dương liên k t v i nhau b ng các ñi n l c. Chính các l c này ñã gi i thích cho ñ b n c a v t r n. Do m ng tinh th c a m t vài khoáng v t có th là h n h p nên l c liên k t c achúng cũng không ph i ch là m t lo i. Có th theo hư ng này thì là liên k t ion, còntheo hư ng khác thì có th là liên k t phân t (như molibñenit, grafit…). ði u nàylàm phát sinh tính ch t d hư ng c a các tinh th . M t s ñ c trưng c a khoáng v t: - Tr ng thái v t lý ða s các khoáng v t ñ u d ng k t tinh, trong ñó các nguyên t hay ion ñư c s p x p theo m t tr t t nh t ñ nh, t o thành m ng lư i không gian làm khoáng v t có hình dáng bên ngoài nh t ñ nh. M t s khoáng v t vô ñ nh hình do không có c u trúc m ng tinh th không gian nên chúng không có hình dáng bên ngoài nh t ñ nh, t o nên tính ñ ng hư ng c a khoáng v t: tính ch t c a khoáng v t theo m i phương có th coi là b ng nhau. - Hình dáng tinh th Tuỳ theo s phát tri n trong không gian c a m ng tinh th , khoáng v t có th có d ng hình lăng tr , hình que, hình kim… khi tinh th khoáng v t ch phát tri n theo m t phương; d ng t m, v y, lá… khi tinh th khoáng v t phát tri n theo hai phương hay d ng h t, c c… khi tinh th phát tri n theo c ba phương. - Màu s c và v t v ch Màu c a khoáng v t là do thành ph n hoá h c và các t p ch t trong nó quy t ñ nh. Theo ñó, ngư i ta chia làm khoáng v t màu sáng (không màu, tr ng, xám sáng, vàng h ng…) và khoáng v t màu s m (ñen, xanh, nâu và các màu t i khác…). V t v ch là màu c a b t khoáng v t ñ l i trên t m s tr ng, nhám khi c vào nó. Thư ng thì màu c a khoáng v t và c a v t v ch là gi ng nhau nhưng cũng có nh ng khoáng v t l i không th hi n như v y: Khoáng v t hêmatit có màu ñen, xám thép nhưng màu c a v t v ch l i là ñ máu hay khoáng v t pyrit có màu vàng thau nhưng v t v ch l i có màu ñen. - ð trong su t và ánh ð trong su t c a khoáng v t là kh năng khoáng v t cho ánh sáng xuyên qua. Theo ñó, ngư i ta chia thành các m c ñ trong su t (như th ch anh, muscovit…), n a trong su t (như th ch cao, sphalerit…), không trong su t (như pyrit, magnetit…). Ánh c a khoáng v t là s ph n x màu s c trên m t khoáng v t khi ánh sáng chi u vào. Ngư i ta chia thành ánh kim và ánh phi kim (như ánh thu tinh, ánh xà c , ánh m , ánh añamatin…). - Tính d tách (cát khai) Tính d tách là kh năng tinh th c a m t vài khoáng v t có th tách ra ñư c theo nh ng m t ph ng song song v i nhau khi ch u tác d ng l c. Các m t ph ng này cũng ñư c g i là m t tách hay m t cát khai.
  19. 19. Theo O. Brave (1848), ngư i sáng l p ra lý thuy t c u t o m ng c a tinh th thìm t cát khai là m t có m t ñ nút l n nh t và kho ng cách gi a các m t cũng là l nnh t. Trong m t m t c a m ng tinh th (hình 1.2), k các hư ng OA, OB, OC. M tñ nút dày nh t là hư ng OA (kho ng cách gi a các nút là bé nh t). Ký hi ukho ng cách gi a các m t song song liên ti p theo các hư ng trên, tương ng là d1,d2 và d3; và kho ng cách gi a các nút theo các hư ng trên tương ng là a1, a2 và a3thì có th d dàng nh n th y là: a1d1 = a2d2 = a3d3 = ad (1.1)nghĩa là tích c a kho ng cách gi a các nút m ng theo m t hư ng nào ñó và kho ngcách gi a hai m t song song liên li p theo hư ng ñó luôn là m t h ng s . Vì v y, khi kho ng cách gi a hai m tsong song càng l n (trong khi kho ng cách gi a d2 Bcác nút m ng càng gi m – nghĩa là m t ñ nútcàng dày) thì l c liên k t gi a chúng càng Cgi m, chúng càng d tách xa nhau khi ch u tác d3d ng l c. m ng tinh th như trên hình 1.2, m t M N d1cát khai s là m t MN, trùng v i hư ng OA. o A Tuy nhiên, l c liên k t gi a các nút m ngkhông ch ph thu c vào kho ng cách gi a chúng mà còn ph thu c vào s tương tácgi a chúng, nghĩa là còn ph i tính ñ n các l c Hình 1.2. M t m t c a m ngliên k t hoá h c. tinh th . Tính ch t cát khai cũng có th gi i thíchb ng thuy t năng lư ng b m t. Theo V.ð. Kuznexhov thì m t cát khai s trùng v im t có năng lư ng b m t bé nh t. Năng lư ng b m t có th coi là năng lư ng dưtrên m t ñơn v di n tích hay là l c c n thi t ñ t vào m t ñơn v chi u dài ñ tách l ptrên m t (v i các ch t l ng, năng lư ng b m t ñư c g i là s c căng b m t). Tuỳ theo m c ñ d tách c a các khoáng v t mà ngư i ta có th chia thành dtách r t hoàn toàn (như mica, mu i m …), hoàn toàn (như calcit…), trung bình (nhưfelspat…), không hoàn toàn (như apatit, olivin…) và r t không hoàn toàn (nhưcorinñon, magnetit…). - V tv V t v là d ng b t kỳ c a m t khoáng v t khi b phá hu . Tuỳ theo hình d ng c a v t v , ngư i ta chia thành v t v ph ng (khi khoáng v t b v theo các m t d tách, ñ c trưng cho các khoáng v t có tính d tách cao), v t v v sò (như th ch anh…), v t v nham nh (khi m t v t v l m ch m, không b ng ph ng như các khoáng v t ñ ng, b c…) và v t v ñ t (khi b v , khoáng v t v n như ñ t, như khoáng v t kaolinit…). - ð c ng ð c ng là kh năng ch ng l i tác d ng c a ngo i l c c a khoáng v t, ñ c trưng cho ñ b n c c b c a nó. CƠ H C ðÁ.21
  20. 20. Trong th c t , thư ng dùng ñ c ng tương ñ i, nghĩa là so sánh ñ c ng c akhoáng v t v i 10 khoáng v t chu n do F. Mohs ch n ra t th k XIX. Vi c so sánhñư c th c h ên theo nguyên t c khi c xát hai khoáng v t v i nhau, khoáng v t nàoc ng hơn s ñ l i v t xư c trên khoáng v t kia. Các khoáng v t trong thang ñ c ng c a Mohs ñư c coi là m m nh t (ñ c ng1) t i c ng nh t (ñ c ng 10) như sau: 1- Talc 6- Orthoclas 2- Th ch cao 7- Th ch anh 3- Calcit 8- Topaz 4- Fluorit 9- Corinñon 5- Apatit 10- Kim cương. Ngoài ra, ngư i ta còn dùng ñ c ng c a m t s v t ph bi n như móng tay (ñc ng 2,5), m nh kính (5,5), lư i dao thép (6,5)… ñ d dàng xác ñ nh ñ c ng t ith c ñ a. - T tr ng Tuỳ theo s thay ñ i t tr ng c a các khoáng v t, ngư i ta chia thành khoáng v t n ng khi t tr ng > 4 như pyrit, magnetit…; khoáng v t trung bình khi t tr ng t 2,5 – 4 như th ch anh, calcit… và khoáng v t nh khi t tr ng < 2,5 như th ch cao, orthoclas… ða s các khoáng v t thư ng có t tr ng t 2,5 – 3,5. - Tính d hư ng D hư ng là tính ch t ph thu c vào hư ng c a tinh th : theo các hư ng song song v i nhau thì tính ch t c a nó là như nhau, nhưng khi xét theo các hư ng khác nhau thì tính ch t c a nó l i thay ñ i. Tính d hư ng c a khoáng v t có th gi i thích theo lý thuy t c u t o m ng c a tinh th . Trên hình 1.2, theo các hư ng OA, OB, OC m t ñ nút (s lư ng nút trên 1ñơn v chi u dài) là không gi ng nhau. M t ñ dày nh t là theo hư ng OA, thưa nh tlà hư ng OC, do v y l c liên k t gi a các nút m ng theo các hư ng cũng s khôngnhư nhau làm tính ch t c a khoáng v t theo các hư ng khác nhau s khác nhau. V icác hư ng song song, chúng có cùng m t ñ nút và do v y, tính ch t c a chúng h unhư không thay ñ i. Ngư i ta thư ng ñ ý ñ n s d hư ng ñ c ng c a khoáng v t và h s dhư ng là t s gi a giá tr l n nh t và nh nh t c a m t ch tiêu theo các hư ng khácnhau ñư c dùng ñ th hi n tính d hư ng c a khoáng v t. Thí d : Khoáng v t r t d hư ng v ñ c ng là disthen v i h s d hư ng b ng3,13. Ngoài các tính ch t trên, khoáng v t còn có m t s tính ch t khác như kh năngs i b t v i HCl 10%, tính ñàn h i, kh năng u n cong hay dát m ng, t tính, tínhphóng x …1.1.2.2. Ch t g n k t
  21. 21. Trong ñá ña khoáng hay ñá v n, các khoáng v t hay các h t ñá ñư c g n l i v inhau b ng các ch t g n k t. Các lo i ch t g n k t Tuỳ theo tính ch t, thành ph n c a ch t g n k t mà ngư i ta chia ra các lo ich t g n k t sau: - Ch t g n k t silic g m SiO2 hay SiO2.nH2O… - Ch t g n k t carbonat g m calcit CaCO3, siñerit FeCO3 … - Ch t g n k t sulfat như th ch cao CaSO4 … - Ch t g n k t có ch a s t như hematit Fe2O3, limonit 2Fe2O3.3H2O… - Ch t g n k t có ch a sét g m các khoáng v t sét như kaolinit Al2O3.2SiO2.2H2O, illit… - Ch t g n k t t bitum hay các ch t khác. Theo th t k trên, ñ b n c a các ch t g n k t gi m d n nên các ñá ñư c g nk t b ng silic là lo i ñá c ng và b n v ng nh t trong các ñá tr m tích. Các ch t g nk t cũng có màu s c r t ñ c trưng: Silic và vôi thư ng có màu xám nh t, siñerit cómàu da bò, hematit có màu ñ , còn limonit l i có màu nâu. Các ki u g n k t Tuỳ theo tương quan gi a các ch t g n k t và các h t ñá ñư c g n k t màngư i ta chia thành 3 ki u g n k t: - G n k t ki u ti p xúc khi ch t g n k t ch có ch ti p xúc gi a các h t (hình 1.3a). - G n k t ki u l p ñ y hay l r ng khi ch t g n k t l p ñ y l r ng gi a các h t (hình 1.3b). - G n k t ki u bazan hay cơ s khi ch t g n k t tràn ñ y trong kh i ñá làm các h t ñá không ti p xúc v i nhau (hình 1.3c). a) b) c) Hình 1.3. Các ki u g n k t. a) Ki u ti p xúc; b) Ki u l p ñ y; c) Ki u bazan. Theo th t k trên, khi v i cùng m t lo i khoáng v t và ch t g n k t, ñ b nc a ñá tăng d n. CƠ H C ðÁ.23
  22. 22. 1.1.3. KI N TRÚC C A ðÁ Ki n trúc là t ng h p các ñ c trưngthành t o c a ñá ñư c xác ñ nh b ng m cñ k t tinh; d ng, kích thư c h t và quanh l n nhau gi a các ph n t o nên ñá,nghĩa là gi a các khoáng v t t o ñá vàdung nham trong ñá magma hay ch t g nk t trong ñá tr m tích v n.1.1.3.1. Theo m c ñ k t tinh, ngư i tachia ra: Hình 1.4. Ki n trúc toàn tinh Ki n trúc toàn tinh hay ki n trúc (ðá granit có ch a các h t l nh t, ñ c trưng cho lo i ñá n m dư i sâu, orthoclas, th ch anh và biotit)k t tinh trong ñi u ki n thu n l i: quátrình ñông ngu i x y ra t t , các tinh thcó ñ th i gian ñ l n lên, t o nên trongñá g m toàn nh ng h t k t tinh có thnhìn rõ ñư c b ng m t thư ng (hình 1.4). Ki n trúc porphyr t o thành khiñi u ki n k t tinh không thu n l i: ph nmagma ñông l i d ng thu tinh, trênn n ñó có n i lên nh ng tinh th l n c akhoáng v t t o ñá. ðá g m c các khoángv t d ng k t tinh và nh ng tinh th nh Hình 1.5. Ki n trúc porphyrmà m t thư ng không nhìn th y ñư c(hình 1.5). Ki n trúc n tinh g m nh ng tinhth r t nh ch nhìn th y ñư c qua kínhhi n vi, x y ra khi dòng dung nham bngu i l nh nhanh trên m t ñ t, tinh thkhông ñ th i gian ñ hình thành, ch t oñư c nh ng tinh th r t nh (hình 1.6). Ki n trúc thu tinh t o thành khiñi u ki n k t tinh r t không thu n l i.Dòng dung nham b ngu i l nh r t nhanht o thành m t kh i thu tinh ñ c xít. Ki ntrúc này thư ng th y khi dòng dung nham Hình 1.6. Ki n trúc n tinhphun lên t lòng ñ t dư i ñáy bi n.1.1.3.2. Theo kích thư c h t k t tinh, H i Cơ h c ñá Qu c t (ISRM) chia thành m ts lo i ki n trúc sau: Ki n trúc h t r t thô khi ñư ng kính h t > 60mm. Ki n trúc h t thô khi ñư ng kính h t t 2 – 60mm. Ki n trúc h t v a khi ñư ng kính h t t 0,06 – 2mm. Ki n trúc h t m n khi ñư ng kính h t t 0,002 – 0,06mm.
  23. 23. Ki n trúc h t r t m n khi ñư ng kính h t < 0,002mm. Trong tiêu chu n Vi t Nam TCVN 5747 – 1993, ki n trúc c a ñá ñư c phânchia theo kích thư c c a các h t v i cách g i tên và kích thư c h t hơi khác: Ki n trúc ñá t ng khi kích thư c h t > 300mm Ki n trúc cu i (dăm) khi kích thư c h t t 150 – 300mm Ki n trúc s i (s n) khi kích thư c h t t 2 – 150mm Ki n trúc h t cát khi kích thư c h t t 0,06 – 2mm Ki n trúc h t b i khi kích thư c h t t 0,002 – 0,06mm Ki n trúc h t sét khi kích thư c h t t < 0,002 mm.1.1.3.3. Theo d ng và m c ñ ñ ng ñ u c a h t Theo hình d ng c a h t k t tinh, tuỳ theo tương quan gi a 3 chi u kích thư cc a h t mà ngư i ta chia thành ki n trúc ñ ng thư c (khi kích thư c 3 tr c g n nhưnhau), ki n trúc d ng t m (khi có 2 tr c dài và 1 tr c ng n) và ki n trúc d ng s i (khicó 2 tr c ng n và 1 tr c dài). Tuỳ theo hình d ng c a h t k t tinh sau khi ñã b mài mòn mà ngư i ta có thchia thành ki n trúc h t góc c nh, n a góc c nh, n a tròn c nh, tròn c nh ho c r ttròn c nh. Tuỳ theo m c ñ ñ ng ñ u c a các h t k t tinh mà ngư i ta l i chia thành ki ntrúc h t ñ u (khi các h t có kích thư c g n gi ng nhau) và ki n trúc h t không ñ u(khi các h t có kích thư c r t khác nhau).1.1.4. C U T O C A ðÁ C u t o là nh ng ñ c ñi m v s s p x p trong không gian c a nh ng thànhph n t o nên ñá và m c ñ liên t c c a chúng.1.1.4.1. Trong cơ h c ñá, theo s ñ nh hư ng c a các khoáng v t trong không gianthì có m t s c u t o chính là: C u t o kh i ñư c t o thành do các thành ph n t o nên ñá s p x p khôngtheo m t tr t t , m t qui lu t nào c , t o nên m t kh i ñá ch t xít.C u t o này ñ c trưng ch y u cho ñá magma, khi các dòng dung nham trào lên r iñông ñ c l i. ñá bi n ch t và ñá tr m tích cũng th y có c u t o này. Do s s p x p m t cách ng u nhiên c a các thành ph n t o nên ñá, nên theocác hư ng khác nhau, tính ch t c a kh i ñá coi như là gi ng nhau - ñá có tính ch tñ ng hư ng. C u t o phân l p ñư c t o thành do s l ng ñ ng liên ti p c a các l p ñá cóthành ph n và kích thư c h t khác nhau trong ñá tr m tích hay do s ñông c ng c acác d i theo phương d ch chuy n c a dòng magma trong ñá magma hay do s bi nch t cao c a các d i ñá có trư c trong ñá bi n ch t. Tuỳ theo chi u dày c a l p màngư i ta chia thành phân l p m nh, m ng, trung bình và không phân l p (t o thànhkh i). C u t o này ñ c trưng cho ñá tr m tích. CƠ H C ðÁ.25
  24. 24. C u t o phân phi n ñư c t o thành do s bi n ñ i c a ñá trong quá trình làmch t hay các quá trình ki n t o gây ra áp su t cao, nhi t ñ l n. Trong ñá có nh ngd i ñá dài song song v i nhau, chi u dày c a các d i này nh . Trong c u t o phân phi n, ngư i ta l i chia thành phân phi n nguyên sinh vàth sinh khi b m t các l p phân phi n v n song song hay ñã b l ch l c ñi so v ihư ng phân l p chính ban ñ u. C u t o này ñ c trưng cho ñá bi n ch t.1.1.4.2. Theo m c ñ liên t c c a s s p x p các thành ph n t o nên ñá, ngư i ta chiahai lo i c u t o chính: C u t o ch t xít khi các thành ph n t o nên ñá s p x p ch t xít v i nhau,trong ñá h u như không có l r ng. C u t o ch t xít thư ng ñ c trưng cho ñá magma và ñá bi n ch t. ð r ng (làt s % gi a th tích c a l r ng trong ñá và chính th tích c a m u ñá) c a các lo iñá này thư ng ch t 0,8 – 1,2% (theo N.I.Xhaxhov). C u t o l r ng ñư c t o thành khi s s p x p ng u nhiên, không ch t chc a các thành ph n t o nên ñá. Trong ñá có r t nhi u l r ng gi a các thành ph nt o nên ñá hay t o thành do s thoát khí và hơi nư c t dòng dung nham c a ñámagma. C u t o l r ng thư ng ñ c trưng cho ñá tr m tích. V i các ñá này, ñ r ngthư ng r t l n, có th t 3 – 39% v i ñá cát k t hay t 0,6 – 33% v i ñá vôi, ñolomit(theo N.I. Xhaxhov). Ngoài các c u t o trên, trong ñá magma, ngư i ta cũng g i là c u t o h nhnhân khi trong các l r ng l i ch a các khoáng v t th sinh khác hay c u t o d ngb t, d ng x khi trong ñá có r t nhi u l r ng làm ñá x p và nh (hình 1.7).1.1.5 TÍNH KHÔNG ð NG NH T VÀ D HƯ NG C A ðÁ ðá là t p h p c a nhi u khoáng v t. B n thân m i khoáng v t ñã có tính dhư ng và s s p x p chúng trong ñá không theo m t tr t t , m t qui lu t nào nên vm t thành ph n khoáng v t, ñá là m t v t thkhông ñ ng nh t. ðá ñư c thành t o do s g n k t cáckhoáng v t khác nhau trong ñá tr m tích haydo s ñông ngu i c a các khoáng v t trongdung nham nóng ch y c a ñá magma, mà ss p x p các h t khoáng v t trong kh i ñá làhoàn toàn ng u nhiên nên v m t s p x p cách t trong ñá cũng là không ñ ng nh t. Khi thành t o ñá, các l r ng ñư c hìnhthành m t cách hoàn toàn ng u nhiên, b t kỳv m t c u t o và kích thư c. Các l r ng cóth liên h v i nhau và cũng có th riêng bi t Hình 1.7. ðá bazan d ng b tn u nh ng ch khác nhau trong kh i ñá, ñr ng c a ñá cũng khác nhau, nghĩa là ñá không ñ ng nh t v m t ñ r ng.
  25. 25. Vi c làm ch t ñá ph thu c vào chi u sâu. ðá càng n m dư i sâu thì do áp l cc a các t ng ñá n m trên, ñá càng ñư c lèn ch t. M c ñ làm ch t cũng ph thu cvào c u t o và các ho t ñ ng ki n t o x y ra t i các v trí khác nhau trong kh i ñá.Các khe n t ki n t o ñư c t o thành cũng không ph i là gi ng nhau trong t t c m iñi m c a kh i ñá. Vì v y, ñá không ñ ng nh t v m c ñ làm ch t và tính ch t n tn c a nó. Do ch u nh hư ng c a nhi u m t v s không ñ ng nh t nên ñá th hi n tínhkhông ñ ng nh t qua các bi u hi n khác nhau, nhưng rõ nh t là tính d hư ng, là skhác nhau v các ch tiêu tính ch t c a ñá khi xét theo các hư ng khác nhau. V i các ñá tr m tích và bi n ch t, s d hư ng th hi n s khác nhau v tínhch t khi xét theo hư ng song song hay vuông góc v i các m t phân l p hay phânphi n c a ñá. Ngư i ta dùng h s d hư ng là t s gi a m t ch tiêu tính ch t nàoñó c a ñá xác ñ nh theo hư ng vuông góc v i m t phân l p hay phân phi n và chínhch tiêu ñó khi xác ñ nh theo hư ng song song v i m t phân l p hay phân phi n c añá. X⊥ kd = (1.2) X // trong ñó: X là m t ch tiêu tính ch t nào ñó c a ñá. V i ñá magma, s d hư ng ch x y ra khi có m t l p khoáng v t ñư c ñ nhhư ng theo m t phương nào ñó, mà ñi u này l i hi m x y ra trong quá trình thànht o ñá magma – nên th c t , ngư i ta coi magma là nh ng kh i ñ ng hư ng.1.1.6. M T S LO I ðÁ THƯ NG G P Theo ngu n g c thành t o, ñá ñư c chia thành các ñá magma, bi n ch t vàtr m tích. Trong m i lo i ñá ñó, tuỳ theo v trí, ñi u ki n thành t o và kích thư c cách t mà ngư i ta l i chia ra nhi u tên ñá khác nhau. Các nhà ñ a ch t thì khi phân lo i, hay n ng v ngu n g c hình thành c a cáclo i ñá, còn ñ i v i nh ng ngư i nghiên c u cơ h c ñá, ngư i ta thư ng d a trên squan sát ñ nh hư ng ñơn thu n v c h t c a nh ng thành ph n t o nên ñá.1.1.6.1. ðá magma ðá magma ñư c thành t o do s ñông c ng c a dòng dung nham nóng ch y(magma) phun lên t trong lòng ñ t. Thành ph n ch y u c a ñá magma là felspat (kho ng 60%), amphibolvàpyroxen (kho ng 17%), th ch anh (kho ng 12%), mica (kho ng 4%) và các khoángv t khác. N u theo hàm lư ng SiO2 có trong ñá thì ngư i ta chia ñá magma thành lo i ñámagma axit (khi lư ng SiO2 > 65%), ñá magma trung tính (khi lư ng SiO2 = 55 –65%), ñá magma bazơ (khi lư ng SiO2 = 45 – 55%) và ñá magma siêu bazơ (khilư ng SiO2 < 45%). Tuỳ theo t l các khoáng v t s m màu có trong ñá mà các ñá magma có th cómàu sáng (thư ng là ñá magma axit) hay màu s m v a, quá s m (v i ñá magma bazơvà siêu bazơ). CƠ H C ðÁ.27
  26. 26. Tuỳ theo v trí k t tinh c a kh i magma trong lòng ñ t hay trên m t ñ t màngư i ta chia các ñá magma thành lo i magma xâm nh p như granit, ñiabas, gabro…hay magma phún xu t (phun trào) như bazan, ryolit… ðá magma thư ng có c u t o kh i, ki n trúc k t tinh ho c thu tinh, ñ r ngth p (thư ng < 2%), ñ b n cao tr khi ñá ñã b phong hoá. Các ñá magma ñư c chiathành các lo i theo c h t: V i các ñá magma h t thô (c h t ñi n hình thư ng >2mm) thì ñư c g i là ñá granit hay gabro tuỳ theo ñá thu c lo i axit hay bazơ. V icác ñá magma h t v a (0,06 – 2mm) thì t o thành ñá tương ng là microgranit vàñiabas. V i các ñá magma h t m n (< 0,06mm nhưng còn nhìn th y ñư c) thì t othành ñá tương ng là ryolit và bazan. V i các ñá magma có ki n trúc thu tinh thìñư c g i là obxiñian và tachylit.Hình 1.8. Khe n t d ng c t trong ñá bazan.a) Gh nh ñá ðĩa (Phú Yên – Vi t Nam); b) Devils Postpile (California – M ). Trong các lo i ñá trên thì bazan là lo i ñá phun trào ph bi n nh t, thư ng th ycác khe n t d ng c t r t rõ ràng trong ñá (hình 1.8). Khi phun trào dư i ñáy bi n,bazan thư ng t o thành ki n trúc d ng g i. ðá bazan có màu s m ñ n ñen, ki n trúcporphyr và n tinh, ñ b n t 300-350MPa, có kh năng ch ng l i các quá trìnhphong hoá. ðá bazan ñư c dùng làm v t li u xây d ng, v t li u cách ñi n, cách nhi tvà ch u axit. Granit là lo i ñá xâm nh p thư ng g p nhi u nơi. các vùng phía B c, nóthư ng ít ho c không có d u hi u phong hoá, trong khi mi n Nam, do khí h u nóng m… phong hoá thư ng xâm nh p t i ñ sâu 30m và ñôi khi t i 300m. Do ch afelspat và khoáng v t s t, mangan không n ñ nh v i phong hoá hoá h c nên granitcó xu hư ng phân hu thành khoáng v t sét. Khi chưa b phong hoá, granit có ñ b ncao kho ng 160 – 250MPa; ñư c s d ng r ng rãi trong giao thông, xây d ng,ki n trúc…1.1.6.2. ðá tr m tích Do ñư c thành t o t nhi u ngu n g c khác nhau nên ñá tr m tích g m m t snhóm ñá khác nhau rõ r t.
  27. 27. Nhóm ñá tr m tích v n ñư c hình thành ch y u t các m nh v c a các lo iñá t n t i trư c ñó ho c t các s n ph m phong hoá c a các ñá g c, ñư c nư c, gióhay băng hà v n chuy n, tích t r i g n k t l i v i nhau m t cách cơ h c, nên lo itr m tích này cũng ñư c g i là tr m tích cơ h c.Hình 1.9. ðá cu i k t. Hình 1.10. ðá dăm k t. Tuỳ theo kích thư c c a các m nh v n trong ñá mà ngư i ta chia thành các ñácu i k t (hình 1.9), dăm k t (hình 1.10), cát k t các lo i, b t k t và sét k t. Trong cáclo i ñá này thì ñ r ng ñóng vai trò r t quan tr ng. ð r ng s nh nh t khi các h tnh l p ñ y l r ng gi a các h t l n hơn hay khi trong các l r ng l p ñ y các ch tg n k t. Tuỳ theo thành ph n trong ñá cát k t mà ngư i ta còn chia thành cát k tth ch anh (khi ñá ñư c t o thành ch y u t th ch anh) (hình 1.11), arko (khi thànhph n ch y u c a ñá là felspat) và grauvac (khi ñá ñư c t o thành t các m nh v nñá). a) b) Hình 1.11. Cát k t th ch anh a) Ch n l c t t; b) Ch n l c kém. M t lo i cátk t ñ c bi t cóngu n g c magmañư c t o thành docác m nh v n phunra t núi l a.Nh ng ñám mâyb c l a (hình CƠ H C ðÁ.29
  28. 28. 1.12) g m các v t li u v n trôi n i trên khí và b i có nhi t ñ r t cao, di chuy nxu ng dư i theo sư n núi l a v i t c ñ l n, khi ngu i l nh, tuỳ theo thành ph n làcác m nh v n có góc c nh hay các h t m n như tro mà s t o thành dăm k t núi l ahay tuf núi l a. Các h t g n k t v i nhau trong ñi u ki n nhi t ñ cao, t o thành m tlo i ñá ch t c ng, có tính ch t tương t như ñá magma cùng lo i. Hình 1.12. ðám mây b c l a ñang ch y xu ng theo sư n c a m t núi l a. Nhóm ñá tr m tích carbonat bao g m ñá vôi, ch y u ñư c t o nên b ngkhoáng v t calcit, ñá ñôlomit và m t s ñá thu c nhóm tr m tích v n nhưng có ch avôi. Cũng như nhóm ñá trên, ñ r ng là thu c tính cơ b n ñ phân bi t ñ c tính cơh c c a các lo i ñá khác nhau trong nhóm. Ngư i ta phân bi t ñ r ng nguyên sinh làdo khi chưa l p ñ y các l r ng gi a các h t. ð r ng th sinh ñư c t o nên b is m r ng m ng tinh th trong quá trình bi n ñ i calcit thành ñolomit – quá trìnhñolomit hoá. ðá vôi r t không ñ ng nh t v m t c u t o: m t s lo i thì x p, nhưngm t s lo i thì r t ch t. Theo ngu n g c thành t o, ñá vôi có th chia thành các lo iñá vôi hoá h c, h u cơ, v n và h n h p. ðá vôi hoá h c thư ng ñư c thành t o do s l ng ñ ng các ch t k t t acarbonat trong nư c. ði n hình c a lo i này là tuf vôi và ñá vôi tr ng cá. ðá tufvôi ñư c t o thành vùng có nư c m ch l ra. Do ch y trên m t ñ t, m t ph n CO2b m t ñi nên CaCO3 ñư c k t t a l i, t o thành ñá vôi có l r ng và không phân l p.Lo i tuf vôi có ñ ch t cao, ñ r ng nh , có m t ph n ki n trúc k t tinh thì ñư c g ilà travertin. ð b n c a tuf vôi khi khô kho ng 80MPa. ðá vôi tr ng cá ñư c t othành bi n nông do s k t t a các h t CaCO3 ñ ng tâm, r i chúng l i ñư c g n l iv i nhau b ng chính calcit. ð b n lo i ñá này ch kho ng 16 – 20MPa. ðá vôi h u cơ ñư c thànht o do s tích t các di tích h u cơ,ph bi n nh t là lo i ñá vôi v sò(hình 1-13). Lo i ñá vôi này có ñr ng cao, ñ b n th p. M t d ng Hình 1.13. ðá vôi v sò.
  29. 29. khác c a ñá vôi h u cơ là ñá ph n, có thành ph n gi ng như ñá vôi nhưng ñ b n thìth p hơn nhi u. ðá vôi v n g m nh ng m nh v n c a ñá vôi và ñư c g n ch t l i b ng calcit.ðây là lo i ñá tái tr m tích. ðá vôi h n h p ñư c thành t o m t ph n t các m nh v n, m t ph n t các v tch t h u cơ hay hoá h c. Ph bi n nh t là ñá marn có thành ph n g m CaCO3 (t 20– 80%) và sét. Tuỳ theo lư ng CaCO3 mà có th có lo i ñá vôi sét (hay ñá marn vôi)khi lư ng CaCO3 l n hơn và ñá marn sét khi lư ng CaCO3 ít. ngoài bi n, ñá marnt o thành t ng dày. Khi l trên m t ñ t, nó d b phong hoá, t o thành ñá bùn. ðá ñolomit ñư c thành t o t khoáng v t cùng tên v i các t p ch t như calcit,th ch cao màu xám tr ng hay ñ . Ki n trúc d ng h t, c u t o kh i ch t xít. ð b nnén c a ñolomit kho ng 100 – 140MPa. ðolomit ñư c dùng làm v t li u xây d ng,v t li u ch u l a. Nhóm ñá mu i: ðá c a nhóm này thư ng g p d ng halit (NaCl), silvin(KCl), silvinit (h n h p c a halit và silvin) (hình 1.14), anhydrit và th ch cao (CaSO4 d ng khan và ng m nư c)…T t c các ñá trong nhóm ñ ucó th hoà tan ñư c trongnư c. Theo quan ñi m ñ ach t, các tr m tích này cũngñư c g i là tr m tích do b chơi hay ñá b c hơi, ñư cthành t o do s b c hơi c anư c trong h nư c m nvà bi n. Các ñá mu i thư ng cómàu tr ng. Mu i ăn (NaCl)thư ng có v m n, mu i kalicó v ñ ng. Các tr m tích ñámu i dày t o thành m kíchthư c l n. Hình 1.14. ðá silvinit Anhydrit là CaSO4 (vùng Solikamsk – Liên Xô cũ).d ng khan, khi g p nư c bi nthành th ch cao, th tích tăng lên t i > 30%. ð b n nén c a anhydrit kho ng 60 –80MPa. Th ch cao ñư c t o thành do k t qu h p nư c c a CaSO4, có màu tr ng hayxám, vàng, nâu khi b l n các t p ch t. Ki n trúc h t thô. ð b n nh hơn 20MPa.Th ch cao ñư c dùng làm ph n, v t li u trang trí trong xây d ng hay ñ bó b t trongyt . Nhóm ñá tr m tích h u cơ ñư c thành t o do s tích t và nén ch t c a cácdi tích ñ ng th c v t. T các di tích ñ ng v t s t o thành các lo i ñá như ñá vôi v CƠ H C ðÁ.31
  30. 30. sò, ñá vôi san hô, ñá ph n như ñã trình bày trong nhóm ñá tr m tích carbonat. T cácdi tích th c v t s t o thành các lo i tr m tích như ñiatomit, opoka (ñá silic), thanbùn hay than ñá…1.2.6.3. ðá bi n ch t ðá bi n ch t ñư c thành t o t các ñá magma, tr m tích ho c bi n ch t ñã t nt i trư c ñó do s tác ñ ng m nh m c a nhi t ñ cao và áp su t l n. Bi n ch t ti p xúc x y ra do s nung nóng các kh i ñá g n k c a dòng magmaxâm nh p. Bi n ch t ñ ng l c x y ra do s ng su t c c b quá l n làm bi n d ng, n t nvà v v n ñá. Bi n ch t khu v c tác ñ ng trên m t di n tích r ng l n b ng s tăng ñ ng th ic a c nhi t ñ và áp su t. ðá gneis (lo i paragneis hayorthogneis) ñư c t o thành do sbi n ch t c a ñá tr m tích hay ñámagma ban ñ u. Khi ñá bi n ch tchuy n ti p d n t granit ñ n ñágneis thì s ñư c lo i ñágranitogneis. ðá gneis có c u t ogneis ñi n hình: m t d i khoáng v tsáng màu g m th ch anh, felspat r iti p ñ n m t d i khoáng v t s mmàu g m biotit, horblend. ðá gneiscó ñ b n cao, t 80 – 180MPa (hình1.15).Hình 1.15. ðá gneis. Khi hàm lư ng mica, clorit và các khoáng v t d ng t m khác trong ñá khánhi u (thư ng kho ng > 50%) thì s t o ra trong ñá tính phân phi n và phân l pm ng g i là các ñá phi n (hình 1.16). Tuỳ theo hàm lư ng khoáng v t nào chi m ưuth trong ñá phi n mà ngư i ta có th g p ñá phi n mica, ñá phi n sét, ñá phi namphibol… Khi trong thành ph n c a ñá phi n không có mica mà ch g m nh ng h tm n s t o thành ñá ngói, c ng và có th tách ra thành t ng t m.
  31. 31. Hình 1.16. ðá phi n. ð i v i các ñá c u t o kh i, tuỳ theo thành ph n ñá ban ñ u c a chúng mà khib bi n ch t có th t o thành các lo i ñá r t khác nhau. ðá vôi khi b bi n ch t s t othành ñá hoa v i các màu s c khác nhau có th dùng ñ t c tư ng hay làm v t li utrang trí (hình 1.17). ðá quarzit ñư c t o thành do cát k t th ch anh b bi n ch t cóñ b n r t cao (t i 350MPa), làm n n cho các công trình xây d ng r t t t. ðá s ng làlo i ñá bi n ch t t các ñá không phân phi n v i các h t r t m n cũng ñư c s d ngnhư m t lo i v t li u xây d ng, làm n n công trình xây d ng. T m t s ñá thư ng g p trong t nhiên, ti uban phân lo i ñá c a H i Cơ h c ñá Qu c t (ISRM)ñã ñ nh nghĩa các tên ñá ch y u và tóm t t chúngtrong b ng 1.1. Trong Cơ h c ñá, ñá ph i ñư c g itên theo các tên g i trong b ng tóm t t này.1.2. CÁC TÍNH CH T CƠ B N C A ðÁ T p h p các tính ch t c a ñ t ñá, trư c kiathư ng g i là “tính ch t cơ - lý” nghĩa là g m tínhch t cơ h c mà ñ c trưng b ng m t s ch tiêu liênquan ñ n tính ch t cơ h c c a ñá như ñ b n, tínhch t bi n d ng, tính ch t lưu bi n… và tính ch t v tlý như tr ng lư ng th tích, ñ r ng, ñ m… c a ñá.Trong nh ng năm g n ñây, ngoài nh ng tính ch ttrên, các ñ c trưng khác c a ñá cũng ñư c nghiên c ut m như tính ch t nhi t (v i các ñ c trưng như ñd n nhi t, ñ giãn n vì nhi t…), tính ch t ñi n – t(như các ñ c trưng ñi n tr su t, ñ nhi m t , ñ tc m…), tính ch t âm h c (như các t c ñ truy n sóngñàn h i, su t c n sóng…)… nên thu t ng “tính ch tcơ - lý” trên tr nên không ñ y ñ và không chínhxác. M t khác, các hi n tư ng cơ h c, nhi t h c, ñi n– t h c, âm h c… ñ u thu c v v t lý h c, nghĩa làcác tính ch t cơ h c, nhi t h c, ñi n – t h c… ñ u là Hình 1.17. Tư ng V nnh ng ph n ng c a ñá trư c nh ng trư ng khác Milo b ng ñá hoa (tìmnhau c a v t lý h c; cơ h c là m t ph n c a v t lý th y năm 1820).h c nên không th ñ ngang nhau như m t tính ch tcơ - lý… Vì v y, h p lý và chính xác hơn, nên g i t p h p các tính ch t c a ñá là cácñ c trưng c a tính ch t v t lý c a ñá. Như v y, nói ñ n tính ch t v t lý c a ñá, nghĩa là nói ñ n các ch tiêu ñ c trưngcho hàm lư ng tương ñ i c a các pha trong ñá, các ch tiêu c a tính ch t cơ h c, tínhch t nhi t, tính ch t ñi n – t , tính ch t âm h c, tính ch t phóng x … c a ñá. CƠ H C ðÁ.33
  32. 32. T cu i nh ng năm 1970 c a th k trư c, quan ni m này ñã ñư c m t s nhànghiên c u cơ h c ñá Liên Xô cũ như I.A. Turchaninov; M.A. Iofix; E.V. Kaxparjannêu ra trong các công trình nghiên c u c a mình cũng như năm 1991, trong côngtrình ñã công b , m t s nhà nghiên c u cơ h c ñá c a Pháp như J. Grolier, A.Fernandez, M Hucher và J.Riss cũng có nh ng ý ki n tương t .
  33. 33. ð36.CH ð nh nghĩa các tên ñá ch y u theo ISRM (1979) B ng 1.1 Nhóm ngu n Tr m tích Bi n ch t Magma g c L p Phân Kh i – th n t C ut o phi n M nh v n (h t v n) K t tinh hay thu tinh ( n tinh) Th ch Các khoáng v t sáng Các Các anh, màu như th ch anh, khoáng khoáng C Ki n Các h t là ñá th ch 50% các h t 50% các h t là ðá hoá felspat, Ph thu c felspat, mica và các v t sáng v ts m h t, trúc anh, felspat và là carbonat ñá magma h t h c, h u khoáng ñá m khoáng v t gi ng và s m m u mm khoáng v t sét mn cơ v ts m felspat m u m u hình Axit Trung Bazơ Siêu bazơ kim tính H t H t tròn r t H t là các v n ñá Cu i c nh: Pegmatit thô H t tròn c nh: k t cu i k t. Pyroxe- 60 H t cu i k t H t góc nit H t góc c nh: ch a c nh: ñá và thô vôi Granit ðiorit Gabro dăm k t dăm k t Periño-tit núi l a 2 Cát k t: các h t ch y u là các v n Serpenti- khoáng v t Các ñá nit Cát k t th ch anh: mu i H t 95% th ch anh l (halit, Gneis: v a r ng hay g n k t Cát anhyñrit) xen k Quarzit Arko: 75% th ch k t Th ch cao các d i ðá hoa Micro - Micro- anh, t i 23% ch a ðá vôi khoáng Granulit granit ñiorit ðiabas felspat, l r ng hay v t d ng ðá s ng ðá vôi g nk t vôi ðolomit phi n và Amphibolit Tro núi l a Grauvac: 73% Tuf núi ðá bùn d ng h t th ch anh, 15% l a Than non n n h t v n m n, Than ñá m nh v n ñá và felspat H t Argilit 0,06 mn ðá phi n: argilit phân phi n Sét k t 0.002 H t B t k t: 50% các ch a Ryolit Anñesit Bazan r t h tmn vôi (ñá mn Sét k t: 50% các ph n) h tr tmn Thu ðá s ng Thu tinh núi l a: obxiñian, ñá tinh ñá silic d u, tachylit.
  34. 34. Trong hàng lo t các ñ c trưng trên, tuỳ theo t ng yêu c u c th mà ngư i ta cóth xác ñ nh và s d ng các ñ c trưng khác nhau c a ñá. Trong ph n này ch nêu lêncác ñ c trưng, các tính ch t cơ b n nh t c a ñá thư ng ñư c dùng nh t trong khi tínhtoán, thi t k và xây d ng công trình.1.2.1. M T S CH TIÊU ð C TRƯNG CHO HÀM LƯ NG CÁC PHA TRONG ðÁ ðá g m có 3 pha: r n, l ng và khí. Tuỳ theo t l hàm lư ng các pha có trongñá mà làm ñá có th n ng hay nh , m hay khô; ch t xít hay x p r ng… ð phân bi tcác ñ c tính này, ngư i ta thư ng dùng m t s ch tiêu sau:1.2.1.1. Tr ng lư ng riêng và kh i lư ng riêng Tr ng lư ng riêng c a ñá là tr ng lư ng m t ñơn v th tích pha c ng c anó. V tr s , tr ng lư ng riêng ñư c tính b ng t s gi a tr ng lư ng ph n c ng c añá và th tích c a nó. Tr ng lư ng riêng thư ng ñư c ký hi u là γs, ñơn v tínhthư ng là kN/m3 hay MN/m3. Qs γs = (1.3) Vs trong ñó: Qs là tr ng lư ng ph n c ng c a ñá. Vs là th tích ph n c ng c a ñá. Tr ng lư ng riêng c a ñá ph thu c vào tr ng lư ng riêng và t l th tích c acác khoáng v t t o ñá có trong ñá. Bi t ñư c các khoáng v t t o ñá và t l th tíchc a chúng trong ñá, s tính ñư c tr ng lư ng riêng c a ñá theo công th c: n γ s = ∑ γ s i . Vi (1.4) i =1 trong ñó: γsi là tr ng lư ng th tích c a khoáng v t t o ñá th i. Vi là t l th tích c a khoáng v t t o ñá th i trong ñá. n là s lư ng khoáng v t t o ñá có trong ñá. ð ng th i v i tr ng lư ng riêng, trong th c t còn dùng m t ñ i lư ng g i là ttr ng, là t s gi a tr ng lư ng riêng c a m t lo i ñá nào ñó so v i tr ng lư ng riêngc a nư c. T tr ng là m t ñ i lư ng không có th nguyên và ñư c xác ñ nh theocông th c: γs ∆= (1.5) γn trong ñó: ∆ là t tr ng c a ñá. γn là tr ng lư ng riêng c a nư c. C¬ häc ®¸.37
  35. 35. Th c t thư ng khó xác ñ nh ñư c tr ng lư ng c a v t (là s c hút c a Trái ð tvào v t y t i m t nơi nào ñó) mà ch d dàng xác ñ nh ñư c kh i lư ng (là s lư ngv t ch t có trong v t hay chính xác hơn là ñ i lư ng xác ñ nh quán tính c a v t y)c a v t b ng các cách cân khác nhau. T i các v trí khác nhau thì tr ng lư ng c a v tkhông gi ng nhau, trong khi kh i lư ng c a v t luôn không ñ i. Quan h gi a tr ng lư ng và kh i lư ng c a m t v t ñã ñư c xác l p theo lýthuy t c a v t lý sơ c p: P = m.g (1.6) trong ñó: P là tr ng lư ng c a v t. m là kh i lư ng c a v t. g là gia t c rơi t do, thay ñ i theo v trí t i ñi m ñang xét trên m t ñ t. Vì v y, bi t kh i lư ng c a m t v t, s d dàng tính ñư c tr ng lư ng c a nó. Theo V.N. Kobranova, giá tr tr ng lư ng riêng c a m t s lo i khoáng v t vàñá tr m tích có th th y trong b ng 1.2. B ng 1.2 Tên khoáng v t và Tên khoáng v t và γs, kN/m3 γs, kN/m3 ñá ñá Anhydrit 28 – 30 Plagioclas 26,1 – 27,6 Biotit 26,9 – 31,6 Pyrit 49,5 – 51 Calcit 27,1 – 27,2 Th ch anh 26,5 – 26,6 ðolomit 28 – 29,9 B tk t 26,5 – 27,3 Halit 21 – 22 Cát k t 26,4 – 26,8 Kaolinit 26 – 26,3 ðá vôi 27,0 – 27,4 Magnetit 49,7 – 51,8 ðá ph n 26,3 – 27,3 Monmorilonit 20 – 25,2 ðolomit 27,5 – 28,8 Olivin 31,8 – 35,7 Sét k t 25,5 – 27,0 Orthoclas 25 – 26,2 Kh i lư ng riêng c a ñá là kh i lư ng m t ñơn v th tích pha c ng c a nó.V tr s , kh i lư ng riêng ñư c tính b ng t s gi a kh i lư ng ph n c ng c a ñá vàth tích c a nó. Kh i lư ng riêng thư ng ñư c ký hi u là ρs, tính b ng g/cm3 hayt/m3. ms ρs = (1.7) Vs38.C¬ häc ®¸
  36. 36. trong ñó: ms là kh i lư ng ph n c ng c a ñá. Cũng như tr ng lư ng riêng, kh i lư ng riêng c a ñá ph thu c vào thành ph nkhoáng v t và t l c a các khoáng v t t o ñá có trong ñá. Gi a kh i lư ng riêng vàtr ng lư ng riêng có m t s liên h : γs = g. ρs (1.8) N u so sánh kh i lư ng riêng c a ñá v i kh i lư ng riêng c a nư c thì s ñư cm t ñ i lư ng g i là t kh i, thư ng ký hi u là D: ρs D= (1.9) ρn trong ñó: ρn là kh i lư ng riêng c a nư c. T kh i là m t ñ i lư ng không th nguyên. ð xác ñ nh kh i lư ng riêng c a ñá, ph i tính ñư c kh i lư ng và th tíchph n c ng trong ñá. Mu n v y, ngư i ta có th dùng nhi u phương pháp xác ñ nhkhác nhau: - Dùng bình ño th tích Bình ño th tích là m t bình b ng thu tinh c h p và dài (ñư ng kính c bìnhlà 10mm, dài 180 – 200mm) dung tích kho ng 120 – 150cm3. Trên c bình có cácv ch chia chính xác t i 0,1cm3. Ph n dư i c a bình phình to ra. Ch n 2 c c ñá ñ nh xác ñ nh kh i lư ng riêng kho ng 100g, ñem giã trong c ichày ñ ng r i sàng qua rây có ñư ng kính l 2mm. Ph n b t ñá còn l i trên m t sàngl i ñem giã và ti p t c sàng. L y kho ng 180g b t ñá ñã sàng ñem s y nhi t ñ 105 – 110 ± 5oC t i kh ilư ng không ñ i. Sau kho ng 2h, l y ra, ñ ngu i t i nhi t ñ trong phòng r i ñ ttrong bình hút m. ð ch t l ng (nư c c t hay d u l a…) t i ng n dư i v ch 0 c a bình ño. Tuỳtheo tính ch t c a ñá mà ch t l ng có th là nư c c t khi ñá không b hoà tan hay d ul a, axêtôn khi ñá có ch a các mu i tan ñư c trong nư c. Các gi t ch t l ng th ahay dính trên c bình ph i ñư c th m khô b ng gi y l c. Cân l y 30g b t ñá ñã s y khô b ng cân phân tích, r i ñ vào bình ño t i khinào m c ch t l ng dâng lên t i v ch d u 20cm3 hay m t v ch nào ñó g n trên cbình thì thôi. Chú ý không ñ b t ñá bám vào c bình. Quay nh bình xung quanh tr c c a nó ñ b t khí trong bình n i lên hay chovào bình chân không có áp su t b ng 20 – 200mmHg trong 30’ ñ ñu i h t khí ra. Cân ph n b t ñá còn l i. Kh i lư ng riêng c a ñá s ñư c xác ñ nh theo công th c: C¬ häc ®¸.39
  37. 37. m - mc ρs = (1.10) V trong ñó: m là kh i lư ng b t ñá ñã s y khô t i kh i lư ng không ñ i. mc là kh i lư ng b t ñá còn l i sau khi thí nghi m. V là th tích ch t l ng dâng lên trong bình ño. Kh i lư ng riêng ñư c xác ñ nh b ng tr s trung bình s h c gi a hai l n ño.K t qu thí nghi m ph thu c r t nhi u vào vi c ñ y khí ra kh i b t ñá. - Dùng picnomet (bình ño t tr ng) Phương pháp này hay ñư c dùng và k t qu khá chính xác. Theo ΓOCT 7465 – 55 c a Liên Xô cũ thì picnomet có th là m t bình thutinh hình c u c dài có ng n ñánh d u th tích hay là m t bình thu tinh hình c u cng n, n p có rãnh mao d n, có dung tích 25, 50 hay 100ml. V i lo i bình c u c dài thì dung tích danh nghĩa ñ t ñư c khi m c ch t l ngtrùng v i ng n trên c bình, còn v i lo i bình c u n p có rãnh mao d n, thì là khi trênñ u rãnh có th y ch t l ng. Cách xác ñ nh kh i lư ng riêng như sau: Vi c ch n và chu n b m u cũng làm tương t như phương pháp trên. R a s ch bình ño, lau khô và ñem cân trên cân phân tích, ñư c kh i lư ng mo. ð ñ y nư c c t vào bình ño và ñ cho nư c c t có nhi t ñ thí nghi m (18, 20hay 22oC…) ñem cân b ng cân phân tích ñư c kh i lư ng m1. ð h t nư c c t ra, lau s ch và khô bình ño r i ñ vào bình kho ng 10g b t ñáñã s y khô t i kh i lư ng không ñ i, r i ñem cân, ñư c kh i lư ng m2. ð ñ y h t khí ra kh i b t ñá, ngư i ta ñ ch t l ng không hoà tan (nư c c t,d u l a, c n… tuỳ theo tính ch t c a t ng lo i ñá) t i kho ng 1/2 hay 2/3 th tíchbình ño. ðun sôi trên b p cát (không ñ cho ch t l ng trào ra ngoài) trong kho ng 20 –30’. Vi c ñ y khí ra kh i b t ñá cũng có th th c hi n trong bình chân không. Làm ngu i bình ño trong ch u nư c, ñem hút chân không và ñ ch t l ng t iv ch ng n th t chính xác. Lau khô bình ño r i ñem cân, ñư c kh i lư ng m3. Kh i lư ng riêng c a ñá s ñư c xác ñ nh theo công th c: ρs = (m 2 − m o ) . ρcl (1.11) (m1 − m o ) − (m 3 − m 2 ) ð t m2 – mo = m40.C¬ häc ®¸
  38. 38. m . ρ cl m . ρ cl ρs = = (1.12) m1 − m o − m 3 + m 2 m + m1 − m 3 trong ñó: ρcl là kh i lư ng riêng c a ch t l ng ñem thí nghi m, nó thay ñ i theo nhi t ñ thí nghi m. V i nư c c t: t = 13 – 17oC ρcl = 0,999 t = 18 – 23oC ρcl = 0,998 t = 24 – 27oC ρcl = 0,997 t = 28 – 31oC ρcl = 0,996 V i ch t l ng khác, trư c khi ñem thí nghi m, ph i xác ñ nh tr c ti p kh ilư ng riêng c a nó t i nhi t ñ thí nghi m và không nên l y theo giá tr c a các b ng,vì s làm k t qu thí nghi m kém chính xác. Kh i lư ng riêng ñư c xác ñ nh theo tr s trung bình s h c gi a 2 l n ño, l yt i 2 s l . Sai s cho phép gi a 2 l n ño là 0,02g/cm3. Ngoài hai phương pháp trên, ngư i ta còn có th xác ñ nh kh i lư ng riêngb ng phương pháp Hêli, phương pháp cân thu tĩnh…1.2.1.2. Tr ng lư ng th tích và kh i lư ng th tích Tr ng lư ng th tích c a ñá là tr ng lư ng m t ñơn v th tích c a nó ñ m t nhiên hay xác ñ nh nào ñó. V tr s , tr ng lư ng th tích ñư c tính b ng t sgi a tr ng lư ng c a m u ñá (bao g m c nư c và khí trong các l r ng) và toàn bth tích c a nó (k c các khe n t và l r ng). Tr ng lư ng th tích thư ng ñư c kýhi u là γ, ñơn v tính thư ng là kN/m3 hay MN/m3 : Q + Qn + Qk γ= s (1.13) Vs + Vr trong ñó: Qn là tr ng lư ng nư c có trong m u ñá. Qk là tr ng lư ng khí có trong m u ñá. Vr là th tích l r ng và khe n t trong m u ñá. N u b qua tr ng lư ng khí và coi tr ng lư ng toàn b m u là Q, th tích toànb m u là V, thì có th vi t: Qs + Q n Q γ= = (1.14) V V Tr ng lư ng th tích c a ñá không ch ph thu c vào thành ph n khoáng v tt o ñá, mà còn vào c u t o c a nó. Các l r ng, khe n t nh hư ng r t l n ñ n giá tr c a tr ng lư ng th tích c añá, nhưng s lư ng các khe n t, m t ñ n t n l i do ñi u ki n thành t o ñá quy t C¬ häc ®¸.41
  39. 39. ñ nh. ðá càng nhi u l r ng, khe n t thì tr ng lư ng th tích c a nó càng nh . Vì v yñá magma thư ng có tr ng lư ng th tích l n hơn ñá tr m tích (do trong chúng ít lr ng) và ñá vôi ñư c thành t o t khoáng v t calcit, có tr ng lư ng th tích t 15 –25kN/m3, trong khi b n thân calcit có tr ng lư ng th tích t i 27kN/m3. Trong cùngm t lo i ñá ít l r ng như ñá magma thì thành ph n khoáng v t l i ñóng vai trò quy tñ nh hơn: Càng dư i sâu, t l th ch anh càng gi m thì tr ng lư ng th tích c a ñál i càng tăng. Trong th c t , ngoài tr ng lư ng th tích c a ñá tr ng thái t nhiên, mà ngư ita thư ng g i t t là tr ng lư ng th tích, ký hi u là γ, xác ñ nh b ng các công th c(1.13), (1.14) như ñã nói trên, ngư i ta còn dùng m t s tr ng lư ng th tích khác tuỳtheo tr ng thái c a ñá: - Tr ng lư ng th tích tr ng thái khô tuy t ñ i (cũng ñư c g i là tr ng lư ng th tích khô, tr ng lư ng th tích c t ñá…) xác ñ nh sau khi ñã s y khô m u nhi t ñ 105 ± 5oC t i tr ng lư ng không ñ i. Tr ng lư ng th tích khô thư ng ký hi u là γc và ñư c tính theo công th c: Qs γc = (1.15) V - Tr ng lư ng th tích c a ñá tr ng thái no nư c (bão hoà nư c) có ñư c khi nư c l p ñ y các l r ng và khe n t, thư ng ký hi u là γnn hay γbh ñư c tính theo công th c: Q + Q n γnn = s (1.16) V trong ñó: Qn’ là tr ng lư ng nư c l p ñ y các l r ng và khe n t c a m u ñá. - Tr ng lư ng th tích tr ng thái ñ y n i ñư c xác ñ nh khi m u ñá chìm trong nư c, thư ng ký hi u là γñn và ñư c tính theo công th c: Q − Vs . γ n γñn = s (1.17) V trong ñó: γn là tr ng lư ng riêng c a nư c. Trong các ch tiêu trên thì tr ng lư ng th tích c a ñá thư ng ñư c s d ng khitính toán tr ng lư ng c a ñá hay áp l c c a ñá trong các công trình ng m… Trongm t ch ng m c nào ñó, tr ng lư ng th tích cũng có th ñ c trưng cho ñ ch t c añá. Tr s c a tr ng lư ng th tích c a ñá càng g n v i tr s c a tr ng lư ng riêngthì ch ng t ñ ch t c a ñá càng l n, nghĩa là ñ r ng c a ñá càng nh . Cũng nhưtr ng lư ng riêng, các giá tr c a tr ng lư ng th tích thư ng ñư c suy ra t các giátr c a kh i lư ng th tích c a ñá xác ñ nh trong nh ng ñi u ki n khác nhau. Theo R.A. Daly, N.A. Xhưtovich, I.A. Turchaninov và R.V. Medvedev thìtr ng lư ng th tích c a m t s lo i ñá có th l y theo b ng 1.3. B ng 1.342.C¬ häc ®¸
  40. 40. Tr ng lư ng th tích, kN/m3Tên ñá Kho ng dao ñ ng Trung bìnhGranit 25,2 – 28,1 26,6Syenit 26,0 – 29,5 27,5Bazan 27,4 – 32,1 29,0ðiabas 27,3 – 31,2 29,5Gabro 28,5 – 31,2 29,9Pyroxenit 31,0 – 33,2 32,3Peridotit 31,5 – 32,8 32,3ðunit 32,0 – 33,1 32,8Sét k t 23,5 – 26,4 24,6Cát k t 25,9 – 27,2 26,5ðá vôi 26,8 – 28,4 27,3ðá hoa 26,9 – 28,7 27,8Gneis 26,9 – 28,7 27,8 C¬ häc ®¸.43

×