Bai 7 - Các hiện tượng địa chất công trình potx

Các hiện tượng
đòa chất công trình
Ths. Hà Quốc Đông
05/2006
Nội dung

1. Hiện tượng cát chảy

2. Hiện tượng xói ngầm

3. Hiện tượng kastơ

4. Hiện tượng trượt đất
I. Hiện tượng cát chảy

Nội dung

1. Khái niệm

2. Nguyên nhân

3. Bản chất của quá trình

4. Dấu hiệu và phân loại

5. Biện pháp xử lý cát chảy
1. Khái niệm
- Là hiện tượng đất mềm rời bảo hoà
nước chảy vào công trình đào cắt qua
nó như một dịch thể dẻo nhớt.


- Trong thành phần của đất cát chảy có
nhiều chất hữu cơ, hạt keo và hạt phân
tán nhỏ.
2. Nguyên nhân

- Nguyên nhân xảy ra hiện tượng này là
do áp lực thuỷ tĩnh và thuỷ động của
dòng nước

- Ví dụ về khả năng đẩy nổi của nước
Áp lực thuỷ tĩnh

Chính là khối lượng thể tích phần đất chìm dưới nước.

γ
’ : khối lượng phần đất bị đẩy nổi, hay dung trọng đẩy nổi:

γ’ = (γ
s
– γ
n
)(1 – n)

Đất sẽ bị mất trọng lượng khi chìm trong nước
VD

Đất có tỷ trọng
γ
s =2,65t/m
3

, độ rỗng n = 0,4,
γ
n = 1,0t/m
3
, ta tính được:

Dung trọng khô γ
d
= (1-n).γ
s
=1,6t/m
3

Dung trọng đẩy nổi γ’ = (γ
s
– γ
n
)(1 – n) =
1,0t/m
3
.

Dung trọng tự nhiên γ = γ
d
+ γ
n
.n = 2 t/m
3


Trọng lượng đất bị giảm một nữa so với điều kiện tự nhiên.
Áp lực thuỷ động

Khi nước vận động, ngoài tác dụng của
áp lực thuỷ tĩnh, còn có áp lực thuỷ động
tác dụng lên các hạt đất.

Công thức: D
tđ
= γ
n
.I – (γ
n
/g).(dq/dt)

Nước dưới đất vận động với vận tốc
thấp, nên bỏ qua vế sau của phương
trình

Nên D
tđ
= γ
n
.I
3. Bản chất của quá trình:

TN của Terzaghi - 1933

Ứng suất toàn phần
ở độ sâu (H + z)


σ = σ’ + u

Áp lực nước lỗ rỗng

U = (H + z).γ
n

Ứng suất có hiệu
truyền lên cốt đất

σ’ = z.γ’

Dâng cột nước trong ống đo áp (h),
nước có chiều hướng đi lên, xuất hiện
áp lực thuỷ động (Dtđ =
γ
n.I)

D
tđ
= γ’.(h + z + H)/z

Áp lực thuỷ động sẽ làm giảm ứng suất
có hiệu một giá trị bằng Dtđ

σ’ = z.γ’ - D
tđ

Nếu áp lực thuỷ động Dtđ đạt đến giá trị z.

γ
’ thì
σ
’ = 0, đất mất trọng
lượng và bắt đầu chảy, tương ứng với gradien thuỷ lực tới hạn

I
th
= (h
th
+ z + H)/z

Gradien thuỷ lực càng lớn thì cát chảy càng mạnh.

Hạ cột nước trong ống đo áp (h),
nước đi xuống, đất ở trạng thái chặt
hơn.

D
tđ
= γ’.(H + z – h)/z

Ứng suất có hiệu tăng lên một giá trị
là Dtđ

σ’ = z.γ’ + D
tđ
4.Phân loại - dấu hiệu nhận biết

Cát chảy thật:


Còn gọi là chảy xúc biến, có lẫn chất
hữu cơ, hạt keo và hạt phân tán nhỏ (tt’
hồ, đầm lầy, )

Khi ngừng bơm nước thì cát dẫn chảy,
nước chảy vào công trình là đục

Chảy tựa dịch thể dẻo nhớt, sau khi
nước tách ra, hình dạng như cái bánh
đa (hình)

Khi bị hong khô, tạo thành đất dính khá
cứng, sáng màu hơn ban đầu, tạo các
tấm dòn dễ vở
Cát chảy giả:

Rất dễ thoát nước

Nước thoát ra là trong

Ngừng bơm nước thì cát không
chảy vào công trình

Nốt chân in trên cát bị xoá

Nước thoát ra, đụn cát có dạng
hình nón.
5. Biện pháp xử lý cát chảy


Cát chảy giả:

Hạ thấp mực nước ngầm, giảm gradien thuỷ lực dòng
thấm

Lái dòng thấm sang hướng khác và tháo khô tầng cát
chảy
5. Biện pháp xử lý cát chảy thật

Phương pháp cố kết hoá học SiO
2
, CaCl
2
liên kết hạt
đất.

PP chấn động: tính xúc biến của cát chảy thật, nhờ tác
dụng của chấn động, khối cát đạt trạng thái đồng nhất
có mật độ hạt tăng, nước trong khối cát bị đẩy lên, thu
nước

PP thi công hố móng bằng giếng chìm khi tầng cát chảy
có chiều dày lớn

Sử dụng biện pháp đóng cọc, cừ ván, tấm thép làm
tường vây

Dùng pp đông lạnh, nhiệt độ -20
o
C


Làm lớp đệm thoát nước dưới móng công trình đặt trên
nền cát chảy
II. Hieọn tửụùng xoựi ngam

1. Khỏi nim

2. iu kin phỏt sinh v phỏt trin

3. ỏnh giỏ kh nng xúi ngm theo cụng thc kinh nghim

4. Ngn nga v x lý
1. Khái niệm

Hiện tượng địa chất tự nhiên do dòng
thấm nước dưới đất cuốn trôi các hạt đất
hoặc bào xói, rữa lũa các chất lấp nhét ở
khe nứt, hốc kastơ, làm giảm độ chặt
tăng tính thấm của đất đá
2. Điều kiện phát sinh – phát triển
Đất đá không đồng nhất, có hệ số không đồng nhất Ku (Cu) = D60/d10
>=20, các hạt nhỏ hơn bị moi chuyển đi và dịch chuyển giữa các hạt
lớn hơn

Có gradien thuỷ lực đủ lớn I>5 hay áp lực thuỷ
động đủ gây xói ngầm.

Tồn tại miền xả và tiêu thoát các hạt nhỏ khỏi
đất đá


Tại ranh giới tiếp giáp, hệ số thấm lớp trước
<=1/2 hệ số thấp lớp sau (k
1
<=1/2.k
2
).
3. Đánh giá khả năng xói ngầm

Theo CT kinh nghiệm:

Theo L. I. Kozlova: V
k
= 0.26. d
2
tb
[1 +
1000.(d
2
60
/D
2
60
)] (cm/s)

d
tb
: đường kính trung bình của nhóm hạt bé

d
60

, D
60
: đường kính hạt bé và hạt lớn

Phạm vi sử dụng công thức

d
tb
<=0.088; d
60
= 0.3 – 0.5; D
60
= 2 – 15mm

Theo CT kinh nghiệm:

Theo E. A. Zamarin dựa vào gradien giới
hạn:

I
th
= (γ
s
– 1)(1 – n) + 0.5n

Phạm vi sử dụng

γ
s
= 2,65 – 2,7; n = 0,3 – 0,5

3. Đánh giá khả năng xói ngầm,(tt)
4. Ngăn ngừa và xử lý
- Ngăn nước mặt không thấm xuống nơi có xảy ra xói ngầm, thiết lập hệ
thống thoát nước ngầm để giảm gradien thuỷ lực
- Làm hệ thống lọc ngược nơi xuất lộ mạch nước có xói ngầm
- Làm cọc ván hoặc màn chống thấm, tường chống thấm trong thân đập,
đê nhằm kéo dài đường thấm, giảm gradien thuỷ lực
- Bơm vữa ximăng, thạch anh lỏng, nhằm tăng liên kết, lấp khoảng trống
giữa các hạt đất đá.
III. Kastơ
1.
Khái niệm
2.
Các loại hình kastơ
3.
Điều kiện thành tạo
4.
Giải pháp xây dựng vùng kastơ
1. Khái niệm
Là hiện tượng do nước mặt, nước
dưới đất hoà tan và cuốn trôi đất đá dễ
hoà tan (đá vôi, dolômit, thạch cao,
muối mỏ,…) tạo thành các khe rãnh,
hang hốc trong tầng đá và dạng địa
hình đặc trưng trên mặt đất
2. Các loại hình kastơ
Kastơ mặt:

Gờ rãnh: là những dạng địa
hình nhỏ, là những luống và

ngọn kế tiếp nhau, tạo nên bề
mặt lộ trần của đá, hoà tan có
chọn lọc

Phễu: địa hình tiêu biểu, gặp
ở những nơi lộ trần đá đang bị
kastơ hoá, những nơi có lớp
phủ mỏng, kích thước rất khác
nhau phân bố thành từng
nhóm hoặc đứng riêng lẽ.
Gờ rãnh