Xem mẫu
- trong ñó: ms là kh i lư ng ph n c ng c a ñá.
Cũng như tr ng lư ng riêng, kh i lư ng riêng c a ñá ph thu c vào thành ph n
khoáng v t và t l c a các khoáng v t t o ñá có trong ñá. Gi a kh i lư ng riêng và
tr ng lư ng riêng có m t s liên h :
γs = g. ρs (1.8)
N u so sánh kh i lư ng riêng c a ñá v i kh i lư ng riêng c a nư c thì s ñư c
m t ñ i lư ng g i là t kh i, thư ng ký hi u là D:
ρs
D= (1.9)
ρn
trong ñó: ρn là kh i lư ng riêng c a nư c.
T kh i là m t ñ i lư ng không th nguyên.
ð xác ñ nh kh i lư ng riêng c a ñá, ph i tính ñư c kh i lư ng và th tích
ph n c ng trong ñá. Mu n v y, ngư i ta có th dùng nhi u phương pháp xác ñ nh
khác nhau:
- Dùng bình ño th tích
Bình ño th tích là m t bình b ng thu tinh c h p và dài (ñư ng kính c bình
là 10mm, dài 180 – 200mm) dung tích kho ng 120 – 150cm3. Trên c bình có các
v ch chia chính xác t i 0,1cm3. Ph n dư i c a bình phình to ra.
Ch n 2 c c ñá ñ nh xác ñ nh kh i lư ng riêng kho ng 100g, ñem giã trong c i
chày ñ ng r i sàng qua rây có ñư ng kính l 2mm. Ph n b t ñá còn l i trên m t sàng
l i ñem giã và ti p t c sàng.
L y kho ng 180g b t ñá ñã sàng ñem s y nhi t ñ 105 – 110 ± 5oC t i kh i
lư ng không ñ i. Sau kho ng 2h, l y ra, ñ ngu i t i nhi t ñ trong phòng r i ñ t
trong bình hút m.
ð ch t l ng (nư c c t hay d u l a…) t i ng n dư i v ch 0 c a bình ño. Tuỳ
theo tính ch t c a ñá mà ch t l ng có th là nư c c t khi ñá không b hoà tan hay d u
l a, axêtôn khi ñá có ch a các mu i tan ñư c trong nư c. Các gi t ch t l ng th a
hay dính trên c bình ph i ñư c th m khô b ng gi y l c.
Cân l y 30g b t ñá ñã s y khô b ng cân phân tích, r i ñ vào bình ño t i khi
nào m c ch t l ng dâng lên t i v ch d u 20cm3 hay m t v ch nào ñó g n trên c
bình thì thôi. Chú ý không ñ b t ñá bám vào c bình.
Quay nh bình xung quanh tr c c a nó ñ b t khí trong bình n i lên hay cho
vào bình chân không có áp su t b ng 20 – 200mmHg trong 30’ ñ ñu i h t khí ra.
Cân ph n b t ñá còn l i.
Kh i lư ng riêng c a ñá s ñư c xác ñ nh theo công th c:
C¬ häc ®¸.39
- m - mc
(1.10)
ρs =
V
trong ñó: m là kh i lư ng b t ñá ñã s y khô t i kh i lư ng không
ñ i.
mc là kh i lư ng b t ñá còn l i sau khi thí nghi m.
V là th tích ch t l ng dâng lên trong bình ño.
Kh i lư ng riêng ñư c xác ñ nh b ng tr s trung bình s h c gi a hai l n ño.
K t qu thí nghi m ph thu c r t nhi u vào vi c ñ y khí ra kh i b t ñá.
- Dùng picnomet (bình ño t tr ng)
Phương pháp này hay ñư c dùng và k t qu khá chính xác.
Theo ΓOCT 7465 – 55 c a Liên Xô cũ thì picnomet có th là m t bình thu
tinh hình c u c dài có ng n ñánh d u th tích hay là m t bình thu tinh hình c u c
ng n, n p có rãnh mao d n, có dung tích 25, 50 hay 100ml.
V i lo i bình c u c dài thì dung tích danh nghĩa ñ t ñư c khi m c ch t l ng
trùng v i ng n trên c bình, còn v i lo i bình c u n p có rãnh mao d n, thì là khi trên
ñ u rãnh có th y ch t l ng.
Cách xác ñ nh kh i lư ng riêng như sau:
Vi c ch n và chu n b m u cũng làm tương t như phương pháp trên.
R a s ch bình ño, lau khô và ñem cân trên cân phân tích, ñư c kh i lư ng mo.
ð ñ y nư c c t vào bình ño và ñ cho nư c c t có nhi t ñ thí nghi m (18, 20
hay 22oC…) ñem cân b ng cân phân tích ñư c kh i lư ng m1.
ð h t nư c c t ra, lau s ch và khô bình ño r i ñ vào bình kho ng 10g b t ñá
ñã s y khô t i kh i lư ng không ñ i, r i ñem cân, ñư c kh i lư ng m2.
ð ñ y h t khí ra kh i b t ñá, ngư i ta ñ ch t l ng không hoà tan (nư c c t,
d u l a, c n… tuỳ theo tính ch t c a t ng lo i ñá) t i kho ng 1/2 hay 2/3 th tích
bình ño.
ðun sôi trên b p cát (không ñ cho ch t l ng trào ra ngoài) trong kho ng 20 –
30’. Vi c ñ y khí ra kh i b t ñá cũng có th th c hi n trong bình chân không.
Làm ngu i bình ño trong ch u nư c, ñem hút chân không và ñ ch t l ng t i
v ch ng n th t chính xác.
Lau khô bình ño r i ñem cân, ñư c kh i lư ng m3.
Kh i lư ng riêng c a ñá s ñư c xác ñ nh theo công th c:
(m 2 − m o ) . ρcl (1.11)
ρs =
(m1 − m o ) − (m 3 − m 2 )
ð t m2 – mo = m
40.C¬ häc ®¸
- m . ρ cl m . ρ cl
(1.12)
ρs = =
m1 − m o − m 3 + m 2 m + m1 − m 3
trong ñó: ρcl là kh i lư ng riêng c a ch t l ng ñem thí nghi m, nó thay ñ i
theo nhi t ñ thí nghi m.
V i nư c c t:
t = 13 – 17oC ρcl = 0,999
t = 18 – 23oC ρcl = 0,998
t = 24 – 27oC ρcl = 0,997
t = 28 – 31oC ρcl = 0,996
V i ch t l ng khác, trư c khi ñem thí nghi m, ph i xác ñ nh tr c ti p kh i
lư ng riêng c a nó t i nhi t ñ thí nghi m và không nên l y theo giá tr c a các b ng,
vì s làm k t qu thí nghi m kém chính xác.
Kh i lư ng riêng ñư c xác ñ nh theo tr s trung bình s h c gi a 2 l n ño, l y
t i 2 s l . Sai s cho phép gi a 2 l n ño là 0,02g/cm3.
Ngoài hai phương pháp trên, ngư i ta còn có th xác ñ nh kh i lư ng riêng
b ng phương pháp Hêli, phương pháp cân thu tĩnh…
1.2.1.2. Tr ng lư ng th tích và kh i lư ng th tích
Tr ng lư ng th tích c a ñá là tr ng lư ng m t ñơn v th tích c a nó ñ
m t nhiên hay xác ñ nh nào ñó. V tr s , tr ng lư ng th tích ñư c tính b ng t s
gi a tr ng lư ng c a m u ñá (bao g m c nư c và khí trong các l r ng) và toàn b
th tích c a nó (k c các khe n t và l r ng). Tr ng lư ng th tích thư ng ñư c ký
hi u là γ, ñơn v tính thư ng là kN/m3 hay MN/m3 :
Q + Qn + Qk
γ= s (1.13)
Vs + Vr
trong ñó: Qn là tr ng lư ng nư c có trong m u ñá.
Qk là tr ng lư ng khí có trong m u ñá.
Vr là th tích l r ng và khe n t trong m u ñá.
N u b qua tr ng lư ng khí và coi tr ng lư ng toàn b m u là Q, th tích toàn
b m u là V, thì có th vi t:
Qs + Q n Q
(1.14)
γ= =
V V
Tr ng lư ng th tích c a ñá không ch ph thu c vào thành ph n khoáng v t
t o ñá, mà còn vào c u t o c a nó.
Các l r ng, khe n t nh hư ng r t l n ñ n giá tr c a tr ng lư ng th tích c a
ñá, nhưng s lư ng các khe n t, m t ñ n t n l i do ñi u ki n thành t o ñá quy t
C¬ häc ®¸.41
- ñ nh. ðá càng nhi u l r ng, khe n t thì tr ng lư ng th tích c a nó càng nh . Vì v y
ñá magma thư ng có tr ng lư ng th tích l n hơn ñá tr m tích (do trong chúng ít l
r ng) và ñá vôi ñư c thành t o t khoáng v t calcit, có tr ng lư ng th tích t 15 –
25kN/m3, trong khi b n thân calcit có tr ng lư ng th tích t i 27kN/m3. Trong cùng
m t lo i ñá ít l r ng như ñá magma thì thành ph n khoáng v t l i ñóng vai trò quy t
ñ nh hơn: Càng dư i sâu, t l th ch anh càng gi m thì tr ng lư ng th tích c a ñá
l i càng tăng.
Trong th c t , ngoài tr ng lư ng th tích c a ñá tr ng thái t nhiên, mà ngư i
ta thư ng g i t t là tr ng lư ng th tích, ký hi u là γ, xác ñ nh b ng các công th c
(1.13), (1.14) như ñã nói trên, ngư i ta còn dùng m t s tr ng lư ng th tích khác tuỳ
theo tr ng thái c a ñá:
- Tr ng lư ng th tích tr ng thái khô tuy t ñ i (cũng ñư c g i là tr ng
lư ng th tích khô, tr ng lư ng th tích c t ñá…) xác ñ nh sau khi ñã
s y khô m u nhi t ñ 105 ± 5oC t i tr ng lư ng không ñ i. Tr ng
lư ng th tích khô thư ng ký hi u là γc và ñư c tính theo công th c:
Qs
γc = (1.15)
V
- Tr ng lư ng th tích c a ñá tr ng thái no nư c (bão hoà nư c) có ñư c
khi nư c l p ñ y các l r ng và khe n t, thư ng ký hi u là γnn hay γbh
ñư c tính theo công th c:
Q + Q' n
γnn = s (1.16)
V
Qn’ là tr ng lư ng nư c l p ñ y các l r ng và khe n t c a m u ñá.
trong ñó:
- Tr ng lư ng th tích tr ng thái ñ y n i ñư c xác ñ nh khi m u ñá chìm
trong nư c, thư ng ký hi u là γñn và ñư c tính theo công th c:
Q − Vs . γ n
γñn = s (1.17)
V
trong ñó: γn là tr ng lư ng riêng c a nư c.
Trong các ch tiêu trên thì tr ng lư ng th tích c a ñá thư ng ñư c s d ng khi
tính toán tr ng lư ng c a ñá hay áp l c c a ñá trong các công trình ng m… Trong
m t ch ng m c nào ñó, tr ng lư ng th tích cũng có th ñ c trưng cho ñ ch t c a
ñá. Tr s c a tr ng lư ng th tích c a ñá càng g n v i tr s c a tr ng lư ng riêng
thì ch ng t ñ ch t c a ñá càng l n, nghĩa là ñ r ng c a ñá càng nh . Cũng như
tr ng lư ng riêng, các giá tr c a tr ng lư ng th tích thư ng ñư c suy ra t các giá
tr c a kh i lư ng th tích c a ñá xác ñ nh trong nh ng ñi u ki n khác nhau.
Theo R.A. Daly, N.A. Xhưtovich, I.A. Turchaninov và R.V. Medvedev thì
tr ng lư ng th tích c a m t s lo i ñá có th l y theo b ng 1.3.
B ng 1.3
42.C¬ häc ®¸
- Tr ng lư ng th tích, kN/m3
Tên ñá
Kho ng dao ñ ng Trung bình
Granit 25,2 – 28,1 26,6
Syenit 26,0 – 29,5 27,5
Bazan 27,4 – 32,1 29,0
ðiabas 27,3 – 31,2 29,5
Gabro 28,5 – 31,2 29,9
Pyroxenit 31,0 – 33,2 32,3
Peridotit 31,5 – 32,8 32,3
ðunit 32,0 – 33,1 32,8
Sét k t 23,5 – 26,4 24,6
Cát k t 25,9 – 27,2 26,5
ðá vôi 26,8 – 28,4 27,3
ðá hoa 26,9 – 28,7 27,8
Gneis 26,9 – 28,7 27,8
C¬ häc ®¸.43
- Kh i lư ng th tích c a ñá là kh i lư ng m t ñơn v th tích c a nó ñ m
t nhiên hay xác ñ nh nào ñó. V tr s , kh i lư ng th tích ñư c tính b ng t s gi a
kh i lư ng c a m u ñá (bao g m c nư c và khí trong các l r ng) và toàn b th
tích c a nó (k c các l r ng và khe n t). Kh i lư ng th tích c a ñá thư ng ñư c
ký hi u là ρ, ñơn v tính là g/cm3 hay t/m3:
ms + m n + m k
ρ= ; (1.18)
V
trong ñó: mn là kh i lư ng c a nư c có trong m u ñá.
mk là kh i lư ng khí có trong m u ñá.
N u b qua kh i lư ng c a khí và coi kh i lư ng toàn b m u là m thì kh i
lư ng th tích c a m u ñá s ñư c tính:
ms + m n m
ρ= = (1.19)
V V
Kh i lư ng th tích này c a ñá ñư c xác ñ nh tr ng thái t nhiên nên l ra
ph i g i là kh i lư ng th tích t nhiên c a ñá, nhưng th c t thư ng g i t t là kh i
lư ng th tích c a ñá.
Cũng gi ng như tr ng lư ng th tích, kh i lư ng th tích c a ñá còn ñư c xác
ñ nh trong các ñi u ki n khác nhau và tương ng v i chúng, s có nh ng tên g i
khác nhau:
- Kh i lư ng th tích khô:
ms
ρc = (1.20)
V
- Kh i lư ng th tích tr ng thái no nư c (bão hoà):
m s + m 'n
ρnn = (1.21)
V
- Kh i lư ng th tích ñ y n i:
m s − Vs . ρ n
ρñn = (1.22)
V
Trong các công th c trên:
m’ là kh i lư ng nư c l p ñ y các l r ng và khe n t c a ñá.
còn các ký hi u khác có ý nghĩa tương t như ñã nêu trong các
công th c trư c ñó.
Gi a các kh i lư ng th tích và tr ng lư ng th tích cùng m t tr ng thái ñ u
liên h v i nhau theo m t quan h t ng quát:
γ = ρ.g (1.23)
Vì v y sau khi xác ñ nh ñư c kh i lư ng th tích m t tr ng thái nào ñó s d
dàng tính ñư c tr ng lư ng th tích c a ñá.
44.C¬ häc ®¸
- ð xác ñ nh kh i lư ng th tích, có th dùng nhi u phương pháp khác nhau,
nhưng nói chung, chúng ch khác nhau v cách xác ñ nh th tích m u ñá.
- Phương pháp cân ño tr c ti p
Phương pháp này ñư c s d ng khi tính ch t c a ñá cho phép có th c t g t nó
thành nh ng m u có d ng hình h c nh t ñ nh như hình h p, hình l p phương, hình
tr …
ðo kích thư c m u ñá s tính ñư c th tích c a nó.
Cân tr c ti p m u ñá, s tính ñư c kh i lư ng m u. T ñó s suy ra ñư c kh i
lư ng th tích m u ñá.
Phương pháp này ít ñư c s d ng r ng rãi vì vi c gia công m u thành d ng
hình h c qui chu n r t khó khăn và nhi u khi không th th c hi n ñư c. M t khác,
ñ chính xác c a các kích thư c hình h c c a m u cũng r t khó b o ñ m.
Ngư i ta ch dùng phương pháp này nh ng khoáng s n mu i, kích thư c m u
l n, s sai l ch khi cân, ño không nh hư ng l m ñ n giá tr kh i lư ng th tích c a
ñá.
- Phương pháp dùng cát và cân
Phương pháp này do N.P. Gvozñeva dùng t năm 1948 và r t có k t qu . Nó
có th xác ñ nh ñư c kh i lư ng th tích c a ñá có hình dáng b t kỳ.
Cách xác ñ nh như sau:
L y cát th ch anh ñem sàng qua rây c 100 l /cm2. Nung nóng, ñ ngu i r i
r c vào bình ñ ng cát. Khi m t c t ñã th t ph ng, ghi giá tr th tích cát V1.
M u ñá có hình d ng b t kỳ, kh i lư ng t 0,2 – 1kg. ðem cân trên cân phân
tích, ñư c kh i lư ng m.
n m u ñá vào trong cát sao cho m u chìm h n trong cát. L c bình ñ m t cát
tr l i b ng ph ng, tương ng s ñ c ñư c m c th tích cát V2.
Kh i lư ng th tích c a ñá s ñư c xác ñ nh theo công th c:
m m
ρ= = (1.24)
V2 − V1
V
Làm vài l n, sau ñó l y tr s trung bình s h c c a chúng, s ñư c giá tr trung
bình c a kh i lư ng th tích.
Phương pháp này không áp d ng ñư c v i các ñá n t n m nh.
- Phương pháp bình ño th tích hay phương pháp b c parafin.
Bình ño th tích là m t hình tr b ng kim lo i có ñư ng kính trong 150mm,
cao 350mm. chi u cao 250mm có hàn m t ng thư c th b ng ñ ng, ñư ng kính 8
– 10mm. Bình ño ch a ñ y nư c c t và khi m c nư c trong bình cao hơn l thoát thì
nư c s ch y ra ngoài theo ng b ng ñ ng.
Cách xác ñ nh kh i lư ng th tích b ng phương pháp này như sau:
L y m u ñá kho ng 0,2 – 1kg ñem cân b ng cân phân tích, ñư c kh i lư ng m.
C¬ häc ®¸.45
- N u m u ñá ch t, các khe n t, l r ng nh thì ñem bão hoà sơ b m u ñá b ng
nư c có nhi t ñ trong phòng hay nư c sôi.
N u m u ñá có các khe n t l n thì ph i ph quanh m u ñá m t l p parafin
s ch, m ng ñ 1mm b ng cách cho m u ñá vào parafin nóng ch y (> 57 – 60oC)
trong kho ng 1 – 2’’. L y ra ñ ngu i trong không khí, khi trên m t parafin có b t
khí thì ph i l y kim hơ nóng, ch c th ng l ra và mi t ph ng l i.
N u các m u ñá có khe n t r t l n thì không nên nhúng ngay m u ñá vào
parafin nóng ch y, ñ tránh parafin th m sâu vào khe n t làm sai l ch k t qu thí
nghi m, trư c khi nhúng parafin, nên b c ch t m u ñá b ng gi y hay t t hơn, theo
F.A. Petrachkov nên ph m t l p parafin d o, m m.
Cân m u ñá ñã ph parafin, ñư c kh i lư ng m1.
Bu c m u ñá ñã ph parafin hay m u ñá ñã bão hoà nư c b ng s i ch m nh và
th vào bình ño th tích ñã ñ y nư c. Do ñá chi m ch , nư c s tràn ra qua ng b ng
ñ ng xu ng ng ño th tích h ng dư i, cho t i khi m c nư c trong bình ño ngang
m c l thoát.
Cân ng ño có ch a nư c, r i tr ñi kh i lư ng ng ño, v tr s ñây chính
b ng th tích c a m u ñá ñã ñ c ph parafin là kh i lư ng m2.
N u k ñ n kh i lư ng th tích c a ch t l ng (có th không ph i là nư c c t),
thì kh i lư ng th tích m u ñá có th ñư c xác ñ nh theo công th c:
m . ρ cl . ρ p
m
ρ= = (1.25)
ρ p . m 2 − ρ cl (m1 − m )
m 2 m1 − m
−
ρcl ρp
trong ñó: m là kh i lư ng m u ñá thí nghi m.
m1 là kh i lư ng m u ñá ñư c ph parafin.
m2 là kh i lư ng ch t l ng ch y ra t l thoát c a bình ño.
ρcl là kh i lư ng th tích c a ch t l ng ñ ng trong bình ño.
ρp là kh i lư ng th tích c a parafin, l y trung bình là 0,9g/cm3
(dao ñ ng trong kho ng 0,87 – 0,93g/cm3).
V i m u ñá không ph i b c parafin, kh i lư ng th tích c a nó s ñư c tính
theo công th c:
m
ρ= (1.26)
m2
Kh i lư ng th tích m u ñá s ñư c tính b ng tr s trung bình s h c gi a hai
l n ño – s sai khác gi a chúng không ñư c quá 0,02g/cm3.
- Phương pháp cân thu tĩnh
Phương pháp cân thu tĩnh d a trên cơ s ñ nh lu t Archimède: M t v t nhúng
trong ch t nư c s b nư c ñ y t dư i lên trên v i s c ñ y b ng tr ng lư ng c a th
tích nư c b v t chi m ch .
46.C¬ häc ®¸
- Như v y, khi tìm ñư c s c ñ y c a nư c s xác ñ nh ñư c th tích c a v t khi
ñã bi t kh i lư ng th tích c a nư c. ð xác ñ nh s c ñ y c a nư c ngư i ta dùng
cân thu tĩnh (hình 1.18).
Cân thu tĩnh khác v i cân k thu t là m t bên ñĩa cân treo r t cao so v i bên
kia. Dư i ñáy c a bên ñĩa treo cao có g n móc ñ treo s i ch bu c ñá khi cân trong
nư c, ch ph i m nh và d o. Chi u dài ch ph i tính th nào ñ khi treo, m u hoàn
toàn ng p trong nư c nhưng không ñư c ch m vào ñáy bình. Cách cân cũng ti n
hành như khi cân b ng cân thư ng.
Cách xác ñ nh kh i lư ng th
tích b ng cân thu tĩnh ti n hành như
sau:
Bu c m u ñá b ng s i ch m nh,
d o, sao cho khi m u ng p trong nư c,
ñá s không ch m vào ñáy bình.
Cân m u ñá có bu c ch trong
không khí ñư c kh i lư ng m.
Gi nguyên ñĩa có ch a các qu
cân, th m u ñá vào trong bình ch a
ch t l ng (nư c c t hay d u l a… tuỳ Hình 1.18 Cân thu tĩnh
theo tính ch t c a m u ñá). Do có s c
ñ y Archimède, cán cân s l ch ñi. ð
làm thăng b ng có th b ng 2 cách: B b t m t ít qu cân trong ñĩa ñi ho c thêm vào
bên ñĩa treo cao, m t ít qu cân khác. Kh i lư ng các qu cân b t ñi hay thêm vào
chính là s c ñ y c a nư c, ñư c bi u di n dư i d ng kh i lư ng, ký hi u là m1.
Chia kh i lư ng cho kh i lư ng th tích c a ch t l ng, s ñư c th tích c a
m u ñá.
Kh i lư ng th tích m u ñá s ñư c xác ñ nh theo công th c:
m m
ρ= = . ρcl (1.27)
m1 m1
ρ cl
trong ñó: m là kh i lư ng m u ñá cân trong không khí.
m1 là kh i lư ng m u ñá cân trong nư c.
ρcl là kh i lư ng th tích ch t l ng.
Khi dùng phương pháp cân thu tĩnh, m u ñá cũng v n có th ñư c b c
parafin. Khi y, cách làm và công th c tính toán cũng s tương t như phương pháp
b c parafin nhưng m u s s hơi khác m t ít.
m.ρ cl .ρ p
ρ= (1.28)
ρ p (m1 − m 2 ) − ρ cl (m1 − m )
trong ñó: m là kh i lư ng m u ñá trong không khí.
m1 là kh i lư ng m u ñá ñư c ph parafin trong không khí.
m2 là kh i lư ng m u ñá ñư c ph parafin cân trong nư c.
C¬ häc ®¸.47
- Các ký hi u khác có ý nghĩa tương t như trong các công th c trên.
Ngày nay, ñ xác ñ nh nhanh hơn, ngư i ta có th dùng cân t ñ ng, trong ñó
các giá tr c a kh i lư ng m u ñá trong không khí hay trong cân thu tĩnh ñ u ñư c
t ñ ng hi n s hay dùng các tia phóng x gamma phát ra t m t ngu n phóng x ,
qua m u ñá, t i máy dò b c x . S ph thu c gi a kh i lư ng th tích c a m u ñá
v i cư ng ñ b c x qua m u, tính phóng x c a ngu n s th hi n trên bi u ñ ñ c
trưng, qua ñó s xác ñ nh ñư c kh i lư ng th tích c a m u ñá.
Kh i lư ng th tích c a m u ñá khi thí nghi m thư ng ñư c tính b ng g/cm3.
Do trong t nhiên, m t v t có kh i lư ng là 1g thì cũng s có tr ng lư ng là 1G, nên
khi nói kh i lư ng th tích c a v t là 1,7g/cm3 thì cũng có th nói ñư c ngay là tr ng
lư ng th tích c a nó là 1,7G/cm3. Nhưng do ngày nay, ngư i ta không tính l c b ng
G hay kG mà tính b ng N và các b i s c a nó (theo h th ng ñơn v qu c t SI) và
n u l y ch n giá tr c a gia t c rơi t do b ng 10m/s2 thì có th coi 1kG = 10N và
1G/cm3 = 10kN/m3. Như v y, t kh i lư ng th tích xác ñ nh ñư c là 1,7g/cm3 s suy
ra tr ng lư ng th tích c a nó là 17kN/m3 (còn n u c n chính xác, khi l y g =
9,81m/s2 thì tr ng lư ng th tích trong thí d trên s ch là 16,68kN/m3).
1.2.1.3. ð r ng và h s r ng
ð r ng
Trong b t kỳ lo i ñá nào cũng ñ u có l r ng và khe n t. Các l r ng này có
th ñư c hình thành trong quá trình thành t o ñá (các l r ng, khe n t nguyên sinh)
hay ñư c hình thành do k t qu c a các quá trình bi n ch t, tái k t tinh khác nhau
(các l r ng, khe n t th sinh).
Kích thư c c a các l r ng, khe n t trong ñá thay ñ i r t l n: t nh ng khe n t
á mao d n có chi u r ng < 0,0002mm ñ n các khe n t r ng hàng cm hay l n hơn
n a.
Các l r ng, khe n t trong ñá có th d ng b t, d ng m ch hay d ng nhánh.
Kích thư c, d ng và s liên h l n nhau gi a các l r ng, khe n t trong ñá s quy t
ñ nh kho ng tr ng trong ñá: Các l r ng có th ăn thông v i nhau t o thành kho ng
tr ng su t t m t ñá vào t n bên trong hay cũng có th là nh ng l r ng riêng bi t,
không liên h v i nhau. Trong các l r ng và khe n t có th ch a các ch t khí (như
không khí hay m t ch t khí nào ñó) hay các ch t l ng (như nư c, d u l a…).
ð r ng c a ñá là th tích tương ñ i c a t t c các l r ng, khe n t ch a trong
nó. V tr s , nó b ng t s gi a th tích c a t t c các l r ng và khe n t có trong ñá
và th tích chính m u ñá ñó.
Tuỳ theo d ng c a l r ng, ngư i ta chia ra:
ð r ng h là th tích tương ñ i c a t t c các l r ng h (nghĩa là các l r ng
ăn thông v i nhau và thông v i khí quy n).
ð r ng kín là th tích tương ñ i c a t t c các l r ng kín (các l r ng không
ăn thông v i nhau).
48.C¬ häc ®¸
- ð r ng t ng c ng cũng thư ng ñư c g i t t là ñ r ng, là t ng c a ñ r ng
kín và h . Vi c phân chia thành ñ r ng kín và h có ý nghĩa th c t r t l n: Hai lo i
ñá có th có cùng m t ñ r ng, nhưng ñá có các l r ng thông v i nhau có tính ch t
d n nhi t, tính th m nư c… khác nhi u so v i ñá có các l r ng kín…
N u g i th tích các l r ng và khe n t trong m u ñá là Vr thì ñ r ng có th
xác ñ nh b ng công th c:
Vr
n= . 100% (1.29)
V
trong ñó: n là ñ r ng c a ñá, tính b ng %.
ð r ng c a ñá ph thu c ch y u vào c u t o c a ñá. Kích thư c, d ng c a
h t và cách s p x p chúng v i nhau s quy t ñ nh kho ng tr ng gi a các h t và do
v y s nh hư ng t i tr s c a ñ r ng. Ngoài ra, ñ r ng còn ph thu c vào áp l c
ñ t lên trên ñá. Khi áp l c tăng lên, các l r ng b b p làm ñ r ng gi m ñi. Vì v y,
các ñá n m dư i sâu thư ng có ñ r ng bé. Các ñá bi n ch t, magma xâm nh p
thư ng có ñ r ng nh hơn so v i các lo i ñá khác.
Tuỳ theo tr s c a ñ r ng mà H i ð a ch t công trình qu c t IAEG (the
International Association of Engineering Geology) ñã chia ra:
ðá có ñ r ng r t th p n < 1%
ðá có ñ r ng th p = 1 – 5%
ðá có ñ r ng trung bình = 5 – 15%
ðá có ñ r ng cao = 15 – 30%
ðá có ñ r ng r t cao > 30%
ð i v i các lo i ñá, ñ r ng c a nó thay ñ i trong m t ph m vi khá r ng. Theo
V.N. Kobranova (1957), ñ r ng c a m t s lo i ñá tr m tích có th > 35% như v i
ñá vôi, ñôlômit…, t i 40% như v i cát k t, b t k t hay t i 75% như v i ñá sét k t,
trong khi v i m t s lo i ñá magma như granit, ñ r ng ch < 1% hay v i ñá quarzit
(ñá bi n ch t), ñ r ng cũng ch kho ng 1%.
ð xác ñ nh ñ r ng c a ñá, ngư i ta có th xu t phát t ñ nh nghĩa c a nó, liên
h v i m t s ch tiêu ñã xác ñ nh ñư c như tr ng lư ng th tích khô, tr ng lư ng
riêng c a ñá, s tính ñư c ñ r ng, theo công th c:
γc
n=1- (1.30)
γs
Khi xác ñ nh ñ r ng h , ngư i ta có th dùng phương pháp P.Preobrazhenxki:
ñem bão hoà m u ñá trong nư c sôi hay d u l a. Theo s chênh l ch kh i lư ng m u
ñá trư c và sau khi bão hoà s xác ñ nh ñư c th tích các l r ng h . Th tích m u ñá
thì ñư c các ñ nh b ng phương pháp cân thu tĩnh.
Th c t thư ng l y m u ñá có th tích kho ng 100cm3, lau s ch b i b n r i
ñem s y nhi t ñ 105 – 110oC, cho t i khi cân ñư c kh i lư ng không ñ i m.
ðem bão hoà nư c b ng nư c sôi (khi m u không ch u tác ñ ng c a nư c) hay
b ng d u l a (khi m u b hoà tan trong nư c). ð m u ñư c hoàn toàn bão hoà, ph i
C¬ häc ®¸.49
- ñ t c c ch a nư c hay d u l a có m u ñá trong vào bình chân không kho ng 0,5 –
1h. Sau khi ñã bão hoà, ñem cân m u trên cân thu tĩnh, ñư c kh i lư ng m1. L y
m u ra kh i cân, lau khô m u và ñem cân trong không khí, ñư c kh i lư ng m2. ð
r ng h c a m u ñá s ñư c xác ñ nh theo công th c:
m2 − m
nh = . 100% (1.31)
m 2 − m1
H s r ng
H s r ng là t s gi a th tích các l r ng và khe n t trong ñá và th tích
ph n c ng c a nó. H s r ng thư ng ký hi u là e và tính b ng s th p phân.
V
e= r (1.32)
Vs
ð xác ñ nh h s r ng, ngư i ta có th tính toán theo các công th c liên h v i
ñ r ng hay v i tr ng lư ng riêng và tr ng lư ng th tích khô c a ñá:
n
e= (1.33)
1- n
γs
e=
và: -1 (1.34)
γc
1.2.1.4. M t s ch tiêu liên quan ñ n pha l ng c a ñá
Trong các khe n t và l r ng c a ñá thư ng ch a nư c. Lư ng nư c này ph
thu c vào ñi u ki n thành t o ñá. ðá magma hay bi n ch t ñư c thành t o trong ñi u
ki n nhi t ñ cao, áp su t l n nên thư ng ch a r t ít nư c (ch kho ng 1%). Các ñá
tr m tích ch a nư c nhi u hơn và lư ng nư c trong ñá ph thu c vào ñ l n c a h t
và ñ ch t c a ñá.
ð ñ c trưng cho s có m t c a nư c trong ñá, ngư i ta ñưa ra m t s ch tiêu
sau:
ð m c a ñá là t s gi a tr ng lư ng (kh i lư ng) c a nư c ch a trong ñá
và tr ng lư ng (kh i lư ng) c a m u ñá khô tuy t ñ i. ð m c a ñá thư ng ñư c ký
hi u là W, tính b ng %:
Q
W = n . 100% (1.35)
Qs
ð xác ñ nh ñ m c a ñá, ngư i ta l y kho ng 3 – 5 viên ñá, kh i lư ng >
200g. Ch i s ch b i trên m u và ñem cân v i ñ chính xác ñ n 0,01g; ñư c kh i
lư ng m1.
ðem s y khô nhi t ñ 105 – 110oC cho t i kh i lư ng không ñ i. ð t m u
vào bình hút m, ñ ngu i r i cân m u ñã s y khô, chính xác t i 0,01g, ñư c kh i
lư ng m. ð m c a ñá s ñư c tính theo công th c:
m1 − m
W= . 100% (1.36)
m
50.C¬ häc ®¸
- Tr s c a ñ m s ñư c tính theo tr s trung bình s h c c a các m u thí
nghi m.
ð hút m c a ñá là t s gi a lư ng nư c mà ñá có th hút và gi l i trong
các l r ng và khe n t c a nó ñi u ki n khí quy n bình thư ng và tr ng lư ng m u
ñá khô tuy t ñ i. ð hút m c a ñá thư ng ký hi u là Wh , cũng ñư c tính b ng %.
Q
Wh = h . 100% (1.37)
Qs
trong ñó: Qh là lư ng nư c mà ñá có th hút ñư c và gi l i trong nó.
ð xác ñ nh ñ hút m, ngư i ta l y kho ng 3 – 5 viên ñá, kh i lư ng > 200g.
Ch i s ch b i trên m u và ñem s y khô nhi t ñ 105 – 110oC t i kh i lư ng không
ñ i. ð t vào bình hút m, ñ ngu i r i cân m u ñã s y khô chính xác t i 0,01g, ñư c
kh i lư ng m.
ð t m u vào khay, cho nư c ng p t i 1/3 chi u cao m u thí nghi m. Sau 24h,
cho nư c ng p ñ n 2/3 chi u cao m u và sau 24h n a, cho nư c ng p toàn b m u.
Chi u cao m t nư c không quá 2cm so v i chi u cao m t trên c a m u. Ngâm m u
t i khi ñ t ñư c kh i lư ng không ñ i. Lau khô, cân m u chính xác t i 0,01g, ñư c
kh i lư ng mh.
ð hút m c a ñá s ñư c tính theo công th c:
mh − m
Wh = . 100% (1.38)
m
ð hút m bão hoà c a ñá là t s gi a lư ng nư c mà ñá có th hút và gi
l i trong các l r ng và khe n t c a nó ñi u ki n chân không hay dư i m t áp l c
nào ñó và tr ng lư ng c a m u ñá khô tuy t ñ i. Trong chân không hay dư i m t áp
l c nào ñó, các l r ng và khe n t h u như ñư c l p ñ y nư c – m u ñá tr ng thái
bão hoà hoàn toàn. Ch tiêu này, trong các tài li u cũ, cũng g i là ñ m toàn ph n.
ð hút m bão hoà ñư c ký hi u là Wbh và cũng tính b ng %.
Q bh
Wbh = . 100% (1.39)
Qs
trong ñó: Qbh là lư ng nư c l p ñ y các l r ng, khe n t.
ð xác ñ nh ñ hút m bão hoà c a ñá, ngư i ta có th dùng phương pháp chân
không hay phương pháp ñun sôi.
Trong phương pháp chân không, m u ñư c s y khô 105 – 110oC t i kh i
lư ng không ñ i, ñ t vào bình hút m, ñ ngu i r i ñem cân chính xác t i 0,01g,
ñư c kh i lư ng m.
Cho m u vào bình chân không, m máy hút chân không cho t i khi áp su t c t
thu ngân ch còn 4 – 5mm trong 14h. Cho nư c vào ng p m u và ti p t c m máy
chân không kho ng 1 – 2h n a cho t i khi m t ngoài c a m u không còn b t khí.
Cho không khí l t vào bình, sau 24h, l y m u ra, lau khô m t ngoài và cân chính xác
t i 0,01g, ñư c kh i lư ng mbh.
C¬ häc ®¸.51
- Trong phương pháp ñun sôi, sau khi ñã s y khô m u và ñem cân, ñ t m u vào
n i, ñ nư c ng p ñ n 0,9 chi u cao c a m u và gi yên như v y sau 24h, ñ nư c
ng p m u và ñun sôi trong 4h r i ñ ngu i. Sau 24h, l y m u ra, lau s ch m t ngoài
và cân chính xác t i 0,01g, ñư c kh i lư ng mbh.
ð hút m bão hoà c a ñá ñư c tính theo công th c:
m bh − m
Wbh = . 100% (1.40)
m
Ngoài các ch tiêu trên, cũng c n phân bi t chúng v i m t s ch tiêu ñôi khi
cũng ñư c dùng khi nghiên c u ñá là ñ bão hoà.
ð bão hoà c a ñá ñư c xác ñ nh b ng t s gi a th tích nư c có trong các l
r ng và khe n t và chính th tích c a chúng.
Vn
Sr = (1.41)
Vr
trong ñó: Sr là ñ bão hoà c a ñá.
Vn là th tích nư c có trong các l r ng và khe n t.
tr ng thái bão hoà hoàn toàn, Sr = 1.
ð bão hoà thư ng ñư c xác ñ nh m t cách gián ti p qua các công th c xác l p
quan h gi a các ch tiêu v i nhau.
Thí d :
W
Sr = (1.42)
Wbh
∆W(1 - n)
hay S r = (1.43)
n
ð m làm gi m ñ b n c a ñá. Th c nghi m ñã th y là khi b no nư c, ñ b n
nén m t tr c c a ñá ñã gi m ñi t 1,45 – 3,05 l n so v i m u ñá tr ng thái khô gió.
Nh t là v i các ñá y u như b t k t, sét k t thì vi c gi m này l i càng m nh. ð m
làm tăng tr ng lư ng th tích, ñ bi n d ng và tính d n ñi n… c a ñá, nên khi tính
toán, thi t k công trình ph i tính ñ n s thay ñ i c a ñá khi ch u nh hư ng c a
nư c.
Theo Grisvan, tr s ñ m c a m t vài lo i ñá có th th y trong b ng 1.4.
B ng 1.4
Tên ñá ð m W, % ð hút m bão hoà Wbh , %
Granit 0,74 1,31
Bazan 0,27 0,39
52.C¬ häc ®¸
- ðá vôi ch t 0,74 0,92
ðá vôi x p 5,39 10,70
Cát k t 7,01 11,99
1.2.1.5.Quan h gi a các ch tiêu ñ c trưng cho hàm lư ng các pha trong ñá
Gi a các ch tiêu ñã nêu trên ñ c trưng cho hàm lư ng các pha trong ñá có
nh ng m i quan h ñư c thi t l p qua các công th c liên h gi a chúng. B ng
phương pháp bi n ñ i toán h c ñơn gi n t nh ng công th c theo ñ nh nghĩa ban
ñ u, ngư i ta ñã ch ng minh ñư c r t nhi u công th c th hi n s ph thu c l n
nhau gi a các ch tiêu ñã nêu trên. Vì v y, d a vào m t vài ch tiêu ñã xác ñ nh ñư c,
ngư i ta có th tính ra ñư c các ch tiêu khác theo các công th c ñó.
Ngoài các công th c ñã nêu trên, trong các bài toán cơ h c ñá, ngư i ta còn
thư ng s d ng m t s công th c, ñư c tóm t t trong b ng 1.5.
B ng 1.5
γ = γs (1 – n) (1 + W)
γ = γs (1 – n) + nSr γn
γ
γc =
1+ W
γ
γc = s
1+ e
γñn = (1 – n) (γs – γn )
γñn = γnn – γn
γnn = (1 – n) γs + nγn
∆+e
γnn = γn
1+ e
e
n=
1+ e
W∆
Sr =
e
γ .W
Sr = c
n.γ n
1.2.2. TÍNH CH T CƠ H C
Tính ch t cơ h c là m t lo i tính ch t v t lý, xu t hi n trong các quá trình cơ
h c do t nhiên hay c u t o bên trong c a ñá gây ra, ñ c trưng cho kh năng ch ng
l i s bi n d ng và phá hu ñá dư i tác d ng c a các lo i ngo i l c.
C¬ häc ®¸.53
- Tính ch t cơ h c c a ñá ñư c th hi n qua các ch tiêu tính ch t cơ h c. Chúng
là các thông s c a các các mô hình cơ h c cơ b n khác nhau. Tuỳ theo d ng c a mô
hình mà ngư i ta chia thành các nhóm ch tiêu ñ c trưng cho ñ b n, cho tính ch t
bi n d ng, cho tính ch t lưu bi n, cho tính ch t ñ ng l c hay công ngh …
Tính ch t cơ h c c a ñá có th ñư c nghiên c u b ng phương pháp thí nghi m
ñi u ki n t nhiên, thí nghi m trên mô hình hay tính toán b ng các phương pháp
gi i tích. Phương pháp ñ u tiên ñáng tin c y hơn c nhưng không ph i lúc nào cũng
th c hi n ñư c. Phương pháp th hai kém tin c y nhưng d làm hơn, nó d a trên cơ
s lý thuy t tương t và mô hình trong cơ h c và ñư c áp d ng r ng rãi khi nghiên
c u trong phòng thí nghi m. Phương pháp cu i cùng kém chính xác nh t nhưng cũng
l i d làm nh t..
1.2.2.1. ð b n
ð b n c a ñá là kh năng ch ng l i s phá hu c a nó dư i tác d ng c a
ngo i l c.
S phá hu là hi n tư ng x y ra khi bi n d ng làm phá v các m i liên k t
trong v t, v t b chia làm hai hay nhi u m nh. Ngư i ta chia ra:
Phá hu giòn x y ra khi v t b phá hu do tác d ng c a ngo i l c mà không
th y có bi n d ng d o. d ng phá hu này, năng lư ng b m t mát ít nh t và t c ñ
phá hu g n b ng t c ñ âm thanh.
Kéo ñ t là d ng phá hu x y ra khi có s gi m ti t di n m u t i kích thư c bé
nh t r i m u b ñ t.
Phá hu d o là d ng phá hu trung gian c a hai d ng phá hu trên v i ñ c ñi m
là bi n d ng d o r t l n, th y rõ trên m t phá hu .
ð b n c a ñá ñư c ñ c trưng b ng tr s ng su t gi i h n sinh ra t i ti t di n
nguy hi m c a nó khi b phá hu b ng tác d ng c a các lo i ngo i l c khác nhau.
Tuỳ theo d ng ngo i l c mà ngư i ta có th xác ñ nh ñ b n khi nén, khi kéo,
khi c t, khi u n… trong các tr ng thái ng su t ñơn gi n hay ñ b n khi nén 3 tr c
trong tr ng thái ng su t th tích.
M t s ñ c ñi m v ñ b n c a ñá
- ð b n c a ñá ph thu c vào nhi u y u t . Có r t nhi u y u t ph thu c
vào ñ b n c a ñá, nhưng nói chung có th chia làm 2 nhóm:
+ Nhóm các y u t v b n ch t. Trong nhóm này ph i k ñ n thành
ph n khoáng v t, các ñ c ñi m v ki n trúc và c u t o c a ñá, tính không ñ ng nh t,
tính d hư ng, tính ch t n t n , ñ m c a ñá…
+ Nhóm các y u t liên quan ñ n k thu t công ngh xác ñ nh ñ
b n c a ñá như tính năng c a các thi t b thí nghi m, ñi u ki n ti p xúc gi a m u và
t m ñ m c a máy, cách th c tăng t i và t c ñ tăng t i, các cách gia công d ng và
m t m u thí nghi m…
Do ch u nh hư ng c a nhi u y u t khác nhau nên khi xác ñ nh ñ b n, ngư i
ta luôn mong mu n chu n hoá m u, thi t b và ñi u ki n thí nghi m. ði u ñó gi i
thích cho các quy ñ nh nghiêm ng t khi xác ñ nh ñ b n ñá sau này cũng như vi c
54.C¬ häc ®¸
- phân tán c a các k t qu thí nghi m xác ñ nh ñ b n c a ñá b ng các phương pháp
khác nhau.
- S sai khác gi a ñ b n lý thuy t và ñ b n th c t c a ñá:
ð b n lý thuy t là ñ b n c a s liên k t gi a các ph n cơ b n n m trong
m ng tinh th lý tư ng.
G.X. Zhñanov ñã tính toán ñ b n lý thuy t c a tinh th mu i ăn NaCl d a trên
cơ s xác ñ nh l c F tác d ng ñ phá hu m ng tinh th .
Trong m ng, m t y u nh t là m t mà hai bên c a nó có các ion ñ i d u liên
ti p. L c F s ph i th ng ñư c l c h p d n tương h gi a các ion n m g n nhau nh t
hai bên m t có th b kéo ñ t. Theo ñ nh lu t tĩnh ñi n, l c hút c a các ion có th
xác ñ nh theo công th c:
e2
F= (1.44)
r2
e là tr s ñi n tích b ng 4,8.10-8 CGSE (tính trong h CGS) hay
trong ñó:
b ng 1,6 . 10-9C (trong h SI).
r là kho ng cách gi a các ion âm và dương g n nhau nh t trong
m ng tinh th NaCl và b ng 2,8.10-8cm.
Trong di n tích 1cm2 c a m t m ng tinh th , s c p ion s là:
1
N= (1.45)
r2
Vì v y ñ b n lý thuy t c a m ng tinh th s là:
e2 e2
1
P = NF = 2 x 2 = 4 (1.46)
r r r
Thay các giá tr c a e và r ñã nêu trên vào công th c (1.46) s ñư c P =
30.000MPa, m t giá tr mà trong th c t không th nào ñ t t i ñư c.
Khi xác ñ nh ñ b n th c t c a tinh th mu i ăn, giá tr thu ñư c r t nh ,
thư ng ch b ng 1/6000 c a giá tr ñ b n lý thuy t. L.A. Sreyner ñã thí nghi m và
th y là s sai khác gi a ñ b n lý thuy t và ñ b n th c t c a thép là 4.500 l n, c a
thi c là 2.000 l n, c a th ch anh là 90 l n.
ð gi i thích s sai khác quá l n gi a ñ b n lý thuy t và ñ b n th c t , ngư i
ta cho r ng trong các tinh th ñã không có s hoàn h o v c u t o – nghĩa là có
nh ng khuy t t t.
Theo R. Thompson, thì nh ng khuy t t t này có th là:
+ Dao ñ ng nhi t: nhi t ñ thư ng, các phân t nút m ng dao ñ ng
không ñi u hoà v i biên ñ b ng kho ng 5 – 10% kho ng cách gi a các nguyên t .
Do v y, các ph n t có m t ñ ng năng nh t ñ nh. Nhi t ñ càng cao, s dao ñ ng
càng tăng và ñ ng năng càng l n. ð ng năng này c ng v i th năng do s tương tác
C¬ häc ®¸.55
- gi a các ph n t s làm tăng kho ng cách cân b ng gi a chúng, m ng b n ra và khi
ñ l n có th phá hu m ng tinh th .
+ Khuy t t t t i m t ñi m: Lo i khuy t t t này có th là do thi u nút trong
m ng tinh th , hay s d ch chuy n c a các ion, nguyên t làm nút l ch kh i v trí cân
ñ i ban ñ u, hay có nh ng nút l v i kích thư c l n hơn ho c nh hơn kích thư c
nguyên t hay ion các nút khác. Các khuy t t t này làm méo m ng và y u m ng
t ng ñi m.
+ Khuy t t t theo m t ñư ng: Lo i khuy t t t này do nhi u ñi m khuy t t t
liên ti p h p thành. D ng ñơn gi n nh t là bi n d ng mép m ng t o thành g xù xì
hay m ng b xo n do các l p trong m ng b trư t.
+ Khuy t t t b m t: Nhi u ñư ng khuy t t t s t o thành khuy t t t b m t.
M t v t r n có th coi như m t khuy t t t c a c u trúc tinh th vì các h t n m trên
v t r n có tr ng thái năng lư ng khác v i nh ng h t n m bên trong v t r n. Khuy t
t t b m t làm gi m ñ b n c a v t r n r t nhi u.
a)
a) b) c) Các lo i
Hình 1.19.
khuy t t t t i m t ñi m.
a) Thi u nút; b) L ch nút; c) Có nút l .
Trong 1cm c a c u t o tinh th , s lư ng khuy t t t là kho ng 102 – 1012. ði u
2
này càng gi i thích rõ s sai khác quá nhi u gi a ñ b n lý thuy t và ñ b n th c t
c a v t r n.
- Hi u ng t l
Khi thí nghi m ñ b n c a các m u ñá cùng m t lo i, cùng m t d ng m u
nhưng kích thư c khác nhau thì các k t qu thu ñư c cũng không như nhau.
S ph thu c c a ñ b n c a các m u ñá cùng m t lo i có cùng m t d ng hình
h c vào kích thư c khác nhau c a chúng g i là hi u ng t l .
Nói chung, th c nghi m ñã ch ng t là khi kích thư c m u càng l n thì ñ b n
c a nó càng gi m. Nh ng k t qu thí nghi m c a E.I. Il’nixhkaja (1962), J. Bernaix
(1967), E. Hoek và E. Brown (1980)… ñã ch ng minh ñi u ñó và s ph thu c gi a
ñ b n c a các m u có kích thư c khác nhau ñã ñư c th hi n b ng các công th c
th c nghi m, như c a J. Bermaix:
n
L
σ = σo o (1.47)
L
56.C¬ häc ®¸
- σ là ñ b n c a m u có kích thư c ñ c trưng (ñư ng kính ch ng
trong ñó:
h n) là L.
σo là ñ b n c a m u có kích thư c ñ c trưng là Lo.
n là ch s mũ, thay ñ i t 0,1 – 0,5 ph thu c vào tính ch t n t n
c a ñá.
J. Bernaix ñã làm thí nghi m v i nhi u lo i ñá và k t qu ñư c th hi n trên
hình 1.20.
lgσ,σkG/cm2
2
lg .kg / cm
1
3
2
3
4
7 6
9
5
8
12 11 10
0 0.5 1 1.5 lgL, cm
- 0,5
Hình 1.20. S ph thu c c a ñ b n các lo i ñá vào kích thư c m u.
1. ðá gneis ch a biotit (n= 0,12); 7. Sét ñ b n trung bình (n=0,25).
2. ðá vôi (n = 0,12) ; 8. ðá gneis (n = 0,56) ;
3. ðá gneis (n = 0,34) ; 9. Sét khô giòn (n = 0,457) ;
4. ðá n t n (n = 0,27) ; 10. Bê tông (n = 0,1) ;
5. ðá n t n (n = 0,52) ; 11. ðá hoa (n = 0,07) ;
6. Cát k t phân l p (n = 3); 12. Th ch cao (n = 0,12).
E. Hoek và E. Brown cũng ñưa ra công th c kinh nghi m có d ng tương t như
công th c c a J. Bernaix, nhưng ch s mũ là 0,18.
L.A. Sreyner ñã ñưa ra công th c:
a
σ'n = + σn (1.48)
l
σ’n là ñ b n nén c a m u có kích thư c l.
trong ñó:
a là h ng s .
σn là ñ b n nén c a m u có kích thư c tương ñ i l n, có th b
qua hi u ng t l .
C¬ häc ®¸.57
- Ngư i ta ñã gi i thích hi n tư ng hi u ng t l b ng lý thuy t th ng kê hay lý
thuy t năng lư ng: ð b n c a v t r n (trong ñó có ñá) là ñ b n c a ph n y u nh t,
nghĩa là c a các ph n khuy t t t trong v t. Kích thư c m u càng l n thì xác su t xu t
hi n các khuy t t t càng nhi u. Vì v y, v i các m u kích thư c l n, ñ b n c a nó
thư ng nh hơn so v i các m u có kích thư c nh .
Tuy nhiên, trong th c t ñôi khi cũng có trư ng h p khi tăng kích thư c m u
ñá thí nghi m thì ñ b n c a chúng cũng tăng theo. Hi n tư ng này ñã ñư c M.I.
Koyfman gi i thích là do s phá hu l p b m t khi gia công m u. Khi ch t o m u
thí nghi m thư ng làm phá hu l p m t ngoài c a m u. Kích thư c m u càng l n thì
vùng b phá hu b m t trong toàn b m u càng nh và do v y, ñ b n c a m u s
cao hơn ñ b n c a m u kích thư c bé mà trong ñó b m t c a m u ñã b phá hu
r t nhi u.
Các lý thuy t v ñ b n:
Vi c nghiên c u v ñ b n c a v t li u (trong ñó có ñá) thư ng ñư c ti n hành
trong các ñi u ki n tiêu chu n. Nhưng trong th c t , dư i tác d ng c a ngo i l c, v t
li u làm vi c và b phá hu m t tr ng thái ng su t hoàn toàn khác, ph c t p hơn
(như trư ng h p ch u tác d ng c a các ng su t chính σ1, σ2 và σ3 ).
ð ñánh giá ñ b n c a v t r n trong các tr ng thái ng su t ph c t p b t kỳ,
ngư i ta ph i nêu ra các gi thuy t khác nhau ñ gi i thích nguyên nhân, cơ ch xu t
hi n tr ng thái ng su t nguy hi m d n t i s phá hu v t li u. Khi tr ng thái nguy
hi m, ng su t trong v t ñã ñ t t i giá tr gi i h n. Quá giá tr này, v t li u s b phá
hu . Nh ng gi thuy t như v y ñư c g i là các lý thuy t v ñ b n và sau này cũng
ñư c coi là các tiêu chu n b n c a v t r n ñư c th hi n dư i d ng m t phương trình
ñ bi u di n ñi u ki n phá hu dư i tác d ng c a các ng su t khác nhau. Cho t i
nay, ñã có t i 20 thuy t b n khác nhau. Dư i ñây ch nêu ra m t s thuy t b n
thư ng ñư c s d ng trong tính toán cơ h c ñá.
- Thuy t ng su t pháp l n nh t
ðây là lý thuy t c ñi n nh t, có t th i L. De Vinci; G. Galilee (th k XVI)
và sau này ñư c W. Rankine nêu ra: Tr ng thái ng su t gi i h n ñ t ñư c khi m t
trong các ng su t chính ñ t t i tr s gi i h n; nghĩa là s phá hu v t do ng su t
pháp l n nh t gây ra:
σmax = σ1 ≤ [σ ] (1.49)
trong ñó: σ1 = σmax là m t trong các ng su t l n nh t.
[σ ] là ng su t cho phép c a v t li u.
Trong trư ng h p ch u kéo, ñá s b phá hu khi ng su t chính nh nh t, v
giá tr b ng v i ñ b n kéo c a nó:
σ3 = – σk (1.50)
Như c ñi m chính c a thuy t này là ñã không k ñ n nh hư ng c a các thành
ph n ng su t chính khác t i s phá hu . M t khác, thuy t này ñã không gi i thích
ñư c nh ng k t qu thí nghi m th c t : m u ñá b phá hu khi ng su t nh hơn ng
su t gi i h n r t nhi u khi nén m t tr c hay khi tr ng thái ng su t th tích, ng
su t phá hu m u l i l n hơn ng su t gi i h n r t nhi u.
58.C¬ häc ®¸
nguon tai.lieu . vn
