Bài giảng khái niệm về cơ học đất không bão hòa và mô hình hàm thấm genuchten GS nguyễn công mẫn

Cấu trúc thành phần của đất không bão hoàĐất bo hoàBH • Đất bão hoà chỉ Đất không bo hoà KBH • Đất không bão hoà chứa hạt rắn, khí và nước: môi trường 3 pha; • Lỗ rỗng chứa cả khí và n

Khái niệm về Cơ học đất không bão hoà

LT Chiều cao đới BH MD

• Cát hạt thô: h rất nhỏ

• Đất bụi: h có thể đạt 2m

TH đập đất

Đới k hông

Độ cao dâng mao dẫn ứng với các

đường kính mặt khum khác nhau (Janssen & Dempsey, 1980)

Không BH: uw và ua

Khô: u = 0

Bo hoà MD: u < 0 Bo hoà: u > 0

+u -u

u = γγγγw.h w

+h

-h

(1) (2) (3) (4)

Cấu trúc thành phần của đất không bão hoà

Đất bo hoà(BH)

• Đất bão hoà chỉ

Đất không bo hoà (KBH)

• Đất không bão hoà chứa hạt rắn, khí và nước:

môi trường 3 pha;

• Lỗ rỗng chứa cả khí và nước;

Theo S Lee Barbour, §H Saskatchewan

S - §é b·o hoµ ; Sresidu - §é b·o hoµ d−

residu e

S S

S S

S

anh hưởng của pha khí

- Khi ở trạng thái không bão hoà, đất là một hệ 4

pha: hạt đất, nước, khí và mặt ngoài căng, đồng

thời tồn tại trong lỗ rỗng của đất;

- Sự tồn tại của bọt khí làm giảm tính thấm của đất

⇒ bọt khí càng nhiều, lượng chứa nước càng ít, thì

tính thấm càng nhỏ và ngược lại Luôn tồn tại một

lượng nước trong lỗ rỗng do khí kín nhốt lại ⇒ độ

bão hòa dư (Residual saturation) [V.Genuchten]

- Mặt ngoài căng tại mặt phân cách khí - nước tạo

nên lực hút giữa các hạt đất, gọi là lực hút dính ( matric suction ) hay áp lực lỗ rỗng âm

tồn tại của mặt ngoài cang và sơ đồ các lực mao dẫn tác dụng lên ống mao dẫn

Nhờ có lực căng bề mặt, nhện nước không tụt vào nước, bọ bơi ngửa không bật khỏi mặt nước

a

R

T u

u ư = 2

không khí

ống thuỷ tinh mao dẫn

nước

MÆt n−íc

a matric

R

T

2 u

u − =

= σ

bmatric

Ts

hạt đất

Tshạt đất

Nguyễn Công Mẫn, 1999

Các biến trạng ứng suất trong đất KBH

Y

X Z

0

0

0 (ua- uw) (ua- uw)

Tensơ cầu ứng suất

áp suất tứ phía

Một số định nghĩa cơ ban

Design Standard - Embankment Dams Chapt 8 - Seepage Analysis & Control-1987

thoáng - dọc theo đó, AL lỗ rỗng = AL khí quyển SF

thông thuộc vật liệu thân hay nền CT và bao gồm :

AL nước LR dương tạo ra do trọng lực và AL LR âm( Matric Suction ) tạo ra bởi sức cang bề mặt

độ bền chống cắt theo độ hút dính Phát triển nguyên lý ƯSHQ Terzaghi

φb

(σ σ - ua) c’

đường cong đặc trưng Nước - đất

Độ ẩm dư hay độ bo hoà dư: độ bão hoà thấp nhất khi nước trong các lỗ rỗng không liên thông

Giá trị khí vào tới hạn: độ hút dính ứng với lúc khí có thể thấmvào các lỗ rỗng lớn nhất

• Dạng của SWCC phụ thuộc phân bố cỡ lỗ rỗng trong đất

đường cong đặc trưng nước - đất – SWCC

đường cong đặc trưng đất - Nước và Hàm thấm

• đường cong đặc trưng đất - Nước (SWCC)

- Mô ta lượng chứa nước trong đất theo lực hút dính

- Dạng đường cong có quan hệ với độ lớn và phân

bố kích cỡ lỗ rỗng,

• Hàm thấm

- Mô ta biến thiên hệ số thấm theo lực hút dính;

- Phan ánh ban chất và có dạng của SWCC;

• Xác định hàm thấm

- Dự tính từ đường cong SWCC và biểu thức GT;

- đo bằng buồng áp lực ( TEMPE - Soil moisture

Equip Corp.in Santa Barbara, Calif.USA ).

Hµm thÊm

SEEP/W 5 ⇒ PP Green & Corey, Fredlund & Xing

vµ MH Van Genuchten PLAXIS ⇒ V Genuchten

• Dạng của SWCC phụ thuộc phân bố cỡ lỗ rỗng trong đất

đường cong đặc trưng nước - đất – SWCC

Mô hỡnh vật liệu theo PlaxFlow

Lập quan hệ tuyến tính hóa MH hàm thấm Genuchten

Theo gia định trên, lập QH tuyến tính-log giưa HS thấm tương đối

10

MH lý thuyÕt van Genuchten

MH lý sÊp xØ van Genuchten

Cách lập dữ liệu tính toán của PlaxFlow

• Dựa vào lượng chứa tương đối giữa các nhóm hạt, đất được phânlàm 5 nhóm: coarse, medium, medium fine, fine, very fine, và

được đặt vào tam giác Feret, và đã dùng 3 hệ phân loại đất

Hypres, USDA và Staring với các dữ liệu về các thông số MH

• Các thông số cho trong hai Standard Series – Relative

permeability và Relative saturation

Standard series, Relative permeability tab sheet Standard series, Relative Saturation tab sheet

Phân loại đất theo PP tam giác Feret

HYPRES là hệ PL đất quốc tế được lập theo một dự án do EU tài trợ PlaxFlow

đã dùng bộ dư liệu này suy ra các thông số thuỷ lực để mô hinh hoá các NC về môi trường và quy hoạch sử dụng đất’ [Hydraulic properties of European Soil]

Phân loại đất theo hệ HYPRES

1àm = 10 -4 mm