Bài giảng Địa chất công trình - Chương 5: Vận động nước dưới đất

Nội dung text: Bài giảng Địa chất công trình - Chương 5: Vận động nước dưới đất

1. BÀI GIẢNG MÔN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Chương 5: Vận động nước dưới đất
2. 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)
3. 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 : H Q L Q F Q H=H1-H2 H1 H L Q 2 Cát
4. 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) : H. F Q = K 5.2.1.1 Mô hình thí nghiệm : L Với : K : Hệ số xác định bằng thí nghiệm, phụ thuộc vào loại H=H1-H2 đất và kết cấu của đất (Hệ số thấm của đất). H1 H L Q 2 Cát
5. 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 : Q=K.F.J hay V = K.J 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) V Trong thực tế, định luật Dacxi chỉ đứng khi vận tốc dòng thấm nhỏ (thấm tầng), trường hợp vận tốc dòng thấm tg = K lớn thì có sự sai lệch. Việc xác định trạng thái của dòng thấm (rối, tầng) thông qua giá trị của hệ số Raynol. J
6. 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): V V = K. J 5.2.2.2 Công thức Proni (Dupuit) : V=K.J J = aV2 + bV2 J 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)
7. 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.
8. 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 thực tế, điều kiện V V = K. J để xảy ra thấm rối trong đất loại sét là không phổ biến V=K.J 4 V = K(J − J ) 3 bđ Đất rời Đất loại sét J 4 0 Jbđ J 3 bđ
9. 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) Hướng vận động 5.3.1 : Trường hợp nước không áp x x 2 x1=0 x2=L 1 x 2 1 B h1 hx x : Hướng vận động h 1 Mặt cắt vuông 2 góc hướng x B : Bề rộng dòng thấm
10. 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) . Hướng vận động Thấm tầng nên x x 2 x =0 x2=L Q = K.F.J 1 1 x 2 dh F = B.h (− ) dh 1 dx J = − B hx h1 h2 dx với h là thay đổi từ h1 đến h2 Q = K.Bh. 2 2 h1 − h2 Q.dx = K.B.(-h.dh) Q = K.B 2L Xét dòng thấm từ 1 đến 2 nên : 2 2 h1 − h2 x1 =0 h1 q = Q/B = K.B Qdx = K.B.(−hdh) hay 2L với q : Lưu lượng dòng thấm ứng với 1 x2=L h2 đơn vị bề rộng dòng thấm
11. 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) x x =0 Do là dòng thấm ổn 1 x =L 2 định, q = const nên 1 x 2 h2 − h2 h = h2 − 1 2 x x 1 L Phương trình đường h1 mực nước hx h2
12. 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) Hướng vận động 5.3.2 : Trường hợp nước có áp x x 2 x1=0 x2=L 1 x 2 1 B H1 Hx x : Hướng vận động H 1 2 Mặt cắt vuông góc 2 hướng x m B : Bề rộng dòng thấm m : Bề dày của dòng thấm
13. 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) Hướng vận động 5.3.2 : Trường hợp nước có áp x x 2 x1=0 x2=L 1 x 2 1 B H 1 Q = K.F.J Hx F = B.m với m = const nên H2 Q.dx = K.B.m.(-dH) m
14. 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) 5.3.2 : Trường hợp nước có áp x xH=0 x1=0 x2=L 11 1 x 2 Qdx=− K () B m dh x2= L H2 HH− Q = K B m 12 L H1 Hh12− H q = Q/B =Km . x L H2 với q : Lưu lượng dòng thấm ứng m với 1 đơn vị bề rộng dòng thấm
15. 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 : K1 m 1+ K 2 m 2 KTB = mm12+ m1 K1 m2 K2
16. 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 : l 1 l1 x 2 2 ll+ K = 12 TB ll 12+ KK12 K K1 2
17. 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 : rhk s H H Hhk M R r
18. 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 Q : Lưu lượng bơm hút. R : Bán kính ảnh hưởng r0 : Bán kính lổ khoan S0 S=0 h : giá trị áp lực h=he S = he-h : Trị số hạ thấp hr h : Giá trị áp lực khi chưa ho e bơm hút r0 R
19. 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 h2 − h2 Q = K 1 2 S R 0 ln r S=0 0 hx ho h=he R = 2S0 K.he r0 R