Bài giảng Địa chất công trình - Nước dưới đất

BÀI GIẢNG MÔN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Chương 4: Nước dưới đất CHƯƠNG 4- NƯỚC DƯỚI ĐẤT 4.1 Nguồn gốc nước dưới đất : Có 3 nguồn gốc + Do khí quyển (thấm) : Đây là nguồn gốc chủ yếu . Mưa (hàm lượng khoáng hóa thấp) nước mặt (sông, hồ . . ) hòa tan (khoáng vật), phản ứng hóa học, phân hủy sinh vật . . . . thành phần hóa học đa dạng. + Do trầm tích (biển, vịnh . .) : Biển, vịnh . . . (nhiều nước) tích đọng (theo đất đá) thành phần chứa nhiều Na+, Cl-, Mg2+, SO42- và các nguyên tố khác. CHƯƠNG 4- NƯỚC DƯỚI ĐẤT 4.1 Nguồn gốc nước dưới đất : + Do macma (nguyên sinh) : thứ yếu Macma nguội lanh nhả nước, cung cấp cho NDĐ + Do biến chất (thứ sinh) : Đất đá có trước (giàu nước) nhiệt độ cao, áp lực lớn (quá trình biến chất) nhả nước, cung cấp cho NDĐ CHƯƠNG 4- NƯỚC DƯỚI ĐẤT 4.2 Một số đặc tính của nước dưới đất : 4.2.1 Tính chất vật lý : * Trọng lượng riêng : Thông thường có trọng lượng riêng n> 1 (g/cm3), giá trị này thường thể hiện mức độ khoáng hóa của nước dưới đất. * Màu : Thể hiện sự có mặt của các ion hòa tan có chỉ thị màu, các tạp chất Nước có độ cứng cao màu xanh da trời Nước giàu Fe2+, Fe3+ màu xanh lục. Nước chứa nhiều hữu cơ (tạp chất) phớt vàng. CHƯƠNG 4- NƯỚC DƯỚI ĐẤT 4.2 Một số đặc tính của nước dưới đất : 4.2.1 Tính chất vật lý : * Mùi : Thể hiện các chất khí hòa tan có chỉ thị mùi. Khí H2S mùi đặc trưng (hơi thối) * Vị : Do các ion có chỉ thị vị : Fe2+, Fe3+ tanh. Cl- mặn * Nhiệt độ : Thường thể hiện độ sâu tồn tại của tầng chứa nước. Ngoài ra, còn có một số tính chất khác : Dẫn điện, phóng xạ . . . . CHƯƠNG 4- NƯỚC DƯỚI ĐẤT 4.2 Một số đặc tính của nước dưới đất : 4.2.2 Tính chất hóa học : * Các đơn vị thể hiện thành phần hóa học : + Đơn vị trọng lượng ion- g/l, mg/l. + Đơn vị đương lượng ion- gđl/l (geq/l), mgđl/l (mgeq/l) + Đơn vị phần trăm đương lượng- %đl (%eq) CHƯƠNG 4- NƯỚC DƯỚI ĐẤT 4.2 Một số đặc tính của nước dưới đất : 4.2.2 Tính chất hóa học : * Các đơn vị thể hiện thành phần hóa học : + Đơn vị trọng lượng ion- g/l, mg/l. + Đơn vị đương lượng ion- gđl/l (geq/l), mgđl/l (mgeq/l) + Đơn vị phần trăm đương lượng- %đl (%eq) CHƯƠNG 4- NƯỚC DƯỚI ĐẤT 4.2 Một số đặc tính của nước dưới đất : 4.2.2 Tính chất hóa học : * Biểu diễn thành phần hóa học dưới dạng công thức Cuốc-lốp (Kurlov) : Với : K : Khí hòa tan (g/l) theo thứ tự giảm dần. M : Độ tổng khoáng hóa (g/l) A : Các ion âm (-) ≥ 10% đl, theo thứ tự giảm dần. B : Các ion dương (+) ≥ 10% đl, theo thứ tự giảm dần. T : Nhiệt độ mẫu nước (0C) pH : Độ pH CHƯƠNG 4- NƯỚC DƯỚI ĐẤT 4.2 Một số đặc tính của nước dưới đất : 4.2.2 Tính chất hóa học : * Biểu diễn thành phần hóa học dưới dạng công thức Cuốc-lốp (Kurlov) : Tên của mẫu nước được gọi theo ion từ âm đến dương, hàm lượng giảm đần và các ion có hàm lượng 9 : Nước có tính kiềm mạnh CHƯƠNG 4- NƯỚC DƯỚI ĐẤT 4.2 Một số đặc tính của nước dưới đất : 4.2.2 Tính chất hóa học : * Độ cứng : Độ cứng tổng cộng : Tổng hàm lượng các ion Ca2+ và Mg2+ có trong mẫu nước, trong xây dựng, thông thường đánh giá theo độ cứng này : - Nước rất mềm : độ cứng 9 mgđl/l (mgeq/l) CHƯƠNG 4- NƯỚC DƯỚI ĐẤT 4.2 Một số đặc tính của nước dưới đất : 4.2.2 Tính chất hóa học : * Độ tổng khoáng hóa (M) : Là tổng các chất hòa tan trong nước, thông thường xác định bằng lượng căn khô sao khi chưng khô mẫu nước (lượng cặn khô) Nước siêu nhạt : M 35 g/l CHƯƠNG 4- NƯỚC DƯỚI ĐẤT 4.2 Một số đặc tính của nước dưới đất : 4.2.2 Tính chất hóa học : * Tính ăn mòn : + Ăn mòn ion SO42- : SO42- 300 mg/l : Ăn mòn mạnh CHƯƠNG 4- NƯỚC DƯỚI ĐẤT 4.2 Một số đặc tính của nước dưới đất : 4.2.2 Tính chất hóa học : * Tính ăn mòn : + Ăn mòn khí CO2 : Lượng khí CO2 hòa tan trong nước (tổng cộng) có thể bao gồm : CO2 ăn mòn và CO2 cân bằng. Việc xác định CO2 cân bằng là dựa vào hàm lượng CO3- trong mẫu nước Việc xác định CO2 ăn mòn bằng cách lấy CO2 tổng cộng trừ CO2 cân bằng. Sự có mặt CO2 ăn mòn (>0) nói lên khả năng ăn mòn CHƯƠNG 4- NƯỚC DƯỚI ĐẤT 4.2 Một số đặc tính của nước dưới đất : 4.2.3 Các dạng tồn tại : Nước trong nền đất đá có thể ở cả 3 trạng thái : rắn, lỏng và hơi. Nước có thể được liên kết với các hạt đất đá ở dưới các dạng : liên kết trong mạng tinh thể các khoáng vật (mặt trong) với số lượng tùy thuộc vào loại khoáng vật. Nước liên kết trên bề mặt của các hạt keo (d<0.002mm) (nước liên kết vật lý- do lực hút tĩnh điện) Nước mao dẫn, nước tự do (vận động theo thế năng của trọng lực CHƯƠNG 4- NƯỚC DƯỚI ĐẤT 4.2 Một số đặc tính của nước dưới đất : 4.2.3 Các dạng tồn tại : Nước liên kết mặt trong : Nước này không tính trong độ ẩm của nền đất đá ( CaSO4.2H2O; Fe2O3.nH2O) Nước liên kết mặt ngoài : Chủ yếu do sự phân cực bề mặt của hạt keo tạo nên lực hút tĩnh điện. + + + + - - - OH- H+ H+ OH- Hạt keo Hạt keo CHƯƠNG 4- NƯỚC DƯỚI ĐẤT 4.2 Một số đặc tính của nước dưới đất : 4.2.3 Các dạng tồn tại : Nước liên kết mặt ngoài : được chia thành 2 loại : liên kết mạnh (nước hấp phụ) và liên kết yếu (nước màng mỏng). Nước liên kết mạnh được hấp phụ ngay sát bề mặt của các hạt keo, với bề dày từ 11 đến 23 phân tử.Đối với đất sét chiếm vào khoảng (10-20)%, đất sét pha (5-7)%, cát khoảng 0.5% Nước này được tính vào độ ẩm của đất. Hạt keo Yếu Mạnh CHƯƠNG 4- NƯỚC DƯỚI ĐẤT 4.2 Một số đặc tính của nước dưới đất : 4.2.3 Các dạng tồn tại : Nước liên kết mặt ngoài : được chia thành 2 loại : liên kết mạnh (nước hấp phụ) và liên kết yếu (nước màng mỏng). Nước liên kết yếu được hấp phụ ngay sát bề mặt ngoài của lớp nước hấp phụ, khi các hạt có bề dày màng mỏng khác nhau mà chúng tiếp xúc nhau thì các phân tử nước có khả năng dịch chuyển sang màng mỏng hơn (truyền màng) Hạt keo Yếu Mạnh CHƯƠNG 4- NƯỚC DƯỚI ĐẤT 4.2 Một số đặc tính của nước dưới đất : 4.2.3 Các dạng tồn tại : Sự có mặt của loại nước liên kết vật lý (mặt ngoài) là cho đất (đất dính) có các tính chất đặc biệt : trương nở, dính, dẻo, khả năng thấm kém . . . Trương nở Giảm kích thước hiệu quả của lổ hổng nên làm giảm khả năng thấm của đất CHƯƠNG 4- NƯỚC DƯỚI ĐẤT 4.2 Một số đặc tính của nước dưới đất : 4.2.4 Phân loại nước dưới đất : Trong xây dựng, thông thường phân loại nước dưới đất theo điều kiện thế nằm (đặc điểm phân bố) 4.2.4.1 Các tầng chứa nước Trong nền đất đá, việc các tầng có khả năng cho phép nước tự do đi qua nó mà chia ra : tầng chứa nước (cát, sỏi, đá cứng nứt nẻ . . .) và tầng cách nước (sét cứng, sét pha, đá cứng nguyên khối . . . ) CHƯƠNG 4- NƯỚC DƯỚI ĐẤT 4.2 Một số đặc tính của nước dưới đất : 4.2.4 Phân loại nước dưới đất : 4.2.4.1 Các tầng chứa nước Đới thông khí Tầng chứa nước không áp Tầng chứa nước có áp Tầng cách nước Mực nước ngầm Mực áp lực CHƯƠNG 4- NƯỚC DƯỚI ĐẤT 4.2 Một số đặc tính của nước dưới đất : 4.2.4 Phân loại nước dưới đất : 4.2.4.2 Phân loại nước dưới đất theo điều kiện phân bố Đới thông khí Tầng chứa nước không áp Tầng chứa nước có áp Tầng cách nước Nước thổ nhưỡng Nước thượng tầng Nước không áp Nước có áp CHƯƠNG 4- NƯỚC DƯỚI ĐẤT 4.2 Một số đặc tính của nước dưới đất : 4.2.4 Phân loại nước dưới đất : 4.2.4.2 Phân loại nước dưới đất theo điều kiện phân bố Đới thông khí Tầng cách nước Nước thổ nhưỡng Nước thượng tầng Nước không áp Nước có áp 1- Nước thổ nhưỡng : Nước tồn tại trong đới thổ nhưỡng do sinh vật giữ lại, nước mao dẫn treo . . Chất lượng thường nhiễm bẩn, trữ lượng không ổn định . . . CHƯƠNG 4- NƯỚC DƯỚI ĐẤT 4.2 Một số đặc tính của nước dưới đất : 4.2.4 Phân loại nước dưới đất : 4.2.4.2 Phân loại nước dưới đất theo điều kiện phân bố Đới thông khí Tầng cách nước Nước thổ nhưỡng Nước thượng tầng Nước không áp Nước có áp 2- Nước thượng tầng : Nước tồn tại do đặc điểm của các thấu kính cách nước nằm trên mực nước ngầm, chất lượng và trữ lượng không ổn định, gây khó khăn cho việc đánh giá đặc điểm nền CHƯƠNG 4- NƯỚC DƯỚI ĐẤT 4.2 Một số đặc tính của nước dưới đất : 4.2.4 Phân loại nước dưới đất : 4.2.4.2 Phân loại nước dưới đất theo điều kiện phân bố Đới thông khí Tầng cách nước Nước không áp Nước có áp 3- Nước không áp : Chứa trong tầng có giới hạn dưới là đáy cách nước, giới hạn trên là mặt thoáng (áp lực thủy tĩnh bằng 0), bề dày từ vài m đến hơn vài chục m. CHƯƠNG 4- NƯỚC DƯỚI ĐẤT 4.2 Một số đặc tính của nước dưới đất : 4.2.4 Phân loại nước dưới đất : 4.2.4.2 Phân loại nước dưới đất theo điều kiện phân bố Đới thông khí Tầng cách nước Nước có áp 4- Nước có áp (actêzi) : Chứa trong tầng có giới hạn dưới và trên là tầng cách nước (áp lực thủy tĩnh ở giới hạn trên khác 0), chất lượng và trữ lượng nước ổn định CHƯƠNG 4- NƯỚC DƯỚI ĐẤT 4.2 Một số đặc tính của nước dưới đất : 4.2.4 Phân loại nước dưới đất : 4.2.4.2 Phân loại nước dưới đất theo điều kiện phân bố Đới thông khí Tầng cách nước 5- Nước trong các khe nứt của đá : Mực nước bão hòa thường thay đổi rất lớn, vận tốc dòng thấm có thể cao, trữ lượng khai thác thấp. CHƯƠNG 4- NƯỚC DƯỚI ĐẤT 4.2 Một số đặc tính của nước dưới đất : 4.2.5 Các bản đồ địa chất thuỷ văn chuyên môn : Thường được thiết lập trên cơ sở bản đồ địa hình, trong đó các đường đồng mức về thủy văn được thể hiện là + Đường đồng mức về độ cao của mực nước ngầm : Bản đồ thủy đẳng cao. + Đường đồng mức về độ sâu của mực nước ngầm : Bản đồ thủy đẳng sâu. + Đường đồng mức về độ cao của mực áp lực : Bản đồ thủy đẳng áp. CHƯƠNG 4- NƯỚC DƯỚI ĐẤT 4.2 Một số đặc tính của nước dưới đất : 4.2.5 Các bản đồ địa chất thuỷ văn chuyên môn : 130 125 120 115 Đồng mức độ cao địa hình Đồng mức độ cao mực nước ngầm Hướng vận động của nước