BÀI GIẢNG - NƯỚC DƯỚI ĐẤT potx

Các dạng tồn tại nước dưới đất.Căn cứ vào trạng thái tồn tại mà chia nước trong đất thành 3 loại: Nước thể hơi, nước thể lỏng và nước thể rắn.. Còn gọi là nước kết hợp Tồn tại ở những v

Trang 1

CHƯƠNG 5- NƯỚC DƯỚI ĐẤT

Các dạng tồn tại nước dưới đất

Trang 2

Phân loại nước dưới đất theo điều kiện thế nằm

1 Dưới dạng trọng lượng Ion

2 Dưới dạng đương lượng Ion

3 Dưới dạng công thức Kurlov

Nội dung

Trang 3

5.1 Các dạng tồn tại nước dưới đất.

Căn cứ vào trạng thái tồn tại mà chia nước trong đất thành 3 loại: Nước thể hơi, nước thể lỏng

và nước thể rắn.

5.1.1 Nước dạng hơi.

 Nước thể hơi nằm ở phần trên cùng của vỏ quả đất.

 Nó di chuyển từ chỗ có áp suất hơi nước cao đến chỗ có áp suất hơi nước thấp.

 Nó phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất không khí ở trong đất.

Trang 4

5.1.2 Nước dạng lỏng.

Các phân tử nước ở thể lỏng có thể hoàn toàn

tự do hoặc chịu tác dụng lực hút của hạt đất Vì vậy

ta có thể chia nước ở thể lỏng thành 2 loại: Nước kết hợp và nước tự do

5.1.2.1 Nước kết hợp.

1) Nước kết hợp bên trong khoáng vật.

a) Nước kết cấu (Còn gọi là nước kết hợp)

Tồn tại ở những vị trí nhất định trong mạng tinh thể của khoáng vật ( OH- và H+)

Trang 5

 Ví dụ như khoáng vật Mika trắng

KAl2[AlSi3O10][OH]2.

 Nung nóng 400÷5000C thì nước thoát ra và mạng

tinh thể của khoáng vật bị phá hủy và khoáng vật đó

sẽ biến thành khoáng vật khác

b) Nước kết tinh.

Ở dạng phân tử tham gia vào mạng tinh thể của khoáng vật ở những vị trí cố định và một số lượng nhất định.

Nhiệt độ gần 4000C nó bị tách ra và mạng tinh thể của khoáng vật bị phá hủy và biến thành khoáng vật mới.

Ví dụ như Thạch cao CaSO4 2 H2O.

Trang 6

c) Nước Zeolit.

 Nước Zeolit nằm giữa các mạng tinh thể của

khoáng vật dưới dạng phân tử , lượng nước tham gia không cố định, phụ thuộc vào độ ẩm của không khí, lực liên kết yếu

 Nhiệt độ từ 80÷1200C chúng có thể bị tách ra và

không làm thay đổi thành phần khoáng vật

 Ví dụ như khoáng vật Monmorilonit, Kaolin…

2) Nước kết hợp mặt ngoài.

Nước kết hợp mặt ngoài ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của đất đặc biệt đối với đất loại sét

Màng nước kết hợp càng dày thì sức ma sát, sức chống cắt của đất giảm.

Trang 7

Hạt keo

Yếu Mạnh

a) Nước kết hợp mạnh.

Nước kết hợp mạnh là nước nằm gần

ngay trên mặt hạt, nó bị hút mạnh nhất vào

mặt khoáng vật, muốn tách nước này ra

phải nung nóng từ 1050-1100C Nó không

chịu tác dụng của trọng lực và đóng băng

và các phân tử nước này có thể di chuyển

từ hạt này sang hạt kia (mà không qua

trạng thái bốc hơi) Không chịu tác dụng

của trọng lực và đóng băng ở 00C

Trang 8

CHƯƠNG 5 - NƯỚC DƯỚI ĐẤT

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

Trang 9

5.1.2.2 Nước tự do.

Nước tự do cũng tùy theo vị trí của chúng mà có thể chịu ảnh hưởng lực hút của hạt đất và của các phân tử nước trong màng kết hợp trong những điều kiện nhất định

1) Nước mao dẫn.

Nước mao dẫn là nước quá độ từ nước kết hợp sang nước trọng lực Chúng chịu tác dụng của trọng lực đồng thời vừa chịu lực hút của hạt đất

Nước mao dẫn di chuyển dưới tác dụng của lực mao dẫn, tốc độ và chiều cao của cột nước mao dẫn phụ thuộc

và độ lỗ rỗng, kích thước hạt đất đá và thành phần khoáng vật của đất đá

Trong địa chất công trình nó làm cho mặt nước ngầm bị dâng cao Đất dưới nền công trình bị ướt làm giảm tính

ổn định của nền móng công trình hoặc mặt đường bị biến dạng

Trang 10

Có khả năng truyền áp lực thủy tĩnh ngay trong điều kiện thông thường Áp lực thủy tĩnh làm giảm trọng lượng của đá theo định luật Archimet Nó gây ra lực đẩy nổi dưới công trình nhất là công trình thủy công.

Có khả năng tác dụng cơ học khi nước vận động (Áp lực thủy động)

Trang 11

5.2 Một số đặc tính hóa học của nước dưới đất.

K O

 Nồng độ [H+] dễ phân tích hơn nên người ta dùng nồng

độ ion [H+] để biểu thị tính chất của nước Nhưng trong thực tế người ta dùng nồng độ PH để biểu thị nồng độ H+ trong nước.(PH = -lg[H+])

Trang 12

Căn cứ vào trị số PH có thể chia nước dưới đất thành 5 loại:

Nước dưới đất có PH thường từ 4÷11, nước có độ PH nhỏ thường nằm ở gần vùng công nghiệp, nhà máy luyện kim…Việc xác định độ PH của nước có ý nghĩa quan trọng đối với

kỹ thuật Chẳng hạn như PH nhỏ ăn mòn bê tông theo phản ứng: CaCO3 + 2H+ = Ca+ + H2O + CO2 mà thành phần Canxit (CaCO3) chiếm chủ yếu trong bê tông

Trang 13

5.2.2 Độ cứng.

 Các cation Ca2+ và Mg2+ hòa tan trong nước làm cho nước

có tính cứng

 Hàm lượng các ion Ca2+, Mg2+ trong nước gọi là độ cứng

 Nước cứng làm cho xà phòng không sủi bọt vì phản ứng hóa học: 2NaC12H33COO + Ca2+  Ca(C17H33COO)2 + 2Na+

không hòa tan chất bẩn mà còn bám vào bề mặt chất bẩn

 Tổng độ cứng (độ cứng toàn phần) là toàn bộ hàm lượng Ca2+ và Mg2+ có trong nước

 Độ cứng tạm thời là hàm lượng Ca2+ và Mg2+ kết tủa khi đun sôi nước

 Độ cứng vĩnh viễn là hiệu số giữa tổng độ cứng và

độ cứng tạm thời

Trang 14

Ngoài ra, người ta còn dùng mgđl/l để biểu thị độ cứng,1mgđl ion Ca2+ hoặc Mg2+ bằng 2.8 độ Đức Dựa vào độ cứng người ta phân ra:

Phân loại nước dựa vào tổng độ cứng (Alenkin)

a hàm lượng ion Ca2+ trong nước (mg/l)

b hàm lượng ion Mg2+ trong nước (mg/l)

Trang 15

Tùy theo độ khoáng hóa, có thể phân nước dưới đất thành các loại sau:

Nước siêu nhạt Độ khoáng hóa < 0.2g/lNước nhạt Độ khoáng hóa =(0.2÷1.0)g/lNước lợ Độ khoáng hóa =(1.0÷3.0)g/lNước hơi mặn Độ khoáng hóa =(3.0÷10.0)g/lNước mặn Độ khoáng hóa (10.0÷35.0)g/lNước muối Độ khoáng hóa > 35.0 g/l

Trang 16

5.2.4 Tính ăn mòn.

5.2.4.1 Ăn mòn rửa trôi.

Do sự hòa tan của Ca(OH)2 xảy ra mạnh dưới sự tác dụng của nước mềm (là loại nước có tổng độ cứng từ1.5÷3.0 mgđl/l) và sau đó cuốn trôi đi làm mất tính dính kết nội bộ, làm giảm cường độ của đá xi măng

Khi Ca(OH)2 bị hòa tan 15÷30% thì cường độ của

đá xi măng giảm đến 40÷50%

5.2.4.2 Ăn mòn cacbonic.

Khi khí CO2 tự do có nồng độ vượt nồng độ khí CO2 cân bằng thì một lượng khí CO2 sẽ tham gia phản ứng hòa tan thành phần Canxit có trong bê tông gọi là khí CO2 ăn mòn theo phản ứng:

CaCO3 + H2O + CO2  Ca2+ + 2HCO3

-CHƯƠNG 5- NƯỚC DƯỚI ĐẤT

Trang 17

Trong thực tế người ta dùng cường độ ăn mòn

CO2 để đánh giá mức độ ăn mòn của nước và được tính theo công thức sau:

a b

a I





36 0

2

Trong đó: a là hàm lượng khí CO2 ăn mòn tính bằng mg/l

b là hàm lượng HCO3- có trong nước tính bằng mg/l

Khi I>1 Ăn mòn mạnh, phải xử lý; I<1 Ăn mòn yếu có thể bỏ qua

Trang 18

5.2.4.3 Ăn mòn Axit.

Axit tác dụng với Ca(OH)2 trong đá xi măng tạo ra những muối tan (CaCl2) và muối tăng thể tích(CaSO4.2H2O)

HCl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2H2O

H2SO4 + Ca(OH)2 = CaSO4.2H2O

Trang 19

5.3 Phân loại nước dưới đất theo điều kiện thế nằm.

5.3.1.Nước trong đới thông khí.

nhiễm bẩn, trữ lượng không ổn định

Trang 20

5.3.2.2 Nước thượng tầng.

Nước thượng tầng là loại nước chủ yếu có ý nghĩa quan trọng trong đới thông khí Nó nằm trên thấu kính cách nước trong đới thông khí

1

4Hình 5.1 Nước thượng tầng và nước ngầm

1: Nước thượng tầng; 2: Thấu kính cách nước

3: Mực nước ngầm; 4: Tầng cách nước

Trang 21

5.3.2 Nước ngầm.

MNN 3

áp, có mặt thoáng tự do, tuy nhiên có thể có áp lực cục bộ

Hình 5.2 Nước ngầm có mặt thoáng tự do; có khi có áp lựa cục bộ1: Mặt nước ngầm; Mặt áp lực cục bộ; 3: Thấu kính cách nước

Trang 22

 Do mặt nước ngầm luôn dao động theo mùa nên người ta gọi là mặt thoáng tự do Chúng cũng bị nhiễm bẩn nếu nguồn cung cấp nhiễm bẩn.

 Trong lỗ khoan thăm dò và khai thác mực nước ngầm ở độ cao tương ứng với mặt thoáng của nước ngầm

 Trong xây dựng cần phải biết độ sâu mực nước ngầm và chọn chiều sâu chôn móng hợp lý Nếu hố móng phải cắt ngang mực nước ngầm cần dự đoán trước hiện tượng nước chảy vào hố móng công trình, ăn mòn vật liệu xây dựng nhất là vật liệu bê tông và kim loại, gây ra hiện tượng xói ngầm, cát chảy, khi nước ngầm vận động gây ra hiện tượng xói lỡ các sườn dốc, bờ kênh

Trang 23

5.3.2 Nước áp lực.

Nước Actêzi là nước trọng lực nằm kẹp giữa 2 lớp cách thủy ổn định Nó thường nằm sâu hơn nước ngầm, lớp cách nước ở phía trên gọi là đỉnh cách nước và lớp cách nước ở phía dưới gọi là đáy cách nước Khoảng cách giữa đỉnh và đáy cách nước được gọi là bề dày tầng chứa nước

Säng 1

2 3 m

a: Miền cung cấp; b: Miền phân bố áp lực; c:

Miền thoát nước.

1: Mặt áp lực; 2: Đất đá cách nước; 3: Đất đá

chứa nước.

m: Bề dày tầng chứa nước; : Chỉ hướng vận động của nước

Trang 24

 Nước Actêzi khác nước ngầm ở chỗ là có áp lực, nên khi khoan đào đến tầng chứa nước thì mực nước sẽ dâng lên trong lỗ khoan cao hơn đỉnh của tầng chứa nước

 Chúng ít bị nhiễm bẩn vì có một lớp cách nước che phủ ở phía trên

 Nước có áp thường gây ra hiện tượng bục đáy hố móng khi thi công, tạo ra áp lực nước ở đáy móng, áp lực trên vỏ áo các công trình ngầm

h

m

Để đáy hố móng

không bị phá hoại thì phải

xét đến điều kiện cân bằng:

đ.m  n (h+m)

Trang 25

5.4 Biểu diễn kết quả phân tích nước dưới đất.

5.4.1 Dưới dạng trọng lượng Ion.

 Biểu thị hàm lượng Ion có thật trong nước theo trọng lượng Ion gam hoặc Ion miligam trong một lít nước Đơn vị là g/lhay mg/ l

 Cách biểu thị này có ưu điểm là cho ta biết trọng lượng tuyệt đối các Ion trong nước nhưng không thấy được tác dụng giữa các thành phần hóa học xảy ra trong nước

5.4.2 Dưới dạng đương lượng Ion.

Phương pháp này biểu diễn hàm lượng Ion theo số gam đương lượng trong một lít nước

Phương pháp này khắc phục được nhược điểm của phương pháp trọng lượng Ion Vì ta có thể thấy được quan hệ tác dụng giữa thành phần hóa học trong nước Chúng tác dụng với nhau theo đương lượng

Trang 26

2 08

48

09

144



Tính toán tương tự ta có hàm lượng Cl- tính theo mgđl = 0.11

Trang 27

Ngoài ra người ta còn biểu diễn theo phần trăm đương lượng Cation

100

%

1

x C

Trang 28

5.4.3 Dưới dạng công thức Kurlov

 Phương pháp này biểu thị dưới dạng phân số toán học

 Tử số biểu thị hàm lượng của Anion chủ yếu trong nước tính theo mgđl/l

 Mẫu số là các cation với quy tắc như anion

 Chỉ viết các anion từ 10% trở lên theo thứ tự từ lớn đến nhỏ

 Trước phân số biểu thị độ tổng khoáng hóa, nguyên tố hiếm, hợp chất khí tính theo đơn vị g/l

 Phía sau phân số từ trái qua phải biểu thị: Trị số PH, nhiệt

độ t (0C), lưu lượng mạch nước (l/s)

Trang 29

Ví dụ, một mẫu nước có kết

quả phân tích như

Trang 30

Dựa vào kết quả phân tích trên, mẫu nước được biểu thị dưới dạng công thức Kurlov như sau:

H2SiO3 0.031 Br0.020 M 8.948

3 20 1

69

3 93

Ca Na

Cl

Tên của nước đọc là “ Clorua natri canxi” (những Ion

có hàm lượng > 20% đương lượng)

PH5.9 t0

53

Định dạng
Số trang	30
Dung lượng	2,52 MB