CHƯƠNG CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤT HIỆN ĐẠI LIÊN QUAN ĐẾN XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH Hiện tượng địa chất tự nhiên Hiện tượng địa chất cơng trình 7.1 HIỆN TƯỢNG ĐỘNG ĐẤT 7.1.1 Khái niệm - Động đất đất sụt - Động đất núi lửa - Động đất chuyển động kiến tạo loại động đất phổ biến, có cường độ mạnh phạm vi ảnh hưởng lớn Trung tâm Vật lý địa cầu thuộc Viện khoa học Việt Nam tiến hành vùng có khả xảy động đất mạnh bao gồm: Vùng đông bắc trũng Hà Nội: cấp Vùng sông Hồng, sông Chảy cấp - Vùng sông Đà cấp Vùng sông Mã cấp - Vùng biển Trung Bộ cấp Vùng biển Nam Bộ vùng sông Đồng Nai, sông Cửu Long cấp Sơ đồ thành hệ kiến trúc thời đoạn Đệ Tứ giữa– muộn (QII – QIV) Sơ đồ mơ hình địa động lực biển Đơng amax (cm/s2) v (cm/s) Cấp Mơ tả tình trạng động đất Thang độ Richter I -Không cảm nhận II -Cảm thấy nhẹ Từ đến độ Richter III -Động đất yếu IV Động đất nhận rõ: bàn ghế, đồ đạc nhà rung chuyển V -Thức tỉnh: người nhà nhận thấy, người ngủ bị thức giấc, đồ vật bị rung mạnh VI -Kinh hãi: nhiều người nhà tỏ sợ hãi chạy đường Từ đến 3,75 độ Richter 25-50 (v=2,1-4) VII -Hỏng nhà: nhiều nhà bị hư hại, đơi trượt đất sườn dốc, có vết nứt đường Từ 3,75 đến 5,9 độ Richter 50-100 (v=3,1-8) VIII -Nhà bị hư hại nặng Từ 5,9 đến 6,5 độ Richter 100-200 (v=8,1-16) IX -Hư hỏng hoàn toàn nhà cửa, đường sắt bị uốn cong, đất nứt rộng đến 10 cm X -Phá hoại hoàn toàn nhà cửa, đất bị nứt đến vài dm, trượt đất lớn bờ sơng XI -Thảm hoạ: hư hại nặng nhà kiên cố, đường, đê Nền đất bị biến dạng to thành vết nứt rộng, đứt gãy… XII -Thay đổi địa hình: hư hại nặng phá huỷ thực cơng trình mặt đất -Đất nứt lớn, bị di động đứng ngang, núi sông sụt lở, xuất hồ, thác,… 12-25 (v=1-2) 200-400 (v=16,1-32) Từ 6,5đến 7,75 độ Richter Từ 7,75 đến 8,25 độ Richter 400-800 (v=32,1-64) Ảnh hưởng gia tốc động đất lên ổn định đất Gia tốc địa chấn a đặc trưng cho lực động đất Đó lượng dịch chuyển bề mặt Trái đất đơn vị thời gian Lượng dịch chuyển đặc trưng cho gia tốc mà hạt đất đá mặt đất đạt tác dụng sóng địa chấn Có thể biểu thị gia tốc địa chấn a qua biên độ dao động A sóng địa chấn chu kỳ dao động T chúng: 4 aA T Trong việc đánh giá hệ số kỹ thuật tải trọng động đất nay, thường sử dụng hai phương pháp Phương pháp thứ vào độ lớn khoảng cách từ chấn tâm để đánh giá khả hoá lỏng đất Tuy nhiên, đa số trường hợp, cường độ động đất vị trí mơ tả gia tốc lớn độ kéo dài chấn động Hậu thảm khốc hoá lỏng động đất đất bụi cát tượng ghi nhận từ nhiều trận động đất Việc đánh giá dạng ổn định đất vấn đề quan trọng hàng đầu thiết kế cơng trình vùng động đất Cơ sở xác định hoá lỏng đất độ sâu khác quan hệ ứng suất động trung bình (av) với giá trị giới hạn bị hóa lỏng loại đất số chu kỳ tác động định sẵn (N) Hệ số ổn định đặc trưng sau:  av FL  N độsâ u vùg hoálỏg n n ứ g suấ n t Điều kiện xảy hoá lỏng đất FL ≥1 Giá trị N xác định thực nghiệm từ thí nghiệm động Phương pháp đánh giá hóa lỏng theo H.B Seed Biểu đồ ứng suất động từ N chu kỳ tác dụng động đất Biểu đồ ứng suất động gây hoá lỏng N chu kỳ thí nghiệm phịng Sức chống cắt khơng nước thu với tốc độ biến dạng giữ 0.5%/s thấp ta xác định sức chịu tải đất điều kiện tải trọng tĩnh: cu = cu(tĩnh) Đ ộẩ 3  %) m Theo đề nghị Carroll cho hầu hết loại đất sét bão hoà nước c u ( dyn ) cu B i ế d g caé, (%) n n t  1,5 Whitman Healy (1963) làm số thí nghiệm hút chân không cho loại cát khô  1 3    ar sin   3     Sứ bề n é , 1(f) - 3 (l b/ in ) c n n H ệsốr ỗ g n Vù g t ậ t r un g n p Rõ ràng tăng tốc độ biến dạng ban đầu tương ứng với giảm góc ma sát đất Theo Vesic (1973) góc ma sát động nhỏ nhất: (động) = (tĩnh) - 20 Tố đ ộb i ế d g, (%/ s) c n n Ứg suấ n t Biế g (%) n n Ứg suấ pháhoạ n t i ứ g vớ t L =0.02s n i Biế g (%) n n Ứg suấ k g/ cm ) n t Biế g n n Thờ gian i đặ tả tó t i nh, t =465s Ứg suấ n t pháhoạ i Tả tứ thờ i c i, t L =0.02s Thờ gian (s) i Ứg suấ (kg/ cm2) n t Ứng xử đất sét chịu tải động tức thời (Casagrande Shannon thí nghiệm cho đất sét Cambridge cát Manchester ) Modun biến dạng E xác định theo thí nghiệm nén nở hơng modun biến dạng tải tức thời q u ( taûixung ) lớn gấp lần so với modun biến dạng với tải tĩnh:   Eu(tải tức thời) = Eu(tải tĩnh) q u ( tónh ) *Độ ổn định mái dốc cấu tạo đất có lực dính ma sát: Phương pháp mặt trượt lăng trụ trịn: Hệ số ổn định  tính theo cơng thức:   với Ni = Qi.cos; Ti = Qi.sin  Ntg   cl T Phương pháp N.N.Maslov  c tg   tg       tg   c  c tg tg      N.N Maslov đưa đề nghị tính tốn ổn định mái dốc mái dốc cấu tạo lớp nằm ngang: 1, 1, c1 2, 2, c2 3, 3, c3 3  h1 h2  h3 ci tg  i  tg  i    i hi Phương pháp chia lát Fellenius Chia lát cho mái dốc HỆ SỐ AN TOÀN m  c ab  N tg  i Fs  i m T Các lực tác động lên lát chia a) Các lực chống trượt lát chia b) Giả thiết Fellenius Công thức viết lại: m b   ci  W cos  tgi    cos   Fs   m W sin  b – chiều rộng lát chia;  - góc tạo từ bán kính với trục đứng, điểm mặt đáy lớp chia; W – trọng lượng lát chia Phương pháp chia lát Bishop Bishop tương tự phương pháp Fellenius có xét đến lực tương tác mặt đứng lát chia Với giả thiết Vn – Vn+1 = cho tất lát chia, cơng thức Bishop đơn giản có dạng:   m  W  ub tg ,  c ,b   Fs  m  , tg   sin  cos   sin     Fs ínm   7.6.3 Biện pháp phòng chống trượt a Các biện pháp đề phòng: Cấm khai đào sườn dốc, chân dốc; Hạn chế xây dựng cơng trình nặng bờ dốc; Có biện pháp nước tốt để tránh thấm nước làm tăng khối lượng khối trượt giảm cường độ đất; Giảm độ dốc mái b Các biện pháp chống trượt: h H h h b ) đ ó g cọ n c a) bạ m dố t i c d) t ườ g chắ n n c ) b ệp h ả n p 7.7 HIỆN TƯỢNG XĨI MỊN 7.7.1 Sự xói lở sụp đổ bờ sông 7.7.2 Cấu trúc thung lũng sông 7.7.3 Các yếu tố định hoạt động xói mịn sơng Động sơng tỷ lệ thuận với tích số khối lượng nước m với nửa bình phương tốc độ v dịng chảy, tức là: mv P XĨI MỊN Các thung lũng sông vùng tập trung chủ yếu sống hoạt động người nơi có nhiều cơng trình có thiết kế Q trình xói mịn ảnh hưởng đến độ ổ định cơng trình Chúng biểu tác dụng xói lở xói trơi (phá hoại) bờ lịng sơng – dịng nước sơng gây ra: xói trơi phá hoại sườn dốc, khơng gian chia nước – dịng nước mưa gây Cấu trúc thung lũng sơng chảy qua đất đá có độ khác Các thềm thung lũng sông theo mặt cắt ngang Động sơng tỷ lệ thuận với tích số khối lượng nước m với nửa bình phương tốc độ v dòng chảy, tức là: mv P 2 So sánh giá trị động P sông với trọng lượng G vật liệu rời sơng mang chuyển, tức lưu lượng dịng cứng, phán đốn đặc điểm cơng sơng thực mặt cắt ngang đoạn Nếu P > G xói mịn chiếm ưu thế; P = G có cân xói mịn tích tụ; P < G tích tụ chiếm ưu Đối với sông tương quan thay đổi tùy chỗ Nếu tốc độ có có lớn tốc độ cho phép đất đá xét (vth>vcp) tác dụng xói lở, sụp đổ bờ lịng sơng khơng tránh Bảng: Tốc độ dịng nước cho phép lớn khơng gây tượng rửa xói nhóm đất đá khác Đất đá Cứng Granit, bazan, diorit, quartzit, gneiss đá khối khác Cát kết bền chắc, đá vôi, đá hoa đặc không phân lớp Nửa cứng Đá vơi có hang hốc, cát kết chặt sít có phân lớp Đá vôi cát kết lẫn sét, đá macnơ, đá phiến Rời, xốp Tảng lăn đá hộc lớn Tảng lăn đá hộc nhỏ Cuội đá dăm lớn Cuội đá dăm nhỏ Sỏi sạn Cát hạt thô hạt lớn Cát hạt vừa hạt nhỏ Cát hạt mịn Mềm dính Sét sét pha cát cứng Sét sét pha cát nửa cứng Cát pha sét chặt Cát pha sét chặt Tốc độ, m/s 15 4-5 3-4 2-3 4-5 3-4 2-3 1-1,25 0,6-1 0,25-0,6 0,26-0,35 0,2 1,2 0,5 0,6-0,8 0,25-0,35 Bảng: Vận tốc đáy cho phép khơng xói đất rời V od / Trị số vận tốc cho phép không xói V cp  / h d Loại đất Cỡ hạt Đường kính (mm) Vod (m/s) Cát nhỏ vừa lớn 0,05 – 0,25 0,25 – 1,0 1,0 – 2,5 0,2 0,2 0,2 – 0,25 0,65 0,65 0,65 – 0,70 Sỏi nhỏ vừa lớn 2,5 – 5 – 10 10 – 15 0,25 – 0,35 0,35 – 0,5 0,5 – 0,6 0,70 – 0,85 0,85 – 1,1 1,1 – 1,2 V od 1/ d Vận tốc trung bình cho phép khơng xói đất dính Vox Loại đất Sét, pha Trạng thái sét mềm dẻo mềm dẻo cứng Khối lượng thể 0,4 3) tích (T/m 1,2 0,35 1,2 – 1,5 0,70 1,65 – 2,05 1,0 Chiều sâu nước (m) 3 0,40 0,85 1,20 0,45 0,95 1,40 0,50 1,10 1,50 ... a) bạ m dố t i c d) t ườ g chắ n n c ) b ệp h ả n p 7. 7 HIỆN TƯỢNG XĨI MỊN 7. 7.1 Sự xói lở sụp đổ bờ sơng 7. 7.2 Cấu trúc thung lũng sông 7. 7.3 Các yếu tố định hoạt động xói mịn sơng Động sơng tỷ... đỏ nâu đặc trưng 7. 3 HIỆN TƯỢNG ĐẤT CHẢY (HAY CÁT CHẢY) Khi hố móng cơng trình bóc lộ ra, cát hạt mịn, hạt nhỏ, cát chứa bụi nhiều bụi chứa nước tự chảy – tượng cát chảy 7. 3.1 Các loại đất chảy... nhất) 7. 4 HIỆN TƯỢNG XĨI NGẦM Xói ngầm tượng hạt đất đá bị lơi khỏi vị trí ban đầu tác dụng nước thấm; đất đá hình thành khe hổng; xói ngầm phát triển lớn gây sụt lún mặt đất, hư hỏng cơng trình 7. 4.1