Skip to content

Chương 6 — Thông số cường độ đá từ phân loại và thử nghiệm

Chương này là bản đối ứng với Chương 5 nhưng cho đá: cách suy cường độ và thông số khối đá từ mô tả hiện trường, từ mức từ chối của giàn khoan, từ chỉ số tải trọng điểm và từ búa Schmidt.

Figure: burt-ch06-rock-strength-scale

Hình. Thang đánh giá cường độ đá tại hiện trường theo mô tả bằng tay và búa, kèm hai thí nghiệm chỉ số: point load và búa Schmidt.

6.1 Cường độ đá

Bảng của mục này liên hệ mô tả bằng mắt với cường độ kháng nén một trục qu (MPa), theo thang ISRM: cực yếu (< 1), rất yếu (1–5), yếu (5–25), trung bình (25–50), mạnh (50–100), rất mạnh (100–250), cực mạnh (> 250).

Bảng 6.1 — Cường độ đá theo thang ISRM.

Mô tả qu (MPa)
Cực yếu < 1
Rất yếu 1–5
Yếu 5–25
Trung bình 25–50
Mạnh 50–100
Rất mạnh 100–250
Cực mạnh > 250

6.2 Mức từ chối điển hình của giàn khoan

Bảng của mục này liên hệ loại giàn khoan với cường độ đá mà nó có thể khoan tới (mức từ chối) — một chỉ dấu gián tiếp nhưng rẻ tiền về cường độ đá.

Bảng 6.2 — Mức từ chối điển hình của các loại giàn khoan.

Loại giàn Cường độ đá có thể khoan tới (qu)
Guồng xoắn / nón xoay < 5 MPa
Khoan rửa xung kích 5–25 MPa
Khoan kim cương nhẹ 25–100 MPa
Khoan kim cương nặng > 100 MPa

6.3 Thông số suy ra từ giàn khoan đã dùng

Từ loại giàn, đường kính, tốc độ khoan và mức từ chối, có thể suy ra dải cường độ đá và tính cày xới.

6.4 Đánh giá cường độ đá tại hiện trường

Bảng của mục này đưa các phép thử hiện trường đơn giản — búa địa chất, vạch bằng dao, vỡ bằng tay, đập bằng búa — và cường độ tương ứng.

Bảng 6.4 — Đánh giá cường độ đá tại hiện trường.

Phép thử Cường độ tương ứng
Vạch được bằng dao Rất yếu
Vỡ được bằng tay Yếu
Đập bằng búa địa chất thì vỡ Trung bình
Phải đập mạnh mới vỡ Mạnh
Không vỡ bằng búa Rất mạnh

6.5 Cường độ đá từ chỉ số tải trọng điểm

Tương quan chuẩn: qu ≈ 20–24 × Is(50) với Is(50) là chỉ số tải trọng điểm đã hiệu chỉnh về đường kính 50 mm. Bảng của mục này đưa dải hệ số theo loại đá.

Bảng 6.5 — Hệ số quy đổi từ chỉ số tải trọng điểm Is(50).

Loại đá qu / Is(50)
Đá mạnh, giòn 20–24
Đá mềm, nhiều lỗ rỗng 15–20
Xấp xỉ chung 24

Is(50) là chỉ số tải trọng điểm đã hiệu chỉnh về đường kính 50 mm.

6.6 Cường độ từ búa Schmidt

Bảng của mục này liên hệ chỉ số nảy búa Schmidt R với cường độ kháng nén một trục qu cho các loại đá khác nhau, kèm cảnh báo rằng tương quan phụ thuộc mạnh vào loại đá và phải hiệu chỉnh theo khối lượng riêng.

Bảng 6.6 — Cường độ từ búa Schmidt.

R (chỉ số nảy) qu (MPa), với γ ≈ 26 kN/m³
20 ~29
30 ~50
40 ~84
50 ~143
60 ~241

Tương quan phụ thuộc mạnh vào loại đá và khối lượng riêng — phải hiệu chỉnh theo γ thực tế.

6.7 Thay đổi cường độ tương đối giữa các cấp phong hóa

Bảng của mục này cho tỷ lệ cường độ giữa các cấp phong hóa liền kề (ví dụ cấp III so với cấp II), giúp ngoại suy cường độ khi chỉ có mô tả phong hóa.

Bảng 6.7 — Tỷ lệ cường độ giữa các cấp phong hóa.

Cấp phong hóa Cường độ tương đối (so với đá tươi)
I — Tươi 1,0
II — Phong hóa nhẹ 0,8–1,0
III — Phong hóa vừa 0,4–0,8
IV — Phong hóa mạnh 0,1–0,4
V — Phong hóa hoàn toàn 0,02–0,1
VI — Đất tàn tích < 0,02

6.8 Thông số từ phong hóa đá

Bảng của mục này liên hệ cấp phong hóa với thông số thiết kế (cường độ, mô đun, hệ số ma sát khe nứt) — công cụ hữu ích khi thiếu thí nghiệm.

Bảng 6.8 — Thông số thiết kế theo cấp phong hóa.

Cấp qu (MPa) E (GPa) φ khe nứt
I > 100 50–80 35–45°
II 50–100 20–50 30–40°
III 25–50 5–20 28–38°
IV 5–25 1–5 25–35°
V 1–5 0,2–1 22–32°

6.9 Phân loại đá

Bảng của mục này đưa cách phân loại đá theo cường độ, cấu trúc và nguồn gốc để phục vụ thiết kế móng và mái dốc.

Bảng 6.9 — Phân loại đá phục vụ thiết kế.

Nhóm Cường độ Cấu trúc Ứng dụng
Đá mạnh qu > 50 MPa Khối, khe thưa Móng trực tiếp, vật liệu
Đá trung bình 25–50 MPa Phân lớp vừa Móng có kiểm tra
Đá yếu 5–25 MPa Nứt nhiều Móng nông, cần xử lý
Đá rất yếu < 5 MPa Dập vỡ Xử lý nền

6.10 Cường độ đá từ ổn định mái dốc

Suy ngược cường độ khối đá từ việc phân tích ngược một mái dốc đã đứng vững hoặc đã phá hoại — một phương pháp hiệu chuẩn thực tế mạnh mẽ.

6.11 Cường độ đá điển hình theo nhà địa chất hiện trường

Bảng của mục này đối chiếu cách nhà địa chất hiện trường thường mô tả cường độ với giá trị định lượng tương ứng.

Bảng 6.11 — Cường độ đá điển hình theo nhà địa chất hiện trường.

Mô tả qu (MPa)
Rất yếu < 5
Yếu 5–25
Trung bình 25–50
Mạnh 50–100
Rất mạnh > 100

Cách mô tả của nhà địa chất hiện trường thường rộng hơn thực tế ở phía đá mạnh.

6.12 Cường độ đá điển hình theo địa chất công trình

Bảng của mục này đối chiếu cách nhà địa chất công trình mô tả cường độ với giá trị định lượng, và so sánh với mục 6.11 để thấy mức chênh lệch giữa hai cách mô tả.

Bảng 6.12 — Cường độ đá điển hình theo địa chất công trình.

Mô tả qu (MPa)
Rất yếu < 1
Yếu 1–25
Trung bình 25–50
Mạnh 50–100
Rất mạnh > 100

So sánh với mục 6.11 để thấy mức chênh lệch giữa hai cách mô tả.

6.13 Cường độ tương đối — các yếu tố kết hợp

Bảng của mục này kết hợp nhiều yếu tố (loại đá, phong hóa, khe nứt, độ ẩm) thành một cường độ tương đối, thay vì xét từng yếu tố riêng lẻ.

Bảng 6.13 — Cường độ tương đối — các yếu tố kết hợp.

Yếu tố Ảnh hưởng đến cường độ khối đá
Loại đá Nền tảng (cường độ đá nguyên)
Phong hóa Giảm mạnh theo cấp
Khe nứt (mật độ, độ nhám) Giảm mạnh khi khe dày và trơn
Độ ẩm Giảm với đá mềm, đá dễ trương
Kích thước công trình Giảm khi tỷ lệ khe / kích thước tăng

6.14 Thông số từ loại đá

Bảng của mục này đưa thông số thiết kế điển hình theo loại đá — cường độ, mô đun, tỷ số Poisson, trọng lượng đơn vị, góc ma sát khe nứt.

Bảng 6.14 — Thông số thiết kế điển hình theo loại đá.

Loại đá qu (MPa) E (GPa) ν γ (kN/m³)
Granit 100–250 30–70 0,2–0,3 26–27
Bazan 100–300 30–80 0,2–0,3 27–30
Đá vôi 50–150 20–60 0,25–0,33 26–27
Cát kết 20–80 10–40 0,2–0,3 22–26
Sét kết 5–40 5–20 0,25–0,35 22–26
Đá phiến 20–100 10–40 0,2–0,3 26–28

6.15 Độ bền (durability) của đá

Bảng của mục này đánh giá độ bền của đá dưới tác động phong hóa và ẩm ướt–khô hanh (các phép thử slake durability, hấp phụ nước), quan trọng cho đá dùng làm vật liệu hoặc làm mái dốc lộ thiên.

Bảng 6.15 — Độ bền (durability) của đá.

Phép thử Đá bền Đá không bền
Slake durability (Id₂) > 90% < 60%
Hấp phụ nước Thấp Cao
Chu kỳ ướt–khô Không vỡ Vỡ vụn

Đá mạnh nhưng không bền vẫn phá hoại theo thời gian.

6.16 Sử dụng vật liệu

Bảng của mục này liên hệ loại đá và mức phong hóa với mục đích sử dụng phù hợp — đá hộc, cấp phối, bê tông, đắp, hoặc loại bỏ.

Bảng 6.16 — Liên hệ vật liệu đá với mục đích sử dụng.

Vật liệu Mục đích sử dụng phù hợp
Đá tươi, mạnh Đá hộc, cấp phối, cốt liệu bê tông
Đá phong hóa nhẹ Cấp phối, vật liệu đắp
Đá phong hóa vừa Đắp, gia cố
Đá phong hóa mạnh / đất tàn tích Đắp (cần kiểm tra) hoặc loại bỏ

Ghi nhớ của chương

  • qu ≈ 20–24 × Is(50) (mục 6.5) và búa Schmidt (mục 6.6) là hai cách suy cường độ nhanh tại hiện trường.
  • Cấp phong hóa quyết định cường độ khối đá nhiều hơn loại đá nguyên khối.
  • Độ bền (mục 6.15) khác cường độ — đá mạnh nhưng không bền vẫn phá hoại theo thời gian.