BỘ MÔN DUYỆT
Chủ nhiệm Bộ môn
Lê Anh Tuấn
ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT BÀI GIẢNG
(Dùng cho 3 tiết giảng)
Học phần: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH
Nhóm môn học: ĐỊA KỸ THUẬT
Bộ môn: Cơ sở Kỹ thuật CT
Viện: Kỹ thuật CTĐB
Thay mặt nhóm
môn học
Thái Doãn Hoa
Thông tin về nhóm môn học
TT
Họ tên giáo viên
Học hàm
Học vị
Đơn vị công tác
1
Nguyễn Tương Lai
GVC
TS
BM Cơ sở KTCT
Thời gian, địa điểm làm việc: Hàng ngày tại phòng S1-1407
Địa chỉ liên hệ: Bộ môn Cơ sở KTCT, Viện Kỹ thuật Công trình Đặc biệt.
Điện thoại, email: 069.515.405,
***
Bài giảng1: Giới thiệu môn học. Cấu tạo vỏ quả đất.
Khái niệm về khoáng vật
Chương 1 Mục 1.1 + 1.2
Tiết thứ: 1 - 2 Tuần thứ: 1
- Mục đích, yêu cầu:
+ Nắm sơ lược về học phần, các yêu cầu của giáo viên
+ Giới thiệu môn học.
+ Yêu cầu hiểu được mục đích, nội dung nghiên cứu của môn học. Hiểu
về cấu tạo vỏ quả đất và đặc điểm của nó. Giới thiệu chung về khoáng vật.
- Hình thức tổ chức dạy học: Lý thuyết, thảo luận, tự học, tự nghiên cứu
- Thời gian: Lý thuyết, thảo luận: 2t; Tự học, tự nghiên cứu: 2t
- Địa điểm: Giảng đường do P2 phân công.
- Nội dung chính:
*Giới thiệu môn học
Đối tượng, mục đích nghiên cứu.
+ Khái niệm về địa chất công trình (ĐCCT): Theo V.D. Lomtade:
“ĐCCT như khoa học về điều kiện địa chất của việc xây dựng công trình, sử
dụng hợp lý môi trường địa chất và bảo vệ nó gắn liền với sự phát triển của các
quá trình và hiện tượng địa chất”. Nói một cách khác, đây là một môn khoa học
nghiên cứu và sử dụng các tri thức về địa chất vào việc xây dựng các công trình.
+ Đối tượng nghiên cứu: Môi trường địa chất (lớp đất đá phần trên,
luôn biến đổi, phát sinh các hiện tượng địa chất).
+ Mục đích: Đánh giá khả năng xây dựng của khu vực theo quan
+ Vận động tạo lục địa.
+ Vận động tạo núi.
1.2. Khái niệm chung về khoáng vật
Khoáng vật.
- Định nghĩa: Khoáng vật là những đơn chất hay hợp chất hoá học mà
chúng là sản phẩm của các quá trình hoá lý và các hoạt động địa chất xảy ra
trong vỏ Trái đất và trên mặt đất; có thành phần hoá học, cấu trúc mạng tinh
thể và tính chất hoá lý đặc trưng.
- Ý nghĩa nghiên cứu: nghiên cứu thành phần khoáng vật của đá sẽ giúp
cho việc tìm hiểu nguồn gốc, điều kiện hình thành đá, đánh giá khả năng sử
dụng chúng trong xây dựng.
- Tính chất vật lý.
+ Hình dạng tinh thể khoáng vật.
+ Màu khoáng vật.
+ Độ trong suốt và ánh của khoáng vật
+ Tính cát khai.
+ Độ cứng của khoáng vật
+ Tỷ trọng
Phân loại khoáng vật:
Lớp 1: Các nguyên tố tự nhiên, như đồng, bạc…
Lớp 2: Sunfua, như pyrit (FeS
2
)…
Lớp 3: Halogenua, như halit (NaCl)…
Lớp 4: Cacbonat, như canxit (CaCO
3
)…
Lớp 5: Sunfat, như thạch cao (CaSO
4
.2H
Tiết thứ: 3 - 4 Tuần thứ: 2
- Mục đích, yêu cầu:
+ Giới thiệu về các loại đất đá và đặc điểm của chúng.
+ Mô tả bảng phân loại đất đá theo quan điểm xây dựng.
+ Yêu cầu biết được các loại đất đá và những đặc tính liên quan đến xây
dựng.
- Hình thức tổ chức dạy học: Lý thuyết, thảo luận, tự học, tự nghiên cứu
- Thời gian: Lý thuyết, thảo luận: 2t; Tự học, tự nghiên cứu: 2t.
- Địa điểm: Giảng đường do P2 phân công
- Nội dung chính:
1.3. Khái niệm chung về đất đá
- Định nghĩa: Đất đá là tập hợp của các khoáng vật, được sắp xếp theo
những quy luật nhất định, có thể có liên kết, có thể không, chiếm một phần
không gian đáng kể của vỏ trái đất.
- Các phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu đất đá trong phòng thí nghiệm
+ Nghiên cứu thành phần thạch học của đất đá bằng kính hiển vi phân
cực để xác định tên của đất đá (nêu cách tiến hành);
+ Phân tích thành phần hoá học của đất đá;
+ Phân tích thành phần hạt của đất đá bằng phương pháp rây để xác định
thành phần cấp phối của các nhóm hạt đất;
+ Nghiên cứu các chỉ tiêu cơ lý của đất đá: dung trọng, tỉ trọng, độ ẩm, hệ
số rỗng, hệ số nén, lực dính…
+ Phân tích nước để xác định tính chất vật lý và thành phần hoá học của
nước.
Nghiên cứu đất đá ngoài hiện trường:
+ Cắt, nén trên hiện trường (trong hố đào hoặc trong hố khoan) để xác
định các chỉ tiêu biến dạng và độ bền của đất đá;
+ Thí nghiệm cắt quay: xác định các chỉ tiêu độ bền của đất loại bùn, loại sét;
phun trào (extrusive) hay còn gọi là đá núi lửa khi đông cứng ở trên mặt đất.
- Các đặc điểm cơ bản của đá macma:
+ Đặc điểm về thế nằm:
Đá xâm nhập: Dạng nền, Dạng nấm, Dạng lớp, Dạng mạch
Đá phun trào: Dạng lớp phủ, Dạng dòng chảy
+ Đặc điểm về kiến trúc: Kiến trúc toàn tinh, Kiến trúc pocfia (ban
tinh), Kiến trúc ẩn tinh, Kiến trúc thuỷ tinh
+ Đặc điểm về thành phần hoá học
Thành phần
Đá xâm
nhập
Đá phun trào
Hoá học
Khoáng vật
Cổ
Mới
Đá loại axít
(SiO
2
> 65%)
Fenspat kali, thạch anh, plagioclaz,
khoáng vật thẫm màu (biotit, hocblen,
augit)
Granit
Pocfia
thạch anh
Liparit
Đá loại
bazơ
(SiO
2
< 45%)
Augit, olivin, quặng
Peridotit
-
-
Olivin, quặng
Đunit
-
-
- Phân loại và mô tả một số loại đá macma:
+ Macma xâm nhập (Granit, syenit, điorit, gabro…)
+ Macma phun trào (Ryolit, trachit, anđezit, bazan…)
- Tính chất xây dựng của đá macma
- Yêu cầu SV chuẩn bị: tự đọc trước khi lên lớp
Bài giảng 3: Khái niệm về đất đá. Mô tả các loại đất đá.
Phân loại đất đá theo quan điểm xây dựng (tiếp) + thực hành
Chương 1 Mục 1.4
Tiết thứ: 5 - 6 Tuần thứ: 3
- Mục đích, yêu cầu:
+ Mô tả bảng phân loại đất đá theo quan điểm xây dựng.
+ Yêu cầu nhận biết được các loại đất đá
- Hình thức tổ chức dạy học: Lý thuyết, thảo luận
- Thời gian: Lý thuyết, thảo luận: 2t; Thực hành: 2 tiết;
- Địa điểm: Giảng đường do P2 phân công
- Nội dung chính:
1.4.2. Đất đá trầm tích
- Định nghĩa, nguyên nhân thành tạo: Đá trầm tích là loại đá được hình
- Định nghĩa: Các loại đá có trước dưới tác dụng của nhiệt độ cao, áp lực lớn
hay do các phản ứng hoá học với magma, bị biến đổi mãnh liệt về thành phần,
tính chất mà thành. Quá trình này xảy ra ở dưới lòng đất.
- Phân loại và đặc điểm:
Biến chất tiếp xúc xảy ra ở khu vực tiếp giáp giữa khối magma nóng chảy
với đá vây quanh; Nhiệt độ, khí, thành phần dung nham…làm biến đổi cơ bản
thành phần và tính chất của đá kề nó. Nếu sự biến đổi đó chỉ do nhiệt độ cao của
magma thì gọi là biến chất tiếp xúc nhiệt, nhưng thường là quá trình biến chất
tiếp xúc trao đổi.
Biến chất động lực xảy ra do tác dụng của áp lực cao sinh ra trong quá
trình kiến tạo (tại các đứt gãy kiến tạo).
Biến chất khu vực là loại biến chất xảy ra ở dưới sâu dưới tác dụng đồng
thời của áp lực lớn và nhiệt độ cao. Xảy ra ở các vùng tạo núi, các vùng mà đá
trầm tích bị vùi sâu.
- Mô tả một số loại đá biến chất: gơnai, philit và đá phiến, Quaczit, Đá hoa
1.4.4. Phân loại đất đá theo quan điểm xây dựng
- Theo cách phân loại của Xavarenxki được Lômtadze bổ sung năm 1968,
dựa trên các cơ sở sau:
1. Mối liên kết giữa các hạt đất (liên kết nội bộ) ảnh hưởng chủ yếu đến
độ chặt của đất:
2. Mối quan hệ giữa đất đá và nước, thể hiện qua các tính chất sau
3. Tính chất cơ học của đất đá, thể hiện ở các tính chất sau
- Phân loại (5 loại):
Đá cứng: hoàn hảo nhất về mặt xây dựng công trình, đá có độ bền và độ
ổn định cao, độ biến dạng bé, mức độ ngấm nước yếu.
Đá nửa cứng: Đá bị nứt nẻ nhiều; đá trầm tích có cường độ gắn kết thấp,
đối với các đá bị hoà tan thì thường có hang hốc. Đá nửa cứng thường phân biệt
bởi tính không đồng nhất, tính dị hướng rõ rệt.
Đất rời xốp: cát, cuội, sỏi…là các hạt cứng chắc và có cường độ cao . Tuy
trọng ảnh hưởng đến độ bền vững của nền đất và qua đó gây nên những tác hại
nghiêm trọng đối với các công trình xây dựng của con người
- Thành phần khí trong đất
2.1.2. Tính chất vật lý của đất
- Các chỉ tiêu vật lý cơ bản được xác định bằng thí nghiệm
+ khối lượng thể tích tự nhiên
V
g
(g/cm
3
, T/m
3
)
+ Tỷ trọng
nch
h
V
g
+ Độ ẩm tự nhiên
%100W
h
nc
g
g
+ Độ ẩm toàn phần
%100W
n
h
b
g
ng
+ Độ bão hoà
r
nc
V
V
n
W
W
G
+ khối lượng thể tích bão hoà
V
gg
VV
g
nh
hr
n
''g
h
Cát bột
ε < 0.55
ε < 0.60
ε < 0.60
0.55 ≤ ε ≤ 0.70
0.60 ≤ ε ≤ 0.75
0.60 ≤ ε ≤ 0.80
ε > 0.70
ε > 0.75
ε > 0.80
Độ chặt tương đối D:
minmax
max
o
D
, trong đó:
ε
max
– Cát ở trạng thái xốp nhất
ε
min
– Cát ở trạng thái chặt nhất
ε
Tên + Trạng thái của đất
B
Cát pha (1 < I
d
< 7): Cứng
Dẻo
Nhão
B < 0
0 ≤ B ≤ 1
B > 1
Sét pha (7 < I
d
< 17): Cứng
Sét (I
d
> 17): Nửa cứng
Dẻo
Dẻo mềm
Dẻo nhão
Nhão
B < 0
0.00 ≤ B ≤ 0.25
0.25 < B ≤ 0.50
0.50 < B ≤ 0.75
0.75 < B ≤ 1.00
B > 1
- Yêu cầu SV chuẩn bị:
Tự đọc trước khi lên lớp
Tham khảo tài liệu: Đất đá xây dựng
Bài giảng 5: Tính chất cơ học của đất đá
- Các yếu tố ảnh hưởng đến tính biến dạng
+ Đối với đất rời: thành phần khoáng vật, kích thước hạt, độ ẩm, tải trọng.
+ Đối với đất dính: thành phần hạt, khoáng vật, cấu trúc môi trường nước
lỗ rỗng.
2.2.2. Cường độ chống cắt
- Khái niệm: Cường độ chống cắt τ được hiểu là: lực chống trượt lớn nhất
trên một đơn vị diện tích tại mặt trượt khi khi khối đất này trượt trên khối đất
kia.
- Định luật chống cắt
+ Đất rời: τ = σtgφ
+ Đất dính: τ = σtgφ + c
- Các yếu tố ảnh hưởng:
+ Áp lực pháp tuyến
+ Thành phần khoáng, hình dạng và cấp phối hạt
+ Độ chặt ban đầu
+ Độ ẩm
+ Quá trình cố kết.
- Yêu cầu SV chuẩn bị:
Tự đọc trước khi lên lớp
Tự đọc trước khi lên lớp
Tham khảo tài liệu: Đất đá xây dựng
Làm tiểu luận + bài tập chương 2
Bài giảng 6: Khái niệm chung về nước dưới đất
Chương 3 Mục 3.1
Tiết thứ: 11- 12 Tuần thứ: 6
- Mục đích, yêu cầu:
+ Tầng nước áp lực: là tầng nước ở giữa 2 tầng cách nước. Đặc
điểm quan trọng của tầng nước này là có áp lực cột nước dư.
3.1.2. Đặc tính về thành phần hoá học và tính chất vật lý của nước
dưới đất
a. Sự hình thành thành phần hoá học của nước dưới đất
- Sự rửa lũa và hoà tan: Sự rửa lũa là quá trình chuyển dời một thành phần
nào đó của khoáng vật vào dung dịch mà không làm phá vỡ dạng tinh thể của
khoáng vật đó, còn quá trình hoà tan thì ngược lại, nghĩa là chuyển tất cả các
thành phần và làm phá vỡ mạng tinh thể.
- Quá trình di chuyển H
2
0: Sự di chuyển nước với lượng tổng khoáng và
thành phần hoá học khác nhau trong tự nhiên là một hiện tượng phổ biến.
b. Tính chất hoá học của nước dưới đất
- Nồng độ ion H
+
:
pH = 7 → nước trung tính
pH < 7 → nước axit
pH > 7 → nước bazơ.
- Độ cứng của nước: Độ cứng của nước là tính chất hoà tan của nước đối
với các hợp chất Ca, Mg có trong nước. Độ cứng của nước chia làm hai loại: độ
cứng tạm thời và độ cứng vĩnh cửu, tổng của chúng là tổng độ cứng.
- Lượng tổng khoáng và nhiễm bẩn: Lượng tổng khoáng là tổng các chất
khoáng lấy được trong nước do kết quả của phân tích hoá học – nghĩa là tổng
lượng các chất hoà tan, được biểu thị bằng M, đơn vị g/l.
- Sự ăn mòn của nước
- Phương trình biểu diễn thành phần hoá học của nước: ví dụ
3
+ Dựa vào đặc điểm tồn tại của các loại nước dưới đất, chia ra:
Động thái tầng nước ngầm
Động thái tầng nước áp lực
- Yêu cầu SV chuẩn bị:
Tự đọc trước khi lên lớp
Tham khảo tài liệu: Địa chất thủy văn đại cương
Bài giảng 7: Sự vận động về nước dưới đất
Chương 3 Mục 3.2
Tiết thứ: 13- 14 Tuần thứ: 7
- Mục đích, yêu cầu:
+ Giới thiệu về sự vận động của nước dưới đất.
+ Yêu cầu hiểu bản chất của sự vận động NDĐ, các yếu tố ảnh hưởng và
vai trò của nó trong xây dựng.
- Hình thức tổ chức dạy học: Lý thuyết, thảo luận, tự học, tự nghiên cứu
- Thời gian: Lý thuyết, thảo luận: 2t; Tự học, tự nghiên cứu: 5t.
- Địa điểm: Giảng đường do P2 phân công
- Nội dung chính:
3.2.1. Khái niệm về thấm, dòng thấm
a. Khái niệm về thấm : Sự vận động của các phân tử nước trong các hệ
thống khe nứt và lỗ rỗng như đã nói ở trên gọi là hiện tượng thấm trong đất đá
Đặc trưng: là vận tốc chuyển động của nước dưới đất (V).
Q
V
F
; (cm/s, m/ngđ)
Q – Lưu lượng (khối lượng) nước chảy qua tiết diện F; (l/s hoặc
m
3
/ngđ).
a
QQ
V
F n F
V
V
n
b. Khái niệm dòng thấm, phân loại dòng thấm:
Trong quá trình vận động trong hệ thống khe nứt và lỗ rỗng, các phần tử
nước thường hợp lại thành tia, tập hợp tất cả các tia nước trên đường thấm gọi là
dòng thấm.
- Theo vận tốc và đặc điểm dòng thấm
+ Dòng chảy tầng
+ Dòng chảy rối:
- Theo động thái của nước dưới đất:
+ Chuyển động không ổn định
+ Trong những vùng mà điều kiện cấp, thoát nước thay đổi theo
thời gian rất ít thì chuyển động của nước có thể xem như là ổn định.
- Theo cấu tạo môi trường thấm
+ Đẳng hướng: Những tính chất về thấm không phụ thuộc vào
hướng thấm. K
y
= K
x
+ Dị hướng: Tính thấm khác nhau theo hướng khác nhau. K
y
H H H
Q K F K F
LL
QH
K
FL
v KI
b. Các định luật thấm cơ bản
- Định luật thấm Đacxi: Tốc độ thấm tỷ lệ bậc nhất với hệ số thấm và
gradient áp lực
V = K.I
- Định luật Sezi – Kraxnopolxki (định luật thấm không đường thẳng):
IKv
T
.
Khi tốc độ thấm lớn, sự phụ thuộc giữa v và I không còn là phụ thuộc
thẳng, định luật Đacxi sẽ không đúng nữa (độ rỗng quá lớn) – Dòng chảy rối. Để
đặc trưng cho chuyển động chảy rối (v lớn), người ta đã nghiên cứu và tìm ra
định luật Sezi – Kraxnopolxki (định luật thấm không đường thẳng):
IKv
T
- Mục đích, yêu cầu:
+ Giới thiệu về tính toán dòng thấm trong các trường hợp khác nhau.
+ Yêu cầu hiểu được cách tính toán dòng thấm trong các trường hợp khác
nhau.
- Hình thức tổ chức dạy học: Lý thuyết, thảo luận, tự học, tự nghiên cứu
- Thời gian: Lý thuyết, thảo luận: 2t; Tự học, tự nghiên cứu: 5t.
- Địa điểm: Giảng đường do P2 phân công
- Nội dung chính:
3.3.1. Tính toán cho dòng thấm phẳng, ổn định trong môi trường
thấm đồng nhất
*Giải một số bài toán thấm thẳng trong môi trường đồng nhất
Đối với tầng nước áp:
H = f(x)
q = f(H, K, m)
Viết phương trình chuyển động theo
Laplace đối với hệ 1 chiều:
0
2
2
x
H
Điều kiện biên: x = 0 → H = H
1
x = L → H = H
2
L
hh
Kq
2
2
2
2
1
(9)
+ W > 0
Lx
L
hhK
q
2
W
W
2
)(
2
2
2
1
(11)
2
1
2
3.3.2. Tính toán cho dòng thấm tới giếng khoan
a) Dòng thấm tới giếng đơn hoàn chỉnh
+ Xét chuyển động của dòng
nước ngầm trong môi trường đồng nhất
trong hệ toạ độ hướng tâm. Phương
trình vi phân tổng quát của chuyển
động trên là:
t
H
r
H
r
x
H
a
r
u
4
2
Q - Lượng nước chảy tới giếng;
S - Độ giảm mực nước; S = H – h
r
R
KmS
Q
ln
2
(4)
+ Đối với nước áp lực, thì sử dụng điều kiện chuyển từ nước không áp
đến nước áp:
oocpooo
mSSmSHShH 2)2(
22
và H
m
= h
m
Từ (4) ta có:
r
ln
2
ln
2
ln
2
22
2
2
r
R
hHK
Q
o
ln
)(
22
(5)
b) Dòng thấm tới giếng đơn không hoàn chỉnh
Trong thực tế tính toán sự ảnh hưởng này
f
r
R
Km
Q
S ln
2
(8); trong đó
),,,,(
21
lllrmff
Công thức với trường hợp 1 giếng khoan bơm hút:
+ Nước áp:
2,73
lg 0,217
o
KmS
Q
R
r
+ Nước ngầm:
(2 )
1,366
100
200
500
1000
2000
0,1
0,3
0,6
0,7
0,9
0,00391
0,00297
0,00165
0,000546
0,000048
0,122
0,0907
0,0494
0,0167
0,0015
2,04
1,29
0,656
0,237
0,0251
10,4
4,79
2,26
0,879
0,128
- Yêu cầu SV chuẩn bị:
Tự đọc trước khi lên lớp
Tham khảo tài liệu: Động lực học nước dưới đất
Làm tiểu luận + bài tập chương 3
Copyright: Tài liệu đại học ©