Bài giảng địa chất công trình chương 6 một số quy luật vận động của nước dưới đất

CƠ SỞ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA SỰ THẤM VÀ MỘT SỐ QUY LUẬT THẤMGiả thiết rằng: dòng nước dưới đất chiếm toàn bộ tầng chứa nước, bao gồm tất cả khe hổng và phần cốt cứng của môi trường.. Như vậy,

CHƯƠNG 6 MỘT SỐ QUY LUẬT VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT 6.1 CƠ SỞ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA SỰ THẤM VÀ MỘT SỐ QUY LUẬT THẤM

Giả thiết rằng: dòng nước dưới đất chiếm toàn bộ tầng chứa

nước, bao gồm tất cả khe hổng và phần cốt (cứng) của môi trường Như vậy, dòng vận động thực tế của nước dưới đất chỉ

theo các khe hổng được thay bằng dòng giả định, chiếm tất cả tầng chứa nước và gọi là dòng thấm.

6.1.1.Quy luật dòng chảy trong ống

h K

Q=K.i.A

6.1.3.Định luật thấm phi tuyến

Trong đá nứt nẻ mạnh, lỗ rỗng cacstơ, vận động của nước dưới

3 3

4

i

i i i i

K v

* Ứng suất sinh ra khi nước chuyển động trong đất tác dụng

lên hạt đất gọi là ứng suất thủy động:

w w

K

v i

Gradient thủy lực khi bắt đầu phát sinh hiện tượng đẩy trôi đất

gọi là gradient thủy lực tới hạn, ký hiệu i th :

w

s th

6.2.Quy luật vận động của dòng chảy phẳng

Việc tính toán nhằm xác định lưu lượng đơn vị q, mực nước ngầmhoặc áp lực tại một tiết diện bất kỳ

6.2.1.Tính toán cho dòng thấm ổn định của nước dưới đất

6.2.1.1.Trường hợp tầng chứa nước không áp

a) Đáy cách nước nằm ngang

Xét lưu lượng đơn vị (lưu lượng của dòng thấm có bề rộng là 1m):

Thay các giá trị theo hình vẽ:

dx q

2

2 1 2

1

K x

K q

2

2 2

2

1 



Vì đây là dòng thấm ổn định nên q tại mọi tiết diện bằng nhau dễ dàng rút

ra được phương trình đường mực nước:

x L

h

h h

hx

2 2

2 1 2

q  

6.2.1.2.Trường hợp tầng chứa nước có áp (nước artesia)

a) Đáy cách nước nằm ngang

H1

L

H 2

HxM

dx q

x L

H

H H

Hx  1  1  2

và

6.2.1.3.Trường hợp tầng chứa nước gồm hai lớp đất có hệ thấm khác nhau và có đáy cách nước nằm ngang

a) Hai lớp đất nằm song song với phương dòng thấm

K dx

dH M

K q

K L

H H

M K q

hdh K

dH M

K dx

2 1 2 2

1 1

2 1

b) Tầng chứa nước có hệ số thấm thay đổi theo phương vận động

1 1 1

2L

h

h K

q   s

- Ở lớp 2:

2

2 2 2

2 2

2L

h

h K

1 2

2

K

L q h

h  s 

2

2 2

hs  

Cộng hai vế của hai phương trình:

1 2

L q

h h

1

2 2

2 1

2

K

L K

L

h

h q

1 1

2 2

2 1 1 2

1

K

L K

L K

h h

L h

1

2 1

K

L K

L

H H

M q

1

2 1

1

1 1

K

L K

L

H H

K

L H

H s

6.2.1.4.Vận động ổn định của nước dưới đất trong lớp không

đồng nhất

* Khi nước thấm song song với các mặt phân lớp:

K h K h K h i q

h h

h

h K h

K h

K K

2 2 1

1

* Khi nước vận động theo phương vuông góc với mặt lớp:

n tb

K

h K

h K

h

h h

h K

1

2 1

6.3 QUY LUẬT VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT ĐẾN CÁC HỐ KHOAN BƠM NƯỚC

sau:Ống chống, ống khai thác, ống lọc, máy bơm

Khi bơm hút nước, mực nước xung quang giếng sẽ hạ thấp, tạo

thành một hình phễu hạ thấp.

bán kính ảnh hưởng R Bán kính ảnh hưởng (R) không thay đổi

khi dòng thấm ổn định (khi máy bơm hoạt động với lưu lượng

Q ổn định trong khoảng thời gian 3 ngày) và thay đổi khi dòng

Bán kính ảnh hưởng phụ thuộc vào các yếu tố sau: thời gian hút nước, hệ số thấm, độ hạ thấp mực nước.

Trường hợp nước có áp:

Trường hợp nước không áp: R  10 S K

HK S

R  (1,95 2)

- Hố khoan bơm nước hoàn chỉnh nếu ống lọc đặt hết trong tầng

chứa nước, nếu khoan không hết chiều dày tầng chứa nước thì

là hố khoan bơm nước không hoàn chỉnh.

6.3.1.Vận động ổn định của nước dưới đất đến hố khoan nước ngầm hoàn chỉnh

a Sơ đồ vận động của nước đến hố khoan

Sử dụng định luật thấm tuyến tính:

Q = K.i.A Khi bơm nước từ hố khoan hoàn chỉnh thì diện tích nước thấm qua là diện tích xung quanh của một hình trụ có bán kính đáy

Q  2 

Thay vào phương trình ta thu được:

Thay vào phương trình và lấy tích phân:

h h

K Q

ln

2 2



 

6.3.2.Vận động ổn định của nước Artesia đến hố khoan bơm nước hoàn chỉnh

h H

KM Q

ln

 

6.4 QUY LUẬT VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT ĐẾN CHÙM HỐ KHOAN BƠM NƯỚC

6.4.1.Mục đích nghiên cứu

a h>0,5m

b

h đấ t H

H < h đất 

6.4.2.Sơ đồ vận động của nước dưới đất đến các hố khoan bơm nước đồng thời

Áp lực hạ thấp ở điểm A như sau:

S A = S A-1 + S A-2 Mực áp lực hạ thấp tại điểm A do các hố khoan 1 và 2 bơm đồng thời với các lưu lượng Q 1 ’ và Q 2 ’được tính như sau:

  2'  2 2

1 1

' 1

2 1

ln ln

2 ln

ln

Q r

R KM Q

S S

Nếu ở tất cả các hố khoan khi bơm đồng thời với các lưu lượng bằng nhau Q 1 ’ = Q 2 ’, …= Qn’, thì các bán kính ảnh hưởng sẽ xấp xỉ nhau R 1 = R 2 = …= R n = R 0

KM Q

r R

KM

Q r

R KM

Q S

ln ln

2

ln ln

2 ln

ln 2

'

2 2

' 2 1

1

' 1

S ln ln

' 2

1

2 1

r n

R

KMS Q

ln

1 ln

2 '

2 1

Trong trường hợp nếu các khoảng cách từ điểm cần hạ thấp áp lực A đến các hố khoan bằng nhau, nghĩa là các hố khoan bơm nước bố trí trên đường tròn và điểm hạ thấp áp lực là tâm vòng tròn đó ta có:

0 0

0

lnln

2'

r R

KMS Q

2 0 2

ln

'

r R

h H

6.5.CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ THẤM CỦA ĐẤT ĐÁ

Hệ số thấm là chỉ tiêu tính toán cơ bản để giải các bài toán địa chất thủy văn, đánh giá về lượng sự vận động của nước dưới đất.

i A

Q K

.



6.5.1.Các phương pháp xác định

hệ số thấm K trong phòng thí nghiệm

- Dụng cụ thấm với gradient không đổi (dụng cụ TIME)

H t

l K



 ln

c) Đối với đất loại sét thường sử dụng dụng cụ thí nghiệm cột nước giảm dần

S H

H t

l K

6.5.2.Các phương pháp xác định hệ số thấm K hiện trường

a) Phương pháp đổ nước hố đào

) (

.

H Z

H F

Z

Q K

K  

