Đề cương chi tiết bài giảng Học phần: Địa chất công trình Viện Kỹ thuật công trình đặc biệt

BỘ MƠN DUYỆT
Chủ nhiệm Bộ mơn

Lê Anh Tuấn

ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT BÀI GIẢNG
(Dùng cho 3 tiết giảng)
Học phần: ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH
Nhóm mơn học: ĐỊA KỸ THUẬT
Bộ mơn: Cơ sở Kỹ thuật CT
Viện: Kỹ thuật CTĐB

Thơng tin về nhóm mơn học
TT Họ tên giáo viên
1
Nguyễn Tương Lai
2
Trần Thế Kỳ
3
Thái Doãn Hoa
4
Nguyễn Quý Đạt
5
Nguyễn Huy Hiệp
6
Mai Đăng Nhân
7
Cao Văn Hòa

Học hàm
GVC

GCV
GVC
GV
TrG
TrG
TrG

Học vị
TS
ThS
TS
ThS
TS
KS
KS

Thay mặt nhóm
mơn học

Thái Dỗn Hoa

Đơn vị cơng tác
BM Cơ sở KTCT
BM Cơ sở KTCT
BM Cơ sở KTCT
BM Cơ sở KTCT
BM Cơ sở KTCT
BM Cơ sở KTCT
BM Cơ sở KTCT

Thời gian, địa điểm làm việc: Hàng ngày tại phòng S1-1407
Địa chỉ liên hệ: Bộ môn Cơ sở KTCT, Viện Kỹ thuật Cơng trình Đặc biệt.
Điện thoại, email: 069.515.405,
***
Bài giảng1: Giới thiệu môn học. Cấu tạo vỏ quả đất.
Khái niệm về khoáng vật
Chương 1 Mục 1.1 + 1.2
Tiết thứ: 1 - 2
Tuần thứ: 1
- Mục đích, yêu cầu:
+ Nắm sơ lược về học phần, các yêu cầu của giáo viên
+ Giới thiệu mơn học.
+ u cầu hiểu được mục đích, nội dung nghiên cứu của môn học. Hiểu
về cấu tạo vỏ quả đất và đặc điểm của nó. Giới thiệu chung về khống vật.
- Hình thức tổ chức dạy học: Lý thuyết, thảo luận, tự học, tự nghiên cứu
- Thời gian: Lý thuyết, thảo luận: 2t;
Tự học, tự nghiên cứu: 2t
- Địa điểm: Giảng đường do P2 phân công.
- Nội dung chính:


*Giới thiệu mơn học
 Đối tượng, mục đích nghiên cứu.
+ Khái niệm về địa chất cơng trình (ĐCCT): Theo V.D. Lomtade:
“ĐCCT như khoa học về điều kiện địa chất của việc xây dựng cơng trình, sử
dụng hợp lý mơi trường địa chất và bảo vệ nó gắn liền với sự phát triển của các
quá trình và hiện tượng địa chất”. Nói một cách khác, đây là một mơn khoa học
nghiên cứu và sử dụng các tri thức về địa chất vào việc xây dựng các cơng trình.
+ Đối tượng nghiên cứu: Môi trường địa chất (lớp đất đá phần trên,
luôn biến đổi, phát sinh các hiện tượng địa chất).

+ Mục đích: Đánh giá khả năng xây dựng của khu vực theo quan
điểm ĐCCT và sử dụng hợp lý các điều kiện địa chất tự nhiên vào xây dựng
nhằm bảo vệ cơng trình ổn định, bảo vệ lãnh thổ.
 Nội dung và các phương pháp nghiên cứu.
+ Điều kiện ĐCCT:
(1) - Yếu tố địa hình, địa mạo
(2) - Yếu tố địa tầng và tính chất cơ lý của các loại đất đá
(3) - Yếu tố cấu trúc địa chất
(4) - Địa chất thuỷ văn
(5) - Yếu tố về các quá trình và hiện tượng địa chất động lực cơng trình
(6) - Yếu tố về vật liệu xây dựng khoáng tự nhiên
+ Các phương pháp khảo sát:
- Phương pháp quan sát miêu tả: đây là phương pháp khảo sát địa
chất cơng trình tổng hợp nhất. Người ta có thể tiến hành đo vẽ bản đồ bằng đi bộ, ô
tô, hay máy bay sẽ giúp ta nghiên cứu tổng quan tình hình địa chất một vùng rộng
lớn. Hiện nay, nhiều nước đã sử dụng vệ tinh nhân tạo trong khảo sát địa chất và
địa chất cơng trình;
- Phương pháp khoan, đào thăm dị;
- Phương pháp thăm dị địa vật lý;
- Phương pháp thí nghiệm địa chất cơng trình và địa chất thuỷ văn;
- Công tác chỉnh lý tài liệu và nội dung báo cáo kết quả khảo sát.
+ Các phương pháp nghiên cứu ĐCCT: Phương pháp địa chất, phương
pháp tương tự, mơ hình, phương pháp toán học.
- Lịch sử phát triển và các mơn học có liên quan: Đọc giáo trình.
*Chương 1. Nhưng khái niệm cơ bản về khoáng vật và đất đá.
1.1. Vỏ quả đất và các hiện tượng địa chất diễn ra trong nó.
- Vỏ quả đất: Cấu tạo, thành phần vật chất.
+Vỏ lục địa

+ Vỏ đại dương

- Các hiện tượng địa chất diễn ra trong vỏ quả đất.
+ Vận động tạo lục địa.
+ Vận động tạo núi.
1.2. Khái niệm chung về khoáng vật
 Khoáng vật.
- Định nghĩa: Khoáng vật là những đơn chất hay hợp chất hoá học mà
chúng là sản phẩm của các q trình hố lý và các hoạt động địa chất xảy ra
trong vỏ Trái đất và trên mặt đất; có thành phần hố học, cấu trúc mạng tinh
thể và tính chất hố lý đặc trưng.
- Ý nghĩa nghiên cứu: nghiên cứu thành phần khoáng vật của đá sẽ giúp
cho việc tìm hiểu nguồn gốc, điều kiện hình thành đá, đánh giá khả năng sử
dụng chúng trong xây dựng.
- Tính chất vật lý.
+ Hình dạng tinh thể khống vật.
+ Màu khoáng vật.
+ Độ trong suốt và ánh của khoáng vật
+ Tính cát khai.
+ Độ cứng của khống vật
+ Tỷ trọng
 Phân loại khoáng vật:
Lớp 1: Các nguyên tố tự nhiên, như đồng, bạc…
Lớp 2: Sunfua, như pyrit (FeS2)…
Lớp 3: Halogenua, như halit (NaCl)…
Lớp 4: Cacbonat, như canxit (CaCO3)…


Lớp 5: Sunfat, như thạch cao (CaSO4.2H2O)…
Lớp 6: Fotfat, như fotfat (CaP2O5)…

Lớp 7: Oxit, như thạch anh (SiO2)…
Lớp 8: Silicat, như octocla K[AlSi3O8]…
Lớp 9: Hợp chất hữu cơ, như CH4…
- Yêu cầu SV chuẩn bị: tự đọc trước khi lên lớp
- Ghi chú: tài liệu tham khảo
(1). Địa chất công trình. Nguyễn Uyên và nnk 2002
(2). Thực tập ĐCCT. Thái Dỗn Hoa 2005
(3). Địa chất cơng trình-Địa chất động lực cơng trình. V.Đ. Lomtadze 1982
(dịch)
(4). Nước dưới đất. Phan Văn Cừ, Tôn Sĩ Kinh 1981
(5). Xử lý các thông tin về điều kiện ĐCCT 1986. Thái Doãn Hoa
(6). Địa chất thủy văn đại cương. Vũ Ngọc Kỷ và nnk.


Bài giảng 2: Khái niệm về đất đá. Mô tả các loại đất đá.
Phân loại đất đá theo quan điểm xây dựng
Chương 1 Mục 1.3 + 1.4
Tiết thứ: 3 - 4
Tuần thứ: 2
- Mục đích, yêu cầu:
+ Giới thiệu về các loại đất đá và đặc điểm của chúng.
+ Mô tả bảng phân loại đất đá theo quan điểm xây dựng.
+ Yêu cầu biết được các loại đất đá và những đặc tính liên quan đến xây
dựng.
- Hình thức tổ chức dạy học: Lý thuyết, thảo luận, tự học, tự nghiên cứu
- Thời gian: Lý thuyết, thảo luận: 2t; Tự học, tự nghiên cứu: 2t.
- Địa điểm: Giảng đường do P2 phân cơng
- Nội dung chính:
1.3. Khái niệm chung về đất đá
- Định nghĩa: Đất đá là tập hợp của các khoáng vật, được sắp xếp theo

những quy luật nhất định, có thể có liên kết, có thể khơng, chiếm một phần
không gian đáng kể của vỏ trái đất.

- Các phương pháp nghiên cứu
 Nghiên cứu đất đá trong phòng thí nghiệm
+ Nghiên cứu thành phần thạch học của đất đá bằng kính hiển vi phân
cực để xác định tên của đất đá (nêu cách tiến hành);
+ Phân tích thành phần hố học của đất đá;
+ Phân tích thành phần hạt của đất đá bằng phương pháp rây để xác định
thành phần cấp phối của các nhóm hạt đất;
+ Nghiên cứu các chỉ tiêu cơ lý của đất đá: dung trọng, tỉ trọng, độ ẩm, hệ
số rỗng, hệ số nén, lực dính…


+ Phân tích nước để xác định tính chất vật lý và thành phần hoá học của
nước.
 Nghiên cứu đất đá ngoài hiện trường:
+ Cắt, nén trên hiện trường (trong hố đào hoặc trong hố khoan) để xác
định các chỉ tiêu biến dạng và độ bền của đất đá;
+ Thí nghiệm cắt quay: xác định các chỉ tiêu độ bền của đất loại bùn, loại sét;
+ Các thí nghiệm đặc biệt như: xuyên động, xuyên tĩnh…
+ Các phương pháp thí nghiệm địa chất thuỷ văn ngoài hiện trường để xác
định các đặc trưng cơ bản của nước dưới đất, gồm:
- Thí nghiệm đổ nước vào hố đào;
- Thí nghiệm ép nước trong hố khoan;
- Hút nước thí nghiệm.
- Tuổi của đất đá: Tuổi của đất đá là khoảng thời gian từ khi đất đá được
thành tạo đến nay.
+ ý nghĩa của việc xác định tuổi đất đá: tuổi của đất đá liên quan đến
thành phần, cũng như tính chất của đất đá; điều này có một ý nghĩa rất quan

trọng đối với cơng tác tìm kiếm thăm dị cũng như địa chất cơng trình;
Các loại đất đá được thành tạo trong cùng một thời gian thường có thành
phần giống nhau và nếu như điều kiện tồn tại như nhau thì chúng có thể:
Cùng chứa một loại khống sản, quặng nào đó (than đá, dầu mỏ…), điều
này rất quan trọng đối với cơng tác tìm kiếm thăm dị;
Cùng có tính chất cơ lý như nhau, điều này có ý nghĩa quan trọng đối với
cơng tác xây dựng. Nếu có tài liệu về tuổi và tính chất xây dựng của đất đá ở
khu vực này, ta có thể ngoại suy những tính chất xây dựng của các đất đá có
cùng tuổi ở khu vực khác mà không cần phải tiến hành khảo sát thăm dò.
+ Phương pháp xác định:
Đối với khái niệm tuổi tương đối của đất đá: phương pháp địa tầng,
phương pháp cố sinh. Xác định tuổi tuyệt đối của đất đá bằng phương pháp
phóng xạ.
+ Thang niên biểu địa chất
1.4. Mô tả các loại đất đá
1.4.1. Đá macma
- Nguyên nhân thành tạo: Đá magma là sản phẩm kết tinh của dung nham
magma ở bề mặt hay dưới mặt đất. Tuỳ theo thành phần magma và điều kiện
nguội lạnh mà hình thành nhiều loại magma khác nhau. Đá magma được chia
làm 2 loại: đá xâm nhập (intrusive) khi magma đông cứng ở dưới mặt đất và đá
phun trào (extrusive) hay còn gọi là đá núi lửa khi đông cứng ở trên mặt đất.


- Các đặc điểm cơ bản của đá macma:
+ Đặc điểm về thế nằm:
Đá xâm nhập: Dạng nền, Dạng nấm, Dạng lớp, Dạng mạch

Đá phun trào: Dạng lớp phủ, Dạng dịng chảy

+ Đặc điểm về kiến trúc: Kiến trúc tồn tinh, Kiến trúc pocfia (ban

tinh), Kiến trúc ẩn tinh, Kiến trúc thuỷ tinh
+ Đặc điểm về thành phần hoá học
Hoá học
Đá loại axít
(SiO2 > 65%)
Đá loại
trung tính
(SiO2 = 55 ÷
65%)
Đá loại bazơ
(SiO2 = 44 ÷
55%)
Đá loại siêu
bazơ
(SiO2 < 45%)

Thành phần
Khống vật
Fenspat kali, thạch anh, plagioclaz,
khoáng vật thẫm màu (biotit, hocblen,
augit)
Fenspat, plagioclaz axit, một số ít
khống vật thẫm màu (amphibol,
mica)
Plagioclaz trung tính, khống vật thẫm
màu (amphibol)
Plagioclaz bazơ, khống vật thẫm màu
(đơi khi là olivin)
Augit, olivin, quặng
Olivin, quặng

Đá xâm
nhập

Đá phun trào
Cổ
Mới

Granit

Pocfia
thạch anh

Liparit

Sienit

Pocfia
Octoclaz

Trachit

Điorit

Pocfirit

Andezit

Gabro

Bazan

Peridotit

Điaba,
pocfirit,
augit
-

Đunit

-

-

- Phân loại và mô tả một số loại đá macma:
+ Macma xâm nhập (Granit, syenit, điorit, gabro…)
+ Macma phun trào (Ryolit, trachit, anđezit, bazan…)
- Tính chất xây dựng của đá macma
- Yêu cầu SV chuẩn bị: tự đọc trước khi lên lớp

-


Bài giảng 3: Khái niệm về đất đá. Mô tả các loại đất đá.
Phân loại đất đá theo quan điểm xây dựng (tiếp) + thực hành
Chương 1 Mục 1.4
Tiết thứ: 5 - 6
Tuần thứ: 3
- Mục đích, u cầu:

+ Mơ tả bảng phân loại đất đá theo quan điểm xây dựng.
+ Yêu cầu nhận biết được các loại đất đá
- Hình thức tổ chức dạy học: Lý thuyết, thảo luận
- Thời gian: Lý thuyết, thảo luận: 2t; Thực hành: 2 tiết;
- Địa điểm: Giảng đường do P2 phân công
- Nội dung chính:
1.4.2. Đất đá trầm tích
- Định nghĩa, nguyên nhân thành tạo: Đá trầm tích là loại đá được hình
thành trên bề mặt đất, do quá trình trầm đọng và tích tụ các loại vật liệu phá huỷ
của các đá có trước hoặc do tích đọng xác sinh vật. Vỏ trái đất chịu tác dụng của
ngoại lực phá huỷ, kết quả đá bị phá huỷ; một bộ phận hoà tan tạo thành dung
dịch, bộ phân khác tạo thành những mảnh vụn có kích thước khác nhau. Các vật
liệu này trải qua quá trình gắn kết tạo đá mà thành:
+ Giai đoạn 1: phá huỷ đá có trước, tạo vật liệu trầm tích
+ Giai đoạn 2: giai đoạn vận chuyển
+ Giai đoạn 3: trầm đọng (theo quy luật tuyển lựa)
+ Giai đoạn 4: hố đá của trầm tích
- Các đặc điểm cơ bản
+ Tính phân lớp: Đại bộ phận đá trầm tích trong q trình lắng
đọng tạo đá đều hình thành những lớp riêng rẽ có độ dày, mỏng khác nhau. Các
lớp này liên tiếp bị ép lại làm cho đá tạo thành một khối nhưng vẫn có thể phân
biệt từng lớp được


+ Chứa độ rỗng: Đa số các đá trầm tích (trừ đất đá trầm tích hố
học) đều có đặc tính là có thể tích lỗ hổng khá lớn. Lỗ hổng xuất hiện là do sự
tiếp xúc giữa các yếu tố kiến trúc của các hạt đất đá mà sinh ra.

+ Chứa hoá thạch: Xác các động thực vật sau khi chết bị các vật
liệu trầm tích vùi lấp xuống và nén chặt lại, rồi trải qua các quá trình biến hố

xác các động thực vật trở thành đá nhưng cịn in lại các dấu vết, hình thù trong
đá gọi là hoá thạch.
- Phân loại và miêu tả (4 loại)
+ Trầm tích cơ học
+ Trầm tích hữu cơ
+ Trầm tích hố học
+ Trầm tích hỗn hợp
- Tính chất xây dựng
1.4.3. Đá biến chất
- Định nghĩa: Các loại đá có trước dưới tác dụng của nhiệt độ cao, áp lực lớn
hay do các phản ứng hoá học với magma, bị biến đổi mãnh liệt về thành phần,
tính chất mà thành. Q trình này xảy ra ở dưới lòng đất.
- Phân loại và đặc điểm:
Biến chất tiếp xúc xảy ra ở khu vực tiếp giáp giữa khối magma nóng chảy
với đá vây quanh; Nhiệt độ, khí, thành phần dung nham…làm biến đổi cơ bản
thành phần và tính chất của đá kề nó. Nếu sự biến đổi đó chỉ do nhiệt độ cao của
magma thì gọi là biến chất tiếp xúc nhiệt, nhưng thường là quá trình biến chất
tiếp xúc trao đổi.
Biến chất động lực xảy ra do tác dụng của áp lực cao sinh ra trong quá
trình kiến tạo (tại các đứt gãy kiến tạo).
Biến chất khu vực là loại biến chất xảy ra ở dưới sâu dưới tác dụng đồng
thời của áp lực lớn và nhiệt độ cao. Xảy ra ở các vùng tạo núi, các vùng mà đá
trầm tích bị vùi sâu.


- Mô tả một số loại đá biến chất: gơnai, philit và đá phiến, Quaczit, Đá hoa
1.4.4. Phân loại đất đá theo quan điểm xây dựng
- Theo cách phân loại của Xavarenxki được Lômtadze bổ sung năm 1968,
dựa trên các cơ sở sau:
1. Mối liên kết giữa các hạt đất (liên kết nội bộ) ảnh hưởng chủ yếu đến

độ chặt của đất:
2. Mối quan hệ giữa đất đá và nước, thể hiện qua các tính chất sau
3. Tính chất cơ học của đất đá, thể hiện ở các tính chất sau
- Phân loại (5 loại):
Đá cứng: hoàn hảo nhất về mặt xây dựng cơng trình, đá có độ bền và độ
ổn định cao, độ biến dạng bé, mức độ ngấm nước yếu.
Đá nửa cứng: Đá bị nứt nẻ nhiều; đá trầm tích có cường độ gắn kết thấp,
đối với các đá bị hồ tan thì thường có hang hốc. Đá nửa cứng thường phân biệt
bởi tính khơng đồng nhất, tính dị hướng rõ rệt.
Đất rời xốp: cát, cuội, sỏi…là các hạt cứng chắc và có cường độ cao . Tuy
nhiên, mối liên kết giữa các hạt hầu như khơng có, độ rỗng lớn và dễ bị thay đổi
do tác dụng cơ học bên ngoài (đặc biệt là tải trọng động). Ngậm nước ít và thấm
nước mạnh.
Đất mềm dinh: đất sét, sét pha, cát pha. Đa số có cường độ thấp, thấm
nước kém hoặc khơng thấm nước, ép co mạnh.
Đất có thành phần trạng thái và tính chất đặc biệt: đất muối hố, đất than
bùn…thơng thường thì chúng là các loại đất yếu, cường độ chịu lực rất thấp;
- Thực hành nhận biết khoáng vật và đất đá.
- Yêu cầu SV chuẩn bị:
Tự đọc trước khi lên lớp
Làm tiểu luận chương 1


Bài giảng 4: Tính chất vật lý của đất đá
Chương 2 Mục 2.1
Tiết thứ: 7- 8
Tuần thứ: 4
- Mục đích, yêu cầu:
+ Giới thiệu về thành phần, tính chất vật lý của đất đá.
+ Yêu cầu hiểu được thành phần cấu tạo và tính chất vật lý của đất đá.

- Hình thức tổ chức dạy học: Lý thuyết, thảo luận, tự học, tự nghiên cứu
- Thời gian: Lý thuyết, thảo luận: 2t; Tự học, tự nghiên cứu: 5t.
- Địa điểm: Giảng đường do P2 phân cơng
- Nội dung chính:
2.1.1. Thành phần cấu tạo của đất:

- Thành phần hạt rắn của đất: các hạt rắn là hệ những hạt khoáng chất lớn
từ vài cm đến những hạt nhỏ nhất vài phần trăm, phần nghìn mm. Tính chất của
đất phụ thuộc vào hình dáng, kích thước các hạt, cũng như thành phần khống
vật của chúng.
- Thành phần nước trong đất: Sự có mặt của nước trong đất đã gây nên
những tác động cơ học, vật lý và hoá học lên thành phần khống vật của đất, do
đó có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất cơ lý của đất. Nước là một yếu tố quan
trọng ảnh hưởng đến độ bền vững của nền đất và qua đó gây nên những tác hại
nghiêm trọng đối với các cơng trình xây dựng của con người
- Thành phần khí trong đất
2.1.2. Tính chất vật lý của đất

- Các chỉ tiêu vật lý cơ bản được xác định bằng thí nghiệm


+ khối lượng thể tích tự nhiên

 

g
V

(g/cm3, T/m3 )

+ Tỷ trọng

gh



Vh nc

+ Độ ẩm tự nhiên

g nc
100%
gh

W

- Các chỉ tiêu vật lý xác định bằng tính tốn
+ khối lượng thể tích khơ

gh
V

k 

, g/cm3

+ Độ lỗ rỗng và hệ số rỗng

n

V
n
Vr
100% ;   r 
Vh
m
V

+ Độ ẩm toàn phần

Wn 

gb n
100%
gh

+ Độ bão hoà

G

W Vnc

Wn
Vr

+ khối lượng thể tích bão hồ

 bh 

g h  g 'n

g  g 'n
 h
Vr  Vh
V

+ khối lượng thể tích đất trong nước

 dn   bh   nc 

gbh   ncV
V

- Các đặc trưng trạng thái vật lý của đất:
+ Chỉ tiêu độ chặt của đất cát: độ chặt có ý nghĩa quan trọng trong việc
đánh giá khả năng xây dựng của nền đất và các cơng trình xây dựng bằng đất
đắp.
Phân loại theo ε:


Loại đất

Độ chặt
Chặt vừa

Chặt

0.55 ≤ ε ≤ 0.70
0.60 ≤ ε ≤ 0.75
0.60 ≤ ε ≤ 0.80

Cát sỏi, thô, vừa
Cát nhỏ
Cát bột

ε < 0.55
ε < 0.60
ε < 0.60
Độ chặt tương đối D:

D

rời xốp
ε > 0.70
ε > 0.75
ε > 0.80

 max   o
, trong đó:
 max   min

εmax – Cát ở trạng thái xốp nhất
εmin – Cát ở trạng thái chặt nhất
εo – Cát ở trạng thái tự nhiên.
Khi:
0 ≤ D ≤ 0.33 – Cát ở trạng thái rời (Đất xốp → γKmin → εmax)
0.33 < D ≤ 0.66 – Cát ở trạng thái chặt vừa
0.66 < D ≤ 1.00 – Cát ở trạng thái chặt (Đất chặt → γKmax → εmin)
+ Chỉ tiêu về độ sệt và giới hạn của đất dính:
Chỉ số dẻo (Id) là phạm vi biến thiên của độ ẩm, trong đó đất thể hiện tính
dẻo. Dùng để phân loại đất.

I d  Wnh  Wd
Độ sệt B: phân chia trạng thái

B

W - Wd
Id

Tên + Trạng thái của đất
Cát pha (1 < Id < 7): Cứng
Dẻo
Nhão
Sét pha (7 < Id < 17):
Cứng
Sét (Id > 17): Nửa cứng
Dẻo
Dẻo mềm
Dẻo nhão
Nhão
- Yêu cầu SV chuẩn bị:
Tự đọc trước khi lên lớp
Tham khảo tài liệu: Đất đá xây dựng

B
B<0
0≤B≤1
B>1
B<0
0.00 ≤ B ≤ 0.25

0.25 < B ≤ 0.50
0.50 < B ≤ 0.75
0.75 < B ≤ 1.00
B>1


Bài giảng 5: Tính chất cơ học của đất đá
Chương 2 Mục 2.2
Tiết thứ: 9- 10
Tuần thứ: 5
- Mục đích, yêu cầu:
+ Giới thiệu về tính chất cơ học của đất đá: Tính biến dạng,cường độ
chống cắt.
+ Yêu cầu hiểu được bản chất của tính biến dạng và cường độ chống cắt.
- Hình thức tổ chức dạy học: Lý thuyết, thảo luận, tự học, tự nghiên cứu
- Thời gian: Lý thuyết, thảo luận: 2t; Tự học, tự nghiên cứu: 5t;
- Địa điểm: Giảng đường do P2 phân công
- Nội dung chính:
2.2.1. Tính biến dạng
- Thí nghiệm nén một trục khơng nở hơng:

- Kết quả thí nghiệm: vẽ đường cong nén lún S-p

- Biến dạng của đất đá bao gồm 2 thành phần:


+ Biến dạng đàn hồi
+ Biến dạng khơng có khả năng khôi phục
+ Định luật nén, công thức hệ số nén lún: a = (e1-e2)/(p2–p1)
Định luật nén lún (N.A. Txưtovich, 1963): Sự thay đổi tương đối của thể

tích lỗ rỗng của đất tỷ lệ thuận với sự thay đổi áp lực.
- Các yếu tố ảnh hưởng đến tính biến dạng
+ Đối với đất rời: thành phần khống vật, kích thước hạt, độ ẩm, tải trọng.
+ Đối với đất dính: thành phần hạt, khống vật, cấu trúc mơi trường nước
lỗ rỗng.
2.2.2. Cường độ chống cắt
- Khái niệm: Cường độ chống cắt τ được hiểu là: lực chống trượt lớn nhất
trên một đơn vị diện tích tại mặt trượt khi khi khối đất này trượt trên khối đất
kia.

- Định luật chống cắt


+ Đất rời: τ = σtgφ

+ Đất dính: τ = σtgφ + c

- Các yếu tố ảnh hưởng:
+ Áp lực pháp tuyến
+ Thành phần khống, hình dạng và cấp phối hạt
+ Độ chặt ban đầu
+ Độ ẩm
+ Quá trình cố kết.
- Yêu cầu SV chuẩn bị:
Tự đọc trước khi lên lớp
Tự đọc trước khi lên lớp
Tham khảo tài liệu: Đất đá xây dựng
Làm tiểu luận + bài tập chương 2

Bài giảng 6: Khái niệm chung về nước dưới đất
Chương 3 Mục 3.1
Tiết thứ: 11- 12
Tuần thứ: 6
- Mục đích, yêu cầu:
+ Giới thiệu về sự phân bố NDĐ, thành phần hố học và tính chất vật lý
của
NDĐ. Động thái nước dưới đất.
+ Yêu cầu hiểu sự phân bố NDĐ và vai trị của việc nghiên cứu tính chất
hố lýđộng thái của NDĐ trong xây dựng.
- Hình thức tổ chức dạy học: Lý thuyết, thảo luận, tự học, tự nghiên cứu
- Thời gian: Lý thuyết, thảo luận: 2t; Tự học, tự nghiên cứu: 2t.
- Địa điểm: Giảng đường do P2 phân cơng
- Nội dung chính:
3.1.1. Sự phân bố nước dưới đất
a. Nguyên nhân thành tạo
- Nước sơ sinh (nước nguồn gốc macma)
- Nước nguyên sinh (nước nguồn gốc trầm tích)
- Nước ngưng tụ (nước nguồn gốc khí quyển)
- Nước thẩm thấu
b. Sự phân bố nước dưới đất

- Đới thơng khí: Đất đá trong đới này khơng được bão hồ nước. Nguồn
nước cấp chính ở vùng này là do thẩm thấu nước bề mặt rất mạnh, song phần
lớn nước ở đây lại thấm xuống đới dưới và bay hơi nhiều. Chiều dày đới thơng
khí thay đổi từ 0 đến 100 – 200m phụ thuộc vào thành phần đất đá và thế nằm
của chúng.


- Đới mao dẫn: Chiều dày phụ thuộc vào thành phần thạch học của đất đá;

trong cát, sỏi hạt to H = 10 – 20cm, trong đất sét, sét pha có thể > 20cm. Khi
đường kính của mao dẫn càng nhỏ thì độ cao của mao dẫn dâng lên càng cao.
- Đới bão hoà nước:
+ Tầng nước ngầm: là tầng nước đầu tiên kể từ mặt đất. Nước mưa
và nước trên mặt đất thấm xuống đất đá gặp phải lớp khơng thấm hoặc thấm rất
ít (gọi là tầng cách nước) thì nó sẽ dừng lại tạo thành tầng nước ngầm.

+ Tầng nước áp lực: là tầng nước ở giữa 2 tầng cách nước. Đặc
điểm quan trọng của tầng nước này là có áp lực cột nước dư.

3.1.2. Đặc tính về thành phần hố học và tính chất vật lý của nước
dưới đất
a. Sự hình thành thành phần hố học của nước dưới đất
- Sự rửa lũa và hoà tan: Sự rửa lũa là quá trình chuyển dời một thành phần
nào đó của khống vật vào dung dịch mà khơng làm phá vỡ dạng tinh thể của
khống vật đó, cịn q trình hồ tan thì ngược lại, nghĩa là chuyển tất cả các
thành phần và làm phá vỡ mạng tinh thể.
- Quá trình di chuyển H20: Sự di chuyển nước với lượng tổng khoáng và
thành phần hoá học khác nhau trong tự nhiên là một hiện tượng phổ biến.
b. Tính chất hoá học của nước dưới đất
- Nồng độ ion H+:
pH = 7 → nước trung tính
pH < 7 → nước axit
pH > 7 → nước bazơ.


- Độ cứng của nước: Độ cứng của nước là tính chất hồ tan của nước đối
với các hợp chất Ca, Mg có trong nước. Độ cứng của nước chia làm hai loại: độ
cứng tạm thời và độ cứng vĩnh cửu, tổng của chúng là tổng độ cứng.
- Lượng tổng khoáng và nhiễm bẩn: Lượng tổng khoáng là tổng các chất

khoáng lấy được trong nước do kết quả của phân tích hố học – nghĩa là tổng
lượng các chất hồ tan, được biểu thị bằng M, đơn vị g/l.
- Sự ăn mịn của nước
- Phương trình biểu diễn thành phần hố học của nước: ví dụ
HCO3 60Cl 40
Fe0,015CO2 2M 1
pH 6,9T oC 25, Q150
Na90Ca10
Bicacbonat Clorua Natri.
c. Tính chất vật lý của nước dưới đất: Nhiệt độ, Độ trong suốt, Màu, Vị,
Độ dẫn điện
3.1.3. Động thái nước dưới đất
a) Khái niệm chung: động thái của nước dưới đất là sự biến đổi các đặc trưng cơ
bản của nước dưới đất trong không gian và theo thời gian.
b) Các yếu tố ảnh hưởng đến động thái của nước dưới đất: Nhóm yếu tố khí
tượng - thủy văn, Nhóm yếu tố kỹ thuật (nhân tạo), Nhóm yếu tố bên trong
c) Phân loại động thái của nước dưới đất:
Động thái tự nhiên: là sự thay đổi các yếu tố tự nhiên tác dụng tới điều
kiện chuyển động của nước như: lượng mưa (W), lượng bay hơi H, và dòng
chảy tới q…
Động thái sinh ra dưới tác dụng của các yếu tố nhânn tạo: như xây dựng
các cơng trình, nhất là các cơng trình thuỷ cơng.
+ Phụ thuộc vào điều kiện địa hình, người ta phân ra:
Động thái vùng phân thủy
Động thái vùng trước núi
Động thái vùng ven bờ
+ Dựa vào các đặc trưng cơ bản của nước dưới đất, chia ra:
Động thái ổn định (Đặc trưng cho tầng nước áp lực)
Động thái không ổn định (Đặc trưng cho tầng nước ngầm)
+ Dựa vào đặc điểm tồn tại của các loại nước dưới đất, chia ra:

Động thái tầng nước ngầm
Động thái tầng nước áp lực
- Yêu cầu SV chuẩn bị:
Tự đọc trước khi lên lớp
Tham khảo tài liệu: Địa chất thủy văn đại cương


Bài giảng 7: Sự vận động về nước dưới đất
Chương 3 Mục 3.2
Tiết thứ: 13- 14
Tuần thứ: 7
- Mục đích, yêu cầu:
+ Giới thiệu về sự vận động của nước dưới đất.
+ Yêu cầu hiểu bản chất của sự vận động NDĐ, các yếu tố ảnh hưởng và
vai trò của nó trong xây dựng.
- Hình thức tổ chức dạy học: Lý thuyết, thảo luận, tự học, tự nghiên cứu
- Thời gian: Lý thuyết, thảo luận: 2t; Tự học, tự nghiên cứu: 5t.
- Địa điểm: Giảng đường do P2 phân công
- Nội dung chính:
3.2.1. Khái niệm về thấm, dịng thấm
a. Khái niệm về thấm : Sự vận động của các phân tử nước trong các hệ
thống khe nứt và lỗ rỗng như đã nói ở trên gọi là hiện tượng thấm trong đất đá
Đặc trưng: là vận tốc chuyển động của nước dưới đất (V).
Q
V  ; (cm/s, m/ngđ)
F
Q – Lưu lượng (khối lượng) nước chảy qua tiết diện F; (l/s hoặc
3
m /ngđ).
F - Diện tích tiết diện ngang dịng thấm; F = h.B.

Trong thực tế sự chuyển động của nước dưới đất chỉ thực hiện qua các
khe hở thông nhau mà thơi. Do đó để biết được vận tốc thực Vt của thấm, người
ta đưa ra khái niệm độ rỗng hữu hiệu na. Đây là độ rỗng mà qua đó nước có thể
thực hiện thấm được. Đối với bất kỳ một tiết diện môi trường rỗng nào na đều
xác định bằng cơng thức sau:
F
na  r  1
F
Trong đó: Fr - Diện tích lỗ rỗng.
Xác định Vt như sau:
Q
Q
Vt 

Fr
na .F
V
 Vt 
na
b. Khái niệm dòng thấm, phân loại dòng thấm:
Trong quá trình vận động trong hệ thống khe nứt và lỗ rỗng, các phần tử
nước thường hợp lại thành tia, tập hợp tất cả các tia nước trên đường thấm gọi là
dòng thấm.


- Theo vận tốc và đặc điểm dòng thấm
+ Dòng chảy tầng
+ Dòng chảy rối:
- Theo động thái của nước dưới đất:
+ Chuyển động không ổn định

+ Trong những vùng mà điều kiện cấp, thoát nước thay đổi theo
thời gian rất ít thì chuyển động của nước có thể xem như là ổn định.
- Theo cấu tạo môi trường thấm
+ Đẳng hướng: Những tính chất về thấm khơng phụ thuộc vào
hướng thấm. Ky = Kx
+ Dị hướng: Tính thấm khác nhau theo hướng khác nhau. Ky > Kx
+ Đồng nhất: Từ tiết diện này đến tiết diện khác tính thấm không
thay đổi. Kx1 = Kx2
+ Không đồng nhất: Từ tiết diện này đến tiết diện khác tính thấm
thay đổi. Kx1 ≠ Kx2
- Theo cấu trúc dòng thấm:
+ Dòng thấm thẳng: Các vectơ vận tốc thấm song song với một
đường thẳng nào đó.
+ Dịng thấm phẳng: Các vectơ vận tốc song song với một mặt
phẳng
+ Dịng khơng gian: Khi vectơ vận tốc không song song với mặt
phẳng nào cả.
3.2.2. Định luật thấm
a. Thí nghiệm:

Lượng nước thấm qua cát Q trong một đơn vị thời gian thì tỷ lệ thuận với
diện tích mặt cắt ngang F của máng, với độ chênh mực nước ở đầu và cuối máng
∆H và tỷ lệ nghịch với chiều dài đường thấm ∆l. Kết luận đó được biểu thị bằng
công thức:


H1  H 2
H
FK
F

L
L
Q
H
 K
F
L
 v  KI
b. Các định luật thấm cơ bản
- Định luật thấm Đacxi: Tốc độ thấm tỷ lệ bậc nhất với hệ số thấm và
gradient áp lực
V = K.I
- Định luật Sezi – Kraxnopolxki (định luật thấm không đường thẳng):
QK

v  KT . I

Khi tốc độ thấm lớn, sự phụ thuộc giữa v và I khơng cịn là phụ thuộc
thẳng, định luật Đacxi sẽ khơng đúng nữa (độ rỗng quá lớn) – Dòng chảy rối. Để
đặc trưng cho chuyển động chảy rối (v lớn), người ta đã nghiên cứu và tìm ra
định luật Sezi – Kraxnopolxki (định luật thấm không đường thẳng):

v  KT . I
Trong đó:
KT - Hệ số đặc trưng cho chuyển động của nước trong dòng rối.

- Giới hạn áp dụng định luật Đacxi:
+ Giới hạn trên:
n 2,3 R.
vtb 

10 K p

+ Giới hạn dưới:
V > n.103 cm/năm và I > n.10-4
- Yêu cầu SV chuẩn bị: tự đọc trước khi lên lớp


Bài giảng 8: Tính tốn dịng thấm
Chương 3 Mục 3.3
Tiết thứ: 15- 16
Tuần thứ: 8
- Mục đích, yêu cầu:
+ Giới thiệu về tính tốn dịng thấm trong các trường hợp khác nhau.
+ u cầu hiểu được cách tính tốn dịng thấm trong các trường hợp khác
nhau.
- Hình thức tổ chức dạy học: Lý thuyết, thảo luận, tự học, tự nghiên cứu
- Thời gian: Lý thuyết, thảo luận: 2t; Tự học, tự nghiên cứu: 5t.
- Địa điểm: Giảng đường do P2 phân cơng
- Nội dung chính:
3.3.1. Tính tốn cho dịng thấm phẳng, ổn định trong môi trường
thấm đồng nhất
*Giải một số bài tốn thấm thẳng trong mơi trường đồng nhất
Đối với tầng nước áp:
H = f(x)
q = f(H, K, m)
Viết phương trình chuyển động theo
Laplace đối với hệ 1 chiều:

2H
0

x 2

Điều kiện biên: x = 0 → H = H1
x = L → H = H2
=> q   Km

H 2  H1
(7)
L

Đối với tầng nước ngầm:
Dòng thấm qua khu vực giữa 2 sơng:
+W=0
- Phương trình chuyển động một chiều sẽ
là:

 2h2
0
x 2

- Điều kiện biên:
x = 0 → h = h1
x = L → h = h2
2
h12  h2
=> q  K
(9)
2L

+W>0

q

2
K (h12  h2 )
W
 Wx 
L
2L
2

(11)

Khi:
x = 0 → q  q1 

2
K (h12  h2 ) W

L
2L
2

x = L  q  q2 

2
K (h12  h2 ) W

L

2L
2

3.3.2. Tính tốn cho dịng thấm tới giếng khoan
a) Dịng thấm tới giếng đơn hoàn chỉnh
+ Xét chuyển động của dịng
nước ngầm trong mơi trường đồng nhất
trong hệ toạ độ hướng tâm. Phương
trình vi phân tổng quát của chuyển
động trên là:
  2 H 1 H  H

a 2 
(1)
 x
r r  t



Giải phương trình trên ta được:


Q
e u
S
du
4Km  u
u
r2
Trong đó: u 

4at

Q - Lượng nước chảy tới giếng;
S - Độ giảm mực nước; S = H – h
Q 

2KmS
R
ln
r

(4)

+ Đối với nước áp lực, thì sử dụng điều kiện chuyển từ nước không áp
đến nước áp:
2
H 2  ho  S o (2H  S o )  mcp S o  2mSo và Hm = hm
Từ (4) ta có:
Q
R
Q
R
ln  H  h 
ln
2Km r
2Km r
Q
R
 H m  hm 
ln

2K r
2
2
h
H
Q
R
Q
R
 o 
ln  H 2  ho2 
ln
2
2 2K r
K r
S


Q 

K ( H 2  ho2 )
R
ln
r

(5)

b) Dòng thấm tới giếng đơn khơng hồn chỉnh
Trong thực tế tính tốn sự ảnh hưởng này
được nghiên cứu bằng phương pháp cản thấm.

- Xét mức độ khơng hồn chỉnh của giếng:
Đường dịng tiến tới là đường vòng, dòng
thấm phức tạp hơn. Đường thấm sẽ là l + Δl.
Có:
Q  KF

H1  H 2
 
; I  F  1 2 .
l  l
l  l

Như vậy kháng thấm trong trường hợp giếng khơng hồn chỉnh có thể xem là
tổng của kháng thấm giếng hoàn chỉnh và kháng thấm bổ sung, đặc trưng cho
mức độ khơng hồn chỉnh của giếng, khi đó:
S

Q  R

 ln  f  (8); trong đó f  f (m, r , l1 , l 2 , l...)
2Km  r


Công thức với trường hợp 1 giếng khoan bơm hút:
+ Nước áp:
KmS
Q  2,73
R
lg  0,217 o
r

+ Nước ngầm:
(2 H  S ) S
Q  1,366 K
R
lg  0,217 o
r
Bảng giá trị đại lượng cản thấm εo
l/m
0,1
0,3
0,6
0,7
0,9

m/r
0,5
0,00391
0,00297
0,00165
0,000546
0,000048

1,0
3,0
0,122
2,04
0,0907 1,29
0,0494 0,656
0,0167 0,237
0,0015 0,0251

10
10,4
4,79
2,26
0,879
0,128

30
24,3
9,2
4,21
1,69
0,3

100
42,8
14,5
6,5
2,67
0,528

200
53,8
17,7
7,86
3,24
0,664

- Yêu cầu SV chuẩn bị:

Tự đọc trước khi lên lớp
Tham khảo tài liệu: Động lực học nước dưới đất
Làm tiểu luận + bài tập chương 3

500
59,5
21,8
9,64
4,01
0,846

1000
79,6
24,9
11,0
4,58
0,983

2000
90,0
28,2
12,4
5,19
1,12