Giáo trình cơ học đá - Chương 2 doc

Cơ học đá.
127


.
Chng 2
CC TNH CHT
CA KHI NGUYấN TRNG
2.1. KHI NGUYấN TRNG V MT VI C IM CA Nể
2.1.1. KHI NIM V KHI NGUYấN TRNG
Khi xõy dng cỏc cụng trỡnh, khai thỏc khoỏng sn cỏc cụng vic khụng ch
tin hnh cỏc mu ủỏ riờng bit m trờn c mt vựng ủỏ cú th tớch khỏ ln gi l
khi ủỏ nguyờn trng (hay ủụi khi cng ủc gi tt l khi ủỏ). Cỏc ủc trng c
hc ca khi ủỏ ny cú nhng giỏ tr khỏc hn vi nhng kt qu ủó thu ủc khi xỏc
ủnh trờn cỏc mu ủỏ trong phũng thớ nghim, nờn khụng th ly cỏc kt qu thớ
nghim vi cỏc mu ủỏ ủ gii cỏc bi toỏn c hc ủỏ trong xõy dng cụng trỡnh.
Nhng vic nghiờn cu khi ủỏ nguyờn trng khụng ủn gin, cũn tn ti rt nhiu
quan ủim khỏc nhau khi nghiờn cu cỏc ủc trng ca khi ủỏ v ngay c quan nim
v khi ủỏ nguyờn trng, cho ủn nay cng cha ủi ủn mt s thng nht hon ton.
Theo G.I. Jagodkin, M.F.Kunts thỡ khi ủỏ nguyờn trng l mt th tớch ủỏ ủ
ủ cú khỏi nim mụ hỡnh cu trỳc ca ủỏ võy quanh, ủc xỏc ủnh bng nhng ủiu
kin c th tu theo s tỏc dng ca ngoi lc lờn th tớch ủỏ y.
E.I.Iinixhkaja thỡ cho rng khi ủỏ nguyờn trng l phn mụi trng tỏch ra
khi cỏc phn xung quanh bng cỏc mt phng t nhiờn v ủc thớ nghim cỏc
trng thỏi ng sut khỏc nhau ủ nghiờn cu cỏc vn ủ cho trc.
Quan nim ca P.N.Panjukov ủc nhiu ngi tha nhn hn. Theo ụng, khi
ủỏ nguyờn trng l nhng phn cu trỳc riờng bit ca v trỏi ủt nm trong phm vi
tỏc ủng ca cỏc cụng trỡnh (ngoi lc), ủc nghiờn cu ủ lp ra cỏc ủiu kin thi
cụng cỏc cụng trỡnh v s dng chỳng.
Nh vy phi phõn bit hai khỏi nim: mu ủỏ v khi ủỏ nguyờn trng.

Mu ủỏ l phn ủỏ ủc ly ra t mt tng hay khi ủỏ. Khi thớ nghim, nú ủó
b mt s liờn h vi cỏc vt cht võy quanh trng thỏi ban ủu, nờn tớnh cht ca
nú khụng ủc trng cho tớnh cht ca khi ủỏ v li cng khụng ủc trng cho ton
b khi ủỏ nguyờn trng.
Khi ủỏ nguyờn trng do cũn gi nguyờn ủc trng thỏi ban ủu, quan h vi
cỏc khi ủỏ võy quanh nờn khi xỏc ủnh, tớnh cht ca nú phn ỏnh ton b cu trỳc
ca khi ủỏ, cỏc s liu thu ủc cú th khỏc hn vi mu ủỏ, nhng li ủỏng tin cy
trong khi thit k v thi cụng cỏc cụng trỡnh trong ủỏ. Vỡ vy vic nghiờn cu tớnh
cht ca khi ủỏ nguyờn trng l rt cn thit, nhng vic lm ny cng khụng ủn
gin.

128.
Cơ học đá

Tuy nhiờn, cng khụng ủc ln ln gia khi ủỏ v khi ủỏ nguyờn trng.
Khi ủỏ l mt th tớch ủỏ to hn nhiu ln tng ủỏ hay cỏc mu ủỏ trong phũng thớ
nghim nhng ủỏ b tỏch khi khi ủỏ võy quanh, khụng chu tỏc ủng ca t nhiờn
hay cỏc hot ủng ca con ngi.
2.1.2. VI C IM CA KHI NGUYấN TRNG
khi ủỏ nguyờn trng, cú th thy mt s ủc ủim sau:
2.1.2.1.Tớnh khụng ủng nht
Tớnh khụng ủng nht l mt ủc ủim rt quan trng ca khi ủỏ.
Mt khi ủỏ ủc coi l ủng nht khi tt c cỏc phn ca nú ủu cú cựng mt
thnh phn, mt cu to, ngha l ti bt k mt ủim no ủú trong khi ủỏ ủu cú
tớnh cht vt lý nh nhau.
Khi ủỏ trong t nhiờn ủu khụng tho món cỏc yờu cu trờn vỡ trong nú luụn
luụn cú s khụng ủng nht v thnh phn khoỏng vt (s sp xp cỏc loi khoỏng
vt to ra trong ủỏ khụng phi ch no cng nh ch no), khụng ủng nht v kin
trỳc, cu to (khụng phi trong ton b khi ủỏ, mi ch ủu cú cựng mt loi kin
trỳc, mt loi cu to) hay khụng ủng nht do tỏc ủng ca ngoi lc, mụi trng

hay cỏc hot ủng ca con ngi (cỏc ch khỏc nhau trong khi ủỏ chu cỏc tỏc ủng
khỏc nhau ca cỏc tỏc ủng bờn ngoi), nờn vỡ th, khi ủỏ mang tớnh khụng ủng
nht.
Tu theo ngun gc ca s khụng ủng nht, ngi ta chia thnh hai loi:
Khụng ủng nht nguyờn sinh xut hin trong quỏ trỡnh thnh to ủỏ, th hin s
thay ủi hỡnh dỏng, kớch thc, thnh phn ht khoỏng vt v s sp xp gia chỳng
vi nhau trong ủỏ. Khụng ủng nht th sinh liờn quan ủn cỏc giai ủon bin ủi sau
khi thnh to, cú th do thiờn nhiờn nh cỏc quỏ trỡnh phong hoỏ, lm cht, tỏi kt
tinh, kin to hay do nhõn to nh cỏc quỏ trỡnh xõy dng, cụng ngh m khỏc nhau.
Khụng ủng nht th sinh cú ý ngha quan trng trong khi nghiờn cu ủa cht cụng
trỡnh vỡ nú liờn quan ủn s thay ủi trng thỏi, tớnh cht ca khi ủỏ nguyờn trng.
Tớnh khụng ủng nht cũn ủc phõn bit theo phm vi xut hin nú. Tu theo
kớch thc phn t khụng ủng nht l phn ủỏ ủng nht ln nht bờn trong cú
tớnh cht khỏc vi phn ủỏ võy quanh v M.V.Raxh quy c chia thnh 4 cp khụng
ủng nht.
Khụng ủng nht cp I: khụng ủng nht v thnh phn, cu to, kin trỳc
ca cỏc tng ủỏ cú cỏc phỏ hu kin to, cỏc ủi phong hoỏ kớch thc phn t
khụng ủng nht > 10
3
cm.
Khụng ủng nht cp II: khụng ủng nht v cu trỳc v thnh phn ca ủỏ.
Kớch thc phõn t khụng ủng nht t 1 10
3
cm.
Khụng ủng nht cp III: th hin s khỏc nhau v thnh phn khoỏng vt
v hoỏ hc, dng v kớch thc ht; s khụng ủng nht trong vic sp xp cỏc cht
gn kt, s xut hin cỏc vi khe nt kớch thc phn t khụng ủng nht t 10
-3

1cm.

C¬ häc ®¸.
129

 Không ñồng nhất cấp IV: Xuất hiện trong các tinh thể (như các khuyết tật
của mạng tinh thể) với kích thước phần tử không ñồng nhất từ 10
-6
– 10
-3
cm.
Tính không ñồng nhất trong khối ñá ñôi khi cũng là do các hoạt ñộng có ý thức
của con người.
Khi ñào một ñường hầm trong ñá và không ñược chống, tuỳ theo khoảng cách
từ ñá tới khoảng không, tuỳ theo trạng thái của ñá mà trong khối ñá nguyên trạng ñã
chia thành nhiều vùng với các tính chất khác nhau, gây ra tính không ñồng nhất trong
khối ñá (hình 2.1):
 Vùng I: Vùng ñá tự nhiên, không bị phá huỷ
 Vùng II: Vùng ñá bị biến dạng ñàn hồi, không bền
 Vùng III: Vùng ñá bị nứt nẻ, không ổn ñịnh
 Vùng IV: Vùng ñá bị phá huỷ, dịch chuyển – không ổn ñịnh.
 Vùng V: Vùng ñá bị sập ñổ – ổn ñịnh.
Như vậy mỗi vùng có một ñặc
ñiểm, một cấu trúc khác nhau. Tuy
nhiên trong thực tế không thể có một
sự phân chia rõ ràng như trên mà cấu
trúc của ñá thay ñổi dần dần từ vùng
này sang vùng khác và có những vùng
mang tính chất hỗn hợp, nhưng dù sao
cũng ñã gây cho khối ñá một ñặc tính
không ñồng nhất.

Mặt khác, sự ñồng nhất hay
không cũng chỉ mang ý nghĩa tương
ñối: Trong một khối ñá không ñồng
nhất, người ta vẫn có thể tìm ñược những phần ñá nhỏ hơn nhưng có tính ñồng nhất.
Một khối ñá có thể có tính không ñồng nhất ở một vài chỉ tiêu khác (như không ñồng
nhất về ñộ bền nhưng lại có thể ñồng nhất ở tính dẫn nhiệt…). Khối ñá ñược coi là
giả ñồng nhất ở một chỉ tiêu nào ñó khi sự dao ñộng của chỉ tiêu ñó không quá 25%.
2.1.2.2. Tính dị hướng
Dị hướng là hiện tượng thay ñổi trị số của một chỉ tiêu nào ñó khi xác ñịnh
theo các hướng khác nhau tại một ñiểm của khối ñá.
Tính dị hướng rất phổ biến với mọi vật rắn trong tự nhiên. B.Kujundzic ñã giải
thích nguyên nhân của tính dị hướng trong khối ñá là do sự phân lớp, phân phiến,
tính chất nứt nẻ và trạng thái ứng suất của nó. Mặt khác , sự không ñồng nhất của
khối ñá cũng là một nguyên nhân gây ra tính dị hướng. Những nguyên nhân này luôn
luôn xuất hiện trong khối ñá, nên trong tự nhiên, hiếm thấy một vật hay một khối ñá
hoàn toàn ñẳng hướng. Trong một chừng mực nhất ñịnh, một chỉ tiêu nào ñó của ñá
ñược coi là giả ñẳng hướng khi sự dao ñộng các giá trị của chỉ tiêu ñó không quá
25%.
Cũng như với tính không ñồng nhất, M.V.Raxh ñã chia tính dị hướng của ñá
thành 4 cấp:
Hình 2.1. Sự không ñồng nhất của
khối ñá xung quanh hầm.

130.
Cơ học đá

D hng cp I thy hng lot khi ủỏ b phõn ct do cỏc phỏ hu kin to.
D hng cp II liờn quan ủn cỏc phõn lp bờn ngoi v cỏc khe nt thụ.
D hng cp III th hin bng cỏc phõn lp nh bờn trong khi ủỏ, cỏc ht
ủc ủnh hng v cỏc h thng khe nt.

D hng cp IV l nhng d hng ca cỏc tinh th.
ủỏnh giỏ mc ủ d hng ca khi ủỏ, trong thc t sn xut thng dựng
h s d hng l t s gia cỏc tr s ca mt ch tiờu tớnh cht no ủú ca ủỏ ủc
xỏc ủnh theo cỏc hng khỏc nhau. Vi cỏc ủỏ phõn phin v phõn lp thỡ h s ny
thng ủc xỏc ủnh bng t s ca mt ch tiờu no ủú theo phng vuụng gúc vi
mt lp v tr s ca chớnh ch tiờu y, xỏc ủnh theo hng song song vi mt lp.
Kt hp vi tớnh khụng ủng nht ca khi ủỏ, tu theo mc ủ d hng ca
nú m P.N.Panjubov ủó chia khi ủỏ thnh cỏc loi: ủng nht, khụng ủng nht v
gi ủng hng, ủng nht v d hng, khụng ủng nht v d hng.
Vi mi loi ủỏ nh vy, khi tớnh toỏn s phi tuõn theo nhng ủiu kin thớch
hp tng ng.
2.1.2.3. Tớnh giỏn ủon
Tớnh giỏn ủon ca khi ủỏ xut hin do s tn ti trong nú nhng l rng v
khe nt.
Cỏc l rng thng ủc to thnh trong quỏ trỡnh thnh to ủỏ, cũn cỏc khe
nt thỡ ủc thnh to do nhiu ngun gc khỏc nhau, to nờn nhiu loi khe nt
khỏc nhau.
Cỏc khe nt phõn lp liờn quan ch yu ủn ủỏ trm tớch mc dự phõn lp
dũng cng cú th xy ra trong vt liu nỳi la. Chỳng ủc ủc trng bi mu sc,
kin trỳc v thnh phn khoỏng vt khỏc nhau v thng song song vi ranh gii
gia cỏc lp. Trong khe nt thng cú cỏc lp sột lm gim ủ bn ct ca ủỏ. Cỏc
khe nt phõn lp thng liờn tc v phng nhng chỳng cng cú th b m nht ủi do
ủc gn kt li trong quỏ trỡnh bin cht.
Cỏc khe nt phõn phin liờn quan ch yu ủn cỏc quỏ trỡnh bin cht do tỏc
ủng ca cỏc lc kin to nh trong cỏc ủỏ phin mica, clorit, talc xen kp gia
cỏc lp ủỏ cng hn nh gneis, granit v quarzit. Cỏc khe nt cú th rt gn nhau,
song song hay cú dng bc thang.
Cỏc th nt ủc to ra do bin dng trong quỏ trỡnh bin cht v ủc trng
bi s tỏi kt tinh ca nhng khoỏng vt nm song song vi nhau, ủnh hng theo
phng gn nh vuụng gúc vi ng sut nộn ln nht. Th nt cú th theo nhiu

hng nu nh quỏ trỡnh bin cht xy ra trong vi giai ủon. Vi ủỏ magma, th nt
cng xut hin do s ngui lnh ủt ngt ca nhng khi dung nham phun lờn trờn
mt ủt.
Cỏc th nt thng phõn b sỏt gn nhau nờn ngi ta d dng xỏc ủnh
phng hng ca th nt nhng khú xỏc ủnh khong cỏch v ủ bn ca chỳng.
Cỏc khe nt do ủt góy v trt.
Khi cú s chuyn ủng tng ủi gia cỏc phn ca mt lp ủỏ do tỏc dng
ca ngoi lc thỡ s to thnh ủt góy, kốm theo ủi phỏ hu kin to. Cỏc khe nt

C¬ häc ®¸.
131

này có thể nhỏ, hẹp với cự ly dịch chuyển không lớn nhưng cũng khi do ngoại lực
quá lớn, ñã tạo thành ñứt gãy dài 430 km chuyển vị ñứng tới 7m như sau trận ñộng
ñất ở San Franxisco năm 1906.
 Các khe nứt khác như khe nứt ñịa hình chạy gần song song với mặt ñất, lượn
theo ñịa hình và liên quan tới ứng suất ñịa hình; khe nứt tiếp xúc thạch học tồn tại ở
những chỗ tiếp giáp các lớp ñá có thành phần thạch học khác nhau hay những khe
nứt khác không thể phân chia ñược theo nguồn gốc hay theo sự liên kết giữa các cấu
trúc…
Tuỳ theo sự tồn tại, mức ñộ phát triển của các khe nứt mà khối ñá có thể ñược
coi là liên tục hay gián ñoạn. Thường không ít thì nhiều, ñá nào cũng có những khe
nứt nhỏ hay lớn nên cũng hiếm gặp những khối ñá liên tục (không gián ñoạn). Khi
những khe nứt rất nhỏ, rất ngắn thì có thể coi là khối ñá có tính giả liên tục. Với
những khối ñá này, theo G.A.Krupenikov, chúng phải thoả mãn ñiều kiện:
∆A < ε khi ∆a < l
0
(2.1)
trong ñó: ∆A là sự chênh lệch trị số ứng suất, biến dạng và chuyển vị tại các
ñiểm ở gần khối ñá có gia số toạ ñộ là ∆a.

ε là ñộ sai lệch cho phép khi xác ñịnh A (tới 15% theo trị số trung
bình).
l
0
là kích thước dài của khối ñá phân tố (ñặc trưng cho tính chất của
khối ñá).
Theo K.V.Ruppeneyt thì l
0
= 0,29cm
Ba ñặc ñiểm không ñồng nhất, dị hướng, gián ñoạn của khối ñá liên quan chặt
chẽ với nhau. Vì không ñồng nhất nên làm khối ñá có tính dị hướng và gián ñoạn
nhưng mặt khác, sự gián ñoạn cũng chính là nguyên nhân của tính không ñồng nhất,
dị hướng của khối ñá. Các ñặc ñiểm này của khối ñá phụ thuộc vào mục ñích và
phạm vi nghiên cứu. Ở một khối ñá lớn thì có thể coi nó là không ñồng nhất, dị
hướng và gián ñoạn vì trong ñó có nhiều vùng thành phần thạch học không như nhau,
cấu trúc khác nhau, có nhiều lỗ rỗng, khe nứt… Nhưng nếu hạn chế phạm vi nghiên
cứu lại, thì trong khối ñá ấy, người ta vẫn tìm ñược những phần ñá nhỏ hơn có tính
ñồng nhất hay giả ñồng nhất, ñẳng hướng hay giả ñẳng hướng, liên tục hay giả liên
tục…
2.2. CÁC TÍNH CHẤT CỦA KHỐI ðÁ NGUYÊN TRẠNG
Khối ñá nguyên trạng cũng có ñầy ñủ các tính chất vật lý như ở mẫu ñá, nhưng
do những ñặc ñiểm của khối ñá nguyên trạng ñã nêu trên, nên việc nghiên cứu các
tính chất của khối ñá nguyên trạng phức tạp và tốn kém hơn nhiều so với mẫu ñá.
ðối với khối ñá nguyên trạng, người ta cũng xác ñịnh các chỉ tiêu ñặc trưng
cho ñộ chặt, tính chất cơ học… Những chỉ tiêu nào mà khi xác ñịnh giống như làm
với mẫu ñá (như khối lượng riêng, khối lượng thể tích, ñộ rỗng) thì ở ñây sẽ không
trình bày lại nữa, nhưng cũng có những chỉ tiêu chưa ñược nói tới khi nghiên cứu
mẫu ñá, thì trong phần này sẽ ñược trình bày tỉ mỉ hơn như tính chất lưu biến, tính
chất thấm….
Hiện nay, ñể nghiên cứu các tính chất của khối ñá nguyên trạng người ta

thường tiến hành theo 3 phương pháp:

132.
Cơ học đá

- o trc tip ti khi ủỏ nguyờn trng. Phng phỏp ny ủỏng tin cy nhng
ủt v khụng phi trong trng hp no cng lm ủc.
- Phng phỏp gii tớch, dựng cỏc mụ hỡnh toỏn hc phn ỏnh cu trỳc ca
khi ủỏ ủnh nghiờn cu. Phng phỏp ny kộm chớnh xỏc.
- Phng phỏp mụ hỡnh dựng cỏc vt liu ủ to nờn mụ hỡnh cú tớnh cht gn
nh tớnh cht ca khi ủỏ ủnh nghiờn cu v rỳt ra nhng kt lun trờn c
s thớ nghim vi cỏc mụ hỡnh ny.
Hai phng phỏp sau tuy d thc hin nhng kộm chớnh xỏc vỡ khụng th xỏc
ủnh ủc ủy ủ tớnh cht, trng thỏi ca khi ủỏ v khụng th th hin hon ton
cỏc tớnh cht ca khi ủỏ trờn mụ hỡnh ủc. Vỡ vy trong khi kho sỏt, ủụi khi ngi
ta hay dựng phng phỏp m cú th tm gi l phng phỏp tng quan, da trờn
mt quan h nht ủnh gia tớnh cht vt lý ca ủỏ v mt ủi lng vt lý no ủú (thớ
d nh s liờn quan gia cỏc tớnh cht ca ủỏ v tc ủ truyn súng ủn hi trong
chỳng).
2.2.1. TNH PHONG HO
Phong hoỏ l hin tng ủỏ b bin ủi thnh phn, trng thỏi v tớnh cht ca
nú di tỏc ủng ca khớ quyn, thu quyn v sinh quyn.
2.2.1.1. Cỏc kiu v mt ct phong hoỏ
Tu theo cỏc ủc trng bin ủi v cỏc tỏc nhõn gõy ra phong hoỏ, ngi ta
thng chia ra cỏc kiu sau:
- Phong hoỏ c hc (hay vt lý) l quỏ trỡnh phỏ v ủỏ thnh cỏc ht nh
hn khi cỏc ng sut sinh ra ln hn ủ bn kộo ca ủỏ. Cỏc tỏc nhõn gõy ra loi
phong hoỏ ny cú th l do hot ủng bng giỏ, do s kt tinh ca mui, s thay ủi
ca ủ m v nhit ủ hay s d ti xy ra trong ủỏ.
Hot ủng bng giỏ l mt trong nhng quỏ trỡnh phong hoỏ c hc mnh nht.

Khi nc ủúng bng trong khi ủỏ, th tớch ca chỳng tng lờn (ti 9%), to nờn mt
ỏp lc rt ln ( 22
0
C, ỏp lc ny ti 200MPa) lm ủỏ b nt ra, ủy hai thnh khe
nt cỏch xa nhau hn.
S kt tinh ca mui trong ủỏ cng phn no tng t nh tỏc dng ca nc
ủúng bng. Khi mui kt tinh lm gión n v lm gim ủ bn ca ủỏ. Cỏc mui ho
tan cú th xõm nhp vo ủỏ bng nhiu cỏch khỏc nhau. Nc ma v khụng khớ ụ
nhim cng l nhng ngun mui rt ln. Mui cú th kt tinh trong cỏc khe nt hay
trờn b mt ủỏ lm ủỏ b nt n sõu thờm hoc tỏch thnh cỏc lp mng.
S thay ủi nhit ủ gõy ra s gión n vỡ nhit bờn trong khi ủỏ. ỏ thng
l ủa khoỏng, cỏc khoỏng vt gión n khụng
nh nhau, lm ủỏ b nt n do cỏc ng sut
nhit ủó phỏ hu cỏc mi liờn kt trong ủỏ.
S thay ủi ủ m ca ủỏ di dng
t khụ xen k liờn tc cng lm ủỏ b co
gión liờn tc s lm ủ bn ca ủỏ gim ủi.
Tỏc dng ny cng tng lờn khi kt hp vi
s thay ủi ca nhit ủ.

Cơ học đá.
133

Cng nh mi vt liu khỏc, khi b tỏc
dng lc, ủỏ b bin dng. Khi ủc d ti,
ủỏ ủc n ra, nhiu khi lm phỏ hu ủỏ
trờn cỏc mt song song vi mt ủc d ti,
to nờn nhng phin ủỏ mng gii hn bi cỏc th nt song song vi mt ủt. Cỏc
phin ủỏ ủó tỏch ra rt d b tip tc phong hoỏ. Quỏ trỡnh phong húa c hc xy ra
liờn tc di tỏc ủng ca cỏc tỏc nhõn phong hoỏ, to thnh nhng bói ủỏ gúc cnh,

nhng tng ủỏ trũn hay nhng khi ủỏ cú hỡnh thự ủc bit nh khi ủỏ u n
hong Yehliu (bc i Loan) to thnh t ủỏ cỏt kt vụi (hỡnh 2.2). Hỡnh ny ủó
ủc dựng lm logo cho Hi tho khoa hc Quc t v ủỏ trm tớch khu vc Chõu
thỏng XI 1997 ti i Bc.
- Phong hoỏ hc xy ra do tỏc dng ca cỏc phn ng hoỏ hc gia cỏc
thnh phn to nờn ủỏ v ụxy, carbonic v nc trong khớ quyn v thch quyn.
Khớ C0
2
cú trong khớ quyn hay ủc to thnh
do s phõn hu cỏc cht hu c trong ủiu kin
thoỏng khớ trong ủt. Lng khớ C0
2
ny ln hn rt
nhiu so vi nng ủ ca nú trong khớ quyn v s
phn ng vi nc ma hay tuyt tan thm xung ủ
to thnh axớt carbonic H
2
C0
3
. Mt khỏc, khi phõn
hu cht hu c cũn lm sn sinh ra axit humic, lm
tng lng cỏc axit trong ủt v lm gim ủ pH ca
nú.
Phn ng ho tan xy ra do nc (cha C0
2
, cỏc
loi axit) cú tớnh xõm thc, ho tan cỏc khoỏng vt
d tan ca ủỏ:
CaC0
3

+ H
2
0 + C0
2
Ca (HC0
3
)
2

Khi cỏc ủỏ d tan nh ủỏ vụi, ủụlomit l ra trờn
mt ủt thỡ quỏ trỡnh ho ta s to thnh cỏc hc ủỏ li
lừm, rng ủỏ lm chm. Vi cỏc ủỏ trờn nhng nm
sõu di ủt thỡ quỏ trỡnh ho tan s to thnh cỏc
hang ủng, cỏc ủa hỡnh karst thng rt ủp v th
mng. (hỡnh 2.3).
Phn ng ụxy hoỏ xy ra do oxy t do tỏc dng vi cỏc nguyờn t kim loi
khỏc cú trong ủỏ. Nhng ủỏ gm cỏc khoỏng vt cú cha Fe (nh pyrit, pyroxen)
khi b ụxy hoỏ thng to thnh limonit. Quỏ trỡnh bin ủi t pyrit (FeS
2
) thnh
limonit (Fe
2
0
3
. nH
2
0) cú th thy nh sau:
FeS
2
+ 0

2
+ H
2
0 FeS0
4
Fe
2
(S0
4
)
3
Fe
2
0
3
. nH
2
0.
S cú mt ca limonit trong ủt ủỏ th hin qua nhng vt mu pht nõu hay
pht ủ.
Phn ng thu phõn thng thy trong cỏc khoỏng vt thuc lp silicat nh
felspat. Felspat s phn ng vi cỏc ion H
+
ủ to thnh cỏc sn phm ho tan v sột
kaolinit. T mt khoỏng vt n ủnh nhit ủ cao v ỏp sut ln, do tỏc dng ca
Hỡnh 2.2. Khi ủỏ u n
hong Yehliu bc i Loan.
Hỡnh 2.3. Thch nh
ủng Tiờn Sn (Vnh
An, Vnh Lc, Thanh Hoỏ)

134.
C¬ häc ®¸

nước ñã bị phân huỷ thành khoáng vật khác ổn ñịnh với các ñiều kiện ở gần mặt ñất
hơn. Phản ứng thuỷ phân orthoclas thành kaolinit và opal với potat ñược biểu diễn:
K
2
0. Al
2
0
3
. 6Si0
2
+H
2
0 +C0
2
→ Al
2
0
3
. 2Si0
2
. 2H
2
0 + Si0
2
. nH

2
0 + K
2
C0
3
.
Trong phản ứng trên, từ orthoclas có ñộ cứng 6 ñã tạo thành kaolinit có ñộ
cứng 1.
Phản ứng thuỷ phân xảy ra trên diện lớn thường tạo thành các mỏ ñất sét, ñược
sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp.
Trong ñiều kiện nóng, ẩm, kaolinit lại bị thuỷ phân tiếp thành bauxit (Al
2
0
3
.
mH
2
0) và opal.
Phản ứng thuỷ hoá xảy ra khi nước hấp phụ vào trong cấu trúc mạng của các
khoáng vật, tạo thành các chất ngậm nước. Sự hấp phụ nước (hyñrat hoá) của
anhyñrit tạo thành thạch cao có thể biểu diễn:
CaS0
4
+ 2H
2
0 = CaS0
4
. 2H
2
0.

Quá trình hydrat làm tăng thể tích vật liệu (tới 33%) và là nguyên nhân làm yếu
và phá vỡ ñá về mặt cơ học.
Trong quá trình phong hoá hoá học, tính ổn ñịnh của khoáng vật trước các tác
nhân phong hoá phụ thuộc vào sự khác nhau giữa các ñiều kiện trên mặt (nơi xảy ra
phong hoá) với các ñiều kiện kết tinh ban ñầu. Nếu trong dãy phản ứng. N.L. Bowen
mô tả thứ tự kết tinh các khoáng vật trong ñiều kiện từ nhiệt ñộ cao ñến thấp dần, thì
cũng vẫn với những khoáng vật ấy, mức ñộ ổn ñịnh sẽ tăng dần từ các chất kết tinh
ñầu tiên (kém ổn ñịnh, dễ phong hoá nhất) cho tới các chất kết tinh cuối cùng (ổn
ñịnh nhất, phong hoá chậm nhất). Goldich ñã lập thành sơ ñồ ñể mô tả tính ổn ñịnh
tương ñối trong ñiều kiện phong hoá của các khoáng vật chủ yếu của ñá magma như
trong hình 2.4.
Phong hoá chậm Ổn ñịnh nhất
Thạch anh
Muscovit
Orthoclas
(Felspat Kali)

Biotit Albit
Horblend (Felspat Natri)
Augit Anorthit
Olivin (Felspat Calci)
Phong hoá nhanh Kém ổn ñịnh nhất
Hình 2.4. Dãy ổn ñịnh Goldich.

Cơ học đá.
135

Nhỡn vo dóy n ủnh cú th thy
thch anh l khoỏng vt kt tinh cui cựng
t magma thỡ n ủnh nht trong mụi

trng phong hoỏ, thc t coi nh khụng
tan. iu ny gii thớch s ph bin ca
thch anh trong cỏc ủỏ trm tớch. Cỏc
khoỏng vt felspat d b phong hoỏ, lng
ủng li thnh bựn v khi b nộn cht, gn
kt li thnh ủỏ phin.
Phong hoỏ sinh vt l quỏ trỡnh sinh
vt (ủng vt v thc vt) tham gia vo
vic lm thay ủi trng thỏi hay phỏ v,
lm nt n khi ủỏ do cỏc tỏc ủng c hc
v hoỏ hc. Tỏc ủng c hc ch yu l
do r cõy mc chốn vo trong cỏc khe nt
v th nt ca ủỏ ri ln dn lờn. p lc
ca cỏc r ln cú th lm nt, tỏch ch cỏc
khi ủỏ, thỳc ủy cỏc quỏ trỡnh phong hoỏ
khỏc. Trờn hỡnh 2.5 thy rừ tỏc dng
phong hoỏ ca sinh vt ủi vi cỏc
khi ủỏ.
Cỏc kiu phong hoỏ thng ủng
thi xy ra v mt vựng c th ch yu
do yu t khớ hu quyt ủnh. nh hng
ca khớ hu ủn cỏc kiu phong hoỏ cú
th thy qua hỡnh 2.6.
Di tỏc ủng ca cỏc tỏc nhõn
phong hoỏ, quỏ trỡnh phong hoỏ ca mt
khi ủỏ gim dn khi cng ủi sõu vo
trong khi ủỏ, to nờn s sp xp cỏc vt
liu b phong húa cc mnh phn mt
ủt ti cỏc vt liu ớt b phong hoỏ v ủỏ
ti hn hay cha b phong hoỏ ti cỏc ủ

sõu ln hn, v nh vy s to nờn cỏc
ủi ủt ủỏ khỏc nhau v trng thỏi, tớnh
cht khi ủi t ngoi vo trong mt khi
ủỏ. Mt ct phong hoỏ s biu hin quỏ
trỡnh thay ủi tớnh cht, trng thỏi ca ủt
ủỏ khi b phong hoỏ. Thng thỡ mt mt
ct phong hoỏ cú th chia lm 3 vựng
chớnh.
Vựng ủt tn d gm cỏc ht ủt
ủc to thnh do ủỏ ủó b phong hoỏ
Hỡnh 2.5. R cõy lm nt khi ủỏ
Thớch Ca Pht ủi (Vng Tu).
Hỡnh 2.6. nh hng ca khớ hu ủn
cỏc kiu phong hoỏ.

136.
Cơ học đá

hon ton. Vựng ny cng ủc chia thnh 3 lp nh nh lp ln r cõy, cỏc vt liu
hu c; lp ủt sột cú nhiu cỏc nguyờn t Fe, Al v Si; lp ủt gm cỏc ht bi v
cỏt ln mica.
Vựng ủỏ phong hoỏ gm cỏc phn ủỏ ủó b phong hoỏ - Trong vựng ny cú th
chia lm 2 lp: mt lp gm cỏc loi t ủt tn tớch hay ủt bựn (saprolit) ti ủỏ ủó b
phong hoỏ tng phn vi cỏc ủc ủim thay ủi t ging nh ủt ti ging nh ủỏ.
T l ly mu ủỏ khi khoan t 10 - 90%. Tip theo l lp ủỏ mm hoc cng ủó b
phong hoỏ tng phn. Mt s thnh phn nh felspat v mica ủó b phong hoỏ. T l
ly mu khi khoan thng > 90%.
Vựng ủỏ khụng phong hoỏ cú tớnh cht tng t nh ủỏ gc ban ủu, khụng
thy s phong hoỏ ca felspat v mica. T l ly mu khi khoan thng l 100%.
Tuy nhiờn, vi mi loi ủỏ khỏc nhau, quỏ trỡnh phong hoỏ xy ra cng khỏc nhau v

to nờn nhng mt ct phong hoỏ khụng ging nhau.
D.U. Deere v F.D.Patton (1971) ủó nghiờn cu cỏc mt ct phong hoỏ ca cỏc
loi ủỏ magma, trm tớch v bin cht:
Hỡnh 2.7. Mt ct
Hỡnh 2.8. Mt ct Hỡnh 2.9. Mt ct
phong hoỏ ca ủỏ phong hoỏ ca ủỏ phong hoỏ ca ủỏ
magma. bin cht. trm tớch.
.
- Trong ủỏ magma, vi loi ủỏ xõm nhp m ủin hỡnh l granit v mt s
loi ủỏ khỏc tng ủi ủng nht v ủng hng, hin tng phong hoỏ phỏt trin
ch yu dc theo cỏc khe nt hay ủt góy v cỏc ủng dn nc ngm khỏc cỏc

C¬ häc ®¸.
137

khoáng vật kém bền sẽ bị phong hoá mạnh hơn, còn những phần ñá gồm những
khoáng vật bền hơn sẽ ít bị phong hoá tạo thành những lõi ñá, kích thước to nhỏ khác
nhau. Nằm giữa các lớp tàn tích ở gần mặt ñất vẫn có thể thấy các cục ñá tươi khá
tròn cạnh có ñộ bền tương tự như của vật liệu ñá gốc, có thể coi như các lõi ñá còn
sót lại trong quá trình phong hoá. Ở các ñộ sâu lớn hơn, lõi ñá có kích thước lớn hơn,
có dạng hình chữ nhật hơn và hàm lượng ñất bao quanh cũng ít hơn (hình 2.7).
Với ñá magma phún xuất như ñá bazan, mặt ñất phong hoá phát triển cũng gần
giống như ñá xâm nhập, nhưng do ñặc ñiểm thành tạo, khi bị thấm nước, mức ñộ
phong hoá tăng lên và ñất tàn tích ở phía trên có thể là không áp và các khoáng vật
sét ñược tạo thành từ sự phong hoá ñá gốc thường có hàm lượng Fe, Mg cao.
- Trong ñá biến chất, vì cấu tạo của nó gồm từ các loại ñá phiến ñến các khối
ñá gneis, mặt cắt phong hoá thay ñổi rất mạnh. Do sự chia thành các lớp mỏng với sự
thay ñổi thành phần thạch học ña dạng ñã làm phức tạp thêm mặt cắt phong hoá của
ñá biến chất. Kết quả là chiều sâu phong hoá của ñá biến chất rất khác nhau, có chỗ
tới 50m theo chiều thẳng ñứng, nhưng có chỗ cũng chỉ có vài mét theo chiều ngang.

Những mạch xâm nhập trong ñá biến chất có thể làm ñá biến chất giảm hay
tăng khả năng chống phong hoá so với ñá vây quanh, tạo thành các mỏm hay mặt cắt
phong hoá rất sâu. Trong mặt cắt phong hoá sẽ có những vùng không ổn ñịnh dọc
theo các mặt phân phiến, sự thay ñổi mạnh chiều sâu tới vùng ñá không phong hoá
hay áp lực nước ngầm lớn trong các ñứt gãy của ñá. (hình 2.8).
- Trong ñá trầm tích như các ñá carbonat, sự phong hoá của ñá liên quan ñến
sự phát triển của karst trong khối ñá. ðiều kiện phong hoá ảnh hưởng tới bề mặt của
ñá. Bề mặt tiếp xúc giữa ñất và ñá phong hoá không giống như trong ñá magma hay
biến chất. ða số các trường hợp, khi bị phong hoá, ñá carbonat trở thành ñất ñỏ sẫm
“ñất hoa hồng” nằm ngay trên ñá bị phong hoá. Mặt phong hoá phát triển dọc theo
các ñứt gãy hay các khe nứt gần như thẳng ñứng. Giữa các ñỉnh nhọn, có thể có sét
mềm, no nước gọi là “các túi làm mất calci” (hình 2.9). Khi xây dựng ở vùng ñá
phong hoá này có thể gặp các lớp sét mềm, mặt ñá yếu xù xì, các lớp tàn tích không
ổn ñịnh hay các ñá nứt nẻ, rỗng.
Với các ñá phiến sét, mặt cắt phong hoá cũng phát triển chủ yếu dọc theo các
khe nứt,mỏng hơn và sự chuyển tiếp từ ñất sang ñá không phong hoá xảy ra một cách
từ từ hơn.
Chiều dày lớp phong hoá ở mỗi nơi trên trái ñất không giống nhau: ðá granit ở
Washington D.C. bị phong hoá mạnh ñến nỗi ở ñộ sâu 24m, chúng có thể ñào ñược
bằng cuốc chim và xẻng. ðá vôi ở bang Georgia của Mỹ bị phân huỷ tại ñộ sâu 60m
còn ñá phiến sét ở Braxin, ñộ sâu phân huỷ là 120m. Tại công trình thuỷ ñiện Keiwa
của Úc, ñộ sâu phong hoá của ñá là trên 300m. Ở Nga, chiều sâu phong hoá của ñá
ñạt tới 1.500m. Ở nước ta, chiều dày lớp phong hoá thường từ 5 – 15 m. Riêng miền
ñông Nam bộ, chiều dày lớp phong hoá ñạt tới 30 – 40m.
2.2.1.2. ðánh giá mức ñộ phong hoá
ðể ñánh giá mức ñộ phong hoá của ñá, người ta có thể dùng một số chỉ tiêu
sau:

138.
C¬ häc ®¸

 ðộ bền vững khi tôi
ðộ bền vững khi tôi ñặc trưng cho ñộ bền của mẫu ñá với các chu kỳ sấy khô
và làm ướt liên tục. ðể thí nghiệm, người ta lấy khoảng 10 cục ñá, mỗi cục có khối
lượng khoảng 40g. ðặt các mẫu ñá vào trong sàng hình trống có kích thước mắt sàng
là 2mm và sấy khô. Sau ñó nhấn chìm trống ngập một nửa trong nước và cho quay
chậm trong 10 phút với tốc ñộ 20vòng/phút. Những mảnh vụn nhỏ bị phong hoá sẽ
lọt qua mặt sàng, còn những mảnh lớn sẽ ñược giữ lại trong trống. Nhấc trống và
phần mẫu còn lại trong ñó ra khỏi bồn nước, sấy khô và thực hiện chu kỳ tôi thứ 2
giống như chu kỳ trước. Chỉ số ñộ bền vững khi tôi tìm ñược bằng cách chia khối
lượng của mẫu ñá còn lại trong trống sau hai chu kỳ tôi cho khối lượng mẫu ban ñầu.
Chỉ số này ñược tính bằng %.
Tuỳ theo giá trị của ñộ bền vững khi tôi mà người ta sẽ ñánh giá chất lượng ñá
ñối với phong hoá:
ðộ bền vững khi tôi rất kém khi chỉ số trên < 25%.
ðộ bền vững khi tôi kém khi chỉ số trên từ 25 - 50%
ðộ bền vững khi tôi trung bình khi chỉ số trên từ 50 - 75%
ðộ bền vững khi tôi cao khi chỉ số trên từ 75 - 90%
ðộ bền vững khi tôi rất cao khi chỉ số trên từ 90 - 95%
ðộ bền vững khi tôi cực cao khi chỉ số trên từ > 95%.
ðộ bền vững khi tôi càng cao chứng tỏ mức ñộ phong hoá càng thấp.
 Các hệ số phong hoá.
- Theo Hội ðịa chất công trình Quốc tế IAEG (the Internationl
Association of Engineering Geology) thì tuỳ theo mức ñộ thay ñổi
tính chất của ñá (là sự thay ñổi tương ñối của một chỉ tiêu tính chất
nào ñó ñược tính bằng %) mà mức ñộ phong hoá có thể ñược chia
thành:
Không phong hoá khi mức ñộ thay ñổi là 0%;
Phong hoá nhẹ khi mức ñộ thay ñổi là 10%;
Phong hoá vừa khi mức ñộ thay ñổi là 10 - 35%;

Phong hoá mạnh khi mức ñộ thay ñổi là 35 - 75%;
Phong hoá cực mạnh khi mức ñộ thay ñổi là > 75%.
- Theo Tiêu chuẩn và quy phạm xây dựng của Liên Xô cũ (CH
ẩ
ẽ
2.02.01.83) cũng như TCXD 45 – 78 của nước ta, mức ñộ phong
hoá ñược ñánh giá bằng hệ số phong hoá, là tỷ số giữa trọng
lượng thể tích của ñá ñã bị phong hoá và trọng lượng thể tích của
ñá cùng loại nhưng chưa bị phong hoá.

γ
γ
=
ph
ph
k
(2.2)
Theo tỷ số này, mức ñộ phong hoá ñược chia thành:
Không phong hoá khi k
ph
= 1;
Phong hoá nhẹ khi k
ph
= 0,9 – 1;

Cơ học đá.
139

Phong hoỏ va khi k
ph

= 0,8 0,9;
Phong hoỏ mnh khi k
ph
< 0,8.
- I.G. Iliev (1967) ủó xỏc ủnh mc ủ phong hoỏ granit theo h s k,
ủc tớnh theo cụng thc:

v
v
v
k
ph

= (2.3)
trong ủú: v l tc ủ truyn súng siờu õm trong ủỏ khụng b phong hoỏ;
v
ph
l tc ủ truyn súng siờu õm trong ủỏ cựng loi ủó b phong
hoỏ;
Tu theo giỏ tr ca h s k, ngi ta ủó phõn chia mc ủ phong hoỏ ca ủỏ
theo bng 2.1.
Bng 2.1
Mc ủ phong hoỏ Tc ủ súng siờu õm, m/s H s phong hoỏ
Khụng phong hoỏ
Phong hoỏ nh
Phong hoỏ va
Phong hoỏ mnh
Phong hoỏ rt mnh
> 5000
4000 5000

3000 4000
2000 3000
< 2000
0
0 0,2
0,2 0,4
0,4 0,6
0,6 - 1
- Nm 1978, T.Y.Irfan v W.R.Dearman ủó nghiờn cu s phong hoỏ
ca ủỏ granit v ủó xỏc ủnh ủc mc ủ phong hoỏ ca ủỏ qua khi lng th tớch,
ủ bn ti trng ủim v ủ bn nộn mt trc ca ủỏ theo bng 2.2.
Bng 2.2
Mc ủ phong hoỏ
Khi lng th
tớch t/m
3

bn ti
trng ủim,
MPa
bn nộn
mt trc,
MPa
Khụng phong hoỏ
Phong hoỏ nh tng phn
Phong hoỏ nh hon ton
Phong hoỏ va
Phong hoỏ mnh hon ton
> 2,61
2,56 2,61

2.51 2.56
2.05 2.51
< 2.05
>10
6 10
4 6
0,1 4
< 0,1
> 250
150 250
100 150
2,5 100
< 2,5
2.2.1.3. Phõn loi mc ủ phong hoỏ
phõn loi mc ủ phong hoỏ ca ủỏ, ngi ta cú th ủa ra nhiu cỏch phõn
loi khỏc nhau, da theo mc ủ xõm nhp theo khe nt vo phiỏ trong ủỏ gc ca
hin tng phong húa, theo mc ủ phõn hu ca cỏc khoỏng vt to nờn ủỏ hay theo
s thay ủi ca cỏc ủc trng ủa cht ca ủỏ
Rt nhiu tỏc gi ủó nghiờn cu ủ phõn loi mc ủ phong hoỏ ca ủỏ nh
W.R.Dearman (1974) ủó nghiờn cu s phỏ hu c hc v hoỏ hc ca cỏc ủỏ
carbonat Anh; G.W.Lovegrove v P.G.Fookes (1972) ủó nghiờn cu phong hoỏ ca

140.
Cơ học đá

cỏc tuf nỳi la v ủỏ trm tớch Fiji; S.G.Lee v M.H.De Freitus (1989) ủó nghiờn
cu s phong hoỏ ca ủỏ granit Hn Quc; M.H.Ward v R.J.Chandler (1968 -
1969) ủó nghiờn cu s phong hoỏ ca ủỏ phn v ủỏ marn Anh; cỏc nghiờn cu
ca A.L.Little (1969), N.B.Hobbs (1975) v R.P.Martin (1986) ủ tm thng nht
phõn chia mc ủ phong hoỏ ca ủỏ thnh 6 cp, vi cỏc ủc trng túm tt cú th

thy trong bng 2.3.
Bng 2.3
Cp
phong
hoỏ
Mụ t Cỏc ủc trng ủin hỡnh
(1) (2) (3)
I
ỏ ti (UW)
Khụng du hiu phong hoỏ - ủỏ khụng ủi mu
II Phong hoỏ
nh (SW)
ỏ ủi mu dc theo ch mt liờn tc. bn gn bng
ủỏ ti. Giỏ tr ủ ny ca bỳa Schmidt>45. lm v
mu bng bỳa, phi ủp nhiu ln.
III Phong hoỏ
va (MW)
ỏ ủi mu hon ton. ỏ ủó b phong hoỏ tng ủi
nhiu (gn 50%) nhng cũn ủ bn ,nhng cc cú ủng
kớnh 55mm khụng th búp v bng tay. Giỏ tr ủ ny
ca bỳa Schmidt t 25 45. Vt liu ủỏ khụng d nỏt
vn.
(1) (2) (3)
IV Phong hoỏ
mnh (HW)
ỏ mm yu, cỏc cc ln cú th d búp v bng tay. Giỏ
tr ủ ny ca bỳa Schmidt cú th ti 25. Khụng b tụi
nhanh trong nc. Khụng th n bỳa ủa cht lờn b mt
ủỏ. Sc khỏng mi xuyờn tay > 250kPa. Cỏc ht riờng
bit cú th b bung ra t mt ủỏ.

V Phong hoỏ
hon ton
(CW)
ỏ b phõn hu hon ton nhng cũn gi ủc kin trỳc
ủỏ. ny ca bỳa Schmidt bng 0. ỏ b tụi nhanh
trong nc. D dng n bỳa ủa cht lờn mt ủỏ.
VI t tn tớch
(RW)
t hỡnh thnh do phong hoỏ ti ch. Kin trỳc gc ca
ủỏ b phỏ hu hon ton.
Khi mc ủ phong hoỏ ca ủỏ cng tng
thỡ ủ bn ca ủỏ cng gim. T.R.Stacey v
C.H.Page (1986) ủó nghiờn cu v v thnh
biu ủ th hin quan h gia cỏc cp phong
hoỏ ca ủỏ v h s gim ủ bn ca ủỏ (hỡnh
2.10).
nc ta, s phõn chia mc ủ phong
hoỏ cú th da vo h s phong hoỏ (cụng thc
2.2) hay h s khe nt th tớch k
kn
l t s phn
trm gia tng th tớch cỏc khe nt, l rng v
VI
V
IV
III
II
I
0.001
0.004

0.01 0.04
0.1
0.4
1.0
Hỡnh 2.10. Mc ủ gim ủ
bn ca ủỏ theo cỏc cp phong
hoỏ.


Cơ học đá.
141

th tớch ca ton b khi ủỏ. Cỏch phõn loi ny cú th thy trong bng 2.4.
Bng 2.4
Mc ủ phong hoỏ H s phong hoỏ, k
ph
H s khe nt, k
kn
, %
Khụng phong hoỏ
Phong hoỏ nh
Phong hoỏ va
Phong hoỏ manh
1,0
0,9 1,0
0,8 0,9
< 0,8
<1
1 2
2 5

> 5
Nc ta do khớ hu m, núng nờn quỏ trỡnh phong hoỏ xy ra rt mnh. Khi
nghiờn cu m than Na Dng (Lng Sn), Chu Thng Dõn (1974) ủó lp ủc
cụng thc kinh nghim ủ xỏc ủnh chiu dy lp phong hoỏ v s bin ủi tớnh cht
c hc ca ủỏ theo thi gian phong hoỏ.
d = 0,4 t
n
(2.4)
trong ủú: d l chiu dy ủi phong hoỏ;
t l thi gian phong hoỏ;
n l h s xỏc ủnh bng thc nghim.
hay y = a. e
bt
(2.5)
trong ủú: y l cỏc ủc trng c hc ca ủỏ;
a, b l cỏc h s xỏc ủnh bng thc nghim;
e l c s lg t nhiờn.
Gn ủõy, khi nghiờn cu vi cỏc ủỏ bt kt, sột kt v cỏt kt cng ti m Na
Dng, Lờ Xuõn Thu (1997) ủó nờu ra cỏc s liu v gúc ma sỏt trong

v cng
ủ lc dớnh c trong cỏc ủi phong hoỏ theo bng 2.5.
Bng 2.5
Cỏc ủi phong hoỏ Chiu sõu, m
Gúc ma sỏt trong
,
ủ
Cng ủ lc
dớnh c, kG/cm
2

Hon ton
Mnh
Va
Nh
< 0,5
0,5 1
1 2
> 2
12
15
18
20
0,8
0,96
1,2
1,4
Do nh hng ca phong hoỏ, Na Dng ủó nhiu ln xy ra trt vo nhng
nm 1962 1963; 1967 1968 v nhng nm sau ủú.
2.2.2. TNH CHT NT N
2.2.2.1. Khỏi nim

142.
C¬ häc ®¸

Theo các nhà ñịa chất, nứt nẻ là những phá huỷ do nhiều nguyên nhân khác
nhau (tự nhiên, kiến tạo, phong hoá, trượt…) làm mất tính chất liên tục của ñá.
Hơn 70 năm trước, nhà ñịa chất người Áo J.Stini là người ñầu tiên ñã nghiên
cứu một cách hệ thống tính chất nứt nẻ của ñá.
Trong cơ học ñá, nứt nẻ là một khái niệm rất rộng. Nó bao gồm những phá huỷ

kiến tạo cục bộ kéo dài hàng chục kilomét hay vài mét và cả những vi khe nứt chỉ
thấy ñược dưới kính hiển vi. Các khe nứt trong ñá có thể song song với nhau hay sắp
xếp hỗn loạn, không theo một quy luật nào. Tập hợp của những khe nứt song song
hay gần song song với nhau tạo thành một hệ thống hay một họ khe nứt. Hệ thống
khe nứt này nếu bị hàng loạt các khe nứt khác cắt dưới các góc nhọn, thì chúng sẽ
thuộc một hệ thống khe nứt khác. Thực tế thường thấy 2 hay 3 hệ thống khe nứt
trong một khối ñá, cắt nhau theo những góc gần như vuông. Ở nhiều khối ñá có khi
từng thấy 5 – 6 hệ thống khe nứt. Các khe nứt cắt nhau chằng chịt trong không gian
làm khối ñá bị phân cắt thành những tảng riêng biệt.
Sự tồn tại các khe nứt trong ñá làm thay ñổi tính chất của nó và ảnh hưởng rất
lớn ñến khả năng chịu lực của khối ñá. Không tính ñến tính chất nứt nẻ của ñá khi
xây dựng sẽ dẫn ñến những hậu quả rất tai hại: Năm 1916, ở Nhật, người ta thi công
một ñường hầm cách xa bờ biển khoảng 1600m và sâu dưới mặt nước 70m. Do khối
ñá bị nứt nẻ mạnh, nước biển theo các khe nứt ồ ạt chảy vào hầm. Sau 2h, hầm ngập
ñầy nước, làm 257 người bị thiệt mạng. Hơn 40 năm sau, ngày 2-11-1959, ở Pháp lại
xảy ra một tai nạn khác: ðập Malpasset ở gần thành phố Frejus (miền nam nước
Pháp) bị phá huỷ làm một phần thành phố bị tàn phá và hơn 400 người bị chết. Sau
này J.Bernaix ñã nghiên cứu tính chất của ñá ở nền ñập và phát hiện thấy khối ñá này
có hai hệ thống khe nứt. Khoảng cách giữa các khe nứt của một hệ thống là gần 1
cm, còn ở hệ thống kia chỉ là vài mm. Những khe nứt này rất khó phát hiện bằng mắt
thường, nhưng chính chúng là nguyên nhân làm giảm ñộ ổn ñịnh của nền ñập, gây ra
sự phá huỷ ñập.
Tuy mới ñược nghiên cứu nhưng tính chất nứt nẻ của ñá ñã ñược ñánh giá theo
nhiều khía cạnh khác nhau dựa vào nguồn gốc thành tạo, hình dáng hình học, ñịa
mạo, ñịa chất công trình, ñịa chất thuỷ văn hay công nghệ mỏ…
2.2.2.2. Các ñặc trưng của khe nứt
ðối với một hệ thống khe nứt, người ta thường chú ý tới một số ñặc trưng sau:
 Vị trí của khe nứt trong không gian.
Các khe nứt có thể là một ñường mà cũng có thể là một mặt. Thế nằm hay vị trí
của khe nứt trong không gian ñược xác ñịnh qua các yếu tố:

- ðường phương là giao tuyến của mặt khe nứt với mặt phẳng nằm ngang,
là một ñường nằm ngang bất kỳ trong mặt khe nứt.
- Góc phương vị ñường phương
α là góc hợp giữa hướng của ñường
phương và hướng bắc của kim nam châm. Vì ñường phương có hai ñịa
hướng ngược nhau 180
o
nên các góc phương vị ñường phương cũng sẽ
lệch nhau 180
o
.

C¬ häc ®¸.
143

- ðường hướng dốc (cũng gọi là ñường dốc) là ñường vuông góc với
ñường phương, nằm trong mặt khe nứt và hướng về phía nghiêng xuống.
- Góc dốc
β là góc hợp giữa ñường hướng dốc và hình chiếu của nó trên
mặt phẳng nằm ngang.
- Góc phương vị hướng dốc
α
p
là góc hợp giữa hình chiếu của ñường
hướng dốc trên mặt phẳng nằm ngang và hướng bắc của kim nam châm.
Vị trí các góc ñược minh hoạ trên hình 2.11. Thực tế ñể xác ñịnh vị trí của khe
nứt trong không gian, thường chỉ cần xác ñịnh góc phương vị hướng dốc và góc dốc.
Các góc phương vị hướng dốc thay ñổi từ 0 – 360
o
, còn các góc dốc thay ñổi từ

0 – 90
o
. Tuỳ theo giá trị của góc dốc, người ta lại chia ra:
Khe nứt nằm ngang khi
β = 0 – 15
o

Khe nứt thoải khi
β = 15 – 45
o

Khe nứt dốc khi β = 45 – 75
0

Khe nứt thẳng ñứng khi β = 75 – 90
o-
.
 Kích thước của khe nứt.
- Chiều dài của khe nứt là
phạm vi phân bố hoặc kích thước của khe
nứt theo chiều lớn của mặt khe nứt. ðây
là một thông số rất quan trọng nhưng
cũng lại là một thông số khó xác ñịnh
nhất.
Trước kia, L. M
u
&&
ller ñã phân chia các khe nứt theo chiều dài thành các loại:
Khe nứt nhỏ khi chiều dài của nó từ 0,1 – 1m.
Khe nứt lớn, khi chiều dài của

nó từ 1 – 10m.
Khe nứt rất lớn, khi chiều dài của nó từ 10 – 100m.
ðứt gãy, khi chiều dài của nó > 100m.
Gần ñây, người ta phân loại khe nứt theo chiều dài như sau:
Khe nứt rất ngắn, khi chiều dài của nó < 1m
Khe nứt ngắn, khi chiều dài của nó 1 – 3m
Khe nứt vừa, khi chiều dài của nó 3 – 10m
Khe nứt dài, khi chiều dài của nó 10 – 20m
Khe nứt rất dài, khi chiều dài của nó > 20m.
- Chiều rộng là khoảng cách lớn nhất giữa 2 bờ của khe nứt. Cũng có thể
coi chiều rộng giống như ñộ mở của khe nứt (ñược ñịnh nghĩa là khoảng cách theo
phương vuông góc giữa hai thành khe nứt mà khoảng không gian giữa chúng chỉ có
không khí và nước).
Chiều rộng khe nứt thường ñược ño ở mặt trên cùng của khe nứt, do các khe
nứt càng hẹp dần khi xuống sâu. Nó ảnh hưởng lớn ñến ñộ bền, tính biến dạng, tính
P
p
p
P
β
α
β
α
α
Hình 2.11. Các yếu tố thể nằm của
khe nứt.


144.
C¬ häc ®¸

thấm, khả năng chứa nước, khí và các vật liệu rời và nó cũng ảnh hưởng ñáng kể tới
hiệu quả của công tác khoan và khoan nổ.
Anon (1977) ñã chia ra:
Khe nứt kín, khi chiều rộng khe nứt bằng 0
Khe nứt cực hẹp, khi chiều rộng khe nứt < 2mm
Khe nứt rất hẹp, khi chiều rộng khe nứt 2 – 6mm
Khe nứt hẹp, khi chiều rộng khe nứt 6 – 20mm
Khe nứt khá hẹp, khi chiều rộng khe nứt 20 – 60mm
Khe nứt khá rộng, khi chiều rộng khe nứt 60 – 200mm
Khe nứt rộng, khi chiều rộng khe nứt > 200mm.
N.Barton (1978) lại chia thành 3 loại khe nứt.
Khe nứt mở:
Rãnh, khi chiều rộng > 1000mm
Cực rộng, khi chiều rộng 100 – 1000mm
Rất rộng, khi chiều rộng 10 – 100mm
Khe nứt hở:
Rộng, khi chiều rộng > 10mm
Khá rộng, khi chiều rộng 2,5 – 10mm
Hở, khi chiều rộng 0,5 – 2,5mm
Khe nứt kín:
Hơi hở, khi chiều rộng 0,25 – 0,5mm
Kín, khi chiều rộng 0,1 – 0,25mm
Rất kín, khi chiều rộng < 0,1mm.
 ðặc tính phân cách.
- Khoảng cách giữa các khe nứt
Khoảng cách là cự ly trung bình giữa các khe nứt kề nhau trong một hệ khe
nứt, ñược ño vuông góc với mặt khe nứt.
Khoảng cách giữa các khe nứt sẽ quyết ñịnh kích thước riêng biệt các khối của
ñá nguyên trạng. Nó ảnh hưởng lớn ñến tính thấm hoặc dẫn nước trong khối ñá. Nói

chung, ñộ dẫn nước thường tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữa các khe nứt.
Hội Cơ học ñá Quốc tế ñã phân chia khoảng cách giữa các khe nứt thành các
loại sau (nếu ký hiệu khoảng cách giữa các khe nứt là d):
Khoảng cách cực kỳ gần, khi d< 20mm
Khoảng cách rất gần, khi 20 – 60mm

C¬ häc ®¸.
145

Khoảng cách gần, khi 60 – 200mm
Khoảng cách trung bình, khi 200 – 600mm
Khoảng cách xa, khi 600 – 2000mm
Khoảng cách rất xa, khi 2000 – 6000mm
Khoảng cách cực kỳ xa, khi > 6000mm.
- Chất lấp ñầy
Chất lấp ñầy là bất kỳ vật liệu nào ở trong khe nứt mà các tính chất của nó khác
với tính chất cùng loại của ñá.
Các chất lấp ñầy có nguồn gốc khác nhau: Các mạch phiến sét trong các khe
nứt phân lớp của cát kết hay ñá vôi có nguồn gốc nguyên sinh (trầm tích).Các mạch
thạch anh hay calcit trong ñá granit thường sinh ra khi dung nham xâm nhập vào khe
nứt. Tuy nhiên, nhiều loại vật liệu lấp ñầy hình thành sau quá trình tạo ñá và là kết
quả của sự biến ñổi hoặc quá trình phong hoá.
Các vật liệu lấp ñầy cũng rất khác nhau về tính chất cơ học: có các vật liệu lấp
ñầy có ñộ bền thấp như các khoáng vật sét dạng tấm (monmorilonit, illit…), graphit,
talc…, một số chất lấp ñầy có ñộ bền trung bình như cát , các mảnh vụn hoặc dăm
của ñá cứng trung bình và cứng. Các chất lấp ñầy bền vững như các mạch thạch anh,
calcit, ñolomit… có thể làm liền và tái gắn kết các khe nứt và ñá trở lên bền vững
như ñá xung quanh.
Trong các khe nứt khác nhau, chiều dày của các chất lấp ñầy cũng không như
nhau.

 ðặc tính bề mặt.
- Bề mặt khe nứt.
Nhìn bề mặt khe nứt, người ta có thể tưởng tượng ra nguồn gốc hình thành của
nó: các khe nứt nguyên sinh do nguồn gốc trầm tích chỉ liên quan tới các khe nứt
phân lớp, các rạn nứt ña giác và các gợn sóng. Các khe nứt thứ sinh thường gồm các
gờ và vết lông chim của dạng khe nứt kéo ñược tạo ra do sự lan truyền nhanh khe nứt
khi hình thành. ðứt gãy bao gồm nhiều mặt trượt gợn sóng hay nhẵn riêng biệt, trên
ñó chứa các dăm kết hay các ñá vỡ mịn.
Tuỳ theo hình dáng bề mặt khe nứt mà người ta có thể chia thành các khe nứt
phẳng, gợn sóng hay tạo bậc.
Tuỳ theo mức ñộ liên tục của khe nứt mà người ta chia thành khe nứt liên tục
(liền) hay gián ñoạn khi giữa chúng là các cầu ñá (phần ñá giữa hai khe nứt).
Tuỳ theo dạng của thành khe nứt mà người ta cùng chia thành khe nứt nhẵn
(trơn) và nhám.
Tuỳ theo ñộ mở của khe nứt mà sẽ chia thành khe nứt kín hay mở.
Tuỳ theo chất lấp ñầy tồn tại trong khe nứt mà người ta cũng chia ra khe nứt có
hay không có chất lấp ñầy. (hình 2.12).

ch
ồng
không

146.
C¬ häc ®¸

lên nhau chồng lên nhau

nhẵn

nhám

phẳng


gợn sóng


không ñều


nhẵn
nhám
nhẵn
nhám

Thí dụ: Khe nứt có chất lấp ñầy,
gợn sóng, nhẵn, chồng lên nhau.
Hình 2.12. Các hình thái mặt khe nứt
Từ những quy ước trên, W.Wittke (1984) ñã phân chia các mặt khe nứt thành
một số dạng sau:
Khe nứt liền (liên tục), phẳng, trơn hoặc nhám và kín,
Khe nứt liền, phẳng, nhám, không kín hoàn toàn,
Khe nứt liền, không phẳng, mở hoặc có chất lấp ñầy,
Khe nứt chứa ñầy chất lấp ñầy
Khe nứt gián ñoạn, có các cầu ñá và kín.
Khe nứt gián ñoạn, mở và có chất lấp ñầy.
- ðộ nhám (ñộ xù xì, ñộ gồ ghề)
Thành khe nứt thường không bằng phẳng. Khi cắt ngang khe nứt sẽ ñược
những ñường gợn sóng. Tuỳ theo mức ñộ gợn sóng của thành khe nứt mà người ta có
thể chia thành khe nứt nhám, nhẵn và bóng. Trên quy mô lớn hơn, người ta có thể
chia thành khe nứt phẳng, gợn sóng hay tạo bậc như ñã nói ở trên.
ðể ñặc trưng cho ñộ nhám của khe nứt, người ta dùng chỉ tiêu hệ số ñộ nhám
của khe nứt JRC (Joint Roughess Coefficient) do N.Barton và V.Choubey ñưa ra từ
năm 1977 dựa trên 10 trắc diện nhám ñiển hình. Giá trị của JRC thay ñổi từ 0 với các
khe nứt phẳng và nhẵn tới 20 với các khe nứt gợn sóng và xù xì (hình 2.13).

C¬ häc ®¸.
147

Thành khe nứt càng nhám, khi bị
dịch chuyển thì lực ma sát càng lớn và
sức chống cắt cũng tăng do có những
góc nâng i ñược tạo ra bởi sự xù xì của
mặt khe nứt.

- ðộ bền nén của thành khe
nứt.
N.Barton và V.Choubey (1977)
ñã ñưa ra khái niệm ñộ bền nén của
thành khe nứt JCS (Joint Compressive
Strength) ñể ñặc trưng cho ñộ bền của
ñá trên thành khe nứt. Khi ñá còn tươi,
giá trị của JCS chính bằng ñộ bền nén
1 trục của mẫu ñá hay xác ñịnh nhanh
hơn, bằng ñộ bền tải trọng ñiểm của
các mẫu ở vết lộ hay mẫu khoan.
Khi thành khe nứt ñá bị phủ một
lớp dày các sản phẩm biến ñổi hay
phong hoá thì có thể thí nghiệm với
các mẫu của chất lấp ñầy hay xác ñịnh
trực tiếp bằng búa Schmidt cho các ñá mềm yếu trên thành khe nứt sau ñó, trị số của
JCS ñược xác ñịnh từ công thức:
lg(JCS) = 0,00088
γR + 1,01 (2.6)
trong ñó: JCS ñược tính bằng MPa,

γ là trọng lượng thể tích của ñá khô, kN/m
3

R là ñộ nảy của búa Schmidt trên ñá ở thành khe nứt.
Khi lớp ñá bị biến ñổi trên thành khe nứt quá mỏng, khó xác ñịnh JCS thì theo
N.Barton, nên lấy bằng 1/4 giá trị JCS ñã xác ñịnh với ñá tươi cùng loại.
2.2.2.3. ðánh giá tính chất nứt nẻ của khối ñá
ðể ñánh giá tính chất nứt nẻ, có thể dùng một số chỉ tiêu sau:
 Chỉ số chất lượng ñá RQD (Rock Quality Designation)

Chỉ số này do D.U.Deere ñề ra từ năm 1964; về giá trị nó là tỷ số % giữa tổng
chiều dài của các ñoạn mẫu ñá có chiều dài
≥ 10 cm và chiều dài ñoạn khoan qua.
Mẫu ñể xác ñịnh RQD phải có ñường kính
≥ 50mm, tốt nhất là 85mm.
Tuỳ theo giá trị của RQD, chất lượng ñá ñược chia thành các loại sau:
Rất xấu, khi RQD < 25%
Xấu, khi RQD = 25 – 50%
Trung bình, khi RQD = 50 – 75%
Hình 2.13
.
ðộ
nhám chu
ẩ
n cho b
ề

mặt các khe nứt.

Tỷ lệ

148.
C¬ häc ®¸

Tốt, khi RQD = 75 – 90 %.
Rất tốt, khi RQD = 90 – 100%.
Chất lượng ñá càng xấu thì tính nứt nẻ của ñá càng mạnh.
 Mật ñộ khe nứt.
Chỉ tiêu này ñặc trưng cho mức ñộ phân cắt của ñá do các khe nứt tạo ra.
Những khe nứt ngang dọc ñã làm khối ñá bị chia thành những phần riêng biệt tạm

gọi là tảng cấu trúc.
Số lượng trung bình các khe nứt song song hay gần song song với nhau (sự sai
lệch các yếu tố thế nằm là
± 10 % so với giá trị trung bình) trên một ñơn vị chiều dài
theo phương vuông góc với các khe nứt gọi là mật ñộ hay tần suất của khe nứt.
Chỉ số này chính bằng nghịch ñảo của khoảng cách trung bình giữa các khe nứt
trong cùng một hệ và cũng ñược gọi là moñun vị nứt nẻ chiều dài, dùng ñể so sánh
mật ñộ của các hệ thống khe nứt khác nhau trong một khối ñá.
Mật ñộ khe nứt thường ñược biểu diễn bằng số khe nứt trên 1m chiều dài
(kn/m). Tuỳ theo mật ñộ của nó mà J.L.Franklin, E.Broch và G.Walton (1971) ñã
phân chia mức ñộ nứt nẻ của ñá:
ðá nứt nẻ rất ít, khi mật ñộ khe nứt < 1kn/m
ðá nứt nẻ ít, khi mật ñộ khe nứt 1 - 5
ðá nứt nẻ vừa, khi mật ñộ khe nứt 5 - 8
ðá nứt nẻ mạnh, khi mật ñộ khe nứt 8 - 15
ðá nứt nẻ rất mạnh, khi mật ñộ khe nứt > 15
 Hệ số nứt nẻ
Chỉ số này ñược ñịnh nghĩa là tỷ số giữa diện tích của các khe nứt trong một
vết lộ ñá bất kỳ và chính diện tích toàn bộ mặt của vết lộ ấy (thường lấy là 1m
2
):

.100%
S
S
k
n
n
=
(2.7)

trong ñó: S
n
là tổng diện tích của các khe nứt, ñược tính theo công thức:

∑
=
=
n
1i
iin
baS
(2.8)
với a
i
, b
i
là chiều dài và chiều rộng trung bình của khe nứt thứ i.
n là số lượng các khe nứt có trong vết lộ ñá.
Theo hệ số này, L.I.Neystadt ñã phân chia mức ñộ nứt nẻ của khối ñá như sau:
Nứt nẻ ít, khi k
n
<2 %
Nứt nẻ vừa, khi k
n
= 2 – 5%
Nứt nẻ mạnh, khi k
n
= 5 – 10%
Nứt rất mạnh, khi k
n

= 10 – 20%
Nứt nẻ cực mạnh, khi k
n
> 20%.

C¬ häc ®¸.
149

 Tổng số khe nứt thể tích.
Chỉ tiêu này ñược ñịnh nghĩa là tổng số các khe nứt có trong một ñơn vị thể
tích khối ñá.
Theo N.Barton (1974), tổng số khe nứt thể tích (cũng ñược gọi là moñun nứt
nẻ thể tích) ñược tính bằng J
v
là tổng của các mật ñộ khe nứt của các hệ khe nứt khác
nhau có trong khối ñá.
Thí dụ có một số khe nứt của 4 hệ khe nứt khác nhau ño trên 5 và 10m dài của
một khối ñá, tổng số khe nứt thể tích J
v
sẽ ñược tính:

.1,4
10
1
5
5
10
24
10
6

J
v
=+++=

J
v
– thường ñược tính bằng số khe nứt có trong 1m
3
(kn/m
3
). Tuỳ theo giá trị
của J
v
, khối ñá sẽ bị phân cắt thành những tảng to nhỏ khác nhau. N.Barton (1978) ñã
phân chia các khối ñá thành các cỡ khác nhau tuỳ theo các giá trị kích thước khối ñá,
khoảng cách giữa các khối ñá ñã bị phân cắt và tổng số khe nứt thể tích như trong
bảng 2.6.
Giữa tổng số khe nứt thể tích J
v
và chỉ số chất lượng ñá RQD có liên hệ với
nhau theo công thức thực nghiệm của A.Palmstrom (1982):
RQD = 115 – 3,3 J
v
(2.9)
Bảng 2.6
Tảng ñá Kích thước (m
3
)
Khoảng cách giữa
các khe nứt trong

khối ñá
Tổng số khe nứt
thể tích J
v
,
(kn/m
3
)
Rất lớn
Lớn
Trung bình
Nhỏ
Rất nhỏ
>8
0,2 – 8
0,008 – 0,2
0,0002 – 0,008
< 0,0002
Cực xa
Rất xa
Xa
Khá xa
Không xa
< 1
1 – 3
3 – 10
10 – 30
> 30
 Chỉ số liên tục của khối ñá.
Chỉ số này do T.F.Onodera (1963) ñề ra, ñặc trưng cho mức ñộ liên tục của

khối ñá.
Về trị số, chỉ số này ñược xác ñịnh bằng tỷ số giữa tốc ñộ truyền sóng dọc
trong khối ñá ño tại thực ñịa v
tt
và tốc ñộ truyền sóng lý thuyết xác ñịnh với các mẫu
ñá cùng loại v
lt
.

.100%.
v
v
I
lt
tt
c
=
(2.10)

150.
C¬ häc ®¸

trong ñó: I
c
là chỉ số liên tục
Tốc ñộ truyền sóng lý thuyết v
lt
có thể lấy theo bảng 1.18.
Tốc ñộ truyền sóng thực tế trong khối ñá có thể ño bằng phương pháp ñịa chấn
với các khoảng cách 60, 120 và 240m.

Tuỳ theo chỉ số liên tục, người ta có thể phân chia sự liên tục của khối ñá theo
các mức ñộ sau:
Tính liên tục rất cao, khi I
c
> 90%
Tính liên tục cao, khi I
c
= 90 – 75%
Tính liên tục trung bình, khi I
c
= 75 – 50%
Tính liên tục kém, khi Ic = 50 – 25%
Tính liên tục rất kém, khi I
c
< 25%.
Qua một số chỉ tiêu ñánh giá tính chất nứt nẻ hay liên tục của khối ñá,
J.L.Frankhin và những người khác (1974) ñã tóm tắt việc ñánh giá chất lượng khối
ñá theo chúng như trong bảng 2.7.
Bảng 2.7
Phân cấp chất
lượng khối ñá
RQD%
Mật ñộ khe nứt,
kn/m
I
c
, %
Rất xấu
Xấu
Trung bình

Tốt
Rất tốt
< 25
25 – 50
50 – 75
75 – 90
90 – 100
> 15
15 – 8
8 – 5
5 – 1
< 1
< 20
20 – 40
40 – 60
60 – 80
80 – 100
 Phương pháp thí nghiệm tại thực ñịa.
Thí nghiệm tại thực ñịa có thể ñánh giá ngay ñược tính chất nứt nẻ của ñá.
Người ta thường dùng một số phương pháp sau:
- Xác ñịnh tính chất nứt nẻ của ñá qua tốc ñộ giảm áp lực của khí nén.
Phương pháp này do A.M.Fridljand dùng ñầu tiên trong hầm mỏ: khoan các lỗ
khoan có ñường kính khoảng 42mm; dài 1,5 – 4m vào thành và gương lò. ðặt các
nút trong lỗ khoan tại các vị trí cách miệng lỗ khoan những khoảng khác nhau. Bơm
khí nén vào lỗ khoan. Do có các khe nứt nên lượng khí sẽ mất dần. Xác ñịnh tốc ñộ
giảm áp lực của khí tại các phần lỗ khoan ñã ñịnh trước, ñem chia cho chiều dài phần
lỗ khoan ấy sẽ ñược tốc ñộ giảm áp trung bình trên một ñơn vị chiều dài lỗ khoan. Từ
giá trị này sẽ ñánh giá ñược mức ñộ nứt nẻ của khối ñá.

C¬ häc ®¸.

151

- Bơm nước có áp vào khối ñá nứt nẻ. Trong phương pháp này, người ta
thường khoan các lỗ khoan song song với nhau. Bơm nước vào một trong chúng. Do
ñá nứt nẻ nên nước sẽ xuất hiện ở các lỗ khoan khác. Tuỳ theo sự xuất hiện của nước
trong các lỗ khoan mà người ta sẽ ñánh giá ñược tính chất nứt nẻ của ñá.
2.2.2.4. Biểu diễn tính chất nứt nẻ của khối ñá
ðể biểu diễn ñược tính nứt nẻ của khối ñá, phải có những thông tin về vị trí,
thế nằm, số lượng, khoảng cách, chiều dài, chiều rộng, chất lấp ñầy và các thông tin
khác về khe nứt. Các dụng cụ ñể ño khe nứt tại thực ñịa thường là ñịa bàn, thước
hoặc máy ảnh. Với mỗi hệ thống khe nứt khác nhau, sau ñó chỉnh lý lại, lấy kết quả
trung bình hoặc sử dụng toàn bộ các số liệu tuỳ theo mục ñích nghiên cứu.
Trên cơ sở các số liệu ñã thu thập ñược tại thực ñịa, ñể thấy ñược một cách rõ
ràng, nhanh chóng tính chất nứt nẻ của khối ñá, người ta ñã dùng nhiều phương pháp
khác nhau. Ở ñây chỉ nêu lên một vài cách biểu diễn ñơn giản, thông dụng nhất.
 ðồ thị hoa hồng
Phương pháp này do Fillips ñề ra từ hơn một trăm năm trước và ñược sử dụng
ñến ngày nay, tuy rằng không rộng rãi lắm.
Trên một nửa ñường tròn, vẽ các tia bán kính cách ñều nhau khoảng 2, 3 hay
5
o
. Theo giá trị của các góc tương ứng, các tia này sẽ biểu diễn góc phương vị ñường
phương của hệ thống khe nứt. Lấy tia vuông góc với ñường kính là phương Bắc. Số
lượng các khe nứt ñã ño ñược của một hệ thống khe nứt sẽ ñược biểu diễn bằng các
ñoạn thẳng tính từ tâm trên tia bán kính ứng với góc phương vị của nó theo một tỷ lệ
tự chọn.