bài giảng địa chất công trình

BỘ MÔN DUYỆT
Chủ nhiệm Bộ môn




Lê Anh Tuấn
ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT BÀI GIẢNG
(Dùng cho 3 tiết giảng)
Học phần: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH
Nhóm môn học: ĐỊA KỸ THUẬT
Bộ môn: Cơ sở Kỹ thuật CT
Viện: Kỹ thuật CTĐB
Thay mặt nhóm
môn học




Thái Doãn Hoa

Thông tin về nhóm môn học
TT
Họ tên giáo viên
Học hàm
Học vị
Đơn vị công tác
1
Nguyễn Tương Lai
GVC
TS

BM Cơ sở KTCT
2
Trần Thế Kỳ
GCV
ThS
BM Cơ sở KTCT
3
Thái Doãn Hoa
GVC
TS
BM Cơ sở KTCT
4
Nguyễn Quý Đạt
GV
ThS
BM Cơ sở KTCT
5
Nguyễn Huy Hiệp
TrG
TS
BM Cơ sở KTCT
6
Mai Đăng Nhân
TrG
KS
BM Cơ sở KTCT
7
Cao Văn Hòa
TrG
KS

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 Công 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 môn học.
+ Yêu 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 khoáng 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 môn học
 Đối tượng, mục đích nghiên cứu.
+ Khái niệm về địa chất công trình (ĐCCT): Theo V.D. Lomtade:
“ĐCCT như khoa học về điều kiện địa chất của việc xây dựng công trình, sử
dụng hợp lý môi 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 môn khoa học
nghiên cứu và sử dụng các tri thức về địa chất vào việc xây dựng các công 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 công 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 công 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 công 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 công trình;
- Phương pháp khoan, đào thăm dò;
- Phương pháp thăm dò địa vật lý;
- Phương pháp thí nghiệm địa chất công 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, mô hình, phương pháp toán học.
- Lịch sử phát triển và các môn 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 quá trình hoá lý và các hoạt động địa chất xảy ra
trong vỏ Trái đất và trên mặt đất; có thành phần hoá học, cấu trúc mạng tinh
thể và tính chất hoá 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 khoáng vật.
+ Màu khoáng vật.
+ Độ trong suốt và ánh của khoáng vật
+ Tính cát khai.
+ Độ cứng của khoáng vật
+ Tỷ trọng
 Phân loại khoáng vật:
Lớp 1: Các nguyên tố tự nhiên, như đồng, bạc…
Lớp 2: Sunfua, như pyrit (FeS
2
)…
Lớp 3: Halogenua, như halit (NaCl)…
Lớp 4: Cacbonat, như canxit (CaCO
3
)…
Lớp 5: Sunfat, như thạch cao (CaSO
4
.2H

2
O)…
Lớp 6: Fotfat, như fotfat (CaP
2
O
5
)…
Lớp 7: Oxit, như thạch anh (SiO
2
)…
Lớp 8: Silicat, như octocla K[AlSi
3
O
8
]…
Lớp 9: Hợp chất hữu cơ, như CH
4
…
- 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 Doãn Hoa 2005
(3). Địa chất công trình-Địa chất động lực công 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 công
- 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 không, 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 hoá 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 công tác tìm kiếm thăm dò cũng như địa chất công 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 khoáng sản, quặng nào đó (than đá, dầu mỏ…), điều
này rất quan trọng đối với công tác tìm kiếm thăm dò;
Cùng có tính chất cơ lý như nhau, điều này có ý nghĩa quan trọng đối với
công 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 dòng chảy

+ Đặc điểm về kiến trúc: Kiến trúc toàn tinh, Kiến trúc pocfia (ban
tinh), Kiến trúc ẩn tinh, Kiến trúc thuỷ tinh
+ Đặc điểm về thành phần hoá học
Thành phần
Đá xâm
nhập
Đá phun trào
Hoá học
Khoáng vật
Cổ
Mới
Đá loại axít
(SiO
2
> 65%)
Fenspat kali, thạch anh, plagioclaz,
khoáng vật thẫm màu (biotit, hocblen,
augit)
Granit
Pocfia
thạch anh
Liparit
Đá loại

trung tính
(SiO
2
= 55 ÷
65%)
Fenspat, plagioclaz axit, một số ít
khoáng vật thẫm màu (amphibol,
mica)
Sienit
Pocfia
Octoclaz
Trachit
Plagioclaz trung tính, khoáng vật thẫm
màu (amphibol)
Điorit
Pocfirit
Andezit
Đá loại bazơ
(SiO
2
= 44 ÷
55%)
Plagioclaz bazơ, khoáng vật thẫm màu
(đôi khi là olivin)
Gabro
Điaba,
pocfirit,
augit
Bazan
Đá loại siêu

bazơ
(SiO
2
< 45%)
Augit, olivin, quặng
Peridotit
-
-
Olivin, quặng
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, yêu cầu:
+ Mô 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: hoá đá của trầm tích
- Các đặc điểm cơ bản
+ Tính phân lớp: Đại bộ phận đá trầm tích trong quá 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 hoá
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 hoá
xác các động thực vật trở thành đá nhưng còn 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 hoá 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. Quá 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 công 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 hoà tan thì thường có hang hốc. Đá nửa cứng thường phân biệt
bởi tính không 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 không 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 không thấm nước, ép co mạnh.
Đất có thành phần trạng thái và tính chất đặc biệt: đất muối hoá, đất than
bùn…thông 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 công
- 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 khoáng
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 khoáng 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 công 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
V
g


(g/cm
3
, T/m
3
)
+ Tỷ trọng
nch
h
V
g



+ Độ ẩm tự nhiên
%100W
h
nc
g
g



- Các chỉ tiêu vật lý xác định bằng tính toán
+ khối lượng thể tích khô
V
g
h
k


, g/cm
3

+ Độ lỗ rỗng và hệ số rỗng
%100
V
V
n
r

;
m
n
V
V
h
r



+ Độ ẩm toàn phần
%100W
n
h
b
g
ng


+ Độ bão hoà
r
nc
V
V

n
W
W
G

+ khối lượng thể tích bão hoà
V
gg
VV
g
nh
hr
n
''g
h

bh







+ khối lượng thể tích đất trong nước
V
Vg
ncbh
ncbhdn





- 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 công trình xây dựng bằng đất
đắp.
Phân loại theo ε:
Loại đất
Độ chặt
Chặt
Chặt vừa
rời xốp
Cát sỏi, thô, vừa
Cát nhỏ

Cát bột

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

ε > 0.70
ε > 0.75
ε > 0.80
Độ chặt tương đối D:
minmax
max





o
D
, trong đó:
ε
max
– Cát ở trạng thái xốp nhất
ε
min
– Cát ở trạng thái chặt nhất
ε

o
– Cát ở trạng thái tự nhiên.
Khi: 0 ≤ D ≤ 0.33 – Cát ở trạng thái rời (Đất xốp → γ
Kmin
→ ε
max
)
0.33 < D ≤ 0.66 – Cát ở trạng thái chặt vừa
0.66 < D ≤ 1.00 – Cát ở trạng thái chặt (Đất chặt → γ
Kmax
→ ε
min
)
+ Chỉ tiêu về độ sệt và giới hạn của đất dính:
Chỉ số dẻo (I
d
) là phạm vi biến thiên của độ ẩm, trong đó đất thể hiện tính
dẻo. Dùng để phân loại đất.
dnh
WW 
d
I

Độ sệt B: phân chia trạng thái
d
d
I
W-W
B

Tên + Trạng thái của đất
B
Cát pha (1 < I
d
< 7): Cứng
Dẻo
Nhão
B < 0
0 ≤ B ≤ 1
B > 1
Sét pha (7 < I
d
< 17): Cứng
Sét (I
d
> 17): Nửa cứng
Dẻo
Dẻo mềm
Dẻo nhão
Nhão
B < 0
0.00 ≤ B ≤ 0.25
0.25 < B ≤ 0.50
0.50 < B ≤ 0.75
0.75 < B ≤ 1.00
B > 1
- Yêu cầu SV chuẩn bị:
Tự đọc trước khi lên lớp
Tham khảo tài liệu: Đất đá xây dựng
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 không nở hông:

- 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 không có khả năng khôi phục
+ Định luật nén, công thức hệ số nén lún: a = (e
1
-e
2
)/(p
2
–p
1
)
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 khoáng vật, kích thước hạt, độ ẩm, tải trọng.
+ Đối với đất dính: thành phần hạt, khoáng vật, cấu trúc môi 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 khoáng, 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 hoá học và tính chất vật lý
của
NDĐ. Động thái nước dưới đất.
+ Yêu cầu hiểu sự phân bố NDĐ và vai trò của việc nghiên cứu tính chất
hoá 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 công
- 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 thông khí: Đất đá trong đới này không được bão hoà 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 thông
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 không 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 hoá học và tính chất vật lý của nước
dưới đất
a. Sự hình thành thành phần hoá 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 khoáng vật vào dung dịch mà không làm phá vỡ dạng tinh thể của
khoáng vật đó, còn quá trình hoà tan thì ngược lại, nghĩa là chuyển tất cả các
thành phần và làm phá vỡ mạng tinh thể.
- Quá trình di chuyển H
2
0: 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 hoà 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 hoá học – nghĩa là tổng
lượng các chất hoà tan, được biểu thị bằng M, đơn vị g/l.
- Sự ăn mòn của nước
- Phương trình biểu diễn thành phần hoá học của nước: ví dụ
3

2
60 40
0,015 2 1 6,9 25, 150
90 10
o
HCO Cl
Fe CO M pH T C Q
Na Ca

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 công trình, nhất là các công trình thuỷ công.
+ 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, dòng 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
F

; (cm/s, m/ngđ)
Q – Lưu lượng (khối lượng) nước chảy qua tiết diện F; (l/s hoặc
m
3
/ngđ).

F - Diện tích tiết diện ngang dòng thấm; F = h.B.
Trong thực tế sự chuyển động của nước dưới đất chỉ thực hiện qua các
khe hở thông nhau mà thôi. Do đó để biết được vận tốc thực V
t
của thấm, người
ta đưa ra khái niệm độ rỗng hữu hiệu n
a
. 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 n
a
đều
xác định bằng công thức sau:
1
r
a
F
n
F


Trong đó: F
r
- Diện tích lỗ rỗng.
Xác định V
t
như sau:
.
t
ra
t

a
QQ
V
F n F
V
V
n



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 không phụ thuộc vào
hướng thấm. K
y
= K
x

+ Dị hướng: Tính thấm khác nhau theo hướng khác nhau. K
y

> K
x

+ Đồng nhất: Từ tiết diện này đến tiết diện khác tính thấm không
thay đổi. K
x1
= K
x2

+ Không đồng nhất: Từ tiết diện này đến tiết diện khác tính thấm
thay đổi. K
x1
≠ K
x2
- Theo cấu trúc dòng thấm:
+ Dòng thấm thẳng: Các vectơ vận tốc thấm song song với một
đường thẳng nào đó.
+ Dòng thấm phẳng: Các vectơ vận tốc song song với một mặt
phẳng

+ Dòng không 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:
12

H H H
Q K F K F
LL
QH
K
FL
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):
IKv
T
.

Khi tốc độ thấm lớn, sự phụ thuộc giữa v và I không còn là phụ thuộc
thẳng, định luật Đacxi sẽ không 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):
IKv
T

.

Trong đó:
K
T
- Hệ số đặc trưng cho chuyển động của nước trong dòng rối.

- Giới hạn áp dụng định luật Đacxi:
+ Giới hạn trên:
p
tb
K
Rn
v

.
10
3,2


+ Giới hạn dưới:
V > n.10
3
cm/năm và I > n.10
-4

- Yêu cầu SV chuẩn bị: tự đọc trước khi lên lớp
Bài giảng 8: Tính toán dòng thấm
Chương 3 Mục 3.3
Tiết thứ: 15- 16 Tuần thứ: 8

- Mục đích, yêu cầu:
+ Giới thiệu về tính toán dòng thấm trong các trường hợp khác nhau.
+ Yêu cầu hiểu được cách tính toán dòng 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 công
- Nội dung chính:
3.3.1. Tính toán cho dòng thấm phẳng, ổn định trong môi trường
thấm đồng nhất
*Giải một số bài toán thấm thẳng trong môi 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:
0
2
2



x
H

Điều kiện biên: x = 0 → H = H
1

x = L → H = H
2

=>
L
HH
Kmq
12


(7)
Đối với tầng nước ngầm:
Dòng thấm qua khu vực giữa 2 sông:
+ W = 0
- Phương trình chuyển động một chiều sẽ
là:
0
2
22



x
h

- Điều kiện biên:
x = 0 → h = h
1

x = L → h = h
2
=>

L
hh
Kq
2
2
2
2
1


(9)
+ W > 0

Lx
L
hhK
q
2
W
W
2
)(
2
2
2
1



(11)

Khi:
x = 0 →
L
L
hhK
qq
2
W
2
)(
2
2
2
1
1




x = L
L
L
hhK
qq
2
W
2
)(
2
2

2
1
2




3.3.2. Tính toán cho dòng thấm tới giếng khoan
a) Dòng thấm tới giếng đơn hoàn chỉnh
+ Xét chuyển động của dòng
nước ngầm trong môi trường đồng nhất
trong hệ toạ độ hướng tâm. Phương
trình vi phân tổng quát của chuyển
động trên là:
t
H
r
H
r
x
H
a
















 1
2
2
(1)
Giải phương trình trên ta được:





u
u
du
u
e
Km
Q
S

4

Trong đó:
at

r
u
4
2


Q - Lượng nước chảy tới giếng;
S - Độ giảm mực nước; S = H – h
r
R
KmS
Q
ln
2


(4)
+ Đối với nước áp lực, thì sử dụng điều kiện chuyển từ nước không áp
đến nước áp:
oocpooo
mSSmSHShH 2)2(
22

và H
m
= h
m

Từ (4) ta có:
r

R
K
Q
hH
r
R
K
Q
h
H
r
R
K
Q
hH
r
R
Km
Q
hH
r
R
Km
Q
S
o
o
mm
lnln
222

ln
2
ln
2
ln
2
22
2
2







r
R
hHK
Q
o
ln
)(
22



(5)
b) Dòng thấm tới giếng đơn không hoàn chỉnh
Trong thực tế tính toán sự ảnh hưởng này

được nghiên cứu bằng phương pháp cản thấm.
- Xét mức độ không hoàn chỉnh của giếng:
Đường dòng tiến tới là đường vòng, dòng
thấm phức tạp hơn. Đường thấm sẽ là l + Δl.
Có:
ll
HH
KFQ



21
;
ll
FI



21


.
Như vậy kháng thấm trong trường hợp giếng không hoàn chỉnh có thể xem là
tổng của kháng thấm giếng hoàn chỉnh và kháng thấm bổ sung, đặc trưng cho
mức độ không hoàn chỉnh của giếng, khi đó:







 f
r
R
Km
Q
S ln
2

(8); trong đó
),,,,(
21
lllrmff 

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

+ Nước ngầm:
(2 )
1,366

lg 0,217
o
H S S
QK
R
r





Bảng giá trị đại lượng cản thấm ε
o
l/m
m/r










0,5
1,0
3,0
10
30

100
200
500
1000
2000
0,1
0,3
0,6
0,7
0,9
0,00391
0,00297
0,00165
0,000546
0,000048
0,122
0,0907
0,0494
0,0167
0,0015
2,04
1,29
0,656
0,237
0,0251
10,4
4,79
2,26
0,879
0,128

24,3
9,2
4,21
1,69
0,3
42,8
14,5
6,5
2,67
0,528
53,8
17,7
7,86
3,24
0,664
59,5
21,8
9,64
4,01
0,846
79,6
24,9
11,0
4,58
0,983
90,0
28,2
12,4
5,19
1,12

- 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