Biến dạng theo thời gian của nền đá

Khi xét tính biến dạng của vật liệu đá theo thời gian, cần xác định bản chất của biến dạng theo thời gian. Dựa trên cơ chế và nguyên nhân của quá trình biến dạng, có 3 kiểu biến dạng theo thời gian. Đó là biến dạng cố kết, biến dạng trương nở/co ngót và biến dạng từ biến.

Biến dạng cố kết:
Thường nói tới biến dạng cố kết, người ta hay nghĩ tới đất yếu. Tuy nhiên, với khối đá cũng không phải ngoại lệ, khi mà trong khối đá có chứa các khe nứt, đới yếu hay đới phá hoại cắt có chứa các mạch vật liệu đất có tính lún cố kết. Những trường hợp đá trầm tích như sét kết, đá bùn cũng có khả năng xảy ra biến dạng cố kết ở điều kiện ứng suất lớn.

Biến dạng trương nở/co ngót:
Đây là biến dạng xảy ra khi đá chứa các khoáng vật có tính trương nở như montmorillonite và anhydrite. Các khoáng vật này sẽ làm đá tăng thể tích khi tiếp xúc với nước hoặc co lại khi khô đi.

Biến dạng từ biến.
Từ biến là quá trình khối đá tiếp tục biến dạng theo thời gian dưới tác dụng của ứng suất. Có 2 cơ chế xảy ra từ biến ở khối đá, đó là chảy khối và hình thành các vi khe nứt. Chảy khối thường chỉ xảy ra với các đá hình thành do bốc hơi như đá muối. Cơ chế hình thành các vi khe nứt xảy ra với hầu hết các loại đá. Từ biến thường xảy ra trong điều kiện phạm vi ứng suất gây hình thành các khe nứt không ổn định, thường vào khoảng ít nhất 50% giá trị độ bền kháng nén 1 trục không nở hông của đá. Trong thực tế, ứng suất do tải trọng công trình gây ra thường ở dưới mức này, nên từ biến thường không phải là vấn đề đối với các công trình thông thường. Đối với các công trình lớn hoặc các công trình ở nền đá yếu thì khả năng xảy ra từ biến cao.

Khi xét bài toán biến dạng hay lún theo thời gian, với mỗi kiểu biến dạng như trên sẽ có các cách riêng để đánh giá, tính toán. Bài này chỉ giới thiệu các kiểu biến dạng theo thời gian của nền đá. Về việc xác định các tính chất để dự báo lún hay biến dạng của khối đá thì từ từ sẽ nói sau.