Xem mẫu
- ð i v i ñá, tính ch t mài mòn c a nó là kh năng ñá làm mòn ( m c ñ nào
ñó) b m t ti p xúc c a các v t th khác trong quá trình ma sát. ðá tr ng thái
nguyên kh i hay ñã b nghi n nh cũng ñ u có tính ch t mài mòn.
Hi n nay chưa có m t ch tiêu th ng nh t ñ ñánh giá kh năng mài mòn c a
ñá. Tùy theo các phương pháp xác ñ nh mà ngư i ta dùng các ch tiêu riêng nhưng
theo V.ð. Kuznexhov, thì có th dùng các ch tiêu sau ñ ñ c trưng cho tính ch t mài
mòn:
+ ð hao mòn tuy t ñ i là kh i lư ng ∆m c a v t th b tách ra trong quá
trình mài mòn.
Kh i lư ng này càng l n thì v t mài mòn có tính mài mòn càng cao.
+ ð mài mòn hay cư ng ñ mài mòn ω là t s gi a ñ hao mòn tuy t
ñ i và công c a l c ma sát làm tách kh i lư ng mòn ra:
∆m ∆m
ω= = (1.190)
Am f PL
trong ñó: f là h s ma sát;
P là t i tr ng;
L là quãng ñư ng ma sát.
+ ð ch ng mòn B là t s gi a công tiêu hao ñ tách kh i lư ng ∆m c a
v t th và chính kh i lư ng ñó.
Am 1
=
B= (1.191)
∆m ω
+ T c ñ mài mòn là s hao mòn kh i lư ng trong m t ñơn v th i
gian.
∆m
a= (1.192)
t
trong ñó: t là th i gian thí nghi m làm tách kh i lư ng mòn ∆m.
- Các y u t nh hư ng ñ n tính ch t mài mòn.
ð mài mòn c a ñá ph thu c vào nhi u y u t . Dư i ñây ch xét m t vài y u
t cơ b n.
+ ð c ng c a h t khoáng v t
H t khoáng v t t o ñá càng c ng thì tính ch t mài mòn c a nó càng cao. ðá
nào ch a nhi u th ch anh thì tính ch t mài mòn càng l n. ð mài mòn c a ñá ch
y u ph thu c vào ñ c ng riêng ph n c a ñá. Có th m t lo i ñá có ñ c ng toàn
ph n th p (do ch t g n k t kém b n) nhưng l i có tính mài mòn cao do ñ c ng c a
các h t khoáng v t cao. Khi b mài mòn, các h t khoáng v t ñã ñóng vai trò quy t
ñ nh. Trong trư ng h p này, ñ c ng toàn ph n không ph i là m t ch tiêu ñáng tin
c y.
114.C¬ häc ®¸
- ðá có kh năng mài mòn kém nh t là các ñá sulfat (như th ch cao, barit…).
Tính ch t mài mòn tăng d n v i các ñá carbonat (như ñá vôi, ñôlômit…), các ñá silic
(như calxêñoan, ñá l a…), các ñá ch a s t, manhê, th ch anh…
+ ð b n c a ch t g n k t
nh hư ng này có hai m t: Khi ñ b n c a ch t g n k t càng l n, các h t liên
k t v i nhau càng ch t nên trong quá trình mài mòn, các h t không b r i ra và như
v y làm tăng tính mài mòn c a ñá. M t khác, cũng do các h t bám ch t v i nhau nên
d n d n m t mài tr nên b ng ph ng s làm gi m kh năng mài mòn.
V i nh ng ñá có ñ b n c a ch t g n k t kém thì khi mài, d t o thành b m t
m i, nghĩa là làm tăng tính mài mòn, nhưng ñ ng th i các h t không bám ch c vào
nhau, ngay c khi h t còn kh năng mài mòn ñã b r i kh i ñá – do v y kh năng mài
mòn s gi m.
Tác d ng mài mòn s t t nh t khi các h t ñã b mòn, h t kh năng làm vi c b
r i ra kh i ñá thì cũng là lúc nh ng h t nh n m i b t ñ u làm vi c.
+ D ng h t
D ng h t ch nh hư ng t i kh năng mài mòn c a ñá khi ñ c ng c a nó l n
hơn ñ c ng c a v t b mài.
Trong các ñi u ki n khác như nhau thì h t càng nh n, càng nhi u góc c nh thì
mài mòn càng t t.
+ Kích thư c h t
Thư ng thì khi kích thư c h t càng l n thì hi u qu mài mòn càng tăng. ði u
này L.A. Sreyner ñã gi i thích là khi kích thư c h t càng bé thì t ng di n tích ti p
xúc trong quá trình mài mòn càng l n làm áp l c lên m t ñơn v di n tích mài mòn
gi m, do v y không phá hu ñư c v t b mài mòn.
Kích thư c h t càng l n, m t ñá càng xù xì, gây nhi u ch t p trung ng su t
trong khi mài làm kh năng mài mòn c a ñá càng tăng.
+ M c ñ không ñ ng nh t c a ñá
Th c t th y là khi cùng m t ñ c ng, ñá ña khoáng có kh năng mài mòn
nhi u hơn ñá ñơn khoáng. Thí d như granit, granoñiorit là các ñá ch a th ch anh có
tính ch t mài mòn nhi u hơn th ch anh. ði u này có th gi i thích là trong các ñá ña
khoáng có ch a các ch t khoáng v t kém b n và ñ c ng th p (như mica, felspat) d
b phá hu khi b mài, làm trơ các h t th ch anh ra, gây hi n tư ng t p trung ng
su t, mài mòn m nh b m t ti p xúc. Còn ñá ñơn khoáng, s mài mòn x y ra ñ u
ñ n, di n tích ti p xúc l n nên áp l c ti p xúc gi m ñi, do v y hi u qu mài mòn
kém.
+ ð r ng và ñ m
ð r ng c a ñá càng l n thì làm m t ñá càng xù xì, gây t p trung ng su t khi
mài và làm hi u qu mài mòn tăng lên.
C¬ häc ®¸.115
- ðá càng m làm ñ c ng và ñ b n càng gi m. Do ñó kh năng mài mòn kém
h n ñi.
Trên ñây m i k ñ n nh ng y u t v b n ch t c a ñá nh hư ng t i tính ch t
mài mòn c a nó. Trong quá trình mài mòn ñá còn ch u nh hư ng c a môi trư ng
(ch t khí hay l ng) c a nhi t ñ , áp su t và các y u t khác n a.
- Các phương pháp ñánh giá kh năng mài mòn
Cho ñ n nay chưa có m t ch tiêu th ng nh t ñ ñánh
giá kh năng mài mòn c a ñá. Tuỳ t ng nư c, t ng nơi,
ngư i ta ñ ra các phương pháp xác ñ nh riêng và l y m t
ch tiêu nào ñó ñ ñ c trưng cho tính ch t mài mòn. Vì th ,
các ch tiêu tính ch t mài mòn c a ñá r t ña d ng.
Dư i ñây ch nêu m t vài phương pháp ñang ñư c
dùng khá ph bi n trong các phòng thí nghi m, d a trên s
hao mòn m u ñá trong khi mài mòn.
+ Phương pháp c a H. Sievers (1950)
V t b mài là hai thanh thép thư ng, không ñư c gia
Hình 1.45. Phương
công nhi t có ñ c ng HB = 120, ñư ng kính 3mm, l p vào
pháp xác ñ nh ñ
giá và quay v i t c ñ không ñ i n = 160 vg/ph. ð tách
mài mòn c a
ñư c s n ph m mài, m u ñá thí nghi m ñã ñư c gia công
H.Sievers.
b m t ñ t phía trên 2 thanh kim lo i và ch u t i tr ng
1. M u ñá;
20kG (≈ 200N) (hình 1.45).
2. Thanh thép.
Cho máy ch y 2 phút và làm 2 l n v i m i m u ñá.
ð mài mòn c a ñá ñư c H.Sievers ñánh giá b ng
th i gian c n thi t (tính b ng phút) ñ mài mòn 1mm chi u cao c a thanh m u.
Th i gian này càng ng n thì ñ mài mòn c a ñá càng cao. V i các lo i ñá th i
gian này thay ñ i t 0 – 200.
E.F. Epsteyn, N.I.Ljubimov cũng thí nghi m theo sơ ñ tương t như phương
pháp này.
Như c ñi m cơ b n là ph i mài m u trư c khi thí nghi m, ñi u ñó làm cho sai
l ch tính ch t mài mòn t nhiên c a ñá.
+ Phương pháp c a L.I.Baron và A.V.Kuznexhov (1960)
V nguyên t c, phương pháp này cũng g n gi ng v i phương pháp c a
R.Shepherd, M.I.Koyfman, O.N. Golubinxhev…
B n ch t c a phương pháp này là xác ñ nh s hao mòn kh i lư ng c a v t m u
b ng thép b c chưa tôi khi nó b mài vào m u ñá chưa ñư c gia công b m t (hình
1.46a).
V t b mài là m t tr c b ng thép b c có ñư ng kính 8mm, dài 70mm, ñ c ng
HB = 180. M t ñ u tr c có khoan m t l có ñư ng kính 4mm và dài kho ng 10 –
12mm.
116.C¬ häc ®¸
- Tr c ñư c quay v i t c ñ không ñ i n = 400 vg/ph và ch u t i tr ng 15kG (≈
150N).
Thí nghi m ti n hành trong ñi u ki n không làm l nh và không ñư c tách các
mùn ñá và v n kim lo i ra, nhưng ph i gi cho nhi t ñ c a tr c không ñư c quá
220oC.
Trư c khi thí nghi m, ph i cân tr c r i ñem mài c hai ñ u, m i ñ u 10 phút
sau ño l i cân b ng cân phân tích, chính xác t i 0,1mg.
ð mài mòn c a ñá là s hao mòn kh i lư ng trung bình c a tr c sau 10 phút
thí nghi m.
nc
∑m i
a= 1
(1.193)
2n c
trong ñó: a là ch tiêu ñ mài mòn c a ñá;
mi là kh i lư ng hao mòn tr c m u sau 1 c p thí nghi m (làm c
v i 2 ñ u) th i;
nc là s c p m u thí nghi m, ph thu c vào ñ chính xác c n thi t.
Tuỳ theo tr s c a a mà Baron và Kuznexhov ñã phân lo i ñá theo tính ch t
mài mòn thành 8 c p và a thay ñ i t 5 t i > 90mg.
Phương pháp này ñơn gi n, ñ mài mòn bi n thiên trong kho ng r ng. Nhưng
do ma sát lâu t i m t ch , b m t ñá b mài nh n, mùn ñá không ñư c tách ra nên
làm thay ñ i tính ch t mài mòn c a ñá.
Tuy nhiên, phương pháp này ñư c s d ng khá r ng rãi.
+ Phương pháp c a L.A.Sreyner, P.X.Balañin và A.I.Xpivak (1958)
B n ch t c a phương pháp này là nghiên c u tính ch t mài mòn c a ñá theo s
hao mòn c a vòng tiêu chu n quay v i t c ñ không ñ i và ch u m t áp l c nh t ñ nh
khi ma sát lên m t m u ñá ñã ñư c mài nh n.
Vòng tiêu chu n có ñư ng kính trong 20mm,
P
ñư ng kính ngoài là 30mm và d y 2,5mm. V t li u
làm vòng có th là thép Y8, 20XH3A hay h p kim
1
c ng BK–15, BK–16. Khi l p vào máy thí nghi m,
nh h p s mà vòng có th ñư c quay v i các t c P
1
ñ 300, 350, 500, 800, 1100 và 1400 vg/ph. T c l
2Hình 1.46. Phương pháp xác
ñ thư ng dùng nh t là 500 vg/ph. Vòng ch u t i
ñ nh ñ 2 mòn.
mài
tr ng t 1 – 30kG (≈ 300N) và thư ng dùng nh t
a) c a Baron và
là 10kG (≈ 100N).
Kuznexhov:
M u thí nghi m ñã mài nh n m t làm vi c
a) b)
1. Thanh thép m u;
ñư c ñ t lên bàn máy. Bàn này cũng nh h p gi m
t c mà có th chuy n ñ ng t nh ti n v i t c ñ 4 – 2. M u ñá.
b) c a Sreyner,
Balanñin, Xpivak:
1. Vòng tiêu chu n;
C¬ häc ®¸.117
2. M u ñá.
- 80mm/ph và thư ng dùng nh t là t c ñ 4mm/ph (hình 1.46b).
S vòng quay c a vòng tiêu chu n khi thí nghi m ñư c ghi l i b ng máy riêng.
V i lo i ñá có ñ mài mòn kém thì có khi ph i cho vòng quay t i 30.000 vòng. Còn
v i nh ng ñá mài mòn m nh thì ch c n thí nghi m t i 4000 vòng.
Trong quá trình thí nghi m, nư c l nh s phun vào ch ti p xúc gi a vòng và
ñá ñ làm l nh vòng và tách mùn ñá ra.
V i m i m u ñá, ngư i ta s làm t 1 ñ n 4 thí nghi m. S sai l ch gi a k t
qu l n nh t và tr s trung bình s h c ch cho phép trong kho ng ± 2 ñ n ± 10%.
Theo các tác gi trên, sau khi thí nghi m có th xác ñ nh ñư c r t nhi u ch
tiêu, trong ñó thư ng dùng nh t là các ch tiêu sau:
- H s mài mòn ω là s hao mòn th tích c a v t li u làm vòng tiêu
chu n (tính b ng cm3 ) trên 1m ñư ng ma sát khi ch u t i tr ng 1kG
(≈10N).
∆Vv
ω= (1.194)
P
∆Vv là s hao mòn th tích c a v t li u làm vòng tiêu chu n
trong ñó:
trên 1m ñư ng ma sát.
∆Vv ñư c tính b ng cách chia kh i lư ng vòng tiêu chu n b
hao mòn sau khi thí nghi m (theo s chênh l ch kh i lư ng
c a vòng trư c và sau khi thí nghi m) cho kh i lư ng th tích
c a v t li u làm vòng và quãng ñư ng ma sát.
∆m
∆Vv = (1.195)
ρ.π.D.n o
v i ∆m là kh i lư ng hao mòn c a vòng tiêu chu n;
ρ là kh i lư ng th tích c a v t li u làm vòng;
D là ñư ng kính ngoài c a vòng;
no là s vòng quay c a vòng trong khi làm thí nghi m;
P là t i tr ng khi làm thí nghi m.
– ð mài mòn tương ñ i a1 là t s gi a h s mài mòn c a m t lo i ñá nào ñó
và h s mài mòn c a th ch cao l y làm chu n.
ω ω
a1 = = (1.196)
ωtc 3,5.10 -9
ωtc là h s mài mòn c a th ch cao, l y b ng
trong ñó:
3,5.10-9 cm3/m.kG.
ð mài mòn tương ñ i này là m t ñ i lư ng không th
nguyên.
118.C¬ häc ®¸
- – S hao mòn tương ñ i là t s gi a s hao mòn th tích c a v t li u làm
vòng tiêu chu n và s hao mòn th tích c a m u ñá trên 1m ñư ng ma sát.
∆Vv
ωo = (1.197)
∆Vd
trong ñó: ωo là m t ñ i lư ng không th nguyên cho bi t s hao
mòn tuy t ñ i c a v t li u làm vòng tiêu chu n l n hơn s hao mòn
tuy t ñ i c a ñá ñem thí nghi m bao nhiêu l n.
∆Vñ là s hao mòn th tích c a m u ñá trên 1m ñư ng ma sát
xác ñ nh b ng cách chia th tích c a ñá ñã b hao mòn (xác
ñ nh nh các d ng c ñ c bi t ño ñư c kích thư c rãnh t o
thành trên m t ñá) cho quãng ñư ng ma sát πDno.
Tuỳ theo các tr s c a ω, a1, ωo ,… các tác gi ñã chia ñá làm 12 c p có các
giá tr tương ng khác nhau. Tuy v y, khi thay ñ i v t li u làm vòng tiêu chu n thì
các k t qu thí nghi m s khác và s li u dùng ñ phân c p ñ t ñá cũng s b thay ñ i
theo.
Ngoài các ch tiêu trên, trong phương pháp xác ñ nh này, ngư i ta còn dùng
m t vài ch tiêu khác n a, nhưng trong th c t cũng ít s d ng.
Phương pháp xác ñ nh này có th t o ñư c áp l c ti p xúc cao, các ch tiêu
thay ñ i trong m t ph m vi r ng và do làm l nh b ng nư c nên ñã tránh ñư c s trao
ñ i nhi t, làm thay ñ i k t qu thí nghi m. Tuy nhiên, phương pháp thí nghi m này
ph c t p, ph i mài nh n m u, dùng nư c làm l nh nên ñã làm thay ñ i tính ch t mài
mòn c a ñá.
M c dù v y, phương pháp này ñư c coi là phương pháp hoàn thi n nh t ñ
ñánh giá kh năng mài mòn c a ñá.
+ Phương pháp c a Phòng thí nghi m C u ñư ng Trung ương (LCPC)
c a Pháp.
Theo phương pháp này, ñ mài mòn c a ñá ñư c ñánh giá qua s hao mòn c a
m t t m kim lo i ñư c quay v i t c ñ 4500 vg/ph trong thùng ch a các c c ñá thí
nghi m c 4 x 6cm.
Thí nghi m ñư c ti n hành trong 5 phút.
ð mài mòn ABR ñư c tính b ng g/ T. Tùy theo giá tr c a ABR mà ngư i ta
chia m c ñ mài mòn c a ñá làm 5 c p:
ð mài mòn r t cao khi ABR > 2000 g/ T.
ð mài mòn cao khi ABR = 1500 – 2000 g/ T.
ð mài mòn trung bình khi ABR = 1000 – 1500 g/ T.
ð mài mòn kém khi ABR = 500 – 1000 g/ T.
ð mài mòn r t kém khi ABR < 500 g/ T.
Theo thí nghi m này thì ñá vôi có ABR < 500 g/ T.
+ Thí nghi m Los Angeles
Thí nghi m Los Angeles ñư c ti n hành ñ u tiên kho ng năm 1930 bang
California (M ) ñ xác ñ nh tính ch t mài mòn c a ñá (hình 1.47).
C¬ häc ®¸.119
- M u ñá ñư c l y v i kh i lư ng 5kg, g m các lo i h t t 4 – 50mm, cho vào
thùng quay v i t c ñ kho ng 30 – 33 vg/ph. ð tăng s va ñ p khi quay, ngư i ta
còn cho vào thùng m t s viên bi thép ñư ng kính trung bình 46,8mm và kh i lư ng
kho ng 420 – 445g. S lư ng các viên bi cho vào tuỳ theo c h t c a ñá thí nghi m.
ðá càng to thì s lư ng các viên bi càng nhi u.
S vòng quay khi thí nghi m cũng ph thu c vào c h t ñá thí nghi m: s là
500 vòng cho ñá nh (ñư ng kính < 37,5mm) và là 1000 vòng cho ñá l n (ñư ng
kính > 37,5mm).
Sau thí nghi m, cân kh i lư ng ñá còn l i sau khi sàng b nh ng h t v n có
ñư ng kính < 1,7mm. ð mài mòn c a ñá ñư c tính qua ñ hao mòn c a nó sau thí
nghi m, theo công th c:
m − m1
P= . 100% (1.198)
m
trong ñó: m là kh i lư ng m u
ban ñ u;
m1 là kh i lư ng m u
sau khi sàng.
Giá tr c a P càng l n, ch ng t
ñá càng d b mài mòn. V i bêtông
thu công, giá tr c a P ph i 40.
Hình 1.47. Máy thí nghi m Los Angeles.
+ Thí nghi m micro Deval
Thí nghi m microDeval cũng
dùng ñ xác ñ nh tính ch t mài mòn c a ñá.
L y kho ng 5kg ñá c c ñ nh thí nghi m cho vào thùng quay c a máy
microDeval, trong ñó có nh ng viên bi nh (ñư ng kính kho ng 10mm). Lư ng bi
thép có th t 2 – 5kg tuỳ theo c h t ñá.
Cho thùng quay kho ng 10.000 vòng. Thí nghi m ñư c ti n hành v i s có m t
c a nư c, nên so v i khi thí nghi m khô, lư ng hao mòn c a ñá s tăng lên, nh t là
ñ i v i các ñá phong hoá hay nh y c m v i nư c.
Sau khi sàng b nh ng h t có ñư ng kính < 1,7mm, cân kh i lư ng m u ñá
còn l i.
ð hao mòn c a ñá trong thí nghi m microDeval cũng ñư c tính theo công
th c (1.198).
Giá tr c a nó càng bé thì ñ ch ng mòn c a ñá càng cao. V i bêtông thu
công, giá tr c a P ph i < 35, còn v i n n ñư ng thì P > 35.
Thí nghi m này ñã ñư c dùng Pháp t 1965.
120.C¬ häc ®¸
- Ngoài các phương pháp thí nghi m trên ngư i ta cũng dùng các ch t phóng x
(C , W185, W187…) hay dùng các phương pháp liên h p khác ñ ñánh giá tính ch t
60
mài mòn c a ñá.
S c ch ng phá hu và n v
Khi thi công các công trình giao thông vùng núi ñá, thư ng ph i phá hu ñá
b ng phương pháp cơ h c hay b ng phương pháp n . ð ñ c trưng cho tính ch t c a
ñá trư c các d ng ngo i l c này, ngư i ta ñưa ra ch tiêu s c ch ng phá hu và s c
ch ng n v c a ñá.
- S c ch ng phá hu
V.V.Rzhevxki và G.Ja.Novik ñã ñưa ra m t s quan ñi m v quá trình phá hu
ñá:
+ S phá hu th c t x y ra do s tham gia nh t ñ nh c a các ngo i l c
kéo, nén và c t ng v i các gi i h n b n σk, σn và τ. H p c a các l c này s t o nên
m t phá hu m i m u ñá ∆S.
+ Tác d ng c a l c phá hu có th ñánh giá b ng gi i h n b n khi phá
hu σf là thương s c a t ng các ngo i l c tác d ng và b m t phá hu .
∑P
σf = (1.199)
∆S
+ Trong quá trình phá hu , s tham gia c a các thành ph n l c kéo, nén,
c t là không như nhau và có th ñ c trưng b ng các h s K tương ng.
σf ≈ K1σn + K2 σk + K3 τ (1.200)
Nhưng ñ ñơn gi n, ngư i ta coi r ng m c ñ tham gia c a 3 thành ph n trên là
như nhau và b ng 1/3 c a t ng các l c tác d ng, do v y:
1
σf = (σn + σk + τ) (1.201)
3
+ Tính ch t n t n c a kh i ñá ñư c k ñ n trong khi phá hu có th
b ng cách xác ñ nh b m t phá hu th t (vì ∆S không k ñ n m t các khe n t trong
kh i ñá) ho c b ng ch tiêu âm h c c a tính ch t n t n Ai (là bình phương c a t s
gi a t c ñ truy n sóng ñàn h i trong kh i ñá và t c ñ truy n sóng ñàn h i trong
m u ñá). Do có khe n t, gi i h n b n khi phá hu kh i ñá có th tính theo công th c:
∆S
σfk = σf hay σfk = Ai . σf (1.202)
∆S + So
trong ñó: So là di n tích t ng c ng các khe n t và l r ng có t trư c.
+ Khi phá hu ñá b ng các phương pháp khác nhau, nghĩa là l c phá hu
ph i th ng ñư c l c hút gi a các h t ñá v i nhau. Do v y ph i k ñ n tr ng lư ng th
tích c a ñá. nh hư ng này có th bi u di n b ng bi u th c Kblγ.
trong ñó: Kb là h s k ñ n m c ñ tham gia khác nhau c a các thành ph n
l c.
l là kho ng cách d ch chuy n c a các h t ñá;
γ là tr ng lư ng th tích c a ñá.
Tuỳ t ng lo i ñá mà nh hư ng c a tr ng lư ng th tích có th nhi u hay ít,
nhưng nói chung có th l y g n ñúng Kb . l ≈ 0,5.
C¬ häc ®¸.121
- T nh ng quan ñi m cơ b n trên, ngư i ta ñưa ra ch tiêu s c ch ng phá hu
c a ñá (m c ñ khó phá hu ) ñư c tính theo công th c:
Kcf = 0,005Ai (σk + σn + τ ) + 0,5 γ (1.203)
Tuỳ theo các giá tr c a Kcf , ngư i ta phân chia s c ch ng phá hu c a ñá
thành 5 lo i và g m 25 c p.
Theo ch tiêu này có th tính ñư c g n ñúng năng lư ng c n thi t ñ phá hu
ñá thành c c, tính toán ñ v n chuy n chúng.
- S c ch ng n v
S phá hu ñá khi n x y ra trong tr ng thái ng su t r t ph c t p không ñ ng
nh t và nó không tuân theo các tính toán lý thuy t.
ð ñ c trưng cho t ng lo i ñá khi b phá hu b ng phương pháp n , ngư i ta
dùng ñ i lư ng su t tiêu hao ch t n tiêu chu n (ký hi u là qtc tính b ng kg/m3) là
lư ng ch t n c n thi t ñ phá hu 1m3 ñá t i m t hi u qu phá hu cho trư c.
Giá tr c a thông s này ñư c xác ñ nh b ng th c nghi m. Nó không nh ng
ph thu c vào s c ch ng n v c a ñá mà còn ph thu c vào hàng lo t các y u t
như:
+ M c ñ phá v n c n thi t c a ñá.
+ S t n t i và m c ñ phát tri n c a các khe n t, ñ kh i t nhiên c a
ñá.
+ Tr ng lư ng th tích c a ñá.
+ S b trí, c u trúc l khoan và lư ng ch t n trong l khoan.
+ Ch t lư ng c a ch t n ñem dùng.
Trong th c t , ñ ñánh giá s c ch ng n v c a ñá, ngư i ta ñã qui ñ nh rõ hơn
v ñ i lư ng su t tiêu hao ch t n tiêu chu n là lư ng ch t n tiêu chu n c n thi t ñ t
m t kh i ñá l p phương c nh là 1m có khe n t, tr ng thái treo t do ñ phá hu
thành nh ng t ng có kích thư c trung bình là 0,5m.
Liên Xô, ch t n tiêu chu n ñư c ch n là amomit No = 6/B.
Sau khi n , b m t t ng c ng c a nh ng t ng b v ra s l n hơn b m t ban
ñ u c a kh i ñá. S chênh l ch di n tích này càng l n thì m c ñ phá nh ñá càng
tăng. Trong nh ng ñi u ki n k trên, s chênh l ch gi a di n tích t ng c ng c a các
t ng b phá v l n hơn di n tích ban ñ u c a kh i ñá t i 2 l n.
Trong khi n , năng lư ng s ph i tiêu hao ñ th ng các gi i h n b n nén, kéo
và trư t. Ph n năng lư ng ñ th ng l c hút gi a các h t ñá ñư c tính b ng h s kt:
kt = 1,2ltb + 0,2 (1.204)
trong ñó: ltb là kích thư c trung bình c a các kh i riêng bi t t nhiên.
122.C¬ häc ®¸
- Gi thi t r ng các l c ñ u tham gia vào vi c phá hu v i m c ñ như nhau thì
ch tiêu qtc có th coi là s c ch ng n v c a ñá, theo kinh nghi m
qtc = 0,1kt (σn + σk + τ ) + 40 γ (1.205)
trong ñó: kt là h s ñư c tính theo công th c (1.204), có th nguyên là
ngh ch ñ o c a th nguyên chi u dài.
σn , σk , τ là các ñ b n tương ng, tính b ng kG/cm2.
γ là tr ng lư ng th tích c a ñá, tính b ng G/cm3.
Tính toán v i ña s các lo i ñá, qtc thay ñ i t 40 – 1000g/m3.
D a vào các tr s này, ngư i ta ñã phân lo i ñá theo qtc thành 5 lo i g m 25
c p.
ð v v n và tr ng lư ng th tích ñá r i
Khi b phá hu do tác d ng c a ngo i l c, kh i ñá l n thư ng b chia thành
t ng t ng, t ng c c có kích thư c nh hơn.
Ta xét m t vài ñ c trưng c a lo i ñá r i này.
- ð v v n là tính ch t kh i ñá tr ng thái v v n chi m th tích l n hơn
khi kh i ñá ñó tr ng thái nguyên kh i.
ð ñ c trưng cho ñ v v n, ngư i ta dùng h s v v n Kv là t s gi a th tích ñá
sau khi b v v n và th tích trư c ñó c a m u ñá nguyên kh i:
Vv
Kv = (1.206)
Vk
Do th tích ñá r i ch a nhi u l r ng nên h s Kv luôn luôn l n hơn 1. Nó ph
thu c vào thành ph n h t, d ng và s s p x p các c c ñá r i. Ngoài ra, nó còn ph
thu c vào ñ m, áp l c và m t vài y u t khác.
Theo V.V.Rzhevxki và G.Ja.Novik thì h s c a Kv c a m t vài lo i ñá như
sau:
Sét k t: Kv = 1,2 – 1,3
Cát: Kv = 1,05 – 1,2
ðá c ng: Kv = 1,8 – 2,5
Than ñá: Kv = 1,2 – 1,4.
Sau khi b v v n, ñá có th ñư c làm ch t l i b ng áp l c. Nhưng h s v
v n nh nh t sau khi ñư c làm ch t cũng ch ñ t t i 1,01 – 1,15.
- Tr ng lư ng th tích ñá r i là tr ng lư ng c a m t ñơn v th tích ñá r i
tr ng thái r i r c t nhiên, t m ký hi u là γr , và cũng tính b ng kN/m3.
Tr ng lư ng th tích ñá r i ph thu c ch y u vào h s v v n Kv.
C¬ häc ®¸.123
- γ
γr = (1.207)
Kv
Bi t ñư c giá tr γr , có th suy ra ñư c tr ng lư ng c a kh i ñá, tính toán ñ
b c d , v n chuy n… trong quá trình thi công.
M t s tính ch t khác c a ñá như tính ch t lưu bi n, ñ th m, tính ch t nhi t,
tính ch t ñi n… c a ñá s ñư c trình bày trong chương sau.
124.C¬ häc ®¸
- .
Chương 2
CÁC TÍNH CH T
C A KH I ðÁ NGUYÊN TR NG
2.1. KH I ðÁ NGUYÊN TR NG VÀ M T VÀI ð C ðI M C A NÓ
2.1.1. KHÁI NI M V KH I ðÁ NGUYÊN TR NG
Khi xây d ng các công trình, khai thác khoáng s n… các công vi c không ch
ti n hành các m u ñá riêng bi t mà trên c m t vùng ñá có th tích khá l n g i là
kh i ñá nguyên tr ng (hay ñôi khi cũng ñư c g i t t là kh i ñá). Các ñ c trưng cơ
h c c a kh i ñá này có nh ng giá tr khác h n v i nh ng k t qu ñã thu ñư c khi xác
ñ nh trên các m u ñá trong phòng thí nghi m, nên không th l y các k t qu thí
nghi m v i các m u ñá ñ gi i các bài toán cơ h c ñá trong xây d ng công trình.
Nhưng vi c nghiên c u kh i ñá nguyên tr ng không ñơn gi n, còn t n t i r t nhi u
quan ñi m khác nhau khi nghiên c u các ñ c trưng c a kh i ñá và ngay c quan ni m
v kh i ñá nguyên tr ng, cho ñ n nay cũng chưa ñi ñ n m t s th ng nh t hoàn toàn.
Theo G.I. Jagodkin, M.F.Kuntưs thì kh i ñá nguyên tr ng là m t th tích ñá ñ
ñ có khái ni m mô hình c u trúc c a ñá vây quanh, ñư c xác ñ nh b ng nh ng ñi u
ki n c th tuỳ theo s tác d ng c a ngo i l c lên th tích ñá y.
E.I.Iinixhkaja thì cho r ng kh i ñá nguyên tr ng là ph n môi trư ng tách ra
kh i các ph n xung quanh b ng các m t ph ng t nhiên và ñư c thí nghi m các
tr ng thái ng su t khác nhau ñ nghiên c u các v n ñ cho trư c.
Quan ni m c a P.N.Panjukov ñư c nhi u ngư i th a nh n hơn. Theo ông, kh i
ñá nguyên tr ng là nh ng ph n c u trúc riêng bi t c a v trái ñ t n m trong ph m vi
tác ñ ng c a các công trình (ngo i l c), ñư c nghiên c u ñ l p ra các ñi u ki n thi
công các công trình và s d ng chúng.
Như v y ph i phân bi t hai khái ni m: m u ñá và kh i ñá nguyên tr ng.
M u ñá là ph n ñá ñư c l y ra t m t t ng hay kh i ñá. Khi thí nghi m, nó ñã
b m t s liên h v i các v t ch t vây quanh tr ng thái ban ñ u, nên tính ch t c a
nó không ñ c trưng cho tính ch t c a kh i ñá và l i càng không ñ c trưng cho toàn
b kh i ñá nguyên tr ng.
Kh i ñá nguyên tr ng do còn gi nguyên ñư c tr ng thái ban ñ u, quan h v i
các kh i ñá vây quanh nên khi xác ñ nh, tính ch t c a nó ph n ánh toàn b c u trúc
c a kh i ñá, các s li u thu ñư c có th khác h n v i m u ñá, nhưng l i ñáng tin c y
trong khi thi t k và thi công các công trình trong ñá. Vì v y vi c nghiên c u tính
ch t c a kh i ñá nguyên tr ng là r t c n thi t, nhưng vi c làm này cũng không ñơn
gi n.
C¬ häc ®¸.127
- Tuy nhiên, cũng không ñư c l n l n gi a kh i ñá và kh i ñá nguyên tr ng.
Kh i ñá là m t th tích ñá to hơn nhi u l n t ng ñá hay các m u ñá trong phòng thí
nghi m nhưng ñá b tách kh i kh i ñá vây quanh, không ch u tác ñ ng c a t nhiên
hay các ho t ñ ng c a con ngư i.
2.1.2. VÀI ð C ðI M C A KH I ðÁ NGUYÊN TR NG
kh i ñá nguyên tr ng, có th th y m t s ñ c ñi m sau:
2.1.2.1.Tính không ñ ng nh t
Tính không ñ ng nh t là m t ñ c ñi m r t quan tr ng c a kh i ñá.
M t kh i ñá ñư c coi là ñ ng nh t khi t t c các ph n c a nó ñ u có cùng m t
thành ph n, m t c u t o, nghĩa là t i b t kỳ m t ñi m nào ñó trong kh i ñá ñ u có
tính ch t v t lý như nhau.
Kh i ñá trong t nhiên ñ u không tho mãn các yêu c u trên vì trong nó luôn
luôn có s không ñ ng nh t v thành ph n khoáng v t (s s p x p các lo i khoáng
v t t o ra trong ñá không ph i ch nào cũng như ch nào), không ñ ng nh t v ki n
trúc, c u t o (không ph i trong toàn b kh i ñá, m i ch ñ u có cùng m t lo i ki n
trúc, m t lo i c u t o) hay không ñ ng nh t do tác ñ ng c a ngo i l c, môi trư ng
hay các ho t ñ ng c a con ngư i (các ch khác nhau trong kh i ñá ch u các tác ñ ng
khác nhau c a các tác ñ ng bên ngoài…), nên vì th , kh i ñá mang tính không ñ ng
nh t.
Tuỳ theo ngu n g c c a s không ñ ng nh t, ngư i ta chia thành hai lo i:
Không ñ ng nh t nguyên sinh xu t hi n trong quá trình thành t o ñá, th hi n s
thay ñ i hình dáng, kích thư c, thành ph n h t khoáng v t và s s p x p gi a chúng
v i nhau trong ñá. Không ñ ng nh t th sinh liên quan ñ n các giai ño n bi n ñ i sau
khi thành t o, có th do thiên nhiên như các quá trình phong hoá, làm ch t, tái k t
tinh, ki n t o hay do nhân t o như các quá trình xây d ng, công ngh m khác nhau.
Không ñ ng nh t th sinh có ý nghĩa quan tr ng trong khi nghiên c u ñ a ch t công
trình vì nó liên quan ñ n s thay ñ i tr ng thái, tính ch t c a kh i ñá nguyên tr ng.
Tính không ñ ng nh t còn ñư c phân bi t theo ph m vi xu t hi n nó. Tuỳ theo
kích thư c ph n t không ñ ng nh t là ph n ñá ñ ng nh t l n nh t bên trong có
tính ch t khác v i ph n ñá vây quanh và M.V.Raxh quy ư c chia thành 4 c p không
ñ ng nh t.
Không ñ ng nh t c p I: không ñ ng nh t v thành ph n, c u t o, ki n trúc
c a các t ng ñá có các phá hu ki n t o, các ñ i phong hoá… kích thư c ph n t
không ñ ng nh t > 103cm.
Không ñ ng nh t c p II: không ñ ng nh t v c u trúc và thành ph n c a ñá.
Kích thư c phân t không ñ ng nh t t 1 – 103 cm.
Không ñ ng nh t c p III: th hi n s khác nhau v thành ph n khoáng v t
và hoá h c, d ng và kích thư c h t; s không ñ ng nh t trong vi c s p x p các ch t
g n k t, s xu t hi n các vi khe n t… kích thư c ph n t không ñ ng nh t t 10-3 –
1cm.
128.C¬ häc ®¸
- Không ñ ng nh t c p IV: Xu t hi n trong các tinh th (như các khuy t t t
c a m ng tinh th ) v i kích thư c ph n t không ñ ng nh t t 10-6 – 10-3cm.
Tính không ñ ng nh t trong kh i ñá ñôi khi cũng là do các ho t ñ ng có ý th c
c a con ngư i.
Khi ñào m t ñư ng h m trong ñá và không ñư c ch ng, tuỳ theo kho ng cách
t ñá t i kho ng không, tuỳ theo tr ng thái c a ñá mà trong kh i ñá nguyên tr ng ñã
chia thành nhi u vùng v i các tính ch t khác nhau, gây ra tính không ñ ng nh t trong
kh i ñá (hình 2.1):
Vùng I: Vùng ñá t nhiên, không b phá hu
Vùng II: Vùng ñá b bi n d ng ñàn h i, không b n
Vùng III: Vùng ñá b n t n , không n ñ nh
Vùng IV: Vùng ñá b phá hu , d ch chuy n – không n ñ nh.
Vùng V: Vùng ñá b s p ñ – n ñ nh.
Như v y m i vùng có m t ñ c
ñi m, m t c u trúc khác nhau. Tuy
nhiên trong th c t không th có m t
s phân chia rõ ràng như trên mà c u
trúc c a ñá thay ñ i d n d n t vùng
này sang vùng khác và có nh ng vùng
mang tính ch t h n h p, nhưng dù sao
cũng ñã gây cho kh i ñá m t ñ c tính
không ñ ng nh t.
M t khác, s ñ ng nh t hay Hình 2.1. S không ñ ng nh t ca
không cũng ch mang ý nghĩa tương kh i ñá xung quanh h m.
ñ i: Trong m t kh i ñá không ñ ng
nh t, ngư i ta v n có th tìm ñư c nh ng ph n ñá nh hơn nhưng có tính ñ ng nh t.
M t kh i ñá có th có tính không ñ ng nh t m t vài ch tiêu khác (như không ñ ng
nh t v ñ b n nhưng l i có th ñ ng nh t tính d n nhi t…). Kh i ñá ñư c coi là
gi ñ ng nh t m t ch tiêu nào ñó khi s dao ñ ng c a ch tiêu ñó không quá 25%.
2.1.2.2. Tính d hư ng
D hư ng là hi n tư ng thay ñ i tr s c a m t ch tiêu nào ñó khi xác ñ nh
theo các hư ng khác nhau t i m t ñi m c a kh i ñá.
Tính d hư ng r t ph bi n v i m i v t r n trong t nhiên. B.Kujundzic ñã gi i
thích nguyên nhân c a tính d hư ng trong kh i ñá là do s phân l p, phân phi n,
tính ch t n t n và tr ng thái ng su t c a nó. M t khác , s không ñ ng nh t c a
kh i ñá cũng là m t nguyên nhân gây ra tính d hư ng. Nh ng nguyên nhân này luôn
luôn xu t hi n trong kh i ñá, nên trong t nhiên, hi m th y m t v t hay m t kh i ñá
hoàn toàn ñ ng hư ng. Trong m t ch ng m c nh t ñ nh, m t ch tiêu nào ñó c a ñá
ñư c coi là gi ñ ng hư ng khi s dao ñ ng các giá tr c a ch tiêu ñó không quá
25%.
Cũng như v i tính không ñ ng nh t, M.V.Raxh ñã chia tính d hư ng c a ñá
thành 4 c p:
C¬ häc ®¸.129
- D hư ng c p I th y hàng lo t kh i ñá b phân c t do các phá hu ki n t o.
D hư ng c p II liên quan ñ n các phân l p bên ngoài và các khe n t thô.
D hư ng c p III th hi n b ng các phân l p nh bên trong kh i ñá, các h t
ñư c ñ nh hư ng và các h th ng khe n t.
D hư ng c p IV là nh ng d hư ng c a các tinh th .
ð ñánh giá m c ñ d hư ng c a kh i ñá, trong th c t s n xu t thư ng dùng
h s d hư ng là t s gi a các tr s c a m t ch tiêu tính ch t nào ñó c a ñá ñư c
xác ñ nh theo các hư ng khác nhau. V i các ñá phân phi n và phân l p thì h s này
thư ng ñư c xác ñ nh b ng t s c a m t ch tiêu nào ñó theo phương vuông góc v i
m t l p và tr s c a chính ch tiêu y, xác ñ nh theo hư ng song song v i m t l p.
K t h p v i tính không ñ ng nh t c a kh i ñá, tuỳ theo m c ñ d hư ng c a
nó mà P.N.Panjubov ñã chia kh i ñá thành các lo i: ñ ng nh t, không ñ ng nh t và
gi ñ ng hư ng, ñ ng nh t và d hư ng, không ñ ng nh t và d hư ng.
V i m i lo i ñá như v y, khi tính toán s ph i tuân theo nh ng ñi u ki n thích
h p tương ng.
2.1.2.3. Tính gián ño n
Tính gián ño n c a kh i ñá xu t hi n do s t n t i trong nó nh ng l r ng và
khe n t.
Các l r ng thư ng ñư c t o thành trong quá trình thành t o ñá, còn các khe
n t thì ñư c thành t o do nhi u ngu n g c khác nhau, t o nên nhi u lo i khe n t
khác nhau.
Các khe n t phân l p liên quan ch y u ñ n ñá tr m tích m c dù phân l p
dòng cũng có th x y ra trong v t li u núi l a. Chúng ñư c ñ c trưng b i màu s c,
ki n trúc và thành ph n khoáng v t khác nhau và thư ng song song v i ranh gi i
gi a các l p. Trong khe n t thư ng có các l p sét làm gi m ñ b n c t c a ñá. Các
khe n t phân l p thư ng liên t c và ph ng nhưng chúng cũng có th b m nh t ñi do
ñư c g n k t l i trong quá trình bi n ch t.
Các khe n t phân phi n liên quan ch y u ñ n các quá trình bi n ch t do tác
ñ ng c a các l c ki n t o như trong các ñá phi n mica, clorit, talc… xen k p gi a
các l p ñá c ng hơn như gneis, granit và quarzit. Các khe n t có th r t g n nhau,
song song hay có d ng b c thang.
Các th n t ñư c t o ra do bi n d ng trong quá trình bi n ch t và ñ c trưng
b i s tái k t tinh c a nh ng khoáng v t n m song song v i nhau, ñ nh hư ng theo
phương g n như vuông góc v i ng su t nén l n nh t. Th n t có th theo nhi u
hư ng n u như quá trình bi n ch t x y ra trong vài giai ño n. V i ñá magma, th n t
cũng xu t hi n do s ngu i l nh ñ t ng t c a nh ng kh i dung nham phun lên trên
m t ñ t.
Các th n t thư ng phân b sát g n nhau nên ngư i ta d dàng xác ñ nh
phương hư ng c a th n t nhưng khó xác ñ nh kho ng cách và ñ b n c a chúng.
Các khe n t do ñ t gãy và trư t.
Khi có s chuy n ñ ng tương ñ i gi a các ph n c a m t l p ñá do tác d ng
c a ngo i l c thì s t o thành ñ t gãy, kèm theo ñ i phá hu ki n t o. Các khe n t
130.C¬ häc ®¸
- này có th nh , h p v i c ly d ch chuy n không l n nhưng cũng khi do ngo i l c
quá l n, ñã t o thành ñ t gãy dài 430 km chuy n v ñ ng t i 7m như sau tr n ñ ng
ñ t San Franxisco năm 1906.
Các khe n t khác như khe n t ñ a hình ch y g n song song v i m t ñ t, lư n
theo ñ a hình và liên quan t i ng su t ñ a hình; khe n t ti p xúc th ch h c t n t i
nh ng ch ti p giáp các l p ñá có thành ph n th ch h c khác nhau hay nh ng khe
n t khác không th phân chia ñư c theo ngu n g c hay theo s liên k t gi a các c u
trúc…
Tuỳ theo s t n t i, m c ñ phát tri n c a các khe n t mà kh i ñá có th ñư c
coi là liên t c hay gián ño n. Thư ng không ít thì nhi u, ñá nào cũng có nh ng khe
n t nh hay l n nên cũng hi m g p nh ng kh i ñá liên t c (không gián ño n). Khi
nh ng khe n t r t nh , r t ng n thì có th coi là kh i ñá có tính gi liên t c. V i
nh ng kh i ñá này, theo G.A.Krupenikov, chúng ph i tho mãn ñi u ki n:
∆A < ε khi ∆a < l0 (2.1)
trong ñó: ∆A là s chênh l ch tr s ng su t, bi n d ng và chuy n v t i các
ñi m g n kh i ñá có gia s to ñ là ∆a.
ε là ñ sai l ch cho phép khi xác ñ nh A (t i 15% theo tr s trung
bình).
l0 là kích thư c dài c a kh i ñá phân t (ñ c trưng cho tính ch t c a
kh i ñá).
Theo K.V.Ruppeneyt thì l0 = 0,29cm
Ba ñ c ñi m không ñ ng nh t, d hư ng, gián ño n c a kh i ñá liên quan ch t
ch v i nhau. Vì không ñ ng nh t nên làm kh i ñá có tính d hư ng và gián ño n
nhưng m t khác, s gián ño n cũng chính là nguyên nhân c a tính không ñ ng nh t,
d hư ng c a kh i ñá. Các ñ c ñi m này c a kh i ñá ph thu c vào m c ñích và
ph m vi nghiên c u. m t kh i ñá l n thì có th coi nó là không ñ ng nh t, d
hư ng và gián ño n vì trong ñó có nhi u vùng thành ph n th ch h c không như nhau,
c u trúc khác nhau, có nhi u l r ng, khe n t… Nhưng n u h n ch ph m vi nghiên
c u l i, thì trong kh i ñá y, ngư i ta v n tìm ñư c nh ng ph n ñá nh hơn có tính
ñ ng nh t hay gi ñ ng nh t, ñ ng hư ng hay gi ñ ng hư ng, liên t c hay gi liên
t c…
2.2. CÁC TÍNH CH T C A KH I ðÁ NGUYÊN TR NG
Kh i ñá nguyên tr ng cũng có ñ y ñ các tính ch t v t lý như m u ñá, nhưng
do nh ng ñ c ñi m c a kh i ñá nguyên tr ng ñã nêu trên, nên vi c nghiên c u các
tính ch t c a kh i ñá nguyên tr ng ph c t p và t n kém hơn nhi u so v i m u ñá.
ð i v i kh i ñá nguyên tr ng, ngư i ta cũng xác ñ nh các ch tiêu ñ c trưng
cho ñ ch t, tính ch t cơ h c… Nh ng ch tiêu nào mà khi xác ñ nh gi ng như làm
v i m u ñá (như kh i lư ng riêng, kh i lư ng th tích, ñ r ng) thì ñây s không
trình bày l i n a, nhưng cũng có nh ng ch tiêu chưa ñư c nói t i khi nghiên c u
m u ñá, thì trong ph n này s ñư c trình bày t m hơn như tính ch t lưu bi n, tính
ch t th m….
Hi n nay, ñ nghiên c u các tính ch t c a kh i ñá nguyên tr ng ngư i ta
thư ng ti n hành theo 3 phương pháp:
C¬ häc ®¸.131
- - ðo tr c ti p t i kh i ñá nguyên tr ng. Phương pháp này ñáng tin c y nhưng
ñ t và không ph i trong trư ng h p nào cũng làm ñư c.
- Phương pháp gi i tích, dùng các mô hình toán h c ph n ánh c u trúc c a
kh i ñá ñ nh nghiên c u. Phương pháp này kém chính xác.
- Phương pháp mô hình dùng các v t li u ñ t o nên mô hình có tính ch t g n
như tính ch t c a kh i ñá ñ nh nghiên c u và rút ra nh ng k t lu n trên cơ
s thí nghi m v i các mô hình này.
Hai phương pháp sau tuy d th c hi n nhưng kém chính xác vì không th xác
ñ nh ñư c ñ y ñ tính ch t, tr ng thái c a kh i ñá và không th th hi n hoàn toàn
các tính ch t c a kh i ñá trên mô hình ñư c. Vì v y trong khi kh o sát, ñôi khi ngư i
ta hay dùng phương pháp mà có th t m g i là phương pháp tương quan, d a trên
m t quan h nh t ñ nh gi a tính ch t v t lý c a ñá và m t ñ i lư ng v t lý nào ñó (thí
d như s liên quan gi a các tính ch t c a ñá và t c ñ truy n sóng ñàn h i trong
chúng).
2.2.1. TÍNH PHONG HOÁ
Phong hoá là hi n tư ng ñá b bi n ñ i thành ph n, tr ng thái và tính ch t c a
nó dư i tác ñ ng c a khí quy n, thu quy n và sinh quy n.
2.2.1.1. Các ki u và m t c t phong hoá
Tuỳ theo các ñ c trưng bi n ñ i và các tác nhân gây ra phong hoá, ngư i ta
thư ng chia ra các ki u sau:
- Phong hoá cơ h c (hay v t lý) là quá trình phá v ñá thành các h t nh
hơn khi các ng su t sinh ra l n hơn ñ b n kéo c a ñá. Các tác nhân gây ra lo i
phong hoá này có th là do ho t ñ ng băng giá, do s k t tinh c a mu i, s thay ñ i
c a ñ m và nhi t ñ hay s d t i x y ra trong ñá.
Ho t ñ ng băng giá là m t trong nh ng quá trình phong hoá cơ h c m nh nh t.
Khi nư c ñóng băng trong kh i ñá, th tích c a chúng tăng lên (t i 9%), t o nên m t
áp l c r t l n ( – 220C, áp l c này t i 200MPa) làm ñá b n t ra, ñ y hai thành khe
n t cách xa nhau hơn.
S k t tinh c a mu i trong ñá cũng ph n nào tương t như tác d ng c a nư c
ñóng băng. Khi mu i k t tinh làm giãn n và làm gi m ñ b n c a ñá. Các mu i hoà
tan có th xâm nh p vào ñá b ng nhi u cách khác nhau. Nư c mưa và không khí ô
nhi m cũng là nh ng ngu n mu i r t l n. Mu i có th k t tinh trong các khe n t hay
trên b m t ñá làm ñá b n t n sâu thêm ho c tách thành các l p m ng.
S thay ñ i nhi t ñ gây ra s giãn n vì nhi t bên trong kh i ñá. ðá thư ng
là ña khoáng, các khoáng v t giãn n không
như nhau, làm ñá b n t n do các ng su t
nhi t ñã phá hu các m i liên k t trong ñá.
S thay ñ i ñ m c a ñá dư i d ng
ư t – khô xen k liên t c cũng làm ñá b co
giãn liên t c s làm ñ b n c a ñá gi m ñi.
Tác d ng này càng tăng lên khi k t h p v i
s thay ñ i c a nhi t ñ .
132.C¬ häc ®¸
- Cũng như m i v t li u khác, khi b tác
d ng l c, ñá b bi n d ng. Khi ñư c d t i, Hình 2.2. Kh i ñá “ð u n
ñá ñư c n ra, nhi u khi làm phá hu ñá hoàng” Yehliu b c ðài Loan.
trên các m t song song v i m t ñư c d t i,
t o nên nh ng phi n ñá m ng gi i h n b i các th n t song song v i m t ñ t. Các
phi n ñá ñã tách ra r t d b ti p t c phong hoá. Quá trình phong hóa cơ h c x y ra
liên t c dư i tác ñ ng c a các tác nhân phong hoá, t o thành nh ng bãi ñá góc c nh,
nh ng t ng ñá tròn hay nh ng kh i ñá có hình thù ñ c bi t như kh i ñá “ ð u n
hoàng” Yehliu (b c ðài Loan) t o thành t ñá cát k t vôi (hình 2.2). Hình này ñã
ñư c dùng làm logo cho H i th o khoa h c Qu c t v ñá tr m tích khu v c Châu Á
tháng XI – 1997 t i ðài B c.
- Phong hoá h c x y ra do tác d ng c a các ph n ng hoá h c gi a các
thành ph n t o nên ñá và ôxy, carbonic và nư c trong khí quy n và th ch quy n.
Khí C02 có trong khí quy n hay ñư c t o thành
do s phân hu các ch t h u cơ trong ñi u ki n
thoáng khí trong ñ t. Lư ng khí C02 này l n hơn r t
nhi u so v i n ng ñ c a nó trong khí quy n và s
ph n ng v i nư c mưa hay tuy t tan th m xu ng ñ
t o thành axít carbonic H2C03. M t khác, khi phân
hu ch t h u cơ còn làm s n sinh ra axit humic, làm
tăng lư ng các axit trong ñ t và làm gi m ñ pH c a
nó.
Ph n ng hoà tan x y ra do nư c (ch a C02, các
lo i axit…) có tính xâm th c, hoà tan các khoáng v t
d tan c a ñá:
CaC03 + H20 + C02 ⇔ Ca (HC03)2
Khi các ñá d tan như ñá vôi, ñôlomit l ra trên
m t ñ t thì quá trình hoà ta s t o thành các h c ñá l i
lõm, r ng ñá l m ch m. V i các ñá trên nhưng n m Hình 2.3. Th ch nhũ
sâu dư i ñ t thì quá trình hoà tan s t o thành các ñ ng Tiên Sơn (Vĩnh
hang ñ ng, các ñ a hình karst thư ng r t ñ p và thơ An, Vĩnh L c, Thanh Hoá)
m ng. (hình 2.3).
Ph n ng ôxy hoá x y ra do oxy t do tác d ng v i các nguyên t kim lo i
khác có trong ñá. Nh ng ñá g m các khoáng v t có ch a Fe (như pyrit, pyroxen…)
khi b ôxy hoá thư ng t o thành limonit. Quá trình bi n ñ i t pyrit (FeS2) thành
limonit (Fe203. nH20) có th th y như sau:
FeS2 + 02 + H20 → FeS04 → Fe2 (S04)3 → Fe203. nH20.
S có m t c a limonit trong ñ t ñá th hi n qua nh ng v t màu ph t nâu hay
ph t ñ .
Ph n ng thu phân thư ng th y trong các khoáng v t thu c l p silicat như
felspat. Felspat s ph n ng v i các ion H+ ñ t o thành các s n ph m hoà tan và sét
kaolinit. T m t khoáng v t n ñ nh nhi t ñ cao và áp su t l n, do tác d ng c a
C¬ häc ®¸.133
- nư c ñã b phân hu thành khoáng v t khác n ñ nh v i các ñi u ki n g n m t ñ t
hơn. Ph n ng thu phân orthoclas thành kaolinit và opal v i potat ñư c bi u di n:
K20. Al203. 6Si02+H20 +C02 → Al203. 2Si02. 2H20 + Si02. nH20 + K2C03.
Trong ph n ng trên, t orthoclas có ñ c ng 6 ñã t o thành kaolinit có ñ
c ng 1.
Ph n ng thu phân x y ra trên di n l n thư ng t o thành các m ñ t sét, ñư c
s d ng trong nhi u ngành công nghi p.
Trong ñi u ki n nóng, m, kaolinit l i b thu phân ti p thành bauxit (Al203.
mH20) và opal.
Ph n ng thu hoá x y ra khi nư c h p ph vào trong c u trúc m ng c a các
khoáng v t, t o thành các ch t ng m nư c. S h p ph nư c (hyñrat hoá) c a
anhyñrit t o thành th ch cao có th bi u di n:
CaS04 + 2H20 = CaS04 . 2H20.
Quá trình hydrat làm tăng th tích v t li u (t i 33%) và là nguyên nhân làm y u
và phá v ñá v m t cơ h c.
Trong quá trình phong hoá hoá h c, tính n ñ nh c a khoáng v t trư c các tác
nhân phong hoá ph thu c vào s khác nhau gi a các ñi u ki n trên m t (nơi x y ra
phong hoá) v i các ñi u ki n k t tinh ban ñ u. N u trong dãy ph n ng. N.L. Bowen
mô t th t k t tinh các khoáng v t trong ñi u ki n t nhi t ñ cao ñ n th p d n, thì
cũng v n v i nh ng khoáng v t y, m c ñ n ñ nh s tăng d n t các ch t k t tinh
ñ u tiên (kém n ñ nh, d phong hoá nh t) cho t i các ch t k t tinh cu i cùng ( n
ñ nh nh t, phong hoá ch m nh t). Goldich ñã l p thành sơ ñ ñ mô t tính n ñ nh
tương ñ i trong ñi u ki n phong hoá c a các khoáng v t ch y u c a ñá magma như
trong hình 2.4.
Phong hoá ch m n ñ nh nh t
Th ch anh
Muscovit
Orthoclas
(Felspat Kali)
Biotit Albit
Horblend (Felspat Natri)
Augit Anorthit
Olivin (Felspat Calci)
Phong hoá nhanh Kém n ñ nh nh t
Hình 2.4. Dãy n ñ nh Goldich.
134.C¬ häc ®¸
- Nhìn vào dãy n ñ nh có th th y
th ch anh là khoáng v t k t tinh cu i cùng
t magma thì n ñ nh nh t trong môi
trư ng phong hoá, th c t coi như không
tan. ði u này gi i thích s ph bi n c a
th ch anh trong các ñá tr m tích. Các
khoáng v t felspat d b phong hoá, l ng
ñ ng l i thành bùn và khi b nén ch t, g n
k t l i thành ñá phi n.
Phong hoá sinh v t là quá trình sinh
v t (ñ ng v t và th c v t) tham gia vào
vi c làm thay ñ i tr ng thái hay phá v ,
làm n t n kh i ñá do các tác ñ ng cơ h c
và hoá h c. Tác ñ ng cơ h c ch y u là
do r cây m c chèn vào trong các khe n t
và th n t c a ñá r i l n d n lên. Áp l c
c a các r l n có th làm n t, tách ch các
kh i ñá, thúc ñ y các quá trình phong hoá
khác. Trên hình 2.5 th y rõ tác d ng
phong hoá c a sinh v t ñ i v i các
kh i ñá.
Các ki u phong hoá thư ng ñ ng
th i x y ra và m t vùng c th ch y u
do y u t khí h u quy t ñ nh. nh hư ng Hình 2.5. R cây làm n t kh i ñá
c a khí h u ñ n các ki u phong hoá có Thích Ca Ph t ñài (Vũng Tàu).
th th y qua hình 2.6.
Dư i tác ñ ng c a các tác nhân
phong hoá, quá trình phong hoá c a m t
kh i ñá gi m d n khi càng ñi sâu vào
trong kh i ñá, t o nên s s p x p các v t
li u b phong hóa c c m nh ph n m t
ñ t t i các v t li u ít b phong hoá và ñá
tươi hơn hay chưa b phong hoá t i các ñ
sâu l n hơn, và như v y s t o nên các
ñ i ñ t ñá khác nhau v tr ng thái, tính
ch t khi ñi t ngoài vào trong m t kh i
ñá. M t c t phong hoá s bi u hi n quá
trình thay ñ i tính ch t, tr ng thái c a ñ t
ñá khi b phong hoá. Thư ng thì m t m t
c t phong hoá có th chia làm 3 vùng
Hình 2.6. nh hư ng c a khí h u ñ n
chính.
các ki u phong hoá.
Vùng ñ t tàn dư g m các h t ñ t
ñư c t o thành do ñá ñã b phong hoá
C¬ häc ®¸.135
nguon tai.lieu . vn
