Xem mẫu
- NGUY N S NG C
CƠ H C ðÁ
DÙNG CHO SINH VIÊN NGÀNH XÂY D NG CÔNG TRÌNH
.
NHÀ XU T B N GIAO THÔNG V N T I
HÀ N I - 2005
C¬ häc ®¸.1
- Ch u trách nhi m xu t b n
LÊ T GIANG
Biên t p
THÂN NG C ANH
Ch b n và s a bài
XƯ NG IN TRƯ NG ð I H C GTVT
NHÀ XU T B N GIAO THÔNG V N T I
80B Tr n Hưng ð o – Hà N i
ðT: 9423345 – Fax: 8224784
075(6V)
MS 230/8 − 05
GTVT − 05
In 620 cu n, kh 19x27cm t i Xư ng in Trư ng ð i h c GTVT. In xong và n p lưu
chi u quý III năm 2005. Gi y ch p nh n k ho ch xu t b n s 230/XB – QLXB ngày
03/03/2005
L I NÓI ð U
2.C¬ häc ®¸
- Cơ h c ñá là m t môn h c trong chương trình ñào t o k sư xây d ng công
trình giao thông c a Trư ng ð i h c Giao thông v n t i, nh m cung c p cho sinh
viên nh ng ki n th c cơ b n nh t v các tính ch t tr ng thái c a ñá và kh i ñá
nguyên tr ng; các quá trình và hi n tư ng cơ h c x y ra khi xây d ng các công trình
trên ñá và trong ñá,t ñó tìm ra các phương pháp phá hu có hi u qu , cách ñi u
khi n h p lý áp l c ñá, làm n ñ nh các công trình xây d ng trên ñá, trong ñá và
b ng ñá.
V i th i gian gi ng d y c a môn h c là 60 ti t, cu n sách nh này không th
trình bày h t ñư c ñ y ñ m i khía c nh c a cơ h c ñá lý thuy t và ng d ng, mà
m i ch nêu ñư c m t cách tóm t t m t s v n ñ r t cơ b n c a cơ h c ñá.
Do trình ñ b n thân có h n mà ki n th c cơ h c ñá l i r ng, nên ch c ch n s
không tránh kh i nh ng thi u sót trong khi vi t. Ngư i vi t r t mong ñư c s ch b o
c a b n ñ c g n xa.
Nh ng ý ki n ñóng góp xin g i v B môn ð a k thu t – Khoa Công trình –
Trư ng ð i h c Giao thông V n t i – Hà N i.
Chúng tôi xin trân tr ng c m ơn.
Hà n i ngày 30 – 12 – 2004
Ngư i vi t
PGS.TS. Nguy n S Ng c
Ch nhi m B môn ð a k thu t,
Thư ký H i Cơ h c ñá Vi t Nam
C¬ häc ®¸.3
- M CL C
L i nói ñ u 3
M ñu 7
Chương I
16
ðÁ VÀ TÍNH CH T CƠ B N C A ðÁ
1.1. Các khái ni m cơ b n v ñá -
1.1.1. S thành t o các lo i ñá -
1.1.2. Thành ph n c a ñá 17
4.C¬ häc ®¸
- 1.1.3. Ki n trúc c a ñá 25
1.1.4. C u t o c a ñá 26
1.1.5- Tính không ñ ng nh t và d hư ng c a ñá 27
1.1.6. M t s lo i ñá thư ng g p 28
1.2. Các tính ch t cơ b n c a ñá 35
1.2.1. M t s ch tiêu ñ c trưng cho hàm lư ng các pha trong ñá 37
1.2.2. Tính ch t cơ h c 54
Chương II
127
CÁC TÍNH CH T C A KH I ðÁ NGUYÊN TR NG
2.1. Kh i ñá nguyên tr ng và m t vài ñ c ñi m c a nó. -
2.1.1. Khái ni m v kh i ñá nguyên tr ng -
2.1.2. Vài ñ c ñi m c a kh i ñá nguyên tr ng 128
2.2. Các tính ch t c a kh i ñá nguyên tr ng 132
2.2.1. Tính phong hoá 133
2.2.2. Tính ch t n t n 143
2.2.3. Tính ch t cơ h c 157
2.2.4. Nư c và kh i ñá nguyên tr ng 187
2.2.5. M t s tính ch t khác c a kh i ñá 196
Chương III
202
KH O SÁT VÀ ðÁNH GIÁ KH I ðÁ
3.1. Kh o sát kh i ñá -
3.1.1. M c ñích và n i dung kh o sát kh i ñá -
3.1.2. Nguyên t c cơ b n trong kh o sát kh i ñá 203
3.1.3. Các phương pháp kh o sát 206
3.2. Phân lo i kh i ñá 213
3.2.1. Phân lo i theo các ch tiêu ñ c l p 214
3.2.2. Phân lo i theo các ch tiêu t ng h p -
3.3. ðánh giá kh i ñá 225
3.3.1. ðánh giá tính ch t bi n d ng c a kh i ñá -
3.3.2. ðánh giá ñ b n kh i ñá. 227
Chương IV
228
N ð NH N N VÀ B D C ðÁ
4.1. S n ñ nh c a n n ñá -
4.1.1. Khái ni m -
4.1.2. S c ch u t i c a n n ñá 238
4.2. n ñ nh b d c ñá 245
C¬ häc ®¸.5
- 4.2.1. B d c và ñ n ñ nh c a nó -
4.2.2. Tính toán n ñ nh b d c 256
4.2.3. ð phòng và ch ng trư t b d c 276
Chương V
TR NG THÁI NG SU T VÀ ÁP L C ðÁ XUNG QUANH
284
CÔNG TRÌNH NG M
5.1. ng su t t nhiên trong kh i ñá -
5.1.1. Các gi thuy t v s phân b ng su t trong ñá 285
5.1.2. Tr ng thái ng su t ban ñ u c a kh i ñá 287
5.1.3. S phân b l i ng su t trong v trái ñ t 291
5.1.4. Các phương pháp ño ng su t t nhiên trong kh i ñá 294
5.2. Tr ng thái ng su t và bi n d ng c a ñá xung quanh
công trình ng m 305
5.2.1. Khái ni m v các công trình ng m -
5.2.2. Tr ng thái ng su t c a ñá xung quanh công trình ng m 310
5.2.3. Bi n d ng c a ñá xung quanh công trình ng m 324
5.3. Áp l c ñá trong công trình ng m 328
5.3.1. Khái ni m v áp l c ñá -
5.3.2. Áp l c ñá trong các h m ngang 333
5.3.3. Áp l c ñá trong thành gi ng và h m nghiêng 355
Ph l c 365
Tài li u tham kh o 372
M ðU
1. V TRÍ VÀ ð I TƯ NG NGHIÊN C U C A CƠ H C ðÁ
Hàng nghìn năm qua, ñá ñã ñóng
vai trò r t quan tr ng trong các ho t ñ ng
có ý th c c a con ngư i. Nh ng công c
lao ñ ng và vũ khí thô sơ c a ngư i
nguyên thu , nh ng Kim t tháp ñ s
ñ ng s ng s ng c nh tư ng con Sphinx
kh ng l b ng ñá bên dòng sông Nil Ai
C p t th i nô l , nh ng ngôi nhà cao
ch c tr i; nh ng ñư ng h m ôtô, h m
ñư ng s t xuyên qua núi hay ng m dư i
ñáy bi n n i li n các ñ o xa xôi; nh ng
6.C¬ häc ®¸ Hình 01 – Kim t tháp v Sphinx
vùng Giza g n Cairo (Ai C p) –
kho ng 2700 – 2550 TCN
- công trình b ng ñá n i ti ng hay nh ng kh i tư ng ñá kh ng l t c ngay trên vách ñá
c a th gi i ngày nay… ñ u do ñá hay nh ñá t o nên. ðá ngày càng tr nên g n gũi
trong ñ i s ng con ngư i.
Vì v y vi c nghiên c u tính ch t và tr ng thái c a ñá - nh t là c a kh i ñá
nguyên tr ng dư i tác d ng c a ngo i l c như thiên nhiên (tr ng l c, các tác d ng
ñ a ch t…) hay nhân t o (l c do các công trình xây d ng, do ho t ñ ng s n xu t …)
là r t quan tr ng và c n thi t.
ð ñáp ng nhu c u nghiên c u trên, m t môn khoa h c m i ñư c ra ñ i, g i
là Cơ h c ñá.
Cơ h c là m t môn khoa h c liên quan t i
năng lư ng, l c và tác ñ ng c a chúng
lên v t th , nên có th coi cơ h c ñá là Hình 02 – Nhà m thành ph Petra
m t b ph n c a ngành khoa h c cơ h c (Jorñani ngày nay) ñào vào trong kh i
ñá (th k VI TCN)
ñ a ch t, chuyên nghiên c u tính ch t,
tr ng thái c a ñá và kh i ñá nguyên tr ng,
các quá trình và hi n tư ng cơ h c x y ra
khi ti n hành thi công các công trình trên ñá, ñ
tìm ra các phương pháp phá hu ñá có hi u qu ,
cách ñi u khi n h p lý áp l c ñá và làm n ñ nh
các b d c ñá, n n ñá.
Môn khoa h c cơ h c ñá mang tính ch t
ng d ng. Các lĩnh v c nghiên c u c a nó có
l i tr c ti p, thi t th c ñ n các ngành kinh t
qu c dân, nh t là các ngành m , giao thông,
thu l i… Nh ng hi u bi t v ñá và các ñ c
trưng, tr ng thái c a nó s giúp cho vi c thi t k
và thi công các công trình trong ñá và trên ñá ñư c h p lý, có hi u qu kinh t và an
toàn hơn.
U ban Cơ h c ñá c a Vi n hàn lâm khoa Hình 03 – Nhà th ð c Bà Paris
h c qu c gia M (1966) ñã ñ nh nghĩa: Cơ h c (1163 – 1250)
ñá là môn khoa h c lý thuy t và ng d ng v
nh ng ng x cơ h c c a ñá, nó là ngành cơ h c liên quan ñ n s ph n ng c a ñá
v i các trư ng l c bao quanh chúng.
C¬ häc ®¸.7
- Hình 04 – Kh i tư ng 4 T ng th ng M núi Rushmore (bang Nam
Dakota – M ) (1927 – 1941)
Cơ h c ñá d a trên các thành t u c a v t lý ch t r n, các lý thuy t d o, th m,
lưu bi n, các hi u bi t v ñ a ch t, ñ a hoá… và các môn khoa h c khác. Nó cũng
ñư c coi là ph n n n t ng c a khoa h c v trái ñ t- nh t là khoa h c m .
Khác v i các v t li u khác, ñá r t ña d ng, ít ñ ng nh t nên ñôi khi khó hi u và
khó d ñoán. M t khác, các sơ ñ cơ h c và hình h c c a các bài toán cơ h c ñá
thư ng khác v i các sơ ñ c ñi n c a các bài toán ñàn h i, d o… nên vi c nghiên
c u ñá cũng có nhi u ñi m riêng bi t.
Khi thi công các công trình trên ñá, các quá trình cơ h c chính ñư c nghiên
c u trong cơ h c ñá là s hình thành tr ng thái ng su t c a kh i ñá và s thay ñ i
c a nó, s chuy n ñ ng c a ñá các d ng khác nhau, s tương tác gi a ñá và vì
ch ng…
Vi c nghiên c u Cơ h c ñá g m m t s hư ng sau:
- Tính ch t c a ñá và kh i ñá nguyên tr ng
- Lý thuy t phá hu ñá
- S xu t hi n và cách ñi u khi n áp l c ñá khi thi công công trình ng m
- S chuy n ñ ng c a ñá khi thi công công trình
- n ñ nh các b d c ñá
- Các hi n tư ng ñ ng l c trong kh i ñá
- Quá trình th m trong ñá
- S tương tác gi a các hi n tư ng ki n t o khu v c và vi ñ a ch t công trình
trong kh i ñá
2. SƠ LƯ C L CH S PHÁT TRI N CƠ H C ðÁ
Cơ h c ñá là m t ngành khoa h c r t tr . L ch s phát tri n c a nó có th chia
thành ba giai ño n:
Trong giai ño n ñ u, khi ngư i ta ñã bi t khai thác ñá và các khoáng s n sâu
trong lòng ñ t thì v n ñ n ñ nh h m lò ñã ñư c ñ t ra. Vi c l a ch n các phương
pháp ch ng lò ñã ñòi h i ph i nghiên c u các quá trình bi n d ng và phá hu c a ñá
xung quanh h m lò, các quy lu t phát tri n c a các quá trình y trong không gian
và th i gian. Tuy v y, giai ño n này, vi c nghiên c u m i ch m c ñ mô t , t ng
k t các hi n tư ng, ch chưa phân tích ñư c m t cách sâu s c cơ ch phát sinh và
phát tri n c a chúng.
Trong nh ng năm 30 c a th k XIX, ngư i ta ñã quan sát th y hi n tư ng s t
lún m t ñ t do vi c khai thác than n m g n m t ñ t ngo i ô thành ph Liège (B ) và
m y ch c năm sau, hi n tư ng tương t cũng x y ra m t vài thành ph c a ð c.
Nhi u tác gi ñã nghiên c u chúng và ñã ñ ra ñư c nh ng nguyên t c ñ u tiên, xác
ñ nh ph m vi nh hư ng c a vi c khai thác h m lò ñ i v i m t ñ t: Năm 1864,
J.Goodwin, m t k sư ngư i Anh ñã nêu khá ñ y ñ nh ng y u t nh hư ng t i s
s t lún m t ñ t như h th ng h m lò, tính ch t c a ñá, góc nghiêng và chi u dài v a,
chi u sâu khai thác… nghĩa là nh ng y u t có nh hư ng quy t ñ nh nh t.
8.C¬ häc ®¸
- Cũng trong giai ño n này, vi c nghiên c u các thành ph n ng su t c a kh i ñá
cũng b t ñ u ñư c chú ý: năm 1874, F.Rziha, m t chuyên gia v h m c a ð c và
b n năm sau, giáo sư ngư i Th y s A. Heim ñã nêu lên gi thuy t v thành ph n
ng su t n m ngang trong kh i ñá và quan h c a nó v i thành ph n ng su t th ng
ñ ng, nhưng khi ñó, nh ng gi thuy t này chưa ñư c th a nh n và ph bi n r ng rãi.
ð nghiên c u, thí nghi m ñá, ngươi ta ñã dùng các thi t b ñơn gi n hay hoàn
thi n các máy kéo, nén, u n và các ñ u k p m u khi kéo do nhà v t lý Hà lan
P.Musschenbrock ch t o t năm 1729.
Nói chung, vi c nghiên c u cơ h c ñá giai ño n này m i ch chú ý ñ n các
hi n tư ng bên ngoài, các gi thuy t thư ng mang tính ch t th c nghi m, chưa bao
hàm các ch tiêu ph n ánh th c ch t kh i ñá b bi n d ng.
Giai ño n hai có th tính t cu i th k XIX.
Trong giai ño n này, ngư i ta ñã xây d ng ñư c nhi u gi thuy t khá ch t ch
v b n ch t v t lý, cơ ch các quá trình x y ra trong kh i ñá khi thi công các công
trình.
Năm 1885, M.Fayol, m t k sư ngư i Pháp và 4 năm sau, k sư tr c ñ a ngư i
ð c W.Trompeter ñã nêu ra lý thuy t v s phân vùng áp l c ñá xung quanh công
trình ng m.
Năm 1907, giáo sư ngư i Nga M. M. Protodjakonov ñã ñ ra gi thuy t hình
thành vòm áp l c trong các công trình ng m. Công trình này là m t bư c ti n r t l n
trong cơ h c ñá, t o ñi u ki n ñ tính toán các thông s cho vì ch ng, nhưng cũng
chưa phù h p v i các công trình có ti t di n l n và n m sâu trong lòng ñ t.
ð ng th i v i vi c xu t hi n các gi thuy t v áp l c ñá và tr ng thái ng su t
xung quanh công trình ng m, các d ng c ño ng su t và bi n d ng c a ñá ñã ñư c
ch t o tinh vi, ñ chính xác cao hơn và có th ño tr c ti p ngay t i kh i ñá. Ngư i ta
cũng b t ñ u dùng phương pháp mô hình ñ nghiên c u các quá trình bi n d ng c a
ñá xung quanh công trình ng m.
Năm 1909, ngư i ta ñã dùng phương pháp phun v a ñ làm n ñ nh các ñư ng
h m.
Năm 1912, T.Karman ñã nghiên c u ñá tr ng thái ng su t th tích- m t
tr ng thái r t phù h p v i ñá ñi u ki n t nhiên.
Năm 1918, ngư i ta ñã b t ñ u s d ng neo ñ làm n ñ nh các kh i ñá.
Năm 1926, J. Schmidt ñã ñưa ra nh ng gi thuy t v tính ch t ñàn h i, k t h p
v i lý thuy t c a A. Heim v ng su t ban ñ u c a kh i ñá, t o nên nh ng cơ s ñ u
tiên c a Cơ h c ñá.
Năm 1938, nhà ñ a ch t ngư i Chi nê R.Fenner ñã công b nh ng k t qu
nghiên c u v áp l c ñá, nói chung cũng g n v i k t qu c a J. Schmidt. Cũng trong
năm này, vi n s Xô vi t A.N.ðinnik ñã nêu rõ ñ c ñi m phân b ng su t trong
kh i ñá có tính ñ n h s áp l c ngang. Nh ng năm sau, nhi u tác gi ñã phát tri n
thêm công trình c a ông.
C¬ häc ®¸.9
- Nói chung, trong giai ño n này, ngư i ta ñã nghiên c u sâu v các quá trình
bi n d ng và phá hu c a ñá trên m t ñ t cũng như trong các công trình ng m b ng
các máy ño ñ c chính xác cao. Ngư i ta ñã g n các quá trình bi n d ng và phá hu
ñá do vi c thi công các công trình v i các quá trình thay ñ i tr ng thái ng su t c a
kh i ñá. Nói m t cách khác, trong giai ño n này, ngư i ta ñã chuy n d n d n t vi c
nghiên c u các hi n tư ng bên ngoài sang vi c nghiên c u các nguyên nhân gây ra
chúng.
Giai ño n th ba- giai ño n cơ h c ñá hi n ñ i có th b t ñ u tính t cu i
nh ng năm 30 c a th k XX.
Do tích lu ñư c nhi u kinh nghi m th c t khi khai thác khoáng s n hay thi
công công trình ng m, ngư i ta ñã nh n th y nh ng s không phù h p gi a các
phương pháp tính ñã ñưa ra và các sơ ñ tính toán vì ch ng. ð i v i ñá, lý thuy t và
các phương pháp nghiên c u cơ h c môi trư ng r i r c là cơ s c a nh ng gi thuy t
c a giai ño n trư c không còn phù h p n a, ngư i ta b t ñ u s d ng r ng rãi lý
thuy t và các phương pháp nghiên c u cơ h c môi trư ng liên t c, nh t là lý thuy t
ñàn h i, ñ tìm hi u s thay ñ i tr ng thái ng su t t nhiên do vi c thi công các
công trình trong ñá và tr ng thái c a kh i ñá xung quanh công trình khi có s thay
ñ i ng su t y.
ð ng th i v i vi c phát tri n lý thuy t, nhi u phương pháp th c nghi m ñ
ñánh giá tr ng thái ng su t c a kh i ñá cũng ñư c ñ ra. Ngư i ta s d ng r t r ng
rãi phương pháp quang ñàn h i dùng cho các mô hình có th th hi n ñư c các ñi u
ki n ñ a ch t khác nhau như phân l p, không ñ ng nh t… Các phương pháp ñ a – v t
lý dùng ñ ñánh giá tr ng thái ng su t c a ñá mà không c n ph i ño bi n d ng c a
nó nh các sóng ñàn h i cũng ñã ñư c áp d ng t i th c ñ a trên các kh i ñá.
Do th c t ñòi h i ph i xây d ng ñư c các mô hình gi ng v i các quy lu t bi n
d ng th c c a ñá, nên trong giai ño n này, ngư i ta ñã l p ñư c các sơ ñ tính toán
bi n d ng không ch cho v t th ñàn h i mà còn cho các v t th bi n d ng theo th i
gian.
Năm 1950, l n ñ u tiên, phương pháp ñào h m m i ki u Áo (NATM) ñã ñư c
nêu ra.
Nh ng năm 1950-1954, hai nhà nghiên c u Xô vi t F.A.Belaenko và
K.V.Ruppeneyt ñã l p ñư c công th c tính toán áp l c ñá xung quanh h m mà có
tính ñ n bi n d ng ñàn h i- d o.
Trong kho ng 1955-1958, các nhà nghiên c u Ba lan J.Litwiniszyn và A.
Salustowicz cũng ñã l p ñư c mô hình tính toán cho các bi n d ng ñàn h i – nh t.
Năm 1957, k sư ngư i Pháp J. Talobre ñã xu t b n cu n “ Cơ h c ñá” trong
ñó ñã trình bày tương ñ i h th ng các v n ñ v cơ h c ñá và ng d ng c a nó trong
xây d ng công trình.
T năm 1960, ngư i ta b t ñ u nghiên c u v s bi n d ng c a ñá theo th i
gian. Liên Xô, v n ñ này ñã ñư c Zh. X. Erzhanov, V.T. Glusko…
nghiên c u r t sâu.
Trong giai ño n này, ngư i ta ñã hoàn thi n các phương pháp và d ng c ño
bi n d ng và chuy n v c a ñá xung quanh công trình ng m, ñ ng th i xác ñ nh ngay
t i ch các tính ch t c a kh i ñá nguyên tr ng. Hi n nay, ngoài các thi t b tin c y có
10.C¬ häc ®¸
- kh năng giám sát và d báo s chuy n v c a ñá, các k thu t tính toán ñã phát tri n
t i m c mà các cách ng x c a ñá có th ñư c mô hình hoá và d ñoán v i ñ tin
c y nh t ñ nh.
Tháng 10 năm 1962, H i Cơ h c ñá Qu c t (the International Society for
Rock Mechanics – ISRM) ñư c thành l p Áo trên cơ s H i các nhà ñ a – v t lý,
ñ a ch t công trình nư c Áo do S.Stini thành l p t 1951- H i Cơ h c ñá Qu c t ñã
t p h p ñư c các chuyên gia cơ h c ñá c a nhi u nư c trên th gi i – Các h i ngh
c 4 năm m t l n c a H i ñã thông báo các k t qu nghiên c u v cơ h c ñá, ñ ng
th i ñ ra phương hư ng nghiên c u trong th i gian t i. Nh ng h i ngh g n ñây c a
H i là l n th VIII năm 1995 Tokyo (Nh t), l n th IX năm 1999 Paris (Pháp) và
g n ñây nh t, l n th X Johannesburg (Nam Phi) năm 2003.
nư c ta, ñá ñã là ñ i tư ng g n gũi c a con ngư i t r t lâu. T tiên chúng
ta, nh ng ngư i Vi t c (s ng cách ñây kho ng trên dư i 10.000 năm) ñã bi t s
d ng ñá r t s m: ñá ñư c dùng làm công c lao ñ ng(rìu, dao, cu c… b ng ñá), làm
ñ trang s c cho các thi u n (các vòng ñá, khuyên tai… b ng ñá) hay làm nh c c
ñ s d ng trong các sinh ho t c ng ñ ng (các ñàn ñá, tù và b ng ñá…).
Trong th i phong ki n, nhi u thành c b ng ñá ñã ñư c xây d ng v i quy mô
khá l n như thành nhà H (cao 5m, dày 3m An L c, Vĩnh L c - Thanh Hoá ngày
nay, ñư c xây t năm 1397 b ng nh ng kh i ñá xanh l n, có kh i có kích thư c
1,7x5,1 x 2,2m n ng t i 40 t n), thành nhà M c (thành c Tuyên Quang có hình
vuông, m i chi u 275m, cao 3,5m, dày 0,8m ñư c xây d ng b ng ñá ong t năm
1592) hay thành c Sơn Tây (ñư c xây d ng t năm 1822 cũng b ng ñá ong, m i
chi u c a toà thành vuông này cũng t i 400m).
th k XIX, m t s công trình b ng ñá ñã ñư c xây d ng, t n t i t i ngày
nay và tr thành nh ng th ng c nh c a ñ t nư c như Ng môn (c a chính vào ð i
n i c ñô Hu , ñư c xây d ng b ng nh ng kh i ñá l n t năm 1802), ðài Nghiên,
Tháp Bút (bên h Hoàn Ki m, Hà N i ñư c xây d ng t năm 1867), nhà th ñá Phát
Di m (Ninh Bình)…
Bư c vào th k XX, do vi c khai thác m , phát tri n giao thông và năng
lư ng… ñòi h i ph i có nh ng hi u bi t nh t ñ nh v cơ h c ñá. Ngư i Pháp ñã
nghiên c u ñ ñào các h m lò khai thác than vùng m H ng Gai - C m Ph (thu c
t nh Qu ng Ninh ngày nay), làm ñư ng h m giao thông trên tuy n ñư ng s t xuyên
Vi t (trong nh ng năm c a th p niên 30), làm nhà máy thu ñi n ða Nhim (trong
nh ng năm 1961-1964 công su t 160MW v i ñư ng h m d n nư c dài 4878m,
ñư ng kính 3,4m ñư c ñào xuyên qua ñèo Ngo n M c…
Sau khi hoà bình l p l i, do s phát tri n toàn di n c a n n kinh t qu c dân,
vi c nghiên c u và thí nghi m cơ h c ñá ñã ñư c chú tr ng hơn, d n d n cơ h c ñá
ñã ñóng vai trò nh t ñ nh trong công cu c phát tri n kinh t , xây d ng ñ t nư c.
Ngư i ta ñã nghiên c u tính ch t c a ñ t ñá, các quá trình cơ h c x y ra khi thi công
các công trình trong ñá và áp d ng các phương pháp ñánh giá và phân lo i ñá ñang
ñư c s d ng trên th gi i trong xây d ng công trình ng m. Các nhà máy thu ñi n
l n ñã ñư c xây d ng như Hoà Bình (xây d ng trong nh ng năm 1979-1994, công
su t 1920MW, ñ p ch n nư c cao128m, gian h m máy có kích thư c 280 x22 x
53m) hay Yaly (xây d ng t 1993-1999, công su t 720MW, ñ p cao 69m và gian
C¬ häc ®¸.11
- h m máy có kích thư c 118 x 21 x 42m). Các h m lò, các ñư ng giao thông ng m
cũng ñư c xây d ng v i nh ng bi n pháp k thu t tiên ti n, cách ñánh giá tr ng thái
kh i ñá phù h p v i nh ng ti n b c a th gi i như h m ñư ng b qua ñèo H i Vân
trên qu c l I dài g n 6.500m, ti t di n 10 x 7m ñã áp d ng công ngh ñào h m m i
c a Áo khi thi công và cách phân lo i ñá theo ch s RMR (Rock Mass Rating).
Trong tương lai, ngư i ta ñã b t ñ u xây d ng nhà máy thu ñi n Sơn La, l n
nh t ðông Nam Á v i công su t 3600MW và ñ p ch n nư c cao t i 265m.
Cùng v i s phát tri n c a khoa h c cơ h c ñá, nh ng ngư i làm công tác cơ
h c ñá Vi t Nam ñã t p h p
nhau l i trong m t t ch c g i là
“H i Cơ h c ñá Vi t Nam” ñư c
thành l p vào tháng 10/1984.
Các cu c ñ i h i c a H i c 5
năm m t l n nh m t ng k t
nh ng thành tích nghiên c u
trong nh ng năm qua và ñ ra
nh ng phương hư ng ho t ñ ng,
nghiên c u trong nh ng năm t i.
Nh ng ñ i h i g n ñây c a H i
như ñ i h i l n th III vào năm
1997, l n th IV vào năm 2002 Hình 0-5. H m ñư ng b H i Vân
ñ u ñư c t ch c t i Hà N i.
Năm 1996, H i Cơ h c ñá Vi t Nam ñư c chính th c công nh n là thành viên
c a H i Cơ h c ñá Qu c t ISRM.
3. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U CƠ H C ðÁ
ðá là m t t p h p có quy lu t c a nhi u khoáng v t. Nó ña d ng, không ñ ng
nh t, d hư ng và luôn t n t i nh ng l r ng, khe n t. Do v y, vi c nghiên c u ñá
thư ng ph c t p và khó hơn các v t li u khác.
Khi nghiên c u ñá thư ng phân bi t khái ni m m u ñá và ñá nguyên tr ng.
M u ñá ñư c coi như m t th tích ñá mà t i ñó không th phát hi n ñư c các
khe n t b ng m t thư ng.
ðá nguyên tr ng (ñá nguyên kh i) ñư c coi như là m t ph n c a v trái ñ t
n m trong ph m vi nh hư ng c a công trình. Do v y, ñá nguyên tr ng g m c các
khe n t và v t li u l p nhét trong các kh i ñá, chúng không tách kh i v trái ñ t, ch u
nh hư ng c a các quá trình ho t ñ ng n i sinh hay ngo i sinh c a v trái ñ t khu
v c nghiên c u. Tính ch t c a ñá nguyên tr ng ph thu c vào thành ph n và tính
ch t c a các khoáng v t t o nên ñá, vào ñ c ñi m c a các h khe n t có trong kh i
ñá, vào ñ ng thái nư c dư i ñ t và trư ng ng su t t nhiên.
ð nghiên c u cơ h c ñá, ngư i ta có th s d ng nhi u phương pháp khác
nhau, nhưng nói chung, có th g p l i thành ba nhóm chính: Phương pháp ño ñ c,
quan sát trong ñi u ki n t nhiên; phương pháp mô hình và phương pháp lý thuy t.
12.C¬ häc ®¸
- Phương pháp ño ñ c và quan sát trong ñi u ki n t nhiên gi vai trò quan tr ng
nh t. Qua vi c quan sát và ño ñ c t i th c ñ a s xác ñ nh ñư c nh ng thông s cơ
b n và các ñ c trưng c a quá trình ñ nh nghiên c u trong các ñi u ki n ñ a - cơ h c
c th như ng su t, bi n d ng, chuy n v c a ñá và s thay ñ i c a chúng theo các
y u t tác ñ ng chính. T nh ng s li u ñó s phân lo i ñư c các hi n tư ng, quá
trình ñ nh nghiên c u, gi i thích ñư c các cơ ch chung và b n ch t v t lý c a chúng
ti n t i t ng k t c v m t lý thuy t l n th c ti n.
Trong phương pháp ño ñ c và quan sát hi n trư ng, ngư i ta l i chia ra:
- Xác ñ nh các tính ch t v t lý và các ñ c ñi m c u trúc c a kh i ñá.
- Xác ñ nh các thông s chuy n v , bi n d ng c a ñá.
- Nghiên c u tr ng thái ng su t trong ñá và s thay ñ i c a nó.
- Nghiên c u tương tác c a ñá v i vì ch ng và áp l c ñá trong công trình
ng m.
Phương pháp mô hình cũng ñư c s d ng r ng rãi ñ nghiên c u cơ h c ñá. Nó
phát hi n ñư c vai trò c a các y u t tác ñ ng khác nhau trong quá trình ñ nh nghiên
c u và tìm ñư c giá tr c a các thông s c n thi t mà các phương pháp khác không
th làm ñư c. Tuy nhiên, các mô hình không th th hi n ñư c ñ y ñ các ñi u ki n
ñ a ch t t nhiên. Trong phương pháp mô hình, ngư i ta có th dùng các lo i mô
hình ly tâm, mô hình v t li u tương ñương, mô hình quang h c… V i m i lo i mô
hình s có nh ng lý thuy t riêng và b t bu c ph i tuân theo khi s d ng chúng.
Phương pháp lý thuy t cho phép gi i các bài toán cơ h c ñá m c ñ t ng
quát nh t, các ñi u ki n c a bài toán thay ñ i trong m t ph m vi r t r ng. Tuy nhiên,
m c ñ chính xác c a l i gi i cho bài toán ph thu c vào m c ñ li t kê ñ y ñ các
y u t tác ñ ng, các thông s cơ b n tương ng v i quá trình nghiên c u và tính ch t
c a kh i ñá. Mu n s d ng phương pháp lý thuy t, ph i xây d ng ñư c m t mô hình
toán h c c a hi n tư ng, quá trình ñ nh nghiên c u. Trong cơ h c ñá, ñ có ñư c m t
mô hình toán h c, ngư i ta ph i lý tư ng hoá tính liên t c c a ñá, trên cơ s ñó s áp
d ng các lý thuy t c a môi trư ng liên t c, các quy lu t c a lý thuy t ñàn h i, d o,
cân b ng gi i h n… Trong các công trình tính toán, các h s , ch s thư ng ñư c
xác ñ nh t vi c ño ñ c t i th c ñ a ho c thí nghi m trong phòng hay trên các mô
hình.
Trong nh ng trư ng h p không có s n l i gi i, tr ng thái ng su t – bi n d ng
trong ñá có th gi i g n ñúng b ng phương pháp s nh s tr giúp c a các máy tính
ñi n t . Ngư i ta có th dùng phương pháp sai phân h u h n, phương pháp ph n t
h u h n, phương pháp biên r i r c và phương pháp phân t riêng… ñ gi i các bài
toán cơ h c ñá.
C¬ häc ®¸.13
- Chương I
ðÁ VÀ CÁC TÍNH CH T CƠ B N C A ðÁ
ðá là nh ng ph n v t ch t t o nên v Trái ð t. Nó là t p h p c a m t hay
nhi u khoáng v t khác nhau, có c u t o và thành ph n khoáng v t tương ñ i n ñ nh.
1.1. CÁC KHÁI NI M CƠ B N V ðÁ
1.1.1. S THÀNH T O CÁC LO I ðÁ
V s hình thành các lo i ñá ñã ñư c trình bày r t rõ ràng trong các giáo trình
ñ a ch t ñ i cương hay ñ a ch t công trình. ñây ch nh c l i m t vài ñi m chính.
Theo ngu n g c thành t o, ñá ñư c chia thành 3 lo i chính: ñá magma, ñá tr m
tích và ñá bi n ch t.
1.1.1.1. ðá magma ñư c thành t o do s ñông c ng c a dòng dung nham nóng ch y
phun lên t trong lòng ñ t. Dòng dung nham này là các dung d ch silicat có thành
ph n r t ph c t p và ch a các lo i khí, hơi nư c khác nhau.
Khi dòng dung nham phun lên và ñông c ng l i ngay trong lòng ñ t thì s t o
thành ñá magma xâm nh p. Do ñư c thành t o trong ñi u ki n áp su t cao, s ñông
c ng x y ra t t và ñ u ñ u nên các khoáng v t d dàng k t tinh, t o nên ñá magma
k t tinh hoàn toàn, d ng kh i, ch t xít như ñá granit, gabro…
Khi dòng dung nham trào lên m t ñ t và ñông c ng l i thì s t o thành ñá
magma phún xu t (hay phun trào). Do m t ñ t nhi t ñ và áp su t th p, nhi t thoát
nhanh nên không thu n l i cho vi c k t tinh c a các khoáng v t, t o nên ñá magma
d ng vô ñ nh hình, có nhi u l r ng như ñá bazan, ñá b t… Các ñá phun trào ñư c
thành t o t ñ i c sinh thì ñư c g i là ñá phun trào c , còn n u thành t o m i g n
ñây thì ñư c g i là phun trào tr .
1.1.1.2. ðá tr m tích ñư c thành t o có th theo 3 cách:
- Do s l ng ñ ng và g n k t c a các m nh v n (là các s n ph m phong hoá
c a ñá g c hay các v n núi l a);
- Do s k t t a c a ch t hoá h c có trong nư c;
- Do s nén ch t c a các di tích ñ ng, th c v t.
Tuỳ theo các cách th c thành t o như v y mà ngư i ta cũng chia thành các ñá
tr m thích cơ h c, tr m tích hoá h c và tr m tích h u cơ.
ðá tr m tích ch chi m 5% kh i lư ng v Trái ð t nhưng nó bao ph t i 75%
di n tích m t ñ t v i các chi u dày khác nhau (t 3 – 4km vùng Trung Á, còn 1km
vùng Xibir và ch t 0,3 – 0,7km Thái Bình Dương.
- 1.1.1.3. ðá bi n ch t ñư c t o thành do s bi n ñ i sâu s c c a ñá magma, ñá tr m
tích và c ñá bi n ch t có trư c dư i tác ñ ng c a nhi t ñ cao, áp su t l n và các
ch t có ho t tính hoá h c.
D a vào các nhân t tác ñ ng ch y u, ngư i ta chia ra:
Bi n ch t ti p xúc x y ra khu v c ti p giáp gi a kh i magma nóng ch y và
ñá vây quanh. Nhi t ñ cao ñã làm thay ñ i thành ph n, ki n trúc và tính ch t c a ñ t
ñá. Càng xa kh i magma, m c ñ bi n ch t c a ñá gi m d n.
Bi n ch t ñ ng l c x y ra dư i tác ñ ng c a áp su t cao không ch do tr ng
lư ng các l p ñá n m trên mà còn do áp l c sinh ra trong ho t ñ ng t o sơn c a các
quá trình ki n t o. Do v y, ñ t ñá b m t nư c, ñ r ng gi m ñi, s liên k t gi a
chúng tăng lên làm thay ñ i ki n trúc và c u t o c a ñá.
Bi n ch t khu v c thư ng x y ra dư i sâu do tác ñ ng ñ ng th i c a nhi t ñ
cao và áp su t l n làm thành ph n, ki n trúc c a ñá b thay ñ i.
1.1.2. THÀNH PH N C A ðÁ
ðá có th ñư c t o thành t m t khoáng v t (ñá ñơn khoáng) hay nhi u khoáng
v t ñư c g n l i v i nhau b ng các ch t g n k t (ñá ña khoáng). ða s các lo i ñá
ñ u là ñá ña khoáng và như v y thành ph n c a chúng s g m các khoáng v t và các
ch t g n k t.
1.1.2.1. Các khoáng v t t o ñá
Khoáng v t là nh ng h p ch t c a các nguyên t hoá h c t nhiên hay các
nguyên t t sinh ñư c hình thành do các quá trình hoá lý khác nhau x y ra trong v
Trái ð t hay trên m t ñ t. ða s các khoáng v t th r n và có tr ng thái k t tinh.
Theo A.P. Vinogradov, trong t nhiên ñã bi t kho ng g n 3000 khoáng v t, nhưng
trong s ñó, ch có kho ng 30 – 50 khoáng v t ñóng vai trò quy t ñ nh trong vi c
thành t o ñá ñư c g i là khoáng v t t o ñá.
Các khoáng v t t o ñá ñư c chia thành t ng nhóm và m i khoáng v t l i có
nh ng ñ c ñi m v c u t o, l c liên k t trong m ng tinh th … khác nhau d n ñ n
tính ch t c a chúng cũng khác nhau.
Các nhóm khoáng v t t o ñá chính:
Trong cơ h c ñá thư ng không xác ñ nh thành ph n khoáng v t ñ y ñ và ñ nh
lư ng. Theo J.A. Franklin, có 6 nhóm khoáng v t t o ñá chính nh hư ng ñ n tính
ch t cơ h c c a h u h t các lo i ñá thư ng g p trong xây d ng công trình. Các nhóm
ñư c nêu theo th t gi m d n v ch t lư ng cơ h c:
- Nhóm th ch anh – felspat
Th ch anh là thành ph n ch y u c a ñá granit và h u h t các lo i cát k t. Nó
thư ng trong su t ho c có màu tr ng ñ n xám t a thu tinh, ñ c ng 7.
Felspat là thành ph n ch y u c a h u h t các ñá magma và cát k t lo i arko.
Nó g m plagioclas và orthoclas có màu t h ng ñ n tr ng, m ñ c, r t d v ch b ng
dao b túi.
- Nhóm lithic / bazơ
CƠ H C ðÁ.17
- G m các v n ñá c a ñá magma bazơ (bazan, gabro), cát k t grauvac xám tro,
amphibolit và các khoáng v t bazơ s m màu như amphibol và pyroxen. Khi còn tươi,
các khoáng v t này có ñ c ng kém hơn th ch anh m t chút.
- Nhóm mica
G m các khoáng v t d ng t m như biotit (mica ñen), muscovit (mica tr ng) và
clorit, xu t hi n như thành ph n ph nhưng quan tr ng c a m t s ñá magma và là
thành ph n chính c a các ñá bi n ch t c u t o phân phi n. Biotit có màu tiêu bi u t
nâu ñ n ñen; muscovit có màu b c và clorit có màu xanh. Tính phân phi n và thư ng
t o thành các d i có hàm lư ng mica cao làm y u các ñá ch a chúng. Mica d b tác
ñ ng b i các tác nhân phong hoá.
- Nhóm carbonat
G m các khoáng v t như calcit, ñolomit… d nh n bi t do chúng d b v ch
b ng dao, s i b t trong HCl loãng. Chúng xu t hi n dư i d ng các tinh th , các h t
hay các v n hoá th ch có cùng kích thư c và do kh năng hoà tan, chúng cũng
thư ng là xi măng g n k t gi a các h t và l p ñ y l r ng. Các khoáng v t nhóm
carbonat thư ng có màu tr ng m ñ n vàng s m sáng, ñôi khi có màu t i, th m chí là
màu ñen.
- Nhóm mu i
G m mu i m , mu i kali và th ch cao. Chúng thư ng m m y u và d o, ñôi khi
ch y và có th b hoà tan trong kho ng th i gian xây d ng. Các khoáng v t này có
kh năng hoà tan và ñư c thành t o t các dung d ch mu i bi n. Màu c a chúng
thư ng t màu m ñ c t i tr ng ph t h ng. Tinh th halit có d ng kh i ñ c trưng còn
th ch cao l i có d ng s i.
- Nhóm pelit (ch a sét)
G m các khoáng v t như kaolinit, illit, monmorilonit là các thành ph n ch y u
trong ñá phi n sét, ñá phi n và là s n ph m th sinh trong nhi u ñá magma, bi n ch t
và ñá vôi. Chúng có h t m n và do v y, khó nh n bi t, tr khi suy lu n t ñ c tính
m m y u và màu nâu – xanh – xám thông thư ng c a chúng. Các khoáng v t sét có
kh năng trương n khác nhau, trong ñó monmorilonit trương n m nh nh t.
Khi mô t ñá, các khoáng v t ñư c li t kê theo ph n trăm và th t gi m d n.
Thí d ñá granit có th mô t theo thành ph n khoáng v t là g m felspat tr ng t i
vàng s m, 25% th ch anh, 10% khoáng v t ch a magne – s t và 10% biotit.
C u t o c a khoáng v t
Khoáng v t thư ng g p d ng tinh th hay h t. Tuy m t s khoáng v t có kích
thư c l n như th ch anh, felspat… nhưng ña s các khoáng v t ñ u d ng tinh th
nh .
Các tinh th khoáng v t thư ng có c u t o m ng là sơ ñ hình h c trong không
gian c u t o c a v t ch t k t tinh. Gi s có m t m ng tinh th như trên hình 1.1.
Ph n nh nh t c a tinh th ñư c bi u di n b ng các ñư ng ñ m nét, ñư c g i là nhân
cơ b n hay m ng phân t , chúng s p x p liên t c theo 3 tr c trong không gian t o
thành tinh th .
- M ng phân t ñư c ñ c trưng b ng 6
y u t : 3 kích thư c c a khung m ng a, b, c
và 3 góc gi a các tr c X, Y, Z là α, β và γ.
Tuỳ theo quan h hình h c gi a các y u t
c a m ng mà các tinh th ñư c chia thành
nhi u h khác nhau như tam tà (a ≠ b ≠ c ;
α ≠ β ≠ γ ≠ 90o), tà phương (a ≠ b ≠ c; α
= β = γ = 90o), l c phương (a = b ≠ c ; α = β
= 90o, γ = 120o), l p phương (a = b =
o
c; α = β = γ = 90 )…
Các tinh th không ch khác nhau v
Hình 1.1. M ng không gian ca
hình d ng c a m ng mà còn khác nhau
tinh th .
d ng các v t ch t n m nút m ng. Theo ñó,
ngư i ta chia ra thành m ng ion khi các nút
m ng là các ion mang ñi n tích âm hay dương (như m ng tinh th mu i m NaCl…),
m ng nguyên t khi m i nút m ng là m t nguyên t v t ch t (như m ng tinh th kim
cương, sfalerit ZnS…) hay m ng phân t khi nút m ng là nh ng phân t trung hoà
v ñi n (như trong m ng các liên k t h u cơ…).
Tuy v y, trong t nhiên r t hay g p các m ng h n h p như m ng ion – phân t .
Các khoáng v t t o ñá cũng hay là lo i m ng này.
L c liên k t trong m ng tinh th .
L c liên k t trong m ng tinh th có b n ch t là l c tĩnh ñi n, sinh ra do tác
ñ ng tương h ch y u là c a các ñi n t hoá tr c a nguyên t .
Do s phân b các ñi n t trong nguyên t và phân t c a các tinh th không
như nhau nên các l c liên k t trong các tinh th khoáng v t cũng khác nhau. Ngư i ta
chia ra m t s lo i liên k t sau:
- Liên k t ion thư ng th y các m ng ion, nghĩa là t i các nút m ng là các
ion dương hay âm. L c liên k t gây ra do l c hút gi a các ion mang ñi n
tích trái d u. L c này t l ngh ch v i kho ng cách gi a các ion và t l
thu n v i các ñi n tích c a chúng.
- Liên k t ñ ng hoá tr thư ng th y các m ng nguyên t . L c liên k t
sinh ra do tác ñ ng trao ñ i ñi n t gi a hai nguyên t n m hai nút
m ng r t g n nhau.
- Liên k t carbon là thí d c ñi n c a các lo i liên k t này (như kim
cương và m t vài khoáng v t khác).
- Liên k t phân t thư ng th y các m ng phân t . Các phân t trung hoà
v ñi n nhưng s s p x p các ñi n tích trong chúng l i không hoàn toàn
ñ i x ng nên s liên k t gi a các phân t là l c tĩnh ñi n r t y u như l c
Vander Vaals, sinh ra khi chúng g n nhau. ð b n c a nh ng tinh th
có liên k t ki u này r t kém.
- Liên k t kim lo i ñ c trưng cho tính ch t c a tinh th kim lo i. Nh ng
nguyên t kim lo i sau khi m t ñi n t tr thành các ion dương n m
CƠ H C ðÁ.19
- các nút m ng, còn các ñi n t tách ra n m kho ng không gi a các nút.
Gi a các ñi n t , ion dương liên k t v i nhau b ng các ñi n l c. Chính
các l c này ñã gi i thích cho ñ b n c a v t r n.
Do m ng tinh th c a m t vài khoáng v t có th là h n h p nên l c liên k t c a
chúng cũng không ph i ch là m t lo i. Có th theo hư ng này thì là liên k t ion, còn
theo hư ng khác thì có th là liên k t phân t (như molibñenit, grafit…). ði u này
làm phát sinh tính ch t d hư ng c a các tinh th .
M t s ñ c trưng c a khoáng v t:
- Tr ng thái v t lý
ða s các khoáng v t ñ u d ng k t tinh, trong ñó các nguyên t hay ion
ñư c s p x p theo m t tr t t nh t ñ nh, t o thành m ng lư i không gian
làm khoáng v t có hình dáng bên ngoài nh t ñ nh. M t s khoáng v t vô
ñ nh hình do không có c u trúc m ng tinh th không gian nên chúng không
có hình dáng bên ngoài nh t ñ nh, t o nên tính ñ ng hư ng c a khoáng v t:
tính ch t c a khoáng v t theo m i phương có th coi là b ng nhau.
- Hình dáng tinh th
Tuỳ theo s phát tri n trong không gian c a m ng tinh th , khoáng v t có
th có d ng hình lăng tr , hình que, hình kim… khi tinh th khoáng v t ch
phát tri n theo m t phương; d ng t m, v y, lá… khi tinh th khoáng v t
phát tri n theo hai phương hay d ng h t, c c… khi tinh th phát tri n theo
c ba phương.
- Màu s c và v t v ch
Màu c a khoáng v t là do thành ph n hoá h c và các t p ch t trong nó quy t
ñ nh. Theo ñó, ngư i ta chia làm khoáng v t màu sáng (không màu, tr ng,
xám sáng, vàng h ng…) và khoáng v t màu s m (ñen, xanh, nâu và các màu
t i khác…).
V t v ch là màu c a b t khoáng v t ñ l i trên t m s tr ng, nhám khi c
vào nó. Thư ng thì màu c a khoáng v t và c a v t v ch là gi ng nhau
nhưng cũng có nh ng khoáng v t l i không th hi n như v y: Khoáng v t
hêmatit có màu ñen, xám thép nhưng màu c a v t v ch l i là ñ máu hay
khoáng v t pyrit có màu vàng thau nhưng v t v ch l i có màu ñen.
- ð trong su t và ánh
ð trong su t c a khoáng v t là kh năng khoáng v t cho ánh sáng xuyên
qua. Theo ñó, ngư i ta chia thành các m c ñ trong su t (như th ch anh,
muscovit…), n a trong su t (như th ch cao, sphalerit…), không trong su t
(như pyrit, magnetit…).
Ánh c a khoáng v t là s ph n x màu s c trên m t khoáng v t khi ánh
sáng chi u vào. Ngư i ta chia thành ánh kim và ánh phi kim (như ánh thu
tinh, ánh xà c , ánh m , ánh añamatin…).
- Tính d tách (cát khai)
Tính d tách là kh năng tinh th c a m t vài khoáng v t có th tách ra ñư c
theo nh ng m t ph ng song song v i nhau khi ch u tác d ng l c. Các m t
ph ng này cũng ñư c g i là m t tách hay m t cát khai.
- Theo O. Brave (1848), ngư i sáng l p ra lý thuy t c u t o m ng c a tinh th thì
m t cát khai là m t có m t ñ nút l n nh t và kho ng cách gi a các m t cũng là l n
nh t.
Trong m t m t c a m ng tinh th (hình 1.2), k các hư ng OA, OB, OC. M t
ñ nút dày nh t là hư ng OA (kho ng cách gi a các nút là bé nh t). Ký hi u
kho ng cách gi a các m t song song liên ti p theo các hư ng trên, tương ng là d1,
d2 và d3; và kho ng cách gi a các nút theo các hư ng trên tương ng là a1, a2 và a3
thì có th d dàng nh n th y là:
a1d1 = a2d2 = a3d3 = ad (1.1)
nghĩa là tích c a kho ng cách gi a các nút m ng theo m t hư ng nào ñó và kho ng
cách gi a hai m t song song liên li p theo hư ng ñó luôn là m t h ng s .
Vì v y, khi kho ng cách gi a hai m t
song song càng l n (trong khi kho ng cách gi a d2 B
các nút m ng càng gi m – nghĩa là m t ñ nút
càng dày) thì l c liên k t gi a chúng càng C
gi m, chúng càng d tách xa nhau khi ch u tác d3
d ng l c.
m ng tinh th như trên hình 1.2, m t N d1
M
cát khai s là m t MN, trùng v i hư ng OA. A
o
Tuy nhiên, l c liên k t gi a các nút m ng
không ch ph thu c vào kho ng cách gi a chúng mà còn ph thu c vào s tương tác
gi a chúng, nghĩa là còn ph i tính ñ n các l c Hình 1.2. M t m t c a m ng
liên k t hoá h c. tinh th .
Tính ch t cát khai cũng có th gi i thích
b ng thuy t năng lư ng b m t. Theo V.ð. Kuznexhov thì m t cát khai s trùng v i
m t có năng lư ng b m t bé nh t. Năng lư ng b m t có th coi là năng lư ng dư
trên m t ñơn v di n tích hay là l c c n thi t ñ t vào m t ñơn v chi u dài ñ tách l p
trên m t (v i các ch t l ng, năng lư ng b m t ñư c g i là s c căng b m t).
Tuỳ theo m c ñ d tách c a các khoáng v t mà ngư i ta có th chia thành d
tách r t hoàn toàn (như mica, mu i m …), hoàn toàn (như calcit…), trung bình (như
felspat…), không hoàn toàn (như apatit, olivin…) và r t không hoàn toàn (như
corinñon, magnetit…).
- V tv
V t v là d ng b t kỳ c a m t khoáng v t khi b phá hu .
Tuỳ theo hình d ng c a v t v , ngư i ta chia thành v t v ph ng (khi
khoáng v t b v theo các m t d tách, ñ c trưng cho các khoáng v t có tính
d tách cao), v t v v sò (như th ch anh…), v t v nham nh (khi m t v t
v l m ch m, không b ng ph ng như các khoáng v t ñ ng, b c…) và v t v
ñ t (khi b v , khoáng v t v n như ñ t, như khoáng v t kaolinit…).
- ð c ng
ð c ng là kh năng ch ng l i tác d ng c a ngo i l c c a khoáng v t, ñ c
trưng cho ñ b n c c b c a nó.
CƠ H C ðÁ.21
- Trong th c t , thư ng dùng ñ c ng tương ñ i, nghĩa là so sánh ñ c ng c a
khoáng v t v i 10 khoáng v t chu n do F. Mohs ch n ra t th k XIX. Vi c so sánh
ñư c th c h ên theo nguyên t c khi c xát hai khoáng v t v i nhau, khoáng v t nào
c ng hơn s ñ l i v t xư c trên khoáng v t kia.
Các khoáng v t trong thang ñ c ng c a Mohs ñư c coi là m m nh t (ñ c ng
1) t i c ng nh t (ñ c ng 10) như sau:
1- Talc 6- Orthoclas
2- Th ch cao 7- Th ch anh
3- Calcit 8- Topaz
4- Fluorit 9- Corinñon
5- Apatit 10- Kim cương.
Ngoài ra, ngư i ta còn dùng ñ c ng c a m t s v t ph bi n như móng tay (ñ
c ng 2,5), m nh kính (5,5), lư i dao thép (6,5)… ñ d dàng xác ñ nh ñ c ng t i
th c ñ a.
- T tr ng
Tuỳ theo s thay ñ i t tr ng c a các khoáng v t, ngư i ta chia thành
khoáng v t n ng khi t tr ng > 4 như pyrit, magnetit…; khoáng v t trung
bình khi t tr ng t 2,5 – 4 như th ch anh, calcit… và khoáng v t nh khi t
tr ng < 2,5 như th ch cao, orthoclas…
ða s các khoáng v t thư ng có t tr ng t 2,5 – 3,5.
- Tính d hư ng
D hư ng là tính ch t ph thu c vào hư ng c a tinh th : theo các hư ng
song song v i nhau thì tính ch t c a nó là như nhau, nhưng khi xét theo các
hư ng khác nhau thì tính ch t c a nó l i thay ñ i. Tính d hư ng c a khoáng
v t có th gi i thích theo lý thuy t c u t o m ng c a tinh th .
Trên hình 1.2, theo các hư ng OA, OB, OC m t ñ nút (s lư ng nút trên 1
ñơn v chi u dài) là không gi ng nhau. M t ñ dày nh t là theo hư ng OA, thưa nh t
là hư ng OC, do v y l c liên k t gi a các nút m ng theo các hư ng cũng s không
như nhau làm tính ch t c a khoáng v t theo các hư ng khác nhau s khác nhau. V i
các hư ng song song, chúng có cùng m t ñ nút và do v y, tính ch t c a chúng h u
như không thay ñ i.
Ngư i ta thư ng ñ ý ñ n s d hư ng ñ c ng c a khoáng v t và h s d
hư ng là t s gi a giá tr l n nh t và nh nh t c a m t ch tiêu theo các hư ng khác
nhau ñư c dùng ñ th hi n tính d hư ng c a khoáng v t.
Thí d : Khoáng v t r t d hư ng v ñ c ng là disthen v i h s d hư ng b ng
3,13.
Ngoài các tính ch t trên, khoáng v t còn có m t s tính ch t khác như kh năng
s i b t v i HCl 10%, tính ñàn h i, kh năng u n cong hay dát m ng, t tính, tính
phóng x …
1.1.2.2. Ch t g n k t
nguon tai.lieu . vn
