Bài giảng Ðịa chất công trình - Chương 7: Các hiện tượng địa chất liên quan đến xây dựng công trình
CHƯƠNG 7
CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤT HIỆN ĐẠI LIÊN QUAN
ĐẾN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
Hiện tượng địa chất tự nhiên
Hiện tượng địa chất công trình
7.1. HIỆN TƯỢNG ĐỘNG ĐẤT
7.1.1. Khái niệm
- Động đất do đất sụt
- Động đất do núi lửa
- Động đất do các chuyển động kiến tạo là loại động đất rất phổ
biến, có cường độ mạnh và phạm vi ảnh hưởng lớn nhất.
Trung tâm Vật lý địa cầu thuộc
Viện khoa học Việt Nam tiến
hành thì những vùng có khả
năng xảy ra động đất mạnh bao
gồm:
1. Vùng đông bắc trũng Hà Nội:
cấp 7
2. Vùng sông Hồng, sông Chảy
cấp 7 - 8
3. Vùng sông Đà cấp 8
4. Vùng sông Mã cấp 8 - 9
5. Vùng biển Trung Bộ cấp 7
6. Vùng biển Nam Bộ và vùng
sông Đồng Nai, sông Cửu Long
cấp 7
Sơ đồ thành hệ kiến trúc
thời đoạn Đệ Tứ giữa–
muộn (QII – QIV)
Sơ đồ mô hình địa
động lực biển Đông
Cấp
Mô tả tình trạng động đất
Thang độ Richter amax (cm/s2)
v (cm/s)
I
-Không cảm nhận được
Từ 1 đến 3 độ
Richter
II
-Cảm thấy rất nhẹ
III
IV
V
-Động đất yếu
Động đất nhận rõ: bàn ghế, đồ đạc trong nhà rung chuyển
-Thức tỉnh: mọi người trong nhà đều nhận
12-25
thấy, người ngủ bị thức giấc, đồ vật bị rung mạnh
(v=1-2)
VI
-Kinh hãi: nhiều người đang ở trong nhà tỏ ra sợ hãi và chạy ra đường
Từ 3 đến 3,75 độ 25-50
Richter
(v=2,1-4)
VII
VIII
IX
-Hỏng nhà: nhiều nhà bị hư hại, đôi khi trượt đất ở sườn dốc, có vết
Từ 3,75 đến 5,9
độ Richter
50-100
(v=3,1-8)
nứt ở đường đi
-Nhà bị hư hại nặng
Từ 5,9 đến 6,5
độ Richter
100-200
(v=8,1-16)
-Hư hỏng hoàn toàn nhà cửa, đường sắt bị uốn cong, nền đất nứt rộng
200-400
đến 10 cm
(v=16,1-32)
X
-Phá hoại hoàn toàn nhà cửa, nền đất bị nứt đến vài dm, có thể trượt
Từ 6,5đến 7,75
độ Richter
400-800
(v=32,1-64)
đất lớn ở bờ sông
XI
-Thảm hoạ: hư hại nặng cả những nhà kiên cố, đường, đê. Nền đất bị
biến dạng to thành vết nứt rộng, đứt gãy….
XII
-Thay đổi địa hình: hư hại nặng và phá huỷ thực sự mọi công trình
Từ 7,75 đến 8,25
độ Richter
trên và dưới mặt đất
-Đất nứt lớn, bị di động đứng và ngang, núi sông sụt lở, xuất hiện hồ,
thác,…
Ảnh hưởng của gia tốc động đất lên ổn định
của đất nền
Gia tốc địa chấn a là một đặc trưng cho lực động đất. Đó là
lượng dịch chuyển của bề mặt Trái đất trong một đơn vị
thời gian. Lượng dịch chuyển này đặc trưng cho gia tốc
mà các hạt đất đá ở mặt đất đạt được dưới tác dụng của
sóng địa chấn.
Có thể biểu thị gia tốc địa chấn a qua biên độ dao động A
của sóng địa chấn và chu kỳ dao động T của chúng:
4 2
a = A
T 2
Trong việc đánh giá các hệ số kỹ thuật của tải trọng do động đất hiện
nay, chúng ta thường sử dụng hai phương pháp cơ bản. Phương pháp thứ
nhất căn cứ vào độ lớn và khoảng cách từ chấn tâm để đánh giá khả
năng hoá lỏng của đất nền. Tuy nhiên, đa số các trường hợp, cường độ
động đất tại một vị trí nào đó được mô tả bằng gia tốc lớn nhất và độ
kéo dài của các chấn động.
Hậu quả thảm khốc của hoá lỏng do động đất của đất bụi và cát là
hiện tượng được ghi nhận từ rất nhiều trận động đất. Việc đánh giá
dạng mất ổn định này của đất là một trong những vấn đề quan trọng
hàng đầu khi thiết kế công trình trong vùng động đất. Cơ sở của nó
chính là xác định thế năng hoá lỏng của đất ở độ sâu khác nhau bằng
quan hệ ứng suất động trung bình (av) với giá trị giới hạn bị hóa lỏng
của loại đất đó trong số chu kỳ tác động định sẵn (N). Hệ số ổn định
đặc trưng như sau:
av
N
Điều kiện có thể xảy ra sự hoá lỏng của đất là FL
≥1. Giá trị N xác định bằng thực nghiệm từ các
thí nghiệm động
FL =
öùng suaát
Phương pháp đánh giá thế năng hóa lỏng theo H.B.
Seed
1. Biểu đồ ứng suất động từ N chu kỳ tác dụng động
đất
2. Biểu đồ ứng suất động gây hoá lỏng trong N chu kỳ
bằng thí nghiệm trong phòng
2
1
Sức chống cắt không thoát nước thu được với tốc độ biến dạng được giữ
0.5%/s hoặc thấp hơn thì ta xác định được sức chịu tải của đất nền trong điều
kiện tải trọng tĩnh:
cu = cu(tĩnh)
Ñoä aåm 33.5 0.2%)
Theo đề nghị của Carroll cho hầu hết
các loại đất sét bão hoà nước
cu(dyn.)
1,5
cu
Bieán daïng caét, (%)
Whitman và Healy (1963) đã làm một số thí nghiệm hút chân không cho các loại
cát khô.
−
3
1
Heä soá roãng 0.52
= ar sin
+3
1
Vuøng taäp trung
Rõ ràng khi tăng tốc độ
biến dạng ban đầu thì
tương ứng với sự giảm góc
ma sát trong của đất. Theo
Vesic (1973) thì góc ma sát
trong động nhỏ nhất:
(động) = (tĩnh) - 20
Toác ñoä bieán daïng, (%/s)
Thôøi gian
ñaët taûi tónh,
ÖÙng suaát
Bieán daïng
ÖÙng suaát phaù hoaïi
öùng vôùi tL =0.02s
ÖÙng suaát
Taûi töùc thôøi,
Thôøi gian (s)
ÖÙng suaát (kg/cm2)
Ứng xử của đất sét khi chịu tải động tức thời
(Casagrande và Shannon đã thí nghiệm cho đất sét Cambridge và cát ở Manchester )
Modun biến dạng E được xác định theo thí nghiệm
nén nở hông thì modun biến dạng do tải tức thời
qu(taûixung)
lớn gấp 2 lần so với modun biến dạng với tải tĩnh:
1.5 2
Eu(tải tức thời) = 2 Eu(tải tĩnh)
qu(tónh)
- Khu vực ven biển ở các tỉnh phía Nam có khả năng xảy ra
động đất cấp 7 và lớn hơn.
- Do đất nền cấu tạo bởi các lớp trầm tích mềm rời và mực
nước ngầm gần mặt đất nên khi có động đất thì cấp độ
động đất có thể cao hơn. Gia tốc ngang đỉnh do động đất
của khu vực có khả năng đạt đến giá trị a=0,25g.
- Trầm tích mềm rời có khả năng chịu tải trọng động đất
thấp hơn nhưng gia tốc chấn động lan truyền cũng nhỏ
hơn. Nếu động đất xảy ra với khoảng cách gần thì nguy cơ
phá hoại công trình trên nền trầm tích bời rời rất cao.
- Trong tính toán nền móng có xét đến ảnh hưởng của
động đất thì giá trị gia tốc động đất thường được sử dụng
và là thông số cần thiết cho việc tính toán.
1. Tốc độ lan truyền gia tốc động đất trong trầm tích mềm rời ở khu vực
ven biển của các tỉnh phía Nam và thành phố Hồ Chí Minh nhỏ nhưng
khả năng chịu tải trọng động đất thấp, đặc biệt trong điều kiện mực
nước ngầm rất gần với mặt đất.
2. Khả năng động đất từ các đứt gãy kiến tạo ven bờ biển phía Nam là
khá cao và có khả năng tác động mạnh lên các công trình trên đất yếu
và các trầm tích bở rời ven biển.
3. Khi chịu tải trọng động đất, chuyển vị đứng (độ lún) của cọc không
đáng kể, tuy nhiên chuyển vị ngang ở đầu cọc có giá trị đáng kể. Dao
động ngang ở đầu cọc trong thời gian xảy ra động đất có giá trị cực đại
và có thể gây ra phá hoại các cấu kiện bên trên và làm hư hỏng công
trình.
4. Chuyển vị của đất nền gần mặt đất có giá trị lớn nhất khi chịu tác
dụng động đất.
7.2. TÁC DỤNG PHONG HÓA
Hiện tượng đất đá bị vỡ vụn, biến đổi thành phần trong khí
quyển dưới tác dụng của việc dao động nhiệt độ, nước, các chất
hòa tan,… gọi là hiện tượng phong hóa.
7.2.1.Các kiểu phong hóa
Phong hóa vật lý
Phong hóa sinh hóa
7.2.2.Phân đới thẳng đứng vỏ phong hóa
Vỏ phong hóa có thể chia thành 4 đới phong hóa
1. Đới vụn bột, hoặc đới hạt mịn
2. Đới vụn nhỏ hoặc đới hạt
3. Đới dạng tảng
4. Đới nguyên khối
Các đá mẹ là các đá axit thì các đới phong hóa thay đổi dần dần,
còn các đá mẹ là các đá bazơ thì không thấy chuyển biến dần dần
như vậy mà có sự thay đổi đột ngột từ đá mẹ cứng chắc sang vỏ
phong hóa tươi xốp ngay.
Ở các vùng nóng ẩm như nước ta thường xảy ra quá trình laterite
hóa. Quá trình laterite hóa thường xảy ra ở nơi có địa hình dốc
thoải, khí hậu nóng ẩm, hai mùa mưa, khô kế tiếp. Mùa mưa nước
thấm qua các khe, phá hủy hòa tan các alumosilicat tạo nên môi
trường kiềm, các nguyên tố Na, K, Mg, Ca bị rửa trôi. Mùa khô, do
mao dẫn và bốc hơi bề mặt, các hydroxyt sắt, nhôm ở dưới theo
nước đi lên rồi bốc hơi trở thành ôxit tích tụ và keo kết. Tầng tàn
tích có hàm lượng ôxit sắt và nhôm tăng lên tạo thành laterite có
màu vàng, đỏ nâu đặc trưng.
7.3. HIỆN TƯỢNG ĐẤT CHẢY (HAY CÁT CHẢY)
Khi các hố móng và các công trình bóc lộ ra, cát hạt mịn, hạt
nhỏ, cát chứa bụi và nhiều bụi chứa nước sẽ tự chảy – hiện tượng
cát chảy.
7.3.1. Các loại đất chảy
Cát chảy xảy ra do áp lực thủy động.
ith = sub/ w
Trong đó: ith – là trị số gradient áp lực nước tới hạn
Để phân tố đất không bị cát chảy:
dh
wi = w sub
dl
CAÙT CHAÛY
Cát làm thí nghiệm có e =
0,68. s = 2.66 g/cm3.
Chiều dày lớp cát trong bình
L = 0,4m . Bề dày lớp nước
trên bề mặt lớp cát h = 0,2m.
H
h
Hỏi khi cát trong bình sôi lên
và bắt đầu chảy
L
thì độ chênh cột nước H là
bao nhiêu (Giá trị H khi
bắt đầu xảy ra cát chảy)?
H
M
R
hố móng hình chữ nhật: a= 9m, b=11m đào trong tầng chứa
nước có áp với chiều cao mực áp lực H=7m như hình vẽ.
Các đặc trưng cơ lý của lớp cát chứa nước có bề dày M=3m:
hệ số rỗng e=0,755; khối lượng riêng hạt s=2,661g/cm3; hệ
số thấm K=5m/ngày đêm. Bán kính ảnh hưởng khi bơm hút
R=14,2m.
h
R
hố móng hình chữ nhật: a= 8,5m; b=10m đào trong tầng
chứa nước không áp có bề dày h=5,5m. Thành hố móng
được giữ ổn định thẳng đứng. Các đặc trưng cơ lý của lớp
đất: khối lượng thể tích bão hòa sat=1,837g/cm3; khối
lượng thể tích của nước w=1g/cm3; hệ số thấm
K=5,2m/ngày đêm. Bán kính ảnh hưởng khi bơm hút
R=14m.
Tí nh: Hố mó ng hì nh chữ nhật tương đương hố khoan
bơm nước có bá n kí nh tương đương ro (m); Xá c định
lưu lượng khi thá o khô hoàn toàn Q (m3/ngày đêm);
Giá trị gradient tới hạn ith; Giá trị gradient thực tế itt (xé t
trong trường hợp an toàn nhất)
Tải về để xem bản đầy đủ
46 trang
24380
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Ðịa chất công trình - Chương 7: Các hiện tượng địa chất liên quan đến xây dựng công trình", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_ia_chat_cong_trinh_chuong_7_cac_hien_tuong_dia_cha.ppt
