giáo trình địa chất công trình

LỜI NÓI ĐẦU
Địa chất công trình là môn khoa học nghiên cứu những kiến thức cơ bản về
đặc tính vật lý, các chỉ tiêu vật lý của đất nhằm cung cấp thông tin cần thiết phục
vụ quá trình tính toán thiết kế và thi công các công trình giao thông, xây dựng,
thủy lợi
Môn học này đã được đưa vào chương trình đào tạo kỹ thuật công trình của
nước ta từ lâu. Những hiểu biết về địa chất công trình đã giúp ích rất nhiều cho
sinh viên trong việc tìm hiểu, nghiên cứu các hiện tượng địa chất thường gặp và
tích luỹ kiến thức quan trọng cho công việc sau khi ra trường.
Để phục vụ công tác giảng dạy cho sinh viên – học sinh chuyên ngành Xây
dựng cầu đường bộ và ngành Xây dựng dân dụng và công nghiệp, trường Cao
đẳng giao thông vận tải Miền Trung chủ trương biên soạn và in ấn tập tài liệu
Giáo trình địa chất công trình.
Nội dụng giáo trình được viết gọn trong 5 chương:
Chương 1: Một số khái niệm về Trái đất
Chương 2: Đất đá.
Chương 3: Nước dưới đất.
Chương 4: Các hiện tượng địa chất hiện đại liên quan đến xây dựng công
trình.
Chương 5: Các phương pháp khảo sát địa chất
Trong quá trình biên soạn, tác giả đã nhận được rất nhiều ý kiến của tập thể
cán bộ giảng viên giảng dạy của trường
Giáo trình Địa chất công trình phục vụ công tác giảng dạy cho sinh viên –
học sinh chuyên ngành Xây dựng cầu đường bộ, Xây dựng dân dụng của trường,
ngoài ra còn là tài liệu tham khảo cho các cán bộ làm công tác khác.
Tuy đã cố gắng biên soạn, nhưng do trình độ và kiến thức chuyên môn có
hạn chắc chắn tập tài liệu này còn rất nhiều khiếm khuyết. Kính mong bạn đọc góp
ý kiến để lần tái bản cuốn sách sẽ hoàn thiện hơn.
Ý kiến góp ý xin gửi về Tổ cơ sở - Khoa Công Trình – Trường Cao đẳng
GTVT Miền Trung.
Xin chân thành cảm ơn.

Tác giả
1
2
Chương 1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ TRÁI ĐẤT
1.1 MỞ ĐẦU
1.1.1 Nhiệm vụ, đối tượng nghiên cứu của môn học địa chất công trình
1.1.1.1. Nhiệm vụ nghiên cứu
Xác định điều kiện địa chất công trình của khu vực xây dựng, so sánh lựa
chọn vị trí bố trí công trình thích hợp. Kiến nghị về các biện pháp công trình.
Nêu lên các điều kiện thi công dự đoán các hiện tượng địa chất xảy ra trong
thi công và trong sử dụng công trình.
Đề ra các biện pháp phòng ngừa và cải tạo các điều kiện địa chất không có
lợi cho công trình.
Cho biết khả năng cung cấp vật liệu xây dựng thiên nhiên của địa phương
phục vụ cho xây dựng công trình.
1.1.1.2. Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu đất đá dùng làm nền, làm môi trường và làm vật liệu xây dựng
công trình. Nội dung chủ yếu là nghiên cứu sự phân bố và sắp xếp của đất đá, ảnh
hưởng của nguồn gốc, điều kiện thành tạo cũng như môi trường xung quanh đến
các tính chất vật lý và cơ học của đất đá. Nghiên cứu các phương pháp cải thiện
tính chất xây dựng của đất đá.
Nghiên cứu các hiện tượng địa chất: trượt, cát chảy, xói ngầm, Karst, phong
hóa. Tìm hiểu nguyên nhân phát sinh và điều kiện phát triển của chúng để đề ra các
biện pháp xử lý khi xây dựng các công trình
Nghiên cứu nước dưới đất để khắc phục các khó khăn do nước gây ra khi thi
công và sử dụng công trình, hoặc dùng nó để phục vụ cho sinh hoạt, công nông
nghiệp.
Nghiên cứu các phương pháp khảo sát địa chất công trình nhằm thăm dò
đánh giá các điều kiện địa chất công trình của khu vực được đầy đủ, chính xác,
nhanh chóng và tiết kiệm.

Nghiên cứu địa chất công trình để lập ra quy hoạch các khu vực xây dựng
công nghiệp và dân dụng hay để quy hoạch thủy lợi, giao thông.
1.1.2 Các phương pháp nghiên cứu địa chất công trình
1.1.2.1. Phương pháp địa chất học
Đây là phương pháp quan trọng nhất để nghiên cứu địa chất. Nội dung là tìm
hiểu sự phát triển các hiện tượng địa chất trong quá khứ có liên quan đến sự tạo
thành các dạng địa hình, tính chất, sự phân bố, sắp xếp của đất đá trong khu vực.
Từ đó, đánh giá điều kiện địa chất của khu vực và dự đoán các hiện tượng địa chất
sẽ xảy ra.
3
Để làm được điều này phải dùng các biện pháp thăm dò, khảo sát, thí nghiệm…
1.1.2.2. Phương pháp thí nghiệm mô hình và tương tự địa chất
Phương pháp thí nghiệm mô hình: giúp ta nghiên cứu các hiện tượng địa
chất xảy ra ở nền công trình khi thi công, khai thác, sử dụng dưới tác động của môi
trường bên ngoài.
Nội dung: dựa vào sự tương tác giữa các trường vật lý khác nhau
Phương pháp tương tự địa chất: là phương pháp kinh nghiệm dựa trên
nguyên lý: đất đá trải qua các quá trình địa chất như nhau thì có các đặc trưng vật
lý, cơ học tương tự nhau
1.1.2.3. Phương pháp tính toán lý thuyết
Từ các đặc trưng đã biết, dùng các lý thuyết tính toán để tìm ra các đặc trưng
đã biết: thường dùng khi tính lún, ổn định đất nền, lượng nước chảy vào hố
móng…
1.2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ TRÁI ĐẤT
1.2.1. Cấu tạo của Trái Đất
Trái đất có dạng hình cầu, phình to ở xích đạo và hơi dẹt ở hai cực, bán kính
vào khoảng 6377,296km và độ dẹt là 1/300.8
Do quá trình thành tạo và hoạt động kiến tạo mà vỏ trái đất có dạng xù xì,
lồi lõm mạnh. Nơi cao nhất là đỉnh Everest trong dãy Hymalaya ở Trung Quốc
với độ cao 8864m so với mực nước biển. Nơi thấp nhất là vực Marian ở Thái

Bình Dương với độ sâu 11034m
Cấu tạo Trái đất: theo các kết quả nghiên cứu đất đá trong lòng đất bằng
phương pháp địa chấn, người ta cho rằng trong lòng đất, đất đá được sắp xếp thành
nhiều lớp.
Lớp vỏ Trái đất: với chiều dày từ 5-70 Km, trung bình khoảng 35Km. Trong lớp
này gồm các lớp đất đá trầm tích và bazan có khối lượng thể tích từ 2.5-2.9 g/cm3.
Thành phần chủ yếu, ngoài oxy là silic và nhôm.
Lớp giữa: Bề dày từ 70-2900 Km
Nhân Trái đất: Từ độ sâu 2900 km đến tâm Trái đất, thành phần chủ yếu là Niken
và Sắt
1.2.2. Cấu tạo bên ngoài của vỏ Trái Đất
Bên ngoài Trái đất chia thành các quyển sau:
Khí quyển: Là lớp vỏ không khí của Trái đất, phân bố từ mặt đất đến khoảng độ
cao 3000 Km. Khí quyển được chia ra làm 3 tầng: tầng đối lưu, tầng giữa, tầng
ozon.
Thủy quyển: Là phần vỏ nước không liên tục của Trái Đất, chiếm 70,8% diện tích
bề mặt
Thạch quyển: Là lớp vỏ Trái đất, chủ yếu là đá mắc ma và đá biến chất
Sinh quyển: bao gồm những vùng khí quyển và thủy quyển mà sinh vật có thể sinh
sống được
1.2.3. Các đặc điểm vật lý của Trái Đất
Khối lượng thể tích và áp lực bên trong lòng đất tăng dần theo chiều sâu
4
Nhiệt độ của Trái đất được tạo ra từ hai nguồn nhiệt là bức xạ mặt trời và nguồn
nhiệt sinh ra trong lòng đất do các phản ứng hóa học và hạt nhân.
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1
I. Câu hỏi lý thuyết
1. Trình bày nhiệm vụ và đối tượng nghiên cứu môn học địa chất công trình
2. Trình bày đặc điểm cấu tạo của trái đất.
Chương 2. ĐẤT ĐÁ

5
2.1. KHOÁNG VẬT
2.1.1 Khoáng vật
Đất đá là đối tượng nghiên cứu đầu tiên của địa chất công trình. Nó là tập
hợp của một hay nhiều khoáng vật khác nhau. Vì vậy, trước khi nghiên cứu về đất
đá, người ta phải nghiên cứu về khoáng vật.
Khoáng vật: Khoáng vật là hợp chất của các nguyên tố hóa học tự nhiên hay
các nguyên tố tự sinh được hình thành do các quá trình lý hóa khác nhau trong vỏ
Trái đất hay trên nền mặt đất.
Khoáng vật có thể ở thể khí (CO2, H2S ), thể lỏng ( thủy ngân, nước…), thể
rắn (thạch anh, fenspat, mica…) Đa số khoáng vật ở thể rắn và có dạng kết tinh.
Ý nghĩa của việc nghiên cứu khoáng vật
Khoáng vật là những thành phần cấu tạo nên đá, quyết định tính chất xây
dựng của đá. Do vậy nghiên cứu khoáng vật ta hiểu biết được nguồn gốc và điều
kiện hình thành đá.
Nghiên cứu khoáng vật giúp ta nhận xét khả năng sử dụng của đất đá trong
xây dựng công trình.
2.1.2. Một số đặc tính của khoáng vật
2.1.2.1. Trạng thái vật lý
Khoáng vật ở dạng kết tinh: các nguyên tử hay ion được xắp xếp theo một tự
nhất định làm cho KV có hình dáng bên ngoài nhất định. VD: thạch anh, calcit,…
Khoáng vật vô định hình: không có cấu trúc mạng tinh thể, không có hình
dáng bên ngoài nhất định, tính chất theo mọi phương có thể coi như nhau (đẳng
hướng) VD: opal,…
2.1.2.2. Hình dáng tinh thể
Theo hình dạng phát triển của khoáng vật trong không gian chia thành:
- Loại hình phát triển theo 1 phương: hình lăng trụ, hình kim, hình que…VD:
thạch anh, amphibol,…
- Loại hình phát triển theo hai phương: dạng tấm, vảy, lá,… VD: mica, thạch
cao, barit,…

- Loại hình phát triển theo ba phương: dạng hạt, tập hợp hạt,… VD: halit,
pyrit, calcopyrit,…
2.1.2.3. Màu và vết vạch
Màu của KV là một trong những đặc tính quan trọng của KV, đó là tính chất
đầu tiên khiến người ta chú ý tới khi quan sát KV.
Màu của KV do thành phần hoá học và các tạp chất trong nó quyết định. KV
có chứa Fe, Mg thường có màu sẫm, KV chứa Si, Al có màu nhạt. VD: KV chứa
Fe
2+
thường có màu lục, Fe
3+
có màu nâu đỏ,…Khi lẫn tạp chất KV có thể có nhiều
màu khác nhau. Tuy nhiên một màu nào đó có thể đặc trưng cho một KV nhất
định.
Ví dụ: Màu xanh – azurit
Màu lục – malachit
6
Màu nâu – limonit
Màu đen sắt – magnesit (manhezit)
Màu vàng đồng – calcopyrit
Màu vàng kim – vàng tự nhiên,…
Vết vạch: Để thử vết vạch, người ta vạch KV lên 1 tấm sứ nhám màu trắng,
bột KV để lại trên tấm sứ gọi là vết vạch. Nhìn chung KV có màu và vết vạch
giống nhau, VD: màu của KV malachit và màu vết vạch của nó đều có màu lục.
Một số KV màu của nó và màu vết vạch khác nhau, VD: hematit màu gần như đen
nhưng vết vạch có màu đỏ máu; pyrit có màu vàng thau nhưng vết vạch màu đen.
2.1.2.4. Độ trong suốt và ánh
Độ trong suốt là khă năng KV cho ánh sáng xuyên qua. Dựa vào độ trong
suốt người ta chia ra:
- KV trong suốt: topaz, thạch anh, muscovit,…

- KV nửa trong suốt: thạch cao, sphalerit, thần sa,…
- KV không trong suốt: pyrit, magnesit, graphit,…
Ánh là khả năng phản xạ màu sắc của KV khi ánh sáng chiếu qua, có một số
loại ánh đặc trưng:
- Ánh thuỷ tinh: thạch anh, calcit,…
- Ánh xà cừ: mica,…
- Ánh kim cương, còn gọi là ánh ađamantin: kim cương, zircon, sphalerit,…
- Ánh kim: là ánh của các kim loại điển hình như: pyrit, calcopyrit,…
Ngoài ra còn có ánh mỡ: opal, talc,…
2.1.2.5. Tính cát khai
Là tính chất đặc biệt của vật chất kết tinh. Tính cát khai là khả năng tinh thể
KV hay hạt KV tách theo những mặt phẳng rất nhẵn theo phương hướng kết tinh
nhất định khi chịu tác dụng của ngoại lực, mặt phẳng đó gọi là mặt cát khai.
- Cát khai rất hoàn toàn KV dễ tách theo những phương hướng nhất định
thành những lá mỏng, mặt cát khai trơn nhẵn, VD: mica, clorit,
- Cát khai hoàn toàn lấy búa đập nhẹ lên KV chúng bị tách ra thành những
mảnh nhỏ giống tinh thể mẹ, mặt cát khai tương đối nhẵn: calcit, galen,…
- Cát khai trung bình khi bị tác dụng ngoại lực khó tách ra thành những mặt
phẳng nhất định. Trên mặt vỡ của KV vừa thấy mặt cát khai vừa thấy vết vỡ, VD:
pyroxen, amphybol,…
- Cát khai không hoàn toàn KV vỡ không theo quy tắc nào, VD: thạch anh, …
2.1.2.6. Vết vỡ
Dưới tác dụng của ngoại lực KV bị vỡ ra không theo bất kỳ phương hướng
kết tinh nào mà thành vết lồi lõm trên bề mặt KV.
- Vết vỡ phẳng: theo các mặt dễ tách.
- Vết vỡ vỏ sò: trên mặt vết vỡ thường có những vòng đồng tâm giống vỏ sò,
VD: thạch anh, opal, magnesit,…
- Vết vỡ nham nhở (vết vỡ răng cưa) bề mặt vết vỡ lởm chởm, VD: đồng, bạc
7
- Vết vỡ dạng đất: Trên mặt vết vỡ có bột mịn như đất, VD: kaolinit

- Vết vỡ dạng sợi: Vết vỡ có dạng mảnh như sợi, VD: asbest (albet),…
2.1.2.7. Độ cứng
Là khả năng chống lại những tác dụng cơ học bên ngoài của KV. Có nhiều
phương pháp đo độ cứng của KV như: khắc, vạch lên bề mặt KV. Để so sánh độ
cứng của KV khác nhau, người ta thường dùng thang độ cứng tương đối của F.
Mohs.
Trong thang độ cứng Mohs, đầu nhọn của KV đứng sau có thể vạch lên tất
cả KV đứng trước nó. Ngoài ra trong thực tế, khi đi thực địa có thể dùng mảnh
kính độ cứng 5,5, lưỡi dao thép 6,5, móng tay 2,5,… để xác định nhanh chóng độ
cứng của KV.
10 KV chuẩn trong thang độ cứng Mohs theo thứ tự từ mềm nhất (độ cứng
1) đến cứng nhất (độ cứng 10)
1. Talc 6. Orthorclas
2. Thạch cao 7. Thạch anh
3. Calcit 8. Topaz
4. Fluorit 9. Corindon
5. Apatit 10. Kim cương
2.1.2.8. Tỷ trọng
Tỷ trọng của KV rất khác nhau, thông thường KV chia 3 loại
- Loại nhẹ: có tỷ trọng < 2,5 như: thạch cao, graphit,…
- Loại trung bình: tỷ trọng từ 2,5 – 4 như: calcit, thạch anh, corindon,…
- Loại nặng: tỷ trọng > 4 như: pyrit, magnetit,…
Ngoài những tính chất trên, KV còn có một số tính chất khác như sủi bọt với
HCl 10%, tính đàn hồi, khả năng uốn cong hay dát mỏng,… Dựa vào những tính
chất này người ta nhận biệt KV.
2.1.3 . Một số khoáng vật tạo đá chính.
Theo thành phần hóa học: chia thành 8 lớp:
Lớp 1 (silicat): Plagioclas (Na2O.Al2O3.6SiO2), orthoclas (K
2
O.Al2O3.6SiO2) …

Lớp 2 (oxyt và hydroxyt): Thạch anh (SiO
2
), Coridon (Al
2
O
3
)…
Lớp 3 (carbonat): Calcit (CaCO
3
), dolomit (CaMg(CO
3
)
2
)…
Lớp 4 (sulfat): Thạch cao (CaSO
4
.2H
2
O), Anhydrit (CaSO
4
)…
Lớp 5 (sulfur): Pyrit (FeS
2
), Calcopyrit (CuFeS2), galenit (PbS)
Lớp 6 (phosphat): Apatit Ca5(F, Cl)(PO4)3 …
Lớp 7 (halogenur): Halit (NaCl), Fluorit (CaF2) …
Lớp 8 (nguyên tố tự sinh): Vàng (Au), kim cương (C) …
2.2. ĐÁ MẮC MA
2.2.1. Điều kiện thành tạo.

Đá mắc ma được thành tạo do sự đông cứng của dòng dung nham mắc ma
nóng chảy. Dung nham này là dung dịch silicat phun trào lên từ lòng đất.
8
Dựa vào đặc điểm phun trào và nguội lạnh, người ta chia ra:
Đá mắc ma xâm nhập: được thành tạo trong điều kiện áp suất cao, đông
cứng từ từ nên các khoáng vật dễ dàng kết tinh, tạo nên đá kết tinh hoàn toàn ở
dạng khối, chặt xít (đá granit,…)
Đá mắc ma phun trào: được thành tạo ngay trên mặt đất, trong điều kiện
nhiệt độ và áp suất thấp, nhiệt thoát nhanh, nên không thuận lợi cho việc kết tinh
của các khoáng vật, do vậy đá thường ở dạng vô định hình, có nhiều lỗ rỗng như đá
bazan, đá bọt.
2.2.2. Thành phần khoáng vật và tính chất xây dựng
2.2.2.1. Thành phần khoáng vật
Thành phần khoáng vật của đá mắc ma gồm felspat (60%), Amphibol và
Pyroxen (17%), thạch anh (12%), mica (4%).
Dựa vào hàm lượng SiO2 người ta chia ra:
- Mắc ma axit: hàm lượng SiO
2
>65% như đá granít, libarit…
- Mắc ma trung tính : hàm lượng 55% < SiO
2
<65% như đá ddiorrit, syenit…
- Mắc ma bazơ: hàm lượng 45% < SiO
2
< 55% như đá gabro, bazan…
- Mắc ma siêu bazơ: hàm lượng SiO
2
< 45% như đá peridotit, dunit…
2.2.2.2. Tính chất xây dựng của đá mắc ma
Đá magma gặp ở Điện Biên, Hoà Bình, Nghệ An, Kon Tum, Bình Định,…

Các loại đá magma xâm nhập ít bị biến đổi, có độ bền lớn, khả năng chống
thấm nước cao, thích hợp cho việc xây dựng các hồ chứa, đường hầm,…
Các đá phun trào khả năng chịu lực kém hơn đá xâm nhập, dễ thấm nước
hơn, nên không thích hợp cho việc làm nền các hồ chứa hay xây dựng các đường
hầm.
9
Trong đá magma có các khe nứt nguyên sinh làm tăng mức độ phong hoá,
giảm độ bền, tăng tính biến dạng, tăng thấm nước, vì vậy dùng đá magma làm nền
công trình phải xem xét đến mức độ nứt nẻ, mức độ phong hoá của đá,… để tránh
những sự cố có thể xảy ra đảm bảo cho công trình được ổn định khai thác lâu dài.
Nhìn chung, đá magma thường có độ bền cao, dễ khai thác, dễ gia công nên
được sử dụng rộng rãi làm nền, môi trường, vật liệu xây dựng, đá ốp lát, điêu khắc,
một số làm vật liệu chịu lửa, chịu axit.
2.3. ĐÁ TRẦM TÍCH
2.3.1. Điều kiện thành tạo
Các sản phẩm đất đá bị phá hủy do quá trình phong hóa, được gió vận chuyển
đến nơi khác thấp hơn. Các sản phẩm này sẽ tích tụ, lắng đọng lại rồi được nén
chặt hoặc được gắn kết với nhau, tạo thành đá trầm tích.
2.3.2. Thành phần khoáng vật và tính chất xây dựng
2.3.2.1. Thành phần khoáng vật
Khoáng vật: ngoài các khoáng vật của đá gốc như thạch anh, mica, felspat…
trong đá trầm tích còn có các khoáng vật thứ sinh.
Chất gắn kết: các chất gắn kết đã gắn kết các mảnh vụn lại với nhau để tạo
thành đá trầm tích. Thành phần và kiểu gắn kết ảnh hưởng rất lớn đến tính chất cơ
học của đá.
2.3.2.2. Tính chất xây dựng
Đá trầm tích chỉ chiếm 5% khối lượng vỏ Trái đất, nhưng nó bao phủ 75%
diện tích bề mặt Trái đất nên ảnh hưởng nhiều đến các công trình xây dựng.
Đá trầm tích cơ học có khả năng chịu lực lớn, tuy nhiên đá phân lớp và
trong đá thường có khe nứt sinh ra do sự vận động của Trái đất, do tác dụng của

phong hoá, làm ảnh hưởng đến sức chịu tải của đá. Vì vậy, khi xây dựng công trình
trên đá này cần phải nghiên cứu trạng thái, kiến trúc và cấu tạo của đá.
Đá trầm tích hóa học có độ bền cơ học cao thích hợp cho việc làm nền công
trình, nhưng một số đá có tính hoà tan, nứt nẻ, hang hốc do hoạt động karst nên khi
xây dựng công trình phải quan tâm đến sự hình thành và phát triển karst trong quá
trình xây dựng và khai thác công trình.
Đá trầm tích hữu cơ thường yếu, dễ bị tan rã khi gặp nước, không thuận lợi
để làm nền công trình.
Như vậy, đá trầm tích có thể sử dụng làm vật liệu xây dựng như đá vôi (đá
ốp lát, đá hộc, đá dăm, nung vôi, xi măng), đá cát kết, bột kết, sét kết (đá hộc, đá
dăm), một số loại đá trầm tích hoá học và hữu cơ được khai thác sử dụng như
khoáng sản (thạch cao, muối mỏ, điatomit, than đá,…).
2.4. ĐÁ BIẾN CHẤT
10
2.4.1 Điều kiện thành tạo
Đá biến chất được thành tạo do sự biến đổi sâu sắc đá mắc ma, đá trầm tích
dưới tác dụng của nhiệt đô cao, áp suất lớn và các chất có hoạt tính hóa học.
Dựa vào các nhân tố tác động chủ yếu, người ta chia ra:
- Biến chất tiếp xúc: xảy ra ở khu vực tiếp giáp giữa khối mắc ma nóng chảy
và đá vây quanh. Nhiệt độ cao làm thay đổi thành phần và tính chất của đất đá.
Càng xa khối mắc ma, mức độ biến chất càng giảm dần.
- Biến chất động lực: xảy ra dưới tác động của áp lực cao do trọng lượng của
các lớp đất đá nằm trên và hoạt động tạo núi
- Biến chất khu vực: thường xảy ra dưới sâu do tác dụng đồng thời của nhiệt
độ cao và áp suất lớn.
2.4.2 Thành phần khoáng vật và tính chất xây dựng
2.4.2.1. Thành phần khoáng vật
Khoáng vật nguyên sinh: khoáng vật của đá ban đầu không bị biến đổi trong
quá trình biến chất. VD như: thạch anh, felspat, pyroxen, mica …
Khoáng vật thứ sinh: hình thành trong quá trình biến chất – là các khoáng

vật nội sinh. VD như: clorit, disthen, granat …
Nhìn chung các khoáng vật của đá biến chất có thành phần khoáng vật của
đá biến chất gần giống với thành phần khoáng vật của đá mắc ma, như thạch anh,
mica, felspat, pyroxene.
Các khoáng vật của đá biến chất thường có cường độ cao nhưng không ổn
định với tác dụng của phong hóa.
2.4.2.2. Tính chất xây dựng
Đá biến chất có cường độ đủ cao đáp ứng yêu cầu xây dựng. Các đá biến
chất không phân phiến có các tính chất xây dựng tương tự như đá magma xâm
nhập. Các đá phân phiến thì giống đá trầm tích cơ học.
Khả năng ổn định của khối đá biến chất phụ thuộc vào mức độ phong hoá,
mức độ nứt nẻ. Vì vậy, khi xây dựng công trình cần nghiên cứu đặc điểm của đá
biến chất trong khu vực để đảm bảo an toàn cho công trình.
Làm vật liệu có đá hoa được sử dụng rộng rãi làm tượng đài, điêu khắc, đá
ốp lát, làm bột đá. Các đá khác chủ yếu làm đá hộc để kè bờ dốc, bờ sông và đá
dăm trong cốt liệu bê tông, bê tông cốt thép. Tính phân phiến làm khó khai thác
được khối đá kích thước đủ lớn.
2.5. ĐẤT
2.5.1. Sự hình thành đất
Đất được tạo thành do quá trình phong hóa vật lý và phong hóa hóa học của
các loại đá gốc. Chúng là những mảnh hạt vụn chưa được gắn kết lại với nhau
trong quá trình trầm tích.
11
2.5.2. Thành phần chủ yếu của đất
- Hạt khoáng vật của đất: là những hạt khác nhau về hình dạng, thành phần,
kích thước.
Thành phần khoáng vật của hạt rắn có ý nghĩa rất lớn, quyết định tính chất
của đất.
Kích thước hạt đất sẽ quyết định tỷ lệ bề mặt, tổng diện tích toàn phần của
các hạt đất trong một đơn vị thể tích hay trong một đơn vị khối lượng hạt đất. Hạt

càng nhỏ, tỷ lệ bề mặt càng lớn.
- Nước trong đất: nước trong đất tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau, mỗi
dạng đều có ảnh hưởng đến tính chất của đất. Có các dạng nước trong đất như sau:
+ Nước trong các hạt khoáng vật: đây là loại nước nằm trong tinh thể
khoáng vật của hạt đất dưới dạng phân tử H
2
O, chúng không thể tách rời ra khỏi
đất bằng các biện pháp cơ học và cũng ít ảnh hưởng đến tính chất của đất.
+ Nước kết hợp ở mặt ngoài hạt đất: Đây là loại nước được giữ lại trên bề
mặt hạt đất do tác dụng hóa học, hóa – lý và điện phân tử.
Được chia làm 2 loại: Nước kết hợp mạnh: bám tương đối chắc vào hạt, khó
tách được ra khỏi hạt bằng lực ly tâm, nước này có thể hòa tan muối. Thông
thường, tồn tại trong đất khi đất ở trạng thái nửa cứng.
Nước kết hợp yếu: bao bọc bên ngoài lớp nước kết hợp mạnh, trong đất tự nhiên
chứa nước kết hợp yếu, khi kết cấu đã bị phá hoại thì thường xuất hiện tính dẻo.
+ Nước tự do: nước tự do là loại nước nằm ngoài phạm vi tác động của lực
điện, có 2 loại là nước trong các lỗ rỗng và nước mao dẫn.
2.5.3. Các loại đất
- Đất rời
+ cuội sỏi: đại bộ phận là những mảnh vỡ vụn của đá mắc ma, đá biến chất
và đá trầm tích. Chúng có nhiều hình dạng khác nhau và đã được mài tròn cạnh.
Dùng làm vật liệu xây dựng.
+ Cát: thành phần khoáng vật chủ yếu là thạch anh, ngoài ra có mica,
felspat… tùy theo kích thước các hạt cát, chia ra các loại là cát sỏi, cát thô, cát vừa,
cát nhỏ, cát mịn.
- Đất dính.
+ Đất cát pha: lượng sét từ 2-10%, hơi có tính dính, tính thấm nước không
lớn lắm.
+ Đất sét pha: lượng hạt sét từ 10-30%, tính dẻo tương đối lớn, tính thấm
nước nhỏ, có thể dùng làm tường chống thấm.

12
+ Đất sét: phân bố rộng rãi trên mặt đất, lượng hạt sét >30%, khoáng vật sét
là chủ yếu, độ rỗng lớn (50-70%) có tính dẻo và tính trương nở mạnh. Coi như đất
không thấm nước.
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 2
I. Câu hỏi lý thuyết
1. Trình bày quá trình hình thành và tính chất xây dựng của đá mắc ma?
2. Trình bày quá trình hình thành và tính chất xây dựng của đá trầm tích
3. Trình bày quá trình hình thành và tính chất xây dựng của đá biến chất
II. Câu hỏi thảo luận
1. Đất đá dùng làm nền đường hiện nay là những loại nào?
Chương 3. NƯỚC DƯỚI ĐẤT
3.1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT
3.1.1 Nguồn gốc hình thành
Nước dưới đất có thể hình thành ngay khi thành tạo đất đá, như nước trong
các lỗ rỗng của tầng cuội sỏi lòng song, tầng cát ven biển. Đó là nguồn gốc trầm
tích hay nước chôn vùi.
13
Một số loại nước khác lại được hình thành do hơi nước ngưng tụ trong các
khe rỗng của đất đá gọi là nước nguồn gốc sơ sinh.
Phổ biến và dễ thấy hơn cả là nước nguồn gốc thấm khi mưa, khi tưới. Tuy
nhiên nguồn gốc của nước dưới đất chưa phản ánh đặc tính ủa tầng chứa nước.
Trong quá trình tồn tại, nước dưới đất bị thay đỏi về thành phần và các đặc tính về
động thái. Quá trình đó gọi là lịch sử hình thành nước dưới đất. Mỗi loại nước dưới
đất có một nguồn gốc hình thành, một lịch sử tồn tại riêng biệt, nó phản ánh qan
thành phần và tính chất của nước.
Do thành phần thạch học và cấu trúc địa chất mà có tầng đất đá thấm nước
yếu, hình thành tầng cách nước. Người ta quy ước rằng: mọi tầng cách nước cho
một tầng thấm nước khi độ dẫn nước của nó nhỏ hơn độ dẫn nước của tầng kia 20
lần.

3.1.2. Các loại tầng chứa nước phổ biến
3.1.2.1. Tầng nước thổ nhưỡng
Được hình thành trong tầng thổ nhưỡng, nước tồn tại dưới dạng mao dẫn.
Thông thường nước thổ nhưỡng chỉ tồn tại khi mưa hay mùa mưa.
Nước trong tầng thổ nhưỡng không có giá trị khai thác sử dụng, nhưng có
ảnh hưởng đến tính chất vật lý, cơ học của đất đá và có tác dụng điều hòa độ ẩm
của đất.
3.1.2.2. Tầng nước trên
Là tầng chứa nước không áp lực đầu tiên không kể tầng chứa nước thổ
nhưỡng, phía trên nó không có tầng cách nước.
Nước tang trên dễ nhiễm bẩn, trữ lượng lại nhỏ nên không có giá trị khai
thác sử dụng. Trong xây dựng móng và công trình ngầm nước tầng trên thường gây
ngập úng hố đào, gây ra hiện tượng xói ngầm, cát chảy.
3.1.2.3. Tầng nước ngầm
Là tầng nước không áp lực thứ nhất kể từ mặt đất, cũng như nước tầng trên,
phía trên nó không có tầng cách nước nhưng khác là diện tích phân bố lớn, phía
dưới nó thong thường là các tầng khôn thâm liên tục, ngăn cách nước ngầm với
nước giữa tầng.
Trong xây dựng, tầng nước ngầm thường ở độ sâu đặt móng công trình nên
nó thường gây trở ngại cho việc thiết kế, thi công và bảo vệ móng công trình. Thi
công móng nên tranh thủ thời gian mực nước ngầm thấp nhất.
3.1.2.4. Tầng nước áp lực
Hình thành trong tầng thấm nước kẹp giữa hai tầng cách nước.
Nước áp lực có thể gây ra bục đáy móng công trình khi thi công do áp lực
nước đáy móng và tạo áp lực lên vỏ các công trình ngầm.
14
Khi thi công, điều kiện để cho dá hố móng không bị bục là trọng lượng của
tầng cách nước ở đáy hố móng phải bằng hoặc lớn hơn lực đẩy ngược của nước áp
lực.
3.1.2.5. Tầng nước khe nứt

Là tầng chứa hình thành trong đá cứng nứt nẻ có độ hang hốc lớn như đá vôi
karst hóa, đá chịu phong hóa mạnh đã bị các tác dụng kiến tạo (đứt gãy hoặc uốn
nếp lồi)
Nước khe nứt có thể có áp lực hoặc không có áp lực. Do điều kiện khe hở
lớn mà nước vận động nhanh thường ở dạng chảy rối và mang đặc trưng của dòng
chảy hơn là dòng thấm.
Trong xây dựng nước khe nứt không chỉ gây trở ngại cho thi công hố móng
thi công các công trình ngầm mà khi nó phát triển mạnh mẽ sẽ gây hiện tượng mất
nước của hồ chứa, kênh rãnh, sông đào.
3.2. CÁC YẾU TỐ THỦY ĐỘNG CỦA DÒNG THẤM VÀ ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN
CỦA DÒNG THẤM
3.2.1. Các yếu tố thủy động của dòng thấm
3.2.1.1. Tổng cột nước áp lực
Tầng nước dưới đất muốn chảy từ khu vực này sang khu vực khác phải có
sự chênh cao về áp lực.
Áp lực nước tại một điểm nào đó trên dòng nước ngầm được tính xuất phát
từ phương trình cơ bản của Bernoulli:
g
v
z
p
H
.2
2
++=
γ
Trong đó: H – Tổng chiều cao cột nước áp lực.
p – áp lực tại điểm đang xét.

γ

trong lượng thể tích nước.
z – Chiều sâu từ đáy cách nước đến mực thủy chuẩn (mực đại
dương).
v – vận tốc dòng nước ngầm.
g – gia tốc trọng trường.
Đối với dòng thấm nước dưới đất, vận tốc bé nên bỏ qua đại lượng
gv 2/
2
do vậy
z
p
H
+=
γ
Mặt khác,
h
p
=
γ
là chiều dày tầng chứa nước tại điểm đó.
Từ đó, tổng chiều cao cột nước áp lực:
zhH
+=
15
Cột nước áp lực tại một điểm nào đó trên dòng thấm chính là cao độ tuyệt
đối của đường mực nước (nước ngầm) hoặc củ đường áp lực (đối với nước áp lực).
3.2.1.2. Gradien thủy lực
Khi giữa các điểm có độ chênh cao cột nước áp lớn, nước chảy mạnh, mực
nước ở đó có độ dốc lớn. Vậy
độ dốc mực nước tại một

điểm chính là gradien thủy
lực của dòng ngầm được xác
định bằng hệ số giữa góc tiếp
tuyến của đường cong với
phương ngang tại điểm đó
dx
dy
tgI
−==
α
Nếu dòng ngầm đều, có thể tính:
12
21
xx
HH
x
y
I
−
−
=
∆
∆
=
3.2.1.3. Vận tốc bình quân và vận tốc thực tế dòng ngầm
Nước vận động qua một mặt cắt, phần
nước phóng qua lỗ rỗng có vận tốc thực là
u, phần nước chảy qua bình quân trên toàn
bộ mặt cắt là v. Lưu lượng Q = u.F
r

Trong đó: F
r
– diện tích phần lỗ rỗng trên mặt cắt.
Mặt khác: Q = v.F
Trong đó : F là diện tích toàn bộ mặt cắt. Do dòng thấm ổn định nên Q = const.
Do vậy u.F
r
= v.F
Suy ra:
F
F
uv
r
.
=
theo định nghĩa độ rỗng n = F
r
/F, nên v = n.u
Trong thực tế tính toán nước dưới đất, người ta thường sử dụng vận tốc thấm bình
quân v.
3.2.1.4. Áp lực thủy động của dòng nước ngầm
Hình 3.1 Sơ đồ tính toán Gradien thuỷ lực
Lç rçng thÊm níc
Q
Cèt ®Êt kh«ng thÊm níc
F
r
F
Hình 3.2: Sơ đồ mặt cắt thấm
của nước dưới đất

16
α
x
1
x
1
I
y
II
I
x
II
H
1
H
2
h
H
x
Xét một thỏi
dòng nước ngầm có
kích thước 1x1x∆L
Áp lực thủy động dòng nước ngầm là:
ntđ
L
HH
P
γ
.
21

∆
−
=
áp lực thủy động trong trường hợp
l
∆
nhỏ, thì
L
HH
∆
−
21
là độ dốc trung bình của
đường mực nước tại điểm đang xet, hay
ntđ
IP
γ
.
=
3.2.2. Định luật thấm
Định luật thấm Darcy: Lưu lượng nước thấm qua một mặt cắt trong một đơn
vị thời gian, tỷ lệ bậc nhất với gradient thủy lực và diện tích mặt cắt thấm.
FIkQ
=
Mặt khác vận tốc thấm
F
Q
v
=
nên suy ra vân tốc thấm tỷ lệ bậc nhất với gradient

thủy lực.
Định luật thấm Darcy đúng cho môi trường đất có độ rỗng nhỏ (đất cát, cát pha
sét).
Trị số k của một số loại đất đá như sau:
Loại đất Hệ số thấm k
Cuội k> 200m/ngđ
Sỏi 200-100 m/ngđ
Sỏi lẫn cát 150-7 m/ngđ
Cát to 75-25 m/ngđ
Cát vừa 25-10 m/ngđ
Cát nhỏ 10-2 m/ngđ
Bụi và cát pha 2-0.1 m/ngđ
Z
1
y
H
1
H
2
Z
1
α
P
n
Q
n
F
I
II
∆L

x
Hình 3.3: Tính toán áp lực thuỷ động
của dòng nước dưới đất
17
Sét pha 0.4-0.005 m/ngđ
Sét <0.005 m/ngđ
Đá ít thấm <10 m/ngđ
Đá thấm vừa <500 m/ngđ
Đá thấm mạnh >500 m/ngđ
3.3. TÍNH TOÁN CHO DÒNG THẤM DƯỚI ĐẤT
3.3.1. Tính toán lượng nước chảy vào công trình tập trung, nước nằm ngang
Khi đào hố móng vào trong đất ổn định cần biết lưu lượng nước chảy vào hố
móng. Có các trường hợp sau:
3.3.1.1. Hố móng hình chữ nhật
Nếu hố móng đào sâu đến đáy cách thủy, trong trường hợp này, lượng nước
chảy vào hố móng được tính theo công thức:
R
hH
BkBqQ
22

−
==
R
B
H
R
Hình 3.4: Sơ đồ nước chảy vào hố móng chữ nhật
Trong đó: k – hệ số thấm của đất
R – bán kính ảnh hưởng

3.3.1.2. Hố móng hình vuông
Đào đến đáy cách thủy, trong trường hợp này coi hố móng hình vuông có
diện tích bằng diện tích hình tròn, bán kính r
0
thì
2
0
.rF
π
=
π
/lglg
.366,1.
22
FR
hH
kQ
−
−
=
3.3.1.3. Hố móng đặt gần sông
Nếu hố đào đến đáy cách thủy, lưu lượng được tính théo công thức :
spthm
qqQ
+=
Trong đó, Q
hm
– tổng lượng nước chảy vào hố móng.
q
pt

– lượng nước chảy từ đường phân thủy
q
s
– lượng nước chảy từ sông đến.
18








+=
L
H
R
H
kBQ
S
hm
2
2
5,0
Trong đó, H
S
– bề dày tầng chứa nước gần sông
L – khoảng cách từ hố móng đến mép nước sông
B – chiều dài hố móng.
H – Bề dày tầng chứa nước ngầm

R – bán kính ảnh hưởng.
q
pt
q
s
H
Hs
Hình 3.5: Sơ đồ mặt cắt hố móng hình chữ nhật đặt gần sông
3.4. TÍNH TOÁN ĐỘ ỔN ĐỊNH ĐÁY MÓNG TRONG TRƯỜNG HỢP NƯỚC ÁP
LỰC
Khi xây dựng các công trình bể bơi, kênh mương dẫn nước, hố móng công
trình đặt trong tầng sét cách nước. Phía dưới tầng sét là lớp đất đá chứa nước tạo
thành một tầng nước áp lực. Áp lực tác dụng vào đáy hố móng, nguy cơ làm hố
móng bị bục, vì vậy khi thiết kế công trình phải tính toán kiểm tra lại độ ổn định
đáy móng.
Phần dưới đáy móng chịu một áp lực
nn
htp
γ
).(
+=
Khi đào hố móng sẽ bóc bỏ phần đất trên, phần bên dưới còn lại một lớp đất
có chiều dày là t.
Áp lực đất tác dụng ở phần đáy móng là do trọng lượng của phần đất còn lại:
γ
.tp
đ
=
Trong đó
γ

- trọng lương thể tích của lớp đất đáy móng
H
h
t
Hình 3.6: Sơ đồ mặt cắt nước áp lực
tác dụng vào đáy móng
19
Nếu bỏ qua lực kháng cắt của đất, cho cân bằng áp lực tac dụng của nước và của
phần đất, sẽ được:
γγ
.).( thtpp
nđn
=+==
γγγ
tht
nn
=+
=>
).(.
nn
th
γγγ
−=
Hay:
)1.(
).(
−=
−
=
nn

n
t
t
h
γ
γ
γ
γγ
)1.(
−=
n
th
γ
γ
: đáy móng ở trạng thái cân bằng
)1.(
−>
n
th
γ
γ
: đáy móng không ổn định
)1.(
−<
n
th
γ
γ
: đáy móng ổn định
3.5. VÍ DỤ MẪU

Bài 1: Hố móng cho như hình vẽ.Tính lưu lượng thấm (m
3
/h cho mỗi mét cừ nếu k
= 6,5x10
-4
m/s)Tính hệ số an toàn đối với sự phá hoại đáy hố móng do đẩy trồi
(trọng lượng đơn vị bão hòa của
đất là 20,4 kN/m
3
).
Bài giải
Lưu lượng nước thấm được
tính theo công thức của định luật
thấm Darcy:
tFIkQ
=
Trong đó
k = 6,5x10
-4
m/s=6,5.10
-4
. 3600 =
2,34m/h
F = 1.6,5=6,5m
2
.
Gradien thủy lực :
556,0
2.355,2
55,2

=
++
+
=
∆
=
L
h
I
Q =
2,34.0,556.6,5.1= 8,45 (m
3
)
1. Tính hệ số an toàn
Đối với sự phá hoại đáy hố móng do đẩy trồi:Điều kiện để hố đào không bị đẩy trồi
là : ứng suất hiệu quả của phân tố đất
đn
γ
lớn hơn áp lực thủy động
ntđ
IP
γ
.
=
20
6.5
Mùc níc trªn
Mùc níc díi
®êng thÊm
ng¾n nhÊt

2.55.0
3.0
3.5
n
I
n
đn
≥
γ
γ
.
Với n - hệ số an toàn
)/(4,10104,20
3
mkN
nbhđn
=−=−=
γγγ

n
I
n
đn
≥==
87,1
556,0.10
4,10
.
γ
γ


Vậy hệ số an toàn để hố móng không bị đẩy trồi là n = 1,87
Bài 2: Địa tầng của nền đất gồm 3 lớp. Trên cùng là lớp sét không thấm nước dày
5,5m có trọng lượng riêng
3
/05,21 mkN
=
γ
. Lớp thứ hai là cát hạt trung, dày
3m. Dưới cùng là tầng đá không thấm nước.
2,5m
h = ?
1,8m
§êng tæng cét níc ¸p lùc
C¸t h¹t trung
§¸ kh«ng thÊm níc
Xác định chiều cao cột nước áp lực tối đa để đảm bảo sự ổn định của hố
móng, biết chiều sâu hố đào là 1,8m tính từ mặt đất tự nhiên, mực nước ngầm ở độ
sâu 1,2m. Cho biết
3
/10 mkN
n
=
γ
Bài giải
Điều kiện để hố đào ổn định là tải trọng do phần đất từ đáy hố đào đến đáy
lớp đất sét lớn hơn áp lực thủy động do dòng nước ngầm có áp phía dưới gây ra tại
đáy hố đào:
n
tn

nnntn
t
hht
γ
γ
γγ
.

≤⇒≥
Thay số vào ta có:
)(263,5
10
05,21.5,2
.
m
t
h
n
tn
n
==≤
γ
γ
Trong đó h là chiều cao cột nước áp lực dâng lên trong ống.
21
Bài 3. Mặt cắt ngang của hố móng dào dọc theo sông như hình vẽ. Hãy viết biểu
thức tính ứng suất hiệu quả tị mức A-A và dùng nó để xác định độ sâu H là nước
trong hố móng có thể giảm xuống trước khi gây ra sự mất ổn định. Giả thiết tổn
thất áp lực thấm là 30% tại mức A-A của lớp cuội.
8 m

3.0 m
h
6,0 m 3,5 m3,5 m
M
ùc n¹o vÐt
SÐt chøa bôi
båi tÝch
(
γ
= 18kN/m3)
S
«ng
Cuéi th«
§¸ kh«ng thÊm níc
V¸n cõ
Bïn than
A A
Bài giải
Áp lực nước tại mặt cắt A-A là:
p
nước
=
)/(5610%.70.8%.70.
2
mkNh
n
==∆
γ
Điều kiện để hố móng ổn định là: áp lực nước đẩy lên tại mặt cắt A-A phải bé
hơn áp lực của đất sét + nước trong hố đào ép xuống.

Áp lực của nước và đất ép xuống tại mặt cắt A-A là :
P =
)/(45.100,3.18.100,3
2
mkNhhh
đâtn
+=+=+
γγ
Điều kiện : P
nước thấm
=56 < = 10h+54
Hay
mh 2,0
10
5456
=
−
≥
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 3
I.Câu hỏi lý thuyết
1. Trình bày các tầng chứa nước phổ biến?
2. Trình bày khái niệm về áp lực thủy động? Các yếu tố chủ yếu của dòng thấm?
II. Câu hỏi thảo luận
1. Việc sử dụng tường cừ, cọc vây khi thi công các hố đào tại những khu vực ngập
nước như lòng sông, bờ sông, lòng hồ… liên quan thế nào đến nước dưới đất?
22
III. Bài tập
Bài 1
Hố móng cho như hình vẽ. Biết hệ số thấm của đất k = 6,5x10
-4

m/s. Trọng lượng
đơn vị bão hòa của đất là 20,4 kN/m
3
, trọng lượng riêng của nước là 10kN/m
3
.
1. Tính lưu lượng thấm (m
3
/h cho mỗi mét cừ)
2. Kiểm tra sự ổn định của đáy hố móng do đẩy trồi.
Cho hệ số an toàn là n =1,5
Bài 2
Một hố móng rộng được đào tại một công trường, nơi các lớp đất có các đặc trưng
sau:
0-2m sỏi hạt trung
3
/8,21 mKN
h
=
γ
3
/5,18 mKN
tn
=
γ
2-6m: cát bụi
3
/6,19 mKN
h
=

γ
3
/4,18 mKN
tn
=
γ
6-21m đất sét nặng
3
/8,21 mKN
h
=
γ
3
/5,18 mKN
tn
=
γ
Dưới 21m là đá cát kết thấm nước.
Mực nước ngầm ở cách mặt đất 1,5m và áp lực tầng nước có áp trong đá cát kết
tương ứng với cột nước tĩnh nằm cao hơn mặt đất 5m.
a. Tính ứng suất hiệu quả ban đầu tại đỉnh và đáy lớp sét.
b. Có thể tiến hành bơm hút đến độ sâu nào mà đáy hố móng chư bị vỡ bục.
c. Nếu hố móng cần sâu tới 10m và hệ số an toàn là 1,5 thì để chống hiện
tượng bục vỡ đáy hố móng, hãy tính độ giảm cột nước tương đương cần cho
tấng đá cát kết (bằng cách giảm nhẹ bơm hút)
23
Chương 4. CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤT HIỆN ĐẠI
LIÊN QUAN ĐẾN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
4.1. HIỆN TƯỢNG PHONG HÓA
4.1.1. Khái niệm

Là quá trình đất đá gốc bị biến đổi về thành phần, cấu tạo, tính chất… dưới
tác dụng của các nhân tố khí tượng (sự thay đổi nhiệt độ, không khí, độ ẩm, gió,
mưa,….) tạo ra loại đất mới từ đất đá gốc có tính chất cơ học hoàn toàn khác (chủ
yếu là giảm cường độ).
4.1.2. Các dạng phong hóa
4.1.2.1. Phong hóa vật lý
Là hình thức phân hủy đất đá dưới tác động vật lý (chủ yếu là do sự thay đổi
nhiệt độ) nhưng không bị biến đổi về thành phần hóa học và khoáng vật.
Sản phẩm của phong hóa vật lý có khả năng chịu lực và cường độ thấp hơn
so với đất đá gốc.
Tác nhân gây phong hoá:
- Sự thay đổi nhiệt độ: chu kỳ nhiệt độ khác nhau giữa ngày và đêm, giữa
các mùa,… mỗi khoáng vật có mạng tinh thể khoáng vật khác nhau, hệ số giãn nở
về nhiệt khác nhau,… sẽ bị phá huỷ. Tinh thể càng nhiều khoáng vật càng dễ bị
phá huỷ.
- Sự đông kết và tan rã của nước: những khe nứt của đá chứa đầy nước, khi
nước đóng băng, thể tích tăng lên, khe nứt mở rộng thêm, phá huỷ đá.
- Do sự kết tinh của muối trong các khe nứt của đất đá,…
Quá trình phong hoá phát triển mạnh ở đới đá có nhiều khe nứt. Tốc độ phá
huỷ phụ thuộc vào đặc tính đất đá, đá có kiến trúc hạt lớn, có chứa nhiều loại
khoáng vật, màu sẫm bị phá huỷ nhanh hơn.
4.1.2.2. Phong hóa hóa học
Là quá trình phá hủy đất đá do tác dụng hóa học của tác nhân khí quyển (khí
CO
2
, nước) trong đó nước có chứa các thành phần hóa học là tác nhân quan trọng
nhất.
Tác dụng phong hóa hóa học diễn ra dưới các hình thức hòa tan, oxy hóa,
thủy phân, thủy hóa
Tác nhân phong hoá là các hợp chất hoặc nguyên tố hoá học có trong không khí và

nước hoà tan khoáng vật tạo đá làm đá bị biến đổi dần diễn ra dưới các phản ứng:
24
- Hoà tan: xảy ra do nước có tính xâm thực (nước CO
2
, HCO
3
-
), hoà tan các
khoáng vật dễ hoà tan, còn gọi là quá trình rửa trôi.
CaCO
3
+ CO
2
+ H
2
O ⇒ Ca(HCO
3
)
2
- Oxy hoá: làm thay đổi thành phần hoá học của nhiều loại khoáng vật thuộc
lớp sulfur, ôxit, silicat.
FeS
2
(pyrit) + nO
2
+mH
2
O

⇒ H

2
SO
4
+ FeSO
4
FeSO
4
⇒ Fe
2
( SO
4
)
3
⇒Fe
2
O
3
.nH
2
O (limolit)
Tạo ra H
2
SO
4
gây tác dụng phá huỷ đất đá, ăn mòn bê tông, thép.
- Thuỷ phân: thường thấy trong các khoáng vật thuộc lớp silicat, dưới tác
dụng phân giải của nước, các khoáng vật mới được thành tạo, có cường độ thấp
nhưng ổn định hơn với phong hoá.
2KalSi
3

O
8
(orthorclas)+CO
2
+nH
2
O ⇒ Al
4
(OH)
8
[Si
4
O
10
] (kaolinit)+SiO
2
.nH
2
O
(opal)+K
2
CO
3
- Thuỷ hoá: là quá trình thành tạo các hợp chất chứa nước
CaSO
4
(thạch cao khan) + 2H
2
O ⇒ CaSO
4

.2H
2
O (thạch cao có thể tích tăng 33%)
Tốc độ phong hoá phụ thuộc vào thành phần khoáng vật, nồng độ dung dịch
và diện tiếp xúc của nó với đất đá.
Phong hoá vật lý và hoá học diễn ra song song và hỗ trợ lẫn nhau. Ở vùng
khí hậu khô lạnh diễn ra phong hoá vật lý là chủ yếu, còn vùng nóng ẩm phát triển
phong hoá hoá học.
4.1.2.3. Phong hóa sinh vật
Là phong hóa vật lý và hóa học do hoạt động của thế giới sinh vật. Các sinh
vật có tác dụng phong hóa mạnh: địa y, rêu, giun, kiến, chuột và đặc biệt là các vi
khuẩn. Các rễ cây không chỉ có tác dụng gây phong hóa vật lý ( tách vỡ đá) mà còn
có thể phá hủy hóa học đá bằng axit hữu cơ.
4.1.3. Tầng tàn tích và các đặc điểm địa chất công trình của nó
Sản phẩm phong hoá nằm tại chỗ bên trên đá gốc (đá mẹ) gọi là tàn tích đã
khác xa với đá gốc. Ở gần mặt đất sự khác biệt đó rõ rệt nhất, càng xuống sâu do
cường độ phong hoá giảm đi, sự khác biệt giảm dần. Trên quan điểm xây dựng có
thể chia ra các đới phong hoá cơ bản sau:
Đới thổ nhưỡng
Là lớp đất sét hoặc các loại cát lẫn di tích sinh vật chưa bị phân huỷ hoặc
phân huỷ chưa hoàn toàn, vì vậy lớp đất này thường có màu xám đenn, độ dày từ
vài đến vài chục centimet. Đặc biệt có chứa nhiều muối khoáng và sinh vật.
Đới vỡ vụn
25