007Chuong 6 ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

CHƯƠNG QUY LUẬT VẬN ðỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ðẤT Do chênh lệch áp lực, nước ñất chuyển ñộng không ngừng lỗ rỗng, khe nứt đất đá hình thành dịng thấm

Giả thiết rằng: dịng nc di đt chim tồn b tng cha nc, bao gm tt c khe hng phn ct (cng) c"a mơi tr%ng Như vậy, dịng vận động thực tế nước ñất theo khe hổng thay dịng giả định, chiếm tất tầng chứa nước gọi dòng thm Cai loại chuyển động dịng thấm: chy tng chy ri Trong ñất chủ yếu chảy tầng 6.1 CƠ SỞ ðỘNG LỰC HỌC VÀ MỘT SỐ QUY LUẬT THẤM Căn số lượng lớn kết thí nghiệm, Darcy tính tốn đề nghị cơng thức: ∆h ∆h L h2 ∆h Q=K A L h1 L Q Sơ ñ thm nc ñt d)ng c) thí nghi+m thm ∆h Q=K A L ∆h ∆h L Q – lưu lượng dịng thấm (l/s, m3/ngày đêm), lượng nước thấm qua tiết diện ñơn vị thời gian K - ñược gọi hệ số thấm cuả ñất (cm/s, m/ ngày ñêm) Gradient thủy lực tỷ số ñộ chênh cột áp chiều dài ñường thấm ∆h L =i A - tiết diện dòng thấm; L - chiều dài dòng thấm ð.nh lu1t thm Darcy h2 h1 L Q
Công thức ñược viết lại: ◦ Q= K.i.A ð.nh lu1t thm Darcy Trong ñá nứt nẻ mạnh, lỗ rỗng cacstơ, vận ñộng nước đất đơi mang đặc tính chảy rối tuân theo biểu thức sau: v=K i Công thc Proni: i = av + bv2 Với ñất loại sét, ñịnh luật thấm ñược biểu diễn theo biểu thức sau:  i0  i0   v v = K i − i0 +     i    i=(v/K)(1+ α v) Ở ñây io Gradient áp l3c ban ñu v=K.i v=K(i-4/3 io ) i io Một số ñịnh luật thấm 4/3 io * Ứng suất sinh nước chuyển ñộng ñất tác dụng lên hạt ñất gọi ng sut th"y ñng: v J = i.γ w = γ w K Gradient th"y l3c b4t ñu phát sinh hi+n tư5ng đ6y trơi đt g7i gradient th"y l3c ti h8n, ký hi+u ith: γ s −1 γ sub ith = = (1 + e)γ w γ w Việc tính tốn nhằm xác định lưu lượng đơn vị q, mực nước ngầm áp lực tiết diện Lưu lượng ñơn vị lưu lượng dịng thấm có bề dày bề dày tầng chứa nước bề rộng 1m 6.2 QUY LUẬT VẬN ðỘNG CỦA DÒNG THẤM PHẲNG ỔN ðỊNH (2) (1) Theo sư phụ Darcy: q = − Kh Với: dh 1m dx i=− dh dx A=hx1m Chuyển vế lấy tích phân từ tiết diện (1) sang tiết diện (2): x1 h1 q ∫ dx = − K ∫ hdh x2 h2 Do đó: q ( x1 − x ) = − ( K h1 − h22 ) Tr%ng h5p tng cha nc khơng áp, đáy cách nc n;m ngang (1) (2) Thay giá trị: ( K h12 − h22 q= 2L ) Vì dịng thấm ổn định nên lưu lượng đơn vị q tiết diện nhau, dễ dàng rút ñược phương trình ñường mực nước: 2 h − h hx = h12 − x L Tr%ng h5p tng cha nc khơng áp, đáy cách nc n;m ngang H Thay giá trị: H1 − H q = KM L H1 Vì dịng thấm ổn ñịnh nên lưu lượng ñơn vị q tiết diện nhau, dễ dàng rút ñược phương trình đường mực nước: H x = H1 − (H − H ) L H2 Hx M x x1 x L x2 x (Lu ý hình d8ng đ%ng m3c nc.) Tr%ng h5p tng cha nc khơng áp, đáy cách nc n;m ngang
Sử dụng giá trị hệ số thấm tương ñương K1 h1 + K h2 + + K n hn K tb = h1 + h2 + + hn K1 q1 K2 q2 K3 H1 h1 h2 q3 H2 K4 q4 h3 h4 0 Khi nc thm song song vi mCt phân lp
Sử dụng giá trị hệ số thấm tương ñương K tb = (h1 + h2 + + hn ) hn h1 h2 + + + K1 K Kn ∆H1 ∆H ∆H K1 h1 K2 h2 K3 h3 Kn hn ∆H ∆H n Khi nc v1n đng theo phơng vng góc vi mCt lp Khi bơm hút nước, mực nước xung quang giếng hạ thấp, tạo thành hình phEu h8 thp Khoảng từ giếng khoan ñến hết ñường cong hạ thấp gọi bán kính nh hFng R Trường hợp nước có áp: R = 10S K Trường hợp nước không áp: R = (1,95 ÷ 2).S hK rhk s h hhk R 6.3 QUY LUẬT VẬN ðỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ðẤT ðẾN CÁC HỐ KHOAN BƠM NƯỚC rhk s h h hhk R r V1n ñng n ñ.nh c"a nc di ñt ñn h khoan nc ngm hoàn chInh

Cũng lại theo sư phụ Darcy: Q = K.i.A Theo sơ ñồ thấm: A = π.r.h dh i= Như vậy, phương trình đạo hàm: dr dh Q = 2πKrh dr Chuyển vế lấy tích phân theo điều kiện biên: R h dr Q∫ = 2πK ∫ hdh r rhk hhk Lưu lượng bơm hút ổn ñịnh: Q = πK (h − hhk2 ) R ln rhk V1n ñng n ñ.nh c"a nc di ñt ñn h khoan nc ngm hoàn chInh rhk s H H Hhk M R r V1n ñng n ñ.nh c"a nc Artesia ñn h khoan bơm nc hoàn chInh

Darcy bảo dễ nhớ: Q = K.i.A Theo sơ ñồ thấm: A = π.r.M Và Như vậy, phương trình ñạo hàm: dH i= dr dH Q = 2πKMr dr Chuyển vế lấy tích phân theo điều kiện biên: R H dr Q ∫ = 2πKM ∫ dH r rhk hhk 2πKM (H − H hk ) Lưu lượng bơm hút ổn ñịnh: Q = R ln rhk V1n ñng n ñ.nh c"a nc di ñt ñn h khoan nc ngm hồn chInh a h>0,5m b hđất H H.γγw < hs.γγ 6.4 QUY LUẬT VẬN ðỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ðẤT ðẾN CHÙM HỐ KHOAN BƠM NƯỚC Áp lực hạ thấp ñiểm A sau: SA = SA-1 + SA-2 Mực áp lực hạ thấp ñiểm A hố khoan bơm ñồng thời với lưu lượng Q1’ Q2’được tính sau: HK r1 A r HK SA-1 S1 SA-2 M L SA = SA−1 + SA−2 = Q1' Q2' (ln R1 − lnr1 ) + (ln R2 − lnr2 ) 2πKM 2πKM Sơ ñ v1n ñng c"a nưc dưi ñt ñn h khoan bơm nưc ñng th%i Với n hố khoan bơm nước: Qn' Q1' Q2' (ln R1 − ln r1 ) + (ln R2 − ln r2 ) + + (ln Rn − ln rn ) SA = 2πKM 2πKM 2πKM Nếu tất hố khoan bơm ñồng thời với lưu lượng Q1’ = Q2’, …= Qn’ = Qo , bán kính ảnh hưởng xấp xỉ R1 = R2 = …= Rn = R0 n ⋅ Qo   SA =  ln Ro − ln r1.r2 rn  2πKM  n  Tổng lưu lượng tất hố khoan bơm ñồng thời: 2πKMSA Q' = ∑ ln R0 − ln(r1.r2 rn ) n Trong trường hợp khoảng cách từ ñiểm cần hạ thấp áp lực A ñến hố khoan nhau, nghĩa hố khoan bơm nước bố trí đường trịn điểm hạ thấp áp lực tâm vịng trịn ta có: 2πKMS0 Q' = ∑ ln R0 − ln r0 Khi bơm nước hố khoan bơm ñồng thời tầng chứa nước ngầm, cách tương tự ta có: HK ro HK HK Ro So HK HK πK (H − h Q' = ∑ R0 ln r0 )
Hệ số thấm từ kết thí nghiệm tính theo cơng thức: a l H K = × × ln A t H −S a – tiết diện ống ño áp A – tiết diện mẫu ñất l – chiều cao mẫu ñất t – thời gian thí nghiệm H – Chiều cao cột nước S – ðộ chêch lệch cột nước sau thời gian thí nghiệm t=t1-t2 S H l 6.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ðỊNH HỆ SỐ THẤM CỦA ðẤT ðÁ
Hệ số thấm lớp đất tính theo công thức sau: Q.z K= F (H k + z + H ) H – Chiều dày lớp nước ñáy hố ñào (=10cm) Q – lưu lượng nước ñổ F – diện tích tiết diện vịng kim loại bên Hk – chiều cao mao dẫn (có thể xác ñịnh theo bảng tra) z – Chiều sâu nước thấm Phơng pháp Necterov (đ nc h đào)
Thí nghiệm thấm trường bơm hút, ép nước,…