MẪU ĐÁ VÀ KHỐI ĐÁ
1. Các tính chất cơ lý của mẫu đá
l Các tính chất vật lý:
¡ Đối với đá chỉ quan tâm đến các chỉ tiêu vật lý sau:
l Độ ẩm
l Khối lượng thể tích tự nhiên l Khối lượng thể tích bão hoà l Khối lượng riêng
¡ Định nghĩa về các tính chất này cũng giống như đối với đất
l Các tính chất cơ học
¡ Các chỉ tiêu về cường độ:
l Cường độ kháng nén Rn l Cường độ kháng kéo Rk l Cường độ kháng cắt Rc
Các chỉ tiêu này được xác định ở 2 trạng thái:
l Trạng thái tự nhiên l Trạng thái bão hoà
¡ Các chỉ tiêu về biến dạng
l Mô đun nén mọi phía σm.ph l Mô đun trượt G
Cường độ kháng nén
l Cường độ kháng nén là tỷ số giữa tải trọng giới hạn gây phá huỷ mẫu và diện tích ban đầu của mẫu:
l Giá trị Pgh xem trên biểu đồ thí nghiệm
) /
;
(Mpa kG cm2 F
Rn = Pgh Pgh
0 5 10 15 20 25
0 5 10 15 20
Biến dạng mẫu ∆l
Áp lực nén P
Cường độ kháng kéo
l Là đại lượng đặc trưng cho khả năng tiếp nhận ứng suất kéo đứt của một đơn vị diện tích tiết diện chịu kéo, Mpa hoặc kG/cm2
l Thí nghiệm xác định cường độ kháng kéo rất phức tạp phụ thuộc vào việc gia công mẫu và thiết bị kéo và vì vậy, công thức tính cũng rất khác nhau. Công thức cơ bản là:
trong đó, P là tải trọng lớn nhất gây phá huỷ mẫu, F là diện tích mặt phá huỷ, k là hệ số phụ thuộc vào phương pháp thí nghiệm
F k P Rk =
Cường độ kháng cắt
l Cường độ kháng cắt của đá là khả năng chống lại lực cắt, về giá trị chính bằng ứng suất tiếp tại thời điểm đá bị phá hoại. Đơn vị đo là kG/cm2, Mpa
l Cường độ kháng cắt được đặc trưng bởi hai đại lượng là lực dính c và góc ma sát trong ϕ liên hệ với nhau theo biểu thức:
l Sơ đồ thí nghiệm cắt phẳng xem trong hình vẽ
c tg +
= σ ϕ τ
α τ 2 max cos
F P F
P = α =
σ 1 max sin F
P F
P =
=
Các chỉ tiêu về biến dạng
l Biến dạng của đá là sự biến đổi vị trí tương hỗ của các yếu tố cấu tạo đá dưới tác dụng của ngoại lực dẫn đến thay đổi hình dạng kết cấu và đôi khi cả thể tích đá
l Về bản chất có 2 loại biến dạng:
¡ Biến dạng thuận nghịch (đàn hồi, đàn hồi- nhớt)
¡ Biến dạng không thuận nghịch (dẻo dư, nhớt dẻo)
l Các chỉ tiêu biến dạng gồm có:
¡ Mô đun biến dạng đàn hồi E
¡ Mô đun tổng biến dạng E0
Ă Hệ số biến dạng ngang (hệ số Poisson) à
¡ Mô dun nén thể tích (còn gọi là mô đun nén mọi phía) Km.ph
¡ Mô đun trượt G
Các chỉ tiêu trên được tính như sau:
trong đó σ, σ’, σm.ph lần lựot là ứng suất gây biến dạng đàn hồi, biến dạng tổng và biến dạng thể tích; εz,ε’z - biến dạng tương đối tương ứng;
z
E ε
= σ 0 '' z
E ε
= σ
z
εx
à = ε
V Km ph V
ph m
= . ∆ σ .
(1 2à)
. = 3 −E
Km ph
( + à)
= 2 1 G E
2. Các chỉ tiêu cơ lý của khối đá
l Khối đá khác với mẫu đá kích thước nhỏ do các nguyên nhân:
¡ Không đồng nhất về thành phần khoáng vật, thạch học
¡ Có những hệ thống kẽ nứt khác nhau
¡ Có tính phân lớp, phân phiến
¡ Có trường ứng suất nguyên sinh khác nhau
l Vì vậy, để thiết kế xây dựng cần sử dụng tính chất của khối đá chứ không phải của mẫu đá
l Tính chất cơ lý của khối đá có thể được xác định bằng cách:
¡ Thí nghiệm địa cơ học hiện trường:
l Thí nghiệm cắt khối đá
l Thí nghiệm cắt tiếp xúc bê tông-nền đá
¡ Chuyển đổi từ kết quả thí nghiệm mẫu đá theo công thức kinh nghiệm
¡ Xác định theo Hoek-Brown (chương trình Rocklab)
l Cần có các thông số đầu vào:
- Cường độ kháng nén một trục của mẫu đá - Chỉ số bền địa chất GSI = RMR 89 –5
- Hằng số mi đặc trưng cho từng loại đá - Hệ số phá huỷ do nổ mìn D.
Yêu cầu khi học
l Các tính chất vật lý, cơ học của mẫu đá, hiểu được bản chất của từng tính chất, công thức tính, đơn vị đo
l Nguyên nhân gây ra sự khác nhau giữa tính chất của mẫu đá và khối đá
l Các cách xác định tính chất cơ học của khối đá
⁄ 4.7 CÁC HỆ THỐNG KẼ NỨT TRONG ĐÁ VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHÚNG
Nội dung