Độ bền cắt của khe nứt

Sự tồn tại các khe nứt trong khối đá làm thay đổi tính chất của nó và ảnh hưởng rất nhiều đến khả năng chịu lực và tính thấm nước của khối đá gây bất lợi cho việc xây dựng công trình. Khi đánh giá khối đá phục vụ xây dựng, ngoài việc nghiên cứu cường độ của đá liền khối hay mẫu đá, việc đánh giá cường độ khe nứt trong khối đá cũng rất quan trọng. Đặc biệt khi khối đá đang xét nằm trong điều kiện ứng suất nhỏ, phá hoại của khối đá chủ yếu bị chi phối bởi phá hoại trượt dọc các khe nứt.  Như vậy, việc nghiên cứu đánh giá cường độ khe nứt rất cần thiết trong khảo sát địa chất phục vụ xây dựng công trình.

Độ bền kháng cắt của khe nứt có thể được xác định bằng thí nghiệm hoặc dự đoán theo kinh nghiệm. Trong thực tế có thể thí nghiệm cả ở trong phòng hoặc tại hiện trường. Thí nghiệm cắt trực tiếp thường được dùng nhiều nhất để xác định cường độ khe nứt ở trong phòng.

Trong thực tế, các khe nứt tự nhiên trong đá không bằng phẳng. Bề mặt khe nứt luôn gồ ghề, nhấp nhô và có độ nhám nhất định. Trong khe nứt có thể tồn tại vật liệu lấp nhét giữa 2 thành của khe nứt. Vật liệu lấp nhét cũng đóng vai trò rất quan trọng đối với đặc tính cơ học của khe nứt. Khi bề dầy lớp lấp nhét trong khe nứt đủ lớn, tính chất của vật liệu  lấp nhét đóng vai trò chủ yếu trong đặc tính cơ học của khe nứt. Trong phạm vi bài viết này, đặc điểm cơ học của khe nứt được xét ở hai trường hợp. Trường hợp 1, chỉ xét những khe nứt không có vật liệu lấp nhét. Trường hợp 2, xét khe nứt khi bị lấp nhét bởi các vật liệu phong hóa.

Độ bền cắt của khe nứt không có vật liệu lấp nhét

Với các khe nứt này, độ gồ ghề hay độ nhám và cường độ của thành khe nứt là 2 yếu tố quan trọng nhất đối với đặc tính cơ học của chúng. Độ bền kháng cắt của khe nứt là kết hợp của ma sát cơ sở của vật liệu đá với cường độ do phần gồ ghề gây ra. Thông thường, độ nhám bề mặt làm tăng cường độ kháng cắt của khe nứt. Khi có trượt dọc theo khe nứt, sẽ xảy ra đồng thời hai quá trình: trượt theo bề mặt gồ ghề dẫn đến giãn nở làm tăng thể tích và phá hoại bề mặt gồ ghề. Khi áp lực pháp tuyến không đủ lớn thì khi trượt phần bề phía trên của khe nứt sẽ bị nâng lên và quá trình trượt chiếm ưu thế. Khi áp lực pháp tuyến đáng kể, bề mặt khe nứt bị phá vỡ, đặc điểm kháng cắt của khe nứt có dạng giống của vật liệu đá liền khối hơn.

...........còn tiếp..............

Độ bền cắt của khe nứt có vật liệu lấp nhét

Trong thực tế, trong các khe nứt thường tồn tại các vật liệu lấp nhét. Vật liệu lấp nhét này có thể hình thành tại chỗ  bởi cà nát kiến tạo, phá hoại trượt hoặc do phong hóa từ bản thân đá ở thành khe nứt. Bên cạnh đó, cũng có thể có trường hợp các vật liệu lấp nhét được đưa đến từ nơi khác như các sản phẩm hòa tan được vận chuyển tới khe nứt bởi nước dưới đất hay các vật liệu phong hóa từ bề mặt.

Khi trong khe nứt tồn tại vật liệu lấp nhét, phần vật liệu này sẽ có ảnh hưởng đáng kể tới cường độ kháng cắt của khe nứt. Sự có mặt của vật liệu lấp nhét sẽ làm giảm tiếp xúc giữa đá với đá hai bên thành khe nứt. Mức độ ảnh hưởng của vật liệu lấp nhét khe nứt tới cường độ của khe nứt phụ thuộc vào bề dày lớp lấp nhét, mức độ gồ ghề của khe nứt và tính chất của bản thân vật liệu lớp lấp nhét đó.

Theo Papaliangas (1993), vật liệu lấp nhét khe nứt làm giảm cường độ khe nứt theo 3 hình thức:

-          vật liệu lấp nhét làm giảm độ nhám và độ gồ ghề của khe nứt

-          ma sát trong khe nứt bị thay đổi do có các hạt vật liệu lấp nhét có thể chuyển động lăn

-          vật liệu lớp nhét làm giảm góc nâng khi cắt, tỷ số giữa bề dày mạch lấp nhét và biên độ gồ ghề càng lớn thì góc nâng khi cắt càng giảm.

Bề dày của lớp vật liệu lấp nhét càng tăng thì độ bền kháng cắt của khe nứt càng giảm. Với các bề mặt khe nứt phẳng như các mặt phân lớp ở đá trầm tích, một lớp sét mỏng sẽ làm giảm sức chống cắt một cách đáng kể. Đối với khe nứt gồ ghề, khi bề dày mạch lấp nhét lớn hơn biên độ gồ ghề của khe nứt thì sức chống cắt của khe nứt sẽ là sức chống cắt của bản thân vật liệu lấp nhét. 

...........còn tiếp..............

bận ăn tết, viết sau