ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI


TIỂU LUẬN
MÔN: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH
ĐỀ BÀI
TÍNH CHẤT CƠ LÝ CHỦ YẾU CỦA ĐÁ

Giảng viên: PGS.TSKH Trần Mạnh Liểu
Sinh viên: Ngô Hồng Huế
Lớp: K59 – Kỹ thuật địa chất
MSV: 14000317
Ngày sinh : 18/11/1996

Hà Nội, ngày 04 tháng 11 năm 2016


LỜI MỞ ĐẦU
Tính chất cơ lý của đất đá là những tính chất quan trọng quyết định trạng thái vật
lí, quan hệ của đất đá với nước, độ bền của đá , sự biến dạng của đá trong các quá
trình địa chất. Việc biểu diễn và đánh giá tính chất cơ lý của đá được tiến hành
theo các khía cạnh khác nhau, dựa vào các đặc trưng riêng của từng đối tượng đất
đá. Theo các kết quả nghiên cứu và đánh giá thì về cơ bản những tính chất cơ lý
của đá được chia thành các dạng bao gồm : tính vật lý, tính cơ học và thủy tính.
Việc nghiên cứu từ tổng quát đến chi tiết những tính chất cơ lý của đá không chỉ
có ý nghĩa về địa chất mà còn có ý nghĩa lớn trong việc xây dựng các công trình.
Các tính chất cơ lý của đá sẽ phản ánh sự biến đổi mà đất đá phải trải qua trong
suốt một thời kì dài của các quá trình địa chất liên quan như phong hóa, biến chất,
nén ép trọng lực,địa hóa…. Qua đó cho thấy độ bền , yếu và khả năng sử dụng của
đất đá cho các công trình là như thế nào.Đây chính là một trong những ứng dụng

thực tế nhất của việc nghiên cứu đất đá . Tuy nhiên , để nghiên cứu được, ta phải
hiểu rõ nó ra sao, như thế nào, bản chất của đất đá là gì để có những nhận định
chính xác nhất về nó. Bài tiểu luận sau đây dựa vào kiến thức của bản thân, e xin
đưa ra những ý hiểu biết của mình về những tính chất cơ lý của đá và ý nghĩa của
chúng.


Các tính chất cơ lý của đá là một tập hợp bao gồm nhiều tính chất nhỏ, có
những đặc trưng riêng biệt. Thậm chí, đôi khi cùng là một tính chất , song trong
những loại đất đá khác nhau nó lại được biểu hiện và có những đặc tính riêng . Bởi
vậy, người ta đã xét các tính chất này theo những khía cạnh và sắp xếp thành
những nhóm chung nhất để dễ theo dõi hơn .
I.

Tính chất vật lý :
Tính chất vật lý là đặc trưng cho trạng thái vật lý của đất đá trong điều kiện thế
nằm tự nhiên hoặc ở các bãi thải, nền đường đắp, đê đắp và các công trình khác.
Các số liệu của tính chất vật lý cũng được sử dụng như một điểm mốc để đánh giá
định tính về độ bền và sự ổn định của đá trước các biến đổi địa chất tự nhiên hay
các áp lực nhân tạo.
Những tính chất vật lý quan trọng nhất của đá có thể kể đến như là khối lượng
riêng, khối lượng thể tích, độ rỗng, độ ẩm…. Các tính chất này luôn phụ thuộc qua
lại vào nhau và nói chung đều thể hiện trong trạng thái tự nhiên của đá. Nhờ
những yếu tố này mà qua đó ta đánh giá được một cách sơ bộ hoặc định mức
chung nhất được bản chất của đá (là dạng đá cứng hay mềm, độ bền yếu, khả năng
chịu đựng trong công trình… ) và ứng dụng trực tiếp vào trong xây dựng. Do vậy,
việc nghiên cứu tính chất của đất đá thường được tiến hành liên tục và chi tiết.
1. Khối lượng riêng và khối lượng thể tích
Khối lương riêng của đá là khối lượng của một đơn vị thể tích phần cứng- cốt
của nó .Về phương diện số học, khối lượng riêng bằng tỉ số giữa khối lượng phần

cứng với thể tích của nó. Các đá khác nhau sẽ có khối lượng riêng không giống
nhau.
Khối lượng thể tích là khối lượng của một đơn vị thể tích đá có kết cấu và độ
ẩm tự nhiên.
Khối lượng riêng và khối lượng thể tích của đá phụ thuộc vào thành phần tạo đá,
bản chất của đá là chủ yếu. Khối lượng riêng của khoáng vật có sự biến đổi trong
khoảng giới hạn tương đối hẹp và hạn chế , tuyệt đại bộ phận là từ 2.60 đến 2.75
g/cm3. Ngoài ra, nó còn phụ thuộc vào các thành phần tạp chất có lẫn trong đá,
song không đáng kể. Trong các nhóm đá khác nhau , quy luật biến đổi về khối
lượng riêng của đá cũng là khác nhau.
Hai tính chất kể trên của đá là hai tính chất cơ bản và khá điển hình của tính vật
lý, nó có tính đặc trưng riêng cho từng loại đá khác nhau. Nếu phân loại đá theo


tổng quát thì đá được chia thành đá cứng ( đá magma, trầm tích , biến chất ) và đá
mềm ( là các đá đã trải qua qua trình phong hóa, bóc tách) thì xét về khối lượng
riêng , nhóm đá cứng sẽ chiếm ưu thế hơn so với đá mềm. Vì có khối lượng riêng
và khối lượng thể tích lớn hơn nên độ bền chắc, đặc sít của đá cứng cũng là cao
hơn hẳn. Do đó ,xét khái quát thì ứng dụng trong xây dựng công trình , người ta sử
dụng các loại đá thuộc nhóm đá cứng để làm nền cho công trình xây dựng . Còn
với đá mềm do có trải qua quá trình phong hóa , bản chất đá thay đổi, độ bền chắc
kém nên không được sử dụng vì không đảm bảo chất lượng công trình.Ngoài ra,
khối lượng thể tích của đá là một trong những đặc trưng quan trọng nhất về trạng
thái vật lý của đá, vì nó còn có mối liên quan đến độ rỗng và độ ẩm trong đá. Đá
càng có khối lượng thể tích bé thì độ rỗng và độ rỗng càng lớn, độ bền càng bé.
Chính vì vậy, khối lượng riêng và khối lượng thể tích của đá là chỉ tiêu của mức
độ ném chặt đá, do đó cũng được sử dụng trong việc phân chia các hệ tầng, phức
hệ, thành hệ có các độ tuổi khác nhau và so sánh mặt cắt. Hoặc cũng được sử dụng
như chỉ tiêu về những biến đổi thứ sinh của đá dưới nhiều tác dụng tự nhiên và
nhân tạo. Tuy nhiên , ứng dụng thực tế nhất của chỉ tiêu về khối lượng riêng và thể

tích là dùng trong đáng giá đất đá và chất lượng cho công trình xây dựng địa chất.
2. Lỗ rỗng và độ rỗng của đá
Vào thời gian hình thành , một số đá có chứa các khoảng rỗng , trong khi một số
đá thì đặc sít. Các đá tồn tại gần mặt đất thì không hoàn toàn đặc. Các quá trình
phong hóa vật lý và hóa học liên tục làm phân hủy là làm vỡ vụn đá, vì thế tạo ra
các lỗ rỗng ( thường là đối với đá magma hoặc biến chất ). Còn với đá trầm tích, vì
quá trình hình thành là do sự vận chuyển sau đó là lắng đọng và gắn kết vật liệu
trầm tích nên các đá này thường không đặc sít và có nhiều lỗ hổng hơn so với các
loại đá khác.
Theo định nghĩa, khoảng trống giữa những hạt khoáng vật, hay các mảnh vụn
vật liệu rắn ( đối với đá trầm tích là chủ yếu) trong đá được gọi là lỗ rỗng. Tùy
theo điều kiện thành tạo, lỗ rỗng có những kích thước khác nhau như lỗ rỗng mao
dẫn hay cận mao dẫn, mà còn khác nhau cả về hình dạng và sự tương quan với
môi trường xung quanh nó. Hình dạng lỗ rỗng thường là bầu dục, tổ ong, bọt xốp,
méo mó, góc cạnh, khe hở….Lỗ rỗng có thể hở, thông thương với nhau hoặc kín
và không liên quan mật thiết với nhau
Độ rỗng của đá được tính bằng phần trăm các lỗ rỗng có trong nó( n ). Căn cứ
vào độ rỗng của đá, người ta chia đá thành ba nhóm gồm :
 Đá có độ rỗng thấp với n < 5%
 Đá có độ rỗng trung bình n= 5-20 %


 Đá có độ rỗng cao n >20 %
Đại bộ phận đá cứng có độ rỗng thấp còn đá nửa cứng thì thông thường là rỗng
vừa, một vài loại thì độ rỗng tương đối cao.
Theo thời gian thành tạo, độ rỗng của đá có thể là độ rỗng nguyên sinh hoặc thứ
sinh( đồng sinh ) và thứ sinh ( hậu sinh ). Độ rỗng nguyên sinh phát sinh trong quá
trình thành tạo đá. Ví dụ như với đá magma, khi xảy ra sự nguội lạnh, tinh và tái
kết tinh lại khối magma nóng chảy sẽ phát sinh ra nhiều lỗ rỗng nhỏ giữa các mặt
tinh thể của khoáng vật do sự thoát hơi và khí, xuất hiện các khe nứt trong tinh thể

và trong đá nói chung. Với đá biến chất, độ rỗng hình thành trong khi kết tinh và
tái kết tinh đá nguyên sinh do thành tạo những khe nứt nhỏ. Ở đá trầm tích, độ
rỗng được hình thành trong quá trình tích tụ trầm tích và biến chất đá. Độ rỗng
được phát triển ở khoảng trống giữa các mảnh tinh thể, khoáng vật, các mảnh vụn
rắn, cũng như những chỗ xảy ra kết tinh và tái gắn kết không hoàn toàn trong quá
trình biến chất đá. Độ rỗng trong đá trầm tích cũng có thể phát sinh do xuất hiện vi
khe nứt trong quá trình thoát hơi nước khỏi trầm tích và một số quá trình khác
song với cường độ không đáng kể.
Độ rỗng thứ sinh hình thành trong khi tái tạo đá ở vỏ Trái Đất do hiện tượng tái
kết tinh các yếu tố cấu tạo đá, phân giải một số khoáng vật và di tích hữu cơ, hòa
tan và rửa lũa toàn bộ hoặc từng phần các khoáng vật và tổ hợp lại nó, hòa tan và
rửa lũa xi măng và thành tạo vi khe nứt kín, khi nén chặt trọng lực, mât nước, hoặc
do hiện tượng khử nén, tác dụng của lực kiến tạo. Đối với quá trình biến đổi hậu
sinh, tùy thuộc vào từng điều kiện mà có sự biến đổi độ rỗng theo những quy luật
khác nhau. Tức là ở điều kiện nào đó, mật độ độ rỗng sẽ tăng dần hoặc ngược lại
sẽ bị giảm đi tương ứng. Đối với đá trầm tích thì quy luật chung nhất là sự giảm
độ rỗng theo chiều sâu, theo sự tăng tuổi của đá, đồng thời phụ thuộc vào cả thế
nằm của đá trong phạm vi kiến trúc hoặc đới đá nào đó.
Độ rỗng của các đá trầm tích bao gồm các khoảng rỗng ở giữa các mảnh vụn
rắn. Các mảnh vụn được sắp xếp với nhau theo trình tự và quy luật khác nhau, tạo
nên sự đa đạng cho độ rỗng trong đá. Độ rỗng trong đá trầm tích phụ thuộc vào
kích thước và hình dạng của hạt. Nếu trầm tích là một hỗn hợp các hạt thì độ rỗng
sẽ giảm đi. Vì các hạt nhỏ hơn có thể lấp đầy khoảng trống giữa các hạt lớn hơn.
Phạm vi các cỡ hạt càng rộng thì độ rỗng tạo ra càng nhỏ. Ngoài ra là với hình
dạng các hạt , khi các hạt tròn cạnh sẽ xếp chồng kín và tạo độ rỗng nhỏ hơn so
với các hạt có hình dạng khác ( que, đĩa, tấm… ). Sự định hướng của các hạt cũng
ảnh hưởng đến sự sắp xếp chúng trong không gian tạo độ rỗng trong đá.
Đá magma và đá biến chât điển hình được coi là có độ rỗng thấp vì chúng được
hình thành do các tinh thể cài móc vào nhau tương đối chặt và kín. Đá nằm ở sâu
chịu áp suất lớn do trọng lượng của các vật liệu ở trên , gây các vết nứt gãy và đứt



gãy. Khi đó, độ rỗng do nứt nẻ sẽ tập trung trong đá dọc theo các nhóm khe nứt và
là một hàm của chiều rộng khe nứt.
Các lỗ rỗng trong đá chứa và cho nước ngầm đi qua, đồng thời vận chuyển các
hạt khoáng vật hay các dung dịch đi qua. Trong nghiên cứu địa chất thủy văn và
địa chất dầu mỏ, khi nghiên cứu tính chất tập trung nước và dầu của đá và khả
năng vận động các chất , lỏng, khí trong đá người ta phân ra lỗ rỗng có hiệu quả và
không có hiệu quả. Lỗ rộng có hiệu quả tạo nên độ rỗng có hiệu quả của đá, tức là
phần thể tích rỗng mà dưới áp lực nhất định các chất lỏng, khí có thể đi qua và
ngược lại với lỗ rỗng không có hiệu quả.
Nghiên cứu độ rỗng có ý nghĩa to lớn trong việc đánh giá đá về phương diện địa
chất công trình. Độ rỗng quyết định mật độ, độ bền, độ biến dạng, độ chứa ẩm của
đá và ảnh hưởng đến độ thấm nước, sức chống phong hóa, sức chống băng giá, độ
chống địa chấn và nhiều tính chất có ý nghĩa thực tiễn khác. Độ rỗng của đá càng
cao bao nhiêu, thì mật độ, độ bền càng bé, độ biến dạng và độ chứa ẩm càng lớn,
nhưng độ ngấm nước càng bé bấy nhiêu. Việc độ rỗng càng cao thì độ ngấm nước
có vẻ nghịch lý song thực tế là như vậy. Bởi vì độ ngấm nước của đá được quyết
định không phải do tổng độ rỗng của nó, mà là do kích thước chỗ trống và khe nứt,
nói cách khác đi là do độ rỗng hiệu quả. Độ rỗng làm giảm sức chống phong hóa
và sức chống băng giá của đá. Bên cạnh việc làm giảm mật độ , độ rỗng cũng tăng
cao khả năng hấp thụ năng lượng các chuyển động dao động khi có sóng địa chấn
truyền qua đá và chính thế mà làm giảm sức chống động đất của nó. Qua nghiên
cứu tính chất của độ rỗng việc ứng dụng vào xây dựng là kết quả thực tế nhất. Từ
đó, việc lựa chọn đá cho công trình xây dựng càng cần có sự cẩn trọng hơn đảm
bảo chất lượng cho công trình.
3. Độ ẩm
Trạng thái vật lý và nhiều tính chât của đá phụ thuộc nhiều vào độ ẩm của nó.
Độ ẩm đá là tỉ số giữa khối lượng nước lấp đầy các lỗ rỗng và khối lượng đá khô.
Độ ẩm được xác định ở các mẫu đá tự nhiên được gọi là độ ẩm tự nhiên. Đá cứng

có độ rỗng thấp, nên độ ẩm tự nhiên của nó cũng bé. Độ ẩm tự nhiên của đá cứng
biến đổi từ phần ngàn đến phần trăm .Vì vậy khi nghiên cứu đá cứng, người ta
thường bỏ qua và không xác định độ ẩm tự nhiên của nó. Đá nửa cứng,độ ẩm tự
nhiên đạt khoảng 15-20% hoặc lớn hơn. Độ ẩm của đá càng cao thì khối lượng thể
tích càng lớn. Độ ẩm tự nhiên có mối quan hệ và ảnh hưởng lớn đến trạng thái vật
lý và nhiều tính chất cơ bản của đá. Độ ẩm ảnh hưởng đến độ bền, độ chống phong
hóa, chống địa chấn, độ co ngót…. Đá có độ ẩm càng cao, thì khả năng chống lại
các ảnh hưởng từ bên ngoài của đá càng thấp và hạn chế. Đá có độ ẩm càng cao,
càng kém bền và sức chịu áp lực càng yếu và không có độ cứng lớn mà chỉ ở mức
tương đối hoặc thấp.


 Như vậy, với những đặc trưng cơ bản của tính chất vật lý của đá thì đã cho ta
thấy những ứng dụng cơ bản của nó trong thực tế là sử dụng trong lựa chọn các
vật liệu đá trong xây dưng công trình. Ngoài ra, đối với lĩnh vực địa chất, các
tính chất trên cũng giúp ta có một cái nhìn tổng quát nhất hoặc phân loại một
cách tương đối các nhóm đá. Chính vì vậy, việc nghiên cứu các tính chất trên
phải được thực hiện liên tục,nghiêm túc, chi tiết và hiệu quả nhất để phục vụ
cho thực tế và nghiên cứu khoa học lâu dài.
II.

Thủy tính của đá( tính chất đối với nước)
Thủy tính được biểu hiện trong mối quan hệ của đá với nước, tức là khả năng
biến đổi trạng thái, độ bền và độ ổn định khi tác dụng qua lại với nước, khả
năng hấp thụ, giữ lại hoặc thấm nước. Biết được thủy tính của đá, có thể dự
báo sự biến đổi độ bền và các tính chất khác của chúng, cũng như sự phát triển
của bất cứ một quá trình địa chất nào. Một số chỉ tiêu thủy tính của đá được sử
dụng trực tiếp trong nhiều tính toán công trình khác nhau như tính lượng nước
thấm đi, lượng nước chảy vào hố móng xây dựng và các công trình tập trung
nước, tính các tham số của thiết bị hạ thấp mực nước, đánh giá khả năng phát

triển của quá trình xói ngầm. Thủy tính quan trọng nhất của đá là độ ổn định
đối với nước, độ chứa ẩm và độ ngấm nước.
1. Độ ổn định với nước
Độ ổn định với nước (độ chịu nước) của đá được đặc trưng bởi độ hóa
mềm. Bất cứ một loại đá nào khi đạt sự bão hòa về nước ( các lỗ rỗng được
lấp đầy bởi nước) đều bị hóa mềm và giảm độ bền ban đầu của nó. Độ hóa
mềm là tỉ số giữa sức chống nén tức thời của mẫu đá sau khi bão hòa nước
và độ bền chống nén tức thời trước khi bão hòa.
Đối với đá cứng, hệ số hóa mềm thường không thấp hơn 0.9 , ở đá có độ
chịu nước thấp thì bằng 0.7-0.8. Các loại đá nửa cứng như đá vôi, cát kết,
sét… hệ số hóa mềm không lớn hơn 0.5. Khi bão hòa,một số đá sẽ bị tách
thành các lớp, phân lớp hoặc các mảnh vụn vật liệu tạo đá…. Với những đá
như vậy, người ta coi hệ số hóa mềm là không và chúng thực tế không chịu
được với nước. Ngoài ra còn có hiện tượng hóa mềm là do khi bão hòa với
nước, đá chịu tác dụng của cột nước mạnh, cột nước này gây ra ứng suất
bên trong làm đá bị giảm độ bền cơ học. Hơi nước xâm nhập vào làm phá
hủy các lỗ rỗng, vi khe nứt , chèn các màng mỏng là phá hủy đá, phân tách
đá ở cường độ mạnh. Sự giảm độ bền của đá sau khi bão hòa là đặc trưng
và được quan sát ở tất cả các loại đá . Với đá có độ rỗng càng thấp thì độ ổn
định với nước càng lớn. Với đá magma và đá biến chất thì độ chịu nước
của nó là cao do độ rỗng thấp , chặt sít, khả năng chứa nước để nước tác


động vào đá là nhỏ. Với đá trầm tích , phần lớn đá khi bị ẩm ướt hoặc bão
hòa về nước với độ rỗng cao có khả năng thay đổi thể tích của đá trong một
chừng mực nhất định. Do bị ẩm ướt không đồng đều, sự thay đổi thể tích ở
phần ngoài và phần trong là không giống nhau. Vì vậy trong đá phát sinh
ứng suất có tác dụng mở rộng các khe nứt hiện có, tạo nên các vi khe nứt
mới và kết quả là độ bền của đá bị giảm. Đồng thời, do đá trầm tích được
thành tạo theo kiến trúc phân lớp là chủ yếu nên ngay từ ban đầu, độ bền cơ

học của đá là đã hạn chế hơn và dễ chịu ảnh hưởng của các tác nhân nên
khả năng chịu bền với nước của đá trầm tích lại càng kém.
Ngoài ra, với nhiều loại đá nửa cứng thì dấu hiệu đặc trưng và riêng biệt
về độ chịu nước của chúng, tức là khả năng bảo tồn trạng thái và độ bền khi
thay đổi chế độ ẩm, là khuynh hướng ngót khô khi thông khí ( khuynh
hướng giảm thể tích khi phơi khô ngoài không khí). Hiện tượng ngót khô
gây nên ứng suất bên trong đá và hậu quả là sự phá hủy đá- nứt nẻ, tách
lớp, bóc vỏ… Những hiện tượng như vậy thường rất hay thấy khi khai đào
đường hào, hố móng, công trình khai đào ngầm, khi lấy mẫu đá từ trong hố
khoan lên mặt đất…
Độ ổn định với nước của đá được coi như một chỉ tiêu để đo độ bền của
đá sử dựng theo thời gian dài nếu chịu phải những tác động từ bên ngoài,
đặc biệt là đối với nước hoặc cho các công trình có liên quan tới nước hay
vấn đề nước ngầm. Nó được quan tâm trong cả lĩnh vực địa chất nói chung
và địa chất thủy văn , địa chất công trình nói riêng và các ứng dụng trong
thực tế cuộc sống.
2. Độ chứa ẩm
Độ chứa ẩm của đá là khả năng hấp thụ và giữ lại một lượng nước nhất
định ở trong đá. Đá cứng thì không chứa ẩm, đá nửa cứng thì ít chứa ẩm và
chỉ một vài loại trong đó có độ chứa ẩm ở mức trung bình. Tuy khả năng
chứa ẩm của đá là không cao và tương đối hạn chế song qua nó, vẫn cho
phép ta suy đoán được độ rỗng của đá( độ rỗng hở, độ rỗng bão hòa), độ
hóa mềm và chủ yếu là độ chống băng giá của đá.
Khi để đá có chứa ẩm trong trạng thái đóng băng, lượng nước có trong đó
bị đóng băng lại, làm thể tích của nước tăng và gây ra áp lực lên thành và
các vách khe nứt và lỗ rỗng. Khi áp lực này vượt xa độ bền chống kéo của
đá, thậm chí cả đá có độ bền cao sẽ ảnh hưởng đến sự nguyên vẹn so với
hình dáng ban đầu và độ bền của đá ( do chịu ảnh hưởn ứng suất và áp lực
tác động từ bên trong) . Như vậy, với tất cả các đá, không phân biệt là chứa
ẩm cao hay thấp thì đều có ý nghĩa thực tiễn trong việc đánh giá khả năng



chống băng giá của đá và một phần độ bền của đá khi đá chịu tác động bên
ngoài.
Ngoài ra, khi nghiên cứu về độ chứa ẩm của đá, người ta còn xác định
lượng hấp thụ nước, lượng nước bão hòa và hệ số bão hòa nước của đá.
Trong đó, lượng hấp thụ nước là khả năng của đá hấp thụ nước(hút nước)
khi nhúng đá vào trong nước ở điều kiện bình thường. Độ hấp thụ nước
được đặc trưng bằng tỉ số giữa khối lượng nước bị hấp thụ và khối lượng đá
khô tuyệt đối. Lượng nước bão hòa là khả năng của đá hấp thụ nước, khi
nhúng nó vào trong nước ở điều kiện đặc biệt: Chân không, áp suất cao
hoặc đun sôi. Tức là khả năng hút vào một lượng nước lớn nhất của đá.
Lượng nước bão hòa bao giờ cũng nhiều hơn lượng nước hấp thụ vì nó
được áp dụng trong điều kiện đặc biệt. Tỷ số giữa lượng nước hấp thụ và
lượng nước bão hòa chính là hệ số bão hòa của đá.
Nếu hệ số bão hòa của nước lớn hơn 0.8 thì đá đó được coi như là đá
không chịu được băng giá. Mức độ hấp thụ nước của đá là không giống
nhau mà còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Ngoài xác định độ chứa ẩm và
khả năng chống chịu băng giá, kết quả của lượng nước hấp thụ và bão hòa
cũng như là một tiêu chí để đánh giá khả năng hấp thụ với nước của đá là
như thế nào, độ rỗng của đá là nhiều hay ít và nhận dạng sơ bộ được bản
chất của đá nghiên cứu.
3. Độ ngấm nước
Độ ngấm nước của đá là tính chất cho nước đi qua khi có một cột nước
tác dụng. Trong địa chất thủy văn và địa chất dầu mỏ thường người ta
không gọi độ ngấm nước mà gọi là độ ngấm của đá.
Theo định nghĩa của địa chất công trình, độ ngấm nước của đá là tính chất
cho đi qua nó các dung dịch hoặc khí, khi có chênh lệch áp lực, tức là cột
nước.
Đá cứng chỉ cho ngấm nước theo các khe nứt. Vận động của nước trong

đá nửa cứng xảy ra theo các khe nứt, hốc, cacto và các chỗ trống qua mao
dẫn, và một phần còn theo các vi khe nứt, lỗ rỗng khi có các cột nước tương
ứng. Tổng độ ngấm nước của bất kì loại đá nào cũng sẽ càng lớn khi mà độ
xốp rỗng của đá, kích thước trống và khe nứt lớn ( chúng có tác dụng quyết
định độ ngấm nước của đá) .Ngoài ra, độ ngấm nước của đá cũng phụ thuộc
vào trị số áp lực cột nước mà dưới tác dụng của nó vận động của nước xảy
ra. Nếu cột nước áp lực không lớn, đá có thể không cho nước đi qua.
Nhưng khi cột nước áp là lớn, đất đá lại ngấm nước ở một mức độ cho phép
nhất định. Để đo và đánh giá độ ngấm nước, người ta sẽ xác định hệ số
thấm của đá. Hệ số thấm của đá là một chỉ tiêu biểu thị khả năng của nó cho


một lượng nước nào đó đi qua trong một đơn vị thời gian , với tốc độ nhất
định. Dựa vào độ ngấm nước mà người ta còn chia đá thành: đá có độ ngấm
cao, độ ngấm trung bình và độ ngấm thấp.
Đá mà cho nước đi qua với cột nước có sẵn cũng sẽ cho nước đi qua với
cột nước được con người thiết kếđá như vậy được coi là đá ngấm nước. Đá
mà không cho nước đi qua được gọi là đá không ngấm nước. Tốc độ vận
động của nước qua đá phụ thuộc vào nhiệt độ .Vì với sự gia tăng nhiệt độ ,
độ nhớt của nước giảm xuống và độ linh động của nó tăng lên.
Như vậy, độ ngấm nước của đá phụ thuộc vào tính chất của nó( bản chất
đá, độ rỗng xốp và kích thước các lỗ trống), điều kiện địa chất thủy văn
( cột nước áp lực tác dụng), và tính chất của nước ( độ nhớt ).
Có thể thấy, độ ngấm nước có ý nghĩa thực tiễn vô cùng quan trọng khi
giải quyết nhiều nhiệm vụ địa chất công trình khác nhau. Hệ số thấm là đặc
trưng cơ bản khi tính toán thấm, lượng nước chảy đến, trị số hạ thấp mực
nước, thiết bị thoát nước, dự báo sự thành tạo đới ngập , dự báo công trình
theo thời gian. Lượng nước hấp thụ riêng cùng với hệ số thấm được sử
dụng rộng rãi khi chọn vị trí đập nước, đánhh giá lượng nước thấm mất có
thể xảy ra…Hệ số ngấm là một trong những đặc trưng được sử dụng khi

đánh giá tính chất tập trung, độ phóng thích ( thải) nước, dầu và khí của
đá…
Thủy tính của đá có mối liên hệ mật thiết với chính tính chất vật lý của
đá. Mối liên hệ này ảnh hưởng qua lại lẫn nhau và thủy tính có phần phụ
thuộc vào tính chất vậy lý . Các đặc trưng trong thủy tinh sẽ quyết định tính
chất của đá, đánh giá mức độ đá, phân loại dạng đá và đặc điểm sử dụng
của đá trong xây dựng côn trình ứng dụng thực tế.
III.

Tính chất cơ học
Tính chất cơ học của đá đặc trưng bằng tính chất của nó khi có tác dụng lực
từ bên ngoài và được biểu hiện ở sự chống lại sự phá hủy và biến dạng của nó.
Tính chất của đá chống lại sự phá hủy và thành tạo biến dạng dưới tác dụng
của tải trọng trong những giới hạn và điều kiện nhất định mà không bị phá hoại
gọi là độ bền, còn tính chất thay đổi hình dạng kết cấu và thể tích của đá được
gọi là biến dạng. Tóm lại tính chất cơ học của đá bao gồm độ bền và độ biến
dạng của nó. Người ta biểu thị và đánh giá tính chất cơ học của đá bằng các chỉ
tiêu bền và độ biến dạng.


1. Độ bền
Độ bền của đá là khả năng chống lại sự phá hủy của nó dưới tác nhân
ngoại lực như kéo, nén, cắt gây nên khả năng làm phá vỡ các mối liên kết
trong đá , làm đá biến dạng hoặc phá hủy hình dạng ban đầu của đá. Độ bền
của đá được đặc trưng bởi trị số ứng suất giới hạn sinh ra tại tiết diện nguy
hiểm của nó khi bị phá hủy bằng các tác dụng của các loại ngoại lực khác
nhau. Nếu ứng suất vượt quá giới hạn, đá sẽ vị phá hoại nhanh chóng, mất
tính nguyên khối và người ta còn phát hiện thấy đặc điểm phá hoại giòn,
biến dạng đá trở nên không thuận nghịch .
Độ bền của đá phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng nói chung phụ thuộc

chủ yếu vào bản chất của đá như : thành phần khoáng vật, các đặc điểm về
kiến trúc và cấu tạo của đá, tính không đồng nhất, tính dị hướng, tính nứt
nẻ, độ ẩm của đá… Độ bền cơ học của đá đặc trưng bởi các chỉ tiêu về
cường độ kháng nén, kháng cắt, kháng kéo, kháng uốn….
Phần lớn đá cứng có độ bền và độ chống biến dạng cao hơn so với các đá
nửa cứng ( cát kết, và bột kết có ximang sét, đá phiến sét, sét, sét kết, đá vôi
và đolomit chứa sét…). Ở đá cứng trong điều kiện bình thường , giới hạn tỉ
lệ thực tế bằng giới hạn đàn hồi và giới hạn chống nén tức thời. Trong đá
nửa cứng , với điều kiện bình thường, biến dạng đá là đàn hồi cho đến một
giá trị tải trọng ngoài. Sau đó, khi tải trọng vượt quá giới hạn tỉ lệ thì sẽ
chuyển thành đàn hồi nhớt hoặc dẻo dư. Trong những đá nửa cứng điển
hình, sau khi biến dạng dẻo thể hiện rõ rệt, trong quá trình chảy dẻo, xuất
hiện khe nứt với bề mặt thường gồ ghề ,tiến đến phá hủy tinh nguyên khối
và xảy ra hiện tượng phá hoại giòn- dẻo.
Bản chất của độ bền để đảm bảo đá không bị biến dạng là độ bền của
các tinh thể khoáng vật, các mảnh vụn của tinh thể,của đá và các bộ phận
cấu tạo nên nó, độ bền của các liên kết. Trong đá cứng, các mối liên kết là
liên kết ngưng tụ kết tinh hoặc gắn kết .Vì vậy biến dạng của đá thông
thường liên quan với sự tách vỡ giòn- sự phá hoại tinh thể khoáng vật. Biến
dạng thường xảy ra theo các mặt yếu, đới yếu xuất hiện rõ rệt trong đá hoặc
còn ẩn trong đá. Đối với nhiều loại đá cứng , ứng suất giới hạn xảy ra sự
phá hủy là khác nhau và tương ứng thì đá cũng có độ bền khác nhau. Độ
bền của đá nửa cứng cũng được quyết định bởi độ bền của tinh thể khoáng
vật , các mảnh vụn của nó và độ bền các mối liên kết giữa chúng. Trong đá
này thì độ bền liên kết kiến trúc thường bé hơn độ bền các tinh thể khoáng
vật và mảnh vụn liên kết tạo đá. Điều này ảnh hưởng đến độ bền đá nói
chung và quyết định đặc điểm phá hoại và biến dạng của nó. Khi đá nửa
cứng bị phá hoại thì các mặt đứt gãy thường trùng với các đường phân cách
có sẵn tương đối yếu ở trong đá và phân bố hầu như ở trong hướng tác dụng



của lực kép hoặc cắt. Những đường phân cách yếu đó là ranh giới giữa các
hạt đá được gắn kết bởi liên kết kiến trúc. Vết tách vỡ trong đá không
xuyên sâu vào bên trong hạt và do đó các hạt cũng không bị biến dạng , có
nghĩa hiện tượng phá hoại xảy ra giữa các hạt của đá. Như vậy có thể rút ra
kết luận rằng : bản chất vật lý của độ bền đá trước hết được quyết định bởi
thành phần vật chất của nó và đặc điểm mối liên kết kiến trúc.
Độ bền chống nén của đá luôn cao hơn độ bền chống cắt nhiều. Độ bền
chống cắt lại luôn cao hơn độ bền chống kéo. Dựa theo các số liệu đã được
nghiên cứu và so sánh trong thí nghiệm thì có thể kết luận rằng, độ bền
chống nén hơn độ bền chống cắt khoảng 2-5 lần và lớn hơn độ bền chống
kéo khoảng 20-50 lần.
Ta thấy rằng, đá cứng căn bản khác xa với đá nửa cứng .Đá cứng được
đặc trưng bằng độ bền cao, trong điều kiện thường chỉ bị biến dạng đàn hồi
đồng thời thể hiện tính phá hoại giòn .Đá nửa cứng lại có độ bền thấp , có
tính biến dạng đàn hồi kèm theo biến dạng dư , phá hoại có tính giòn- dẻo.
Ngoài ra, hai nhóm đá này cũng được phân biệt bởi những đặc điểm khác
như : đặc điểm phát triển biến dạng theo thời gian, theo giá trị của các chỉ
tiêu đàn hồi và biến dạng….
2. Biến dạng
Biến dạng là hiện tượng thay đổi hình dáng, kích thước của đá dưới tác
dụng của ngoại lực hay do sự thay đổi đột ngột của nhiệt độ hoặc độ ẩm.
Biến dạng của đá phát sinh khi lực ngoài vượt quá lực bên trong đá. Khi ở
trạng thái giới hạn, lực bên trong cân bằng với ngoại lực , thì sự phá hoại đá
cũng như biến dạng lớn ,có tính chất nguy hiểm chưa xảy ra. Biến dạng
thường do ngoại lực gây ra nên tùy theo dạng của ngoại lực mà có thể là
biến dạng đàn hồi hay dẻo, biến dạng giãn hay co ( khi ngoại lực là kéo hay
nén ) hay trượt….Khi đó, ứng suất và biến dạng có mối quan hệ chặt chẽ
với nhau.
Tính chất biến dạng của đá phụ thuộc chủ yếu vào độ rỗng và mức độ nứt

nẻ của đá. Lỗ rỗng và khe nứt là những phần tử chủ yếu nhất, dễ bị biến
dạng nhất trong đá.
Trong đá cứng, chủ yếu phát triển biến dạng đàn hồi- thuận nghịch, có
khản năng khôi phục lại sau khi ngừng lực gây ra biến đổi đá. Biến dạng
phát triển rất nhanh, thực tế coi như tức thời với tốc độ chất tải. Giới hạn
đàn hồi trong đá cứng có giá trị tương đối cao ,và khi vượt qua giá trị đó, đá
bị phá hủy giòn( bị đứt vỡ) , đồng thời mất tính nguyên sinh. Trong vùng
đàn hồi, biến dạng tương đối vừa có tính chất đường thẳng, vừa có tính chất


góc và nói chung không lớn. Trong đá nửa cứng, cùng với biến dạng đàn
hồi còn phát triển biến dạng dẻo, tức là không khôi phục lại được ngừng
lực gây biến đổi. Do đó, đá nửa cứng hầu như chỉ có tính đàn hồi một phần.
Giới hạn đàn hồi của nó so với đá cứng là bé và khi vượt quá giới hạn đó,
sẽ xuất hiện biến dạng dẻo. Biến dạng dẻo cũng thường chuyển sang chảy
dẻo khi tải trọng không đổi hoặc tăng lên từ từ. Tùy theo tải trọng tác dụng,
biến dạng dẻo phát triển theo thời gian và tốc độ nhất định, tức là dạng
nhớt-dẻo. Điển hình ở nhiều loại đá nửa cứng không phải tất cả biến dạng
đàn hồi đều phát sinh tức thời, mà phải có thời gian mới đạt giá trị lớn nhất
tương ứng với ứng suất đã cho. Đối với đá nửa cứng, cũng có nét đặc trưng
là biến dạng phát triển theo thời gian không phá hủy tính nguyên khối,
nhưng làm thay đổi hình dạng kết cấu và thể tích. Sự phá hoại đá này
thường có tính dẻo, vì nó xảy ra sau khi xuất hiện biến dạng dẻo. Sau khi
biến dạng dẻo thể hiện rõ rệt trong quá trình chảy dẻo thì xuất hiện nhiều
khe nứt,bắt đầu phá hủy tính nguyên khối của đá và xảy ra sự phá hủy giòndẻo. Ở đá nửa cứng, sự biến dạng không chỉ đơn điệu phụ thuộc vào ứng
suất mà cò phụ thuộc và cả thời gian tác động của ứng suất với đá.
Ngoài ra, các tính chất cơ học của đá được biểu hiện trong sự biến đổi
trạng thái ứng suất- biến dạng của nó theo thời gian ,được gọi là chất lưu
biến. Tính lưu biến này được thể hiện trong sự phát triển quá trình chảybiến dạng dẻo. Khác với đá cứng, đá nửa cứng có những tính chất này. Biến
dạng của đá nửa cứng trong điều kiện bình thường xảy ra chậm chạp. So

với thời gian thí nghiệm thông thường hoặc thời gian phục vụ của công
trình thì biến dạng đá nửa cứng kéo dài trong khoảng thời gian khá lớn. Độ
đàn hồi , độ bền và độ giòn của đá nửa cứng tăng lên khi chất tải tăng
nhanh, khí tốc độ biến dạng lớn. Trái lại , nếu chất thải từ từ, độ đàn hồi và
độ bền của nó giảm xuống. Đặc điểm ở đá nửa cứng là sự phát triển biến
dạng đàn hồi- nhớt và biến dạng dẻo trong khi tải trọng được gia tăng từ từ,
hoặc ngay cả khi tải trọng không đổi , bé hơn trọng tải phá hoại. Khả năng
của đá nửa cứng thay đổi tính chất cơ học và bị biến dạng theo thời gian
quyết định sự phát triển quá trình khác nhau như : lúc công trình, dịch
chuyển công trình, phát triển hiện tượng trượt , biến dạng sườn dốc tự
nhiên, ….
Tất cả các vấn đề vừa nêu chứng tỏ rằng việc nghiên cứu tính chất cơ học
của đá , đặc biệt là đá nửa cứng và biến dạng của nó, việc xét tới không
những lực tác dụng lên đá , mà cả thời gian tác dụng của lực đều có ý nghĩa
rất lớn. Việc xét tới yếu tố thời gian với đá cứng lại có ý nghĩa địa chất nói
chung, còn đối với đá nửa cứng thì có ý nghĩa thực tiễn trực tiếp khi đánh


giá độ bền của đá, độ ổn định của khu vực được cấu tạo bởi đá đó, độ ổn
định công trình xây dựng trên nó….
IV.

Kết luận
Các tính chất cơ lý của đá chịu nhiều tác động và có thể bị thay đổi dưới tác
dụng của các yếu tố như các quá trình thứ sinh- thủy nhiệt và phong hóa .Đá bị
biến đổi do các quá trình thủy nhiệt thường có phân bố cục bộ. Sự biến đổi tính
chất của các đá này có thể lan xuống theo chiều sâu rất lớn và biểu hiện tính
chất hai mặt. Trong một số trường hợp , mật độ đá tăng lên, độ rỗng giảm
xuống, đá trở nên liền khối và độ bền của nó tăng. Một số trường hợp khác,
dưới tác động của thủy nhiệt , xảy ra hiện tượng phân hủy đá, mang đi cá

nguyên tố không ổn định và đưa vào các nguyên tố mới. Từ đó làm thay đổi
thành phần khoáng vật dẫn đến sự giảm mật độ, tăng độ rỗng và giảm độ bền.
Đối với tác dụng của phong hóa, khi bị phong hóa ,đặc điểm bên ngoài, trạng
thái vật lý và thành phần của đá đều bị thay đổi. Khác với quá trình thủy nhiệt,
phong hóa dẫn đến sự biến đổi đá và tính chất của nó trên diện tích rộng. Vì
vậy , khi thiết kế và xây dựng công trình ,thường hay gặp những biến đổi đó
của đá.
Ngoài các tính chất cơ lý yếu đã nêu trong bài thì ngoài ra, các tính chất cơ lý
khác của đá có thể kể thêm như : độ chắc, độ cứng , độ mài mòn ,độ hao mòn
và độ mài tròn bề mặt của đá……
Như đã đề cập trong bài, trong một nhánh của địa chất công trình- thạch luận
công trình thì việc nghiên cứu tính chất cơ lý của đá, bản chất các tính chất đó
và các nhân tố ảnh hưởng đến sự biến đổi của chúng được chú ý đặc biệt. Biết
được tính chất cơ lý của đá là điều cần thiết cho xây dựng công trình, cho việc
đánh giá điều kiện phát triển các quá trình địa chất và ảnh hưởng của chúng
đến độ ổn định của địa điểm xây dựng và của công trình đang hoạt động , cũng
như để phát hiện tât cả những sự biến đổi của đá ở vỏ Trái Đất do phong hóa ,
nén chặt trọng lực và nén chặt địa hóa, vận động kiến tạo ….Không những
vậy , nó còn có ý nghĩa khái quát và phân loại sơ bộ tính chất của đá đối với
địa chất nói chung và tổng quan . Vì vậy, việc nghiên cứu đá cần có sự chi tiết
và hiệu quả nhất để đảm bảo sự chắc chắn , an toàn trước nhất khi nó được ứng
dụng vào thực tế xây dựng công trình.