Tính thấm

Tính thấm Bởi unknown KHÁI NIỆM CHUNG Sự chuyển động của chất lỏng trong môi trường đất, đá nứt nẻ hoặc trong môi trừơng xốp nói chung, gọi là thấm Khi xây dựng công trình thường xuất hiện hiện tượn[.]

Tính thấm Tính thấm Bởi: unknown KHÁI NIỆM CHUNG Sự chuyển động chất lỏng môi trường đất, đá nứt nẻ mơi trừơng xốp nói chung, gọi thấm Khi xây dựng cơng trình thường xuất hiện tượng thấm đất thấm đáy, thấm vịng quanh cơng trình; thấm đến hố móng thi cơng v v tính thấm có tầm quan trọng đặc biết khâu thiếu thiết kế cơng trình Nhiệm vụ việc tính thấm thường nhằm xác định đặc trưng chung cục cụa dòng thấm: Xác định áp lực cột nước thấm vị trí khác vùng thấm Xác định trị số gradiên vận tốc dịng thấm cơng trình đất, cơng trình đoạn nối tiếp cơng trình với bờ Xác định vị trí đường bảo hịa ( thấm khơng áp) Xác định lưu lượng thấm Từ số liệu đặc trưng dịng thấm nói mà giải vấn đề thiết kế Kiểm tra độ bền cơng trình tác dụng dịng thấm ( xói ngầm) Kiểm tra độ ổn định trượt cơng trình Kiểm tra biến dạng cục hạ lưu cơng trình Xác định kích thước hợp lý phận chống thấm thóat nước Xác định thành phần kích thước tầng lọc ngược Đánh gía tổn thất nước thấm gây ĐỊNH LUẬT THẤM VÀ PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN Các tốn thấm phức tạp, nắm vững kiến thức để tính tốn làm sở nghiên cứu thực nghiệm cần thiết Dưới nêu định luật phương trình quan trọng cho việc giải tốn thấm phẳng khơng gian 1/12 Tính thấm Định luật thấm Quy luật chuyển động dòng thấm biểu thị định luật Darcy: v=kJ (6-1) đó: v lưu tốc thấm; ( cm/s ) J gradiên thấm ( độ dốc thủy lực); k hệ số thấm môi trường ( cm/s ) Trị số v công thức lưu tốc trung bình dịng thấm “tượng trưng” xem tồn dịng thấm chứa đầy chất lỏng Lưu tốc trung bình dịng thấm lỗ rỗng đất khe nứt đá tính theo cơng thức: v' = v n (6-2) đó: v’ lưu tốc thấm trung bình lỗ rỗng mơi trường thấm; v lưu tốc thấm trung bình dịng tượng trưng, tính theo công thức; n độ rỗng môi trường ( đất đá nứt nẻ) n= W' W (6-3) Ở đó, W’ thể tích phần rỗng tồn thể tích mơi trường W Lưu lượng thấm xác định theo cơng thức: q=v.A (6-4) đó: q lưu lượng thấm; ( cm3/s) v lưu tốc thấm; (cm/s) 2/12 Tính thấm A diện tích mặt cắt ngang dịng thấm (cm2) Phương trình thấm Đối với trường hợp thấm ổn định nghĩa lưu tốc, áp lực thấm khơng phụ thuộc thời gian thành phần lưu tốc thấm có dạng: ∂h vx = − k ∂ x ∂h vy = − k ∂ y ∂h vz = − k ∂ z (6-5) {{ đó: h cột nước thấm Mặt khác, nước thấm đất phù hợp với điều kiện liên tục chuyển động chất lỏng khơng nén thỏa mãn phương trình liên tục ∂ vx ∂x + ∂ vy ∂y + ∂ vz ∂z = (6-6) từ công thức Darcy liên tục ta có: ∂2 h ∂ x2 + ∂2 h ∂ y2 + ∂2 h ∂ z2 = (6-7) Nếu gọi lưu tốc thấm φ, ϕ = − k.h (6-8) Dựa vào (6-5) (6-8) ta có : vx = ∂ϕ ∂x vy = ∂ϕ ∂y vz = ∂ϕ ∂z (6-9) {{ 3/12 Tính thấm Lấy đạo hàm (6-9) thay vào (6-6) ta có ∂2 ϕ ∂ x2 + ∂2 ϕ + ∂ y2 ∂2 ϕ ∂ z2 = (6-10) Từ (6-6) (6-10) thấy hàm số cột nước h lưu tốc φ hàm điều hòa Giải phương trình Lapơlaxơ với điều kiện biên cụ thể, ta xác định cột nước h lưu tốc φ điểm môi trường thấm từ xác định đường đẳng cột nước h=const đường đẳng φ=const Trên sở mà tính áp lực lưu tốc thấm Phương trình thấm phẳng Trong trường hợp thấm chuyển động phẳng ( khơng phụ thuộc hướng trục oz) phương trình vi phân (6-5) trở thành: ∂h vx = − k ∂ x ∂h vy = − k ∂ y (6-11) phương trình Lapơlaxơ (6-7), (6-10) có dạng ∂2 h ∂ x2 ∂2 ϕ ∂x + + ∂2 h ∂ y2 = (6-12) ∂2 ϕ = (6-13) ∂ y2 Nếu gọi ψ hàm số dịng thành phần lưu tốc thấm biểu thị theo ψ có dạng vx = ∂ψ ∂x vy = − ∂ψ ∂y (6-14) Sự liên hệ hàm số ( hàm số số dòng ( biểu thị theo hệ thức côsi-râyman: ∂ϕ ∂x ∂ϕ ∂y = ∂ψ ∂y = − ∂ψ ∂x (6-15) Cho nên hàm số dòng ( hàm điều hòa: ∂2 ψ ∂x + ∂2 ψ ∂ y2 = (6-16) 4/12 Tính thấm Phương trình (4-16) xác định đường dịng có trị số khơng đổi ψ=const từ tính lưu lượng thấm theo cơng thức qn_m= ψn-ψm (6-17) đó: qn_m lưu lượng thấm hai đường dòng thứ n m; ψn, ψm trị số hai đường dòng thứ n m Hàm số dòng ψ lưu tốc φ cịn có liên hệ: ∂ϕ ∂ψ ∂x ∂x + ∂ϕ ∂ψ ∂y ∂y = (6-18) Từ điều kiện trực giao (6-18) cho thấy, hai họ đường đẳng đường dòng trực giao với Hai họ tạo thành lưới thủy động hay gọi thấm MỘT SỐ SƠ ĐỒ HẠ MỰC NƯỚC NGẦM (MNN) TRONG HỐ MĨNG[5] Trong xây dựng cho dù loại cơng trình nào, lớn hay nhỏ cơng tác xây dựng cơng tác hố móng, vấn đề hút nước hạ mực nước ngầm chiếm vị trí quan trọng đặc biệt Hạ mức nước ngầm hố móng ngồi việc đảm bảo cho q trình thi cơng dễ dàng, làm giảm áp lực đẩy gradien áp lực lên đáy hố móng, tránh tượng bục xói ngầm đáy móng, điều quan trọng thi cơng hố móng vùng có địa chất cát mịn Hạ nước ngầm làm giảm áp lực lỗ rỗng mái dốc hố móng làm cho mái dốc ổn định hơn, dẫn đến việc tăng hệ số mái dốc từ làm giảm kinh phí cho cơng tác đào hố móng, đặc biệt với hố móng có kích thước lớn với việc mở cửa gương lò , cửa nhận nước v.v (thậm chí giảm đến 10 ) Căn vào vào điều kiện địa chất thuỷ văn, sơ đồ hạ mức nước ngầm hố móng thường có dạng sau: Hố móng hồn chỉnh, đất đồng chất Trong hình ghi chú: 1- ống kim lọc - Giếng hút sâu Đối với loại hình sơ đồ này, đáy hố móng đặt tầng khơng thấm (so với đất mái dốc hố móng) Trạm hạ nước ngầm bao gồm hệ thống giếng khoan quanh hố móng, giếng khoan trang bị bơm lọc sâu, hay bơm phun nước Khi chiều sâu lỗ khoan khơng lớn, thay bơm kim lọc ( hình 1) Tuy nhiên với hố móng hồn chỉnh, việc hạ MNN khơng thể dựa vào hệ thống giếng khoan (2), 5/12 Tính thấm hệ thống khơng thể ngăn hết dịng thấm vào hố móng, cho dù số trường hợp cịn đặt thêm hệ thống kim lọc tồn khu nước rỉ chân dốc Để bảo vệ chân mái dốc khơng bị xói, thíêt phải có vật tiêu nước bề mặt, dịng thấm vào hố móng cần tập trung lại bơm hút ngồi hình thức hút nước kiểu hở Như việc hạ nước ngầm hố móng hồn chỉnh, tránh khỏi kết hợp hút nước kiểu kín ( sâu) kiểu hở ( lộ thiên) Để giải vấn đề cần phải kết hợp việc lựa chọn lưu lượng lỗ khoan hàng với việc xác định lưu lượng bơm hàng bơm kim lọc Trong trường hợp đó, việc hạ mực nước ngầm hố móng tiến hành theo bước sau: • Chọn trước khoảng cách giưã ống kim lọc σ1, lưu lượng bơm lỗ hoan hàng (2) mực nước lỗ khoan • Xác định lưu lượng hàng ống kim lọc khoảng cách lỗ khoan hàng ngồi • Tính tốn theo phương pháp thủ dần đạt yêu cầu thiết kế Lưu lượng hàng ống kim lọc xác định là: Q1 = ( ) Q2 L 0,5k h2 − h2 − l σ 1l l3 A.σ (6-19) Trong : h- Mực nước ngầm ban đầu; (m) h1 , h2 - Mực nước ống kim lọc giếng hút; (m) σ , σ 2, - Khoảng cách ống kim lọc giếng; (m) 6/12 Tính thấm k - hệ số thấm tầng thấm; (m/h) Khoảng cách lỗ khoan ngồi tính theo: σ2 = Q2 l k L l2 + l3 − A.l1 ( l2 h l2 (1 + A) + h21 − A l L ) − h2 − 2 Q2 k (6-20) Φ2 Trong : A= l3 L l + l + σ1 Φ l (6-21) Với Ф , Ф nội sức kháng đường viền dòng thấm tương ứng với hàng lỗ khoan 2, xác định theo công thức: φ= σ 2π ln π.d (6-22) Với: d- đường kính giếng bơm (m) Đối với việc xác định σ , sơ ta lấy Ф = Điều cần quan tâm xác định lưu lượng đơn vị dòng chảy mái dốc hố móng Đối với sơ đồ này, giá trị q0 tính theo công thức : h2 q0 = k 2L − Q1 l + l σ1 L − Q2 l σ2 L (6-23) Trong q trình tính tốn, với việc lựa chọn công suất trạm hạ MNN, dòng thấm mái dốc, cần phải xem xét khu vực lộ nước ngầm để lựa chọn biện pháp bảo vệ mái dốc hố móng cách thích hợp Hố móng khơng hồn chỉnh, đất đồng chất Trong trường hợp này, đáy hố móng chưa đạt tới tầng khơng thấm Việc hạ MNN thực việc bố trí giếng bơm hay hệ thống kim lọc bao quanh hố móng Đối với hố móng rộng có kích thước chiều đến hàng trăm mét, người ta bố trí thêm hàng giếng khoan bên hố móng, nhiên việc bổ sung giếng lại có ảnh hưởng tới q trình đào móng, biện pháp sử dụng hạn chế 7/12 Tính thấm Hình 2: Hố móng khơng hồn chỉnh đất đồng chất Trường hợp hố móng vây hệ thống giếng hoàn chỉnh, độ hạ mực nước ngầm tính theo: Q= ( ) 1,36 2H − S0 k.S0 lg ( ) R0 (6-24) A Với: R0 = 2S0√H.k (6-24) Trong H – Mực nước ngầm ban đầu (m) k – Hệ số thấm tầng thấm (m/s) Ngoài ra, ta xét sơ đồ đặc trưng loại hố móng sơ đồ hạ MNN bậc hai bậc thấm nhiều lớp ( hay lớp) Các hố khoan bố trí dọc theo đường viền hố móng a) Sơ đồ hạ MNN bậc ( Hình 6-3) 8/12 Tính thấm Hình 3: Sơ đồ hạ mực nước ngầm kiểu bậc Với dạng sơ đồ điều kiện biên nguồn cấp hai phía hố móng khác nhau, điều kiện thuỷ địa hai vùng khác , đáy hố móng nằm tầng thấm nước lỗ khoan đặt xuống hết tầng thấm (lỗ khoan dạng hoàn chỉnh) Lưu lượng bơm tính cho lỗ khoan dãy tính theo công thức: Q= k.B.Sk L σ1 (6-25) Lưu lượng bơm cho lỗ khoan dãy II tính sau: Qc1 = k.B.Sk L σ2 (6-25) Trong : σ , σ khoảng cách lỗ khoan dãy tương ứng B - Chiều dày tầng thấm nước Mực nước hạ thấp lỗ khoan tính theo: Sc = Sk + Q k.B Φk (6-26) Đối với trường hợp ta tính cho dịng thấm khơng áp độ hạ thấp lấy theo: Sc = Sk + Q k.hk Φk (6-27) Với: hk chiều sâu đường bão hoà tầng thấm Để xác định độ hạ thấp MNN tính tốn miền nằm đường viền nguồn cấp đường viền hạ MNN , độ hạ thấp tính theo phương trình sau: ( S = Sk + x L ) (6-28) Trong khoảng cách x tính từ đường viền hạ nước ngầm b) Sơ đồ hạ mực nước ngầm hai bậc (Hình 6-4) 9/12 Tính thấm Hình 4: Sơ đồ MNN hai bậc Với sơ đồ này, lưu lượng hút lỗ khoan dãy I tính theo: Sc1 − Sk Qc1 = kB L1 L1 + L2 L1L2 ( ) σ1 L + L (6-29) + Φk1 Trong Sc1 độ hạ thấp tính tốn lỗ khoan dãy I Lưu lượng bơm hút lỗ khoan dãy II tính theo: Qc2 = kB L Sk σ2 + L2 − L σ2 L + L σ1 (6-30) Độ hạ thấp Sc lỗ khoan dãy II xác định theo: Sc2 = Sk + Qc2 k.B Φk2 (6-31) Đối với tầng thấm không áp tính lưu lượng bơm cho dãy này, ta có: Qc2 = k.hk L Sk σ2 + L2 − L σ2 L + L σ1 (6-32) Với hk chiều sâu đường bão hoà so với tầng khơng thấm Hố móng có lớp đất xen kẹp (Hình 6-5) Với sơ đồ , hố móng có lớp xen kẹp chèn ngang mái dốc, lớp đất thấm, trạng thái bão hồ nước lớp có cường độ chịu lực , ngược lại trạng thái khơ giữ mái dốc trạng thái ổn định với mái dốc Vì việc hạ nước ngầm trường hợp tiến hành theo hai sơ đồ với phần hố móng nằm lớp xen kẹp coi trường hợp hố móng hồn chỉnh, ngược lại phần bên lại coi sơ đồ hố móng khơng hồn chỉnh Từ việc hạ MNN lớp 10/12 Tính thấm thường dùng hệ thống kim lọc , đồng thời đắp thêm lớp gia tải thấm nước khu vực rỉ nước mái Phần hố móng bên thường dùng hệ thống lỗ khoan để bơm nước ra, nhằm làm hạ MNN xuống cao trình đáy móng Hình 5: Sơ đồ hố móng có lớp xen kẹp Trong nhiều trường hợp lớp xen kẹp có độ dày lớn, hệ số nhả nước cao giai đoạn đầu bơm làm việc, hầu sinh giảm áp suất tầng thấm mà có giếng xuyên qua, sau q trình bơm tiếp theo, lượng nước lớp xen kẹp với lớp nước tham gia vào trình bơm, sau lượng nước bơm chủ yếu lớp lớp xen kẹp tạo thành Hố móng nằm tầng thấm có áp (Hình 6-6) Hình 6: Sơ đồ hố móng nằm tầng thấm có áp Đối với sơ đồ hố móng kiểu này, hố móng tồn dịng thấm có áp Khi tầng thấm có áp lực gần với đáy hố móng xảy tượng đùn đất (đối với cát) hay bục (đối với đáy móng thấm) Trong trường hợp 11/12 Tính thấm cần phải có giếng khoan hạ mực nước ngầm tầng thấm có áp ( thường gọi hố khoan giảm áp ) Khi tầng thấm có áp có hệ số thấm nhỏ, cần bố trí thêm hệ thống hàng khoan bên hố móng, q trình đào hố móng, nhiên biện pháp gây khó khăn cho trình đào móng Với sơ đồ việc tính thấm vào hố móng giống trường hợp hố móng hoàn chỉnh(đối với việc hạ mực nước ngầm cho lớp trên) hạ mức nước ngầm tầng thấm nhiều lớp cho giếng giảm áp 12/12 .. .Tính thấm Định luật thấm Quy luật chuyển động dòng thấm biểu thị định luật Darcy: v=kJ (6-1) đó:... định theo cơng thức: q=v.A (6-4) đó: q lưu lượng thấm; ( cm3/s) v lưu tốc thấm; (cm/s) 2/12 Tính thấm A diện tích mặt cắt ngang dịng thấm (cm2) Phương trình thấm Đối với trường hợp thấm ổn... φ, ϕ = − k.h (6-8) Dựa vào (6-5) (6-8) ta có : vx = ∂ϕ ∂x vy = ∂ϕ ∂y vz = ∂ϕ ∂z (6-9) {{ 3/12 Tính thấm Lấy đạo hàm (6-9) thay vào (6-6) ta có ∂2 ϕ ∂ x2 + ∂2 ϕ + ∂ y2 ∂2 ϕ ∂ z2 = (6-10) Từ (6-6)