Bài giảng Địa chất công trình - Vận động nước dưới đất

BÀI GIẢNG MÔN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Chương 5: Vận động nước dưới đất CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.1 Khái niệm về sự vận động của nước trong đất đá : Tốc độ vận động thấp nên thường gọi dòng vận động là dòng thấm. Dòng thấm (đường dòng) đi từ nơi có giá trị áp lực cao đến thấp hơn và có phương vuông góc với đường đẳng áp lực (thế năng). Áp lực của dòng thấm bằng tổng của : thế năng, động năng và thủy tĩnh (Trong đó, động năng được xem rất bé và bỏ qua) CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.2 Những định luật cơ bản về thấm của nước trong đất đá : 5.2.1 Định luật Dacxi (Darcy) : 5.2.1.1 Mô hình thí nghiệm : Q H2 H1 H=H1-H2 L H Q L Q F Q Cát CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.2 Những định luật cơ bản về thấm của nước trong đất đá : 5.2.1 Định luật Dacxi (Darcy) : 5.2.1.1 Mô hình thí nghiệm : Q H2 H1 H=H1-H2 L Cát Với : K : Hệ số xác định bằng thí nghiệm, phụ thuộc vào loại đất và kết cấu của đất (Hệ số thấm của đất). CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.2 Những định luật cơ bản về thấm của nước trong đất đá : 5.2.1 Định luật Dacxi (Darcy) : 5.2.1.2 Định luật Dacxi : hay Như vậy, quan hệ V ~ J là quan hệ đường thẳng nên có thể gọi định luật này là định luật thấm đường thẳng ( thấm tuyến tính) Q=K.F.J V = K.J V J Trong thực tế, định luật Dacxi chỉ đứng khi vận tốc dòng thấm nhỏ (thấm tầng), trường hợp vận tốc dòng thấm lớn thì có sự sai lệch. Việc xác định trạng thái của dòng thấm (rối, tầng) thông qua giá trị của hệ số Raynol. tg = K CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.2 Những định luật cơ bản về thấm của nước trong đất đá : 5.2.2 Các công thức thấm phi tuyến : 5.2.2.1 Công thức Kranôpônxki (thường sử dụng): 5.2.2.2 Công thức Proni (Dupuit) : J = aV2 + bV2 Trong đó, a và b là các hệ số thực nghiệm, phụ thuộc vào trạng thái vận động của nước dưới đất. Công thức này thể hiện trạng thái vận động tổng quát cho cả hai trường hợp (thấm tầng và thấm rối) V J V=K.J CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.2 Những định luật cơ bản về thấm của nước trong đất đá : 5.2.3 Thấm trong đất sét : Trong đất loại sét, thông thường kích thước lổ rỗng do cát hạt đất tạo ra là nhỏ, tuy nhiên, do các hạt keo còn có màng nước liên kết vật lý bao quanh nên làm giảm tính hiệu quả thấm của các lổ rỗng. Muốn có tồn tại dòng thấm trong đất loại này, J thực tế cần đạt hơn giá trị Jbđ nào đó (Jbđ được xác định bằng thực nghiệm), khi đó, các hạt nước liên kết sẽ cùng chuyển động với nước tự do. CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.2 Những định luật cơ bản về thấm của nước trong đất đá : 5.2.3 Thấm trong đất sét : V J Jbđ Jbđ 0 V=K.J Đất loại sét Đất rời Trong thực tế, điều kiện để xảy ra thấm rối trong đất loại sét là không phổ biến CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.3 Vận động ổn định của nước dưới đất trong các lớp đất đá đồng nhất, đáy cách nước nằm ngang (Trường hợp thấm tầng) h1 hx h2 Hướng vận động 1 2 B x x : Hướng vận động 1 Mặt cắt vuông góc hướng x B : Bề rộng dòng thấm x x1=0 x2=L 5.3.1 : Trường hợp nước không áp CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.3 Vận động ổn định của nước dưới đất trong các lớp đất đá đồng nhất, đáy cách nước nằm ngang (Trường hợp thấm tầng) . h1 hx h2 Hướng vận động 1 2 B x x x1=0 x2=L Thấm tầng nên Q = K.F.J F = B.h J = với h là thay đổi từ h1 đến h2 Q = K.Bh. Q.dx = K.B.(-h.dh) Xét dòng thấm từ 1 đến 2 nên : hay Q = q = Q/B = với q : Lưu lượng dòng thấm ứng với 1 đơn vị bề rộng dòng thấm CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.3 Vận động ổn định của nước dưới đất trong các lớp đất đá đồng nhất, đáy cách nước nằm ngang (Trường hợp thấm tầng) h1 hx h2 x x1=0 x2=L Do là dòng thấm ổn định, q = const nên Phương trình đường mực nước CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.3 Vận động ổn định của nước dưới đất trong các lớp đất đá đồng nhất, đáy cách nước nằm ngang (Trường hợp thấm tầng) H1 Hx H2 Hướng vận động 1 2 B x x : Hướng vận động 1 Mặt cắt vuông góc hướng x B : Bề rộng dòng thấm x x1=0 x2=L 5.3.2 : Trường hợp nước có áp m 2 m : Bề dày của dòng thấm CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.3 Vận động ổn định của nước dưới đất trong các lớp đất đá đồng nhất, đáy cách nước nằm ngang (Trường hợp thấm tầng) H1 Hx H2 Hướng vận động 1 2 B x x x1=0 x2=L 5.3.2 : Trường hợp nước có áp m Q = K.F.J F = B.m với m = const nên Q.dx = K.B.m.(-dH) CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.3 Vận động ổn định của nước dưới đất trong các lớp đất đá đồng nhất, đáy cách nước nằm ngang (Trường hợp thấm tầng) H1 Hx H2 x x1=0 x2=L 5.3.2 : Trường hợp nước có áp m Q = q = Q/B = với q : Lưu lượng dòng thấm ứng với 1 đơn vị bề rộng dòng thấm CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.4 Vận động ổn định của nước dưới đất trong các lớp đất đá không đồng nhất, đáy cách nước nằm ngang (thấm tầng) 5.4.1 : Không đồng nhất theo phương thẳng đứng : m1 m2 K1 K2 CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.4 Vận động ổn định của nước dưới đất trong các lớp đất đá không đồng nhất, đáy cách nước nằm ngang (thấm tầng) 5.4.1 : Không đồng nhất theo phương ngang : K2 K1 l1 l2 CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.5 Vận động ổn định của nước dưới đất đến giếng khoan hoàn chỉnh : 5.5.1 : Khái niệm : CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.5 Vận động ổn định của nước dưới đất đến giếng khoan hoàn chỉnh : 5.5.2 : Vận động của nước đến LK hòan chỉnh (thấm tầng): Q S=0 h=he ho hr R r0 Q : Lưu lượng bơm hút. R : Bán kính ảnh hưởng r0 : Bán kính lổ khoan h : giá trị áp lực S = he-h : Trị số hạ thấp he : Giá trị áp lực khi chưa bơm hút S0 CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.5 Vận động ổn định của nước dưới đất đến giếng khoan hoàn chỉnh : 5.5.2 : Vận động của nước đến LK hòan chỉnh (thấm tầng): Q S=0 h=he ho hx R r0 S0