Bài giảng Địa chất công trình - Ngành kỹ thuật xây dựng công trình

BÀI GIẢNG MÔN HỌC ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NGÀNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH 1. Số đơn vị học trình: 03. Trong đó: Lí thuyết: 30 tiết; Thực hành, thí nghiệm: 15 tiết. 2. Tài liệu học tập và tham khảo: 1. Giáo trình Địa chất CT của ĐHTL (Nguyễn Văn Phương) 2. Giáo trình Địa chất CT của ĐHXD (Trần Thanh Giám) 3. Giáo trình Địa chất CT của ĐHGT (Nguyễn Sỹ Ngọc) 4. Địa chất công trình cho kỹ sư xây dựng và cán bộ kỹ thuật môi trường (bản dịch của Nguyễn Uyên, Phạm Hữu Sy) 5. Giáo trình Địa chất thuỷ văn của ĐHTL(Phạm Hữu Sy, Nguyễn Uyên)... (Các tài liệu trên có thể tìm thấy tại thư viện của các trường, Các hiệu sách kỹ thuật ở Hà Nội). 3. Tiêu chuẩn đánh giá: Chuyên cần: 20%; TN, TH: 20%; Thi hết môn: 60%. BÀI MỞ ĐẦU 1. Địa chất công trình (ĐCCT) và nhiệm vụ của nó 1.1. Khái niệm về ĐCCT: Là môn khoa học chuyên nghiên cứu và vận dụng các tri thức ĐC vào: - Xây dựng các công trình (CT); - Cải tạo lãnh thổ (tháo khô, làm ướt, chống trượt...); - Khai thác các mỏ khoáng sản; - Chọn các biện pháp đảm bảo ổn định và sử dụng bình thường các CT; - Dự báo khả năng thay đổi điều kiện ĐC tự nhiên dưới tác dụng của CT. 1.2. Nhiệm vụ của ĐCCT: Đáp ứng yêu cầu của xây dựng và khai thác lãnh thổ với các nhiệm vụ sau: - Xác định các điều kiện địa chất công trình của khu vực xây dựng, lựa chọn vị trí cũng như các biện pháp công trình; - Nêu các điều kiện thi công, dự đoán các hiện tượng địa chất trong thi công và trong sử dụng công trình; - Đề ra các biện pháp phòng ngừa và cải tạo các điều kiện địa chất không có lợi. 1.3. Điều kiện phát triển của khoa học ĐCCT: Sự phát triển của ĐCCT phụ thuộc vào 2 điều kiện: - Điều kiện cơ sở: Sự phát triển của khoa học ĐC – ngành khoa học chuyên NC về thành phần, tính chất, cấu tạo và lịch sử phát triển của vỏ trái đất; - Điều kiện lôi kéo và thúc đẩy: Sự phát triển của quy mô và kỹ thuật xây dựng, khai thác tài nguyên đặt ra yêu cầu cao đối với ĐCCT. ĐCCT là một môn khoa học trẻ nhưng đã có sự phát triển nhanh chóng. - Trước năm 1945: được NC phục vụ khai thác tài nguyên và xây dựng các công trình quân sự → thiếu tính hệ thống, thiếu kế hoạch, khối lượng nhỏ và độ tin cậy thấp. - Sau năm 1954: khoa học ĐC và ĐCCT đã phát triển nhanh chóng và toàn diện. Góp phần quan trọng vào việc giải quyết các nhiệm vụ quan trọng của đất nước (khai thác mỏ sâu, phát triển giao thông, thuỷ lợi, thuỷ điện, xây dựng công nghiệp và dân dụng...). 2. Nội dung nghiên cứu của ĐCCT Đối tượng NC: Là đất đá, nước dưới đất, sự tác dụng qua lại của chúng với nhau và với môi trường bên ngoài. Nội dung NC: 1- NC đất đá dùng làm nền, làm môi trường và làm vật liệu xây dựng công trình, cụ thể là: - Sự phân bố và sắp xếp của đất đá; - Ảnh hưởng của nguồn gốc, điều kiện thành tạo, môi trường đến đất đá trước, trong và sau khi xây dựng công trình; - Đề ra các biện pháp cải thiện tính chất của đất đá. 2- NC các hiện tượng địa chất: - Hiện tượng trượt đất, đất chảy, xói mòn, karst, phong hóa...; - Tìm hiểu nguyên nhân phát sinh và điều kiện phát triển của chúng; - Đề ra các biện pháp xử lý khi xây dựng các công trình. 3- Nghiên cứu nước dướt đất nhằm: - Khắc phục những khó khăn do nước dướt đất có thể gây ra khi thi công và sử dụng công trình; - Khai thác nước dưới đất phục vụ đời sống và sản xuất. 4- Nghiên cứu các phương pháp khảo sát ĐC nhằm thăm dò, đánh giá các điều kiện ĐCCT của khu vực một cách đầy đủ, chính xác, nhanh chóng và tiết kiệm nhất; 5- Nghiên cứu ĐCCT khu vực phục vụ quy hoạch: - Quy hoạch xây dựng công nghiệp và dân dụng; - Quy hoạch thủy lợi; - Quy hoạch giao thông... 3. Phương pháp nghiên cứu ĐCCT Đối tượng NC của ĐCCT rất đa dạng và phức tạp nên phương pháp NC cũng rất đa dạng, nhưng có thể tổng hợp thành 3 phương pháp chủ yếu sau: 3.1. Các phương pháp ĐC học: Là các phương pháp quan trọng nhất để NC các nội dung: - NC sự phát sinh và phát triển của các hiên tượng ĐC trong quá khứ có liên quan đến đến sự tạo thành các dạng địa hình, tính chất và quy luật phân bố của đất đá trong khu vực; - Đánh giá điều kiện ĐC trong khu vực, dự đoán các hiện tượng ĐCsẽ xảy ra. Để NC vấn đề trên cần thăm dò ĐC với các nội dung sau: - Khảo sát thăm dò ĐC, thu thập các tài liệu về sự phân bố, sắp xếp của đất đá, các mẫu vật hoá thạch...; - Tiến hành thí nghiệm (trong phòng hoặc ngoài trời) để xác định các tính chất cơ lý của đất đá, thu thập các tài liệu ĐC bằng phương pháp địa chấn, trọng lực, địa từ... 3.2. Các phương pháp tính toán lý thuyết: - Thiết lập các mối tương quan thể hiện bản chất vật lý của các hiện tượng ĐC, các đặc trưng vật lý, cơ học của đất đá. - Trên cơ sở những đặc trưng đã biết có thể tính toán tìm ra những đặc trưng chưa biết một cách nhanh chóng. Điều kiện áp dụng: - Có thể thay thế phương pháp thăm dò ĐC hay thí nghiệm trong một số trường hợp để tiết kiệm kinh phí và thời gian; - Khi sử dụng các phương pháp khác không thực hiện được (tính lún, tính ổn định nền, tính lượng nước chảy đến hố móng, tính tốc độ phá hoại bờ...). 3.3. Các phương pháp thí nghiệm mô hình và tương tự ĐC: a, Phương pháp thí nghiệm mô hình: Dựa vào sự tương tự giữa các trường vật lý khác nhau → thay thế môi trường ĐC của khu vực bằng môi trường vật lý có điều kiện tương tự nhưng đơn giản hơn, kích thước nhỏ hơn để dễ NC; Ví dụ: Trường chuyển động của nước dưới đất → Trường dẫn điện; Trường chịu lực của đất đá → trường chịu lực của môi trường đàn hồi... Phương pháp này giúp NC được: - Các hiện tượng ĐC sẽ xảy ra ở nền công trình khi thi công, khi sử dụng dưới tác động của môi trường (tải trọng công trình, áp lực nước...); - Giải được bài toán trong điều kiện biên phức tạp... b, Phương pháp tương tự ĐC: Là phương pháp có tính chất kinh nghiệm dựa trên nguyên lý: Đất đá được hình thành trong cùng một điều điều kiện, trải qua các quá trình ĐC như nhau thì có các đặc trương vật lý, cơ học... tương tự nhau. Trên cơ sở đó có thể sử dụng tài liệu ĐC của khu vực đã NC đầy đủ cho khu vực khác có điều kiện ĐC tương tự. Phương pháp này giúp giảm bớt được khối lượng khảo sát ĐC cho vùng dự định xây dựng công trình, nhưng chỉ nên được sử dụng ở giai đoạn quy hoạch, thiết kế sơ bộ do độ tin cậy thấp. Việc phân ra các phương pháp nghiên cứu trên là để tiện xem xét, trong thực tế cần kết hợp chặt chẽ các loại phương pháp trên khi nghiên cứu ĐCCCT.