Đang tải... (xem toàn văn)
tài liệu uy tín được biên soạn bởi giảng viên đại học Bách Khoa TPHCM, thuận lợi cho qua trình tự học, nghiên cứu bổ sung kiến thức bộ môn địa chất công trình, bộ môn dầu khí, bộ môn cầu đường xây dựng dân dụng, Tài liệu được kiểm duyệt bởi giảng viên, phòng đào tạo trường đại học bách khoa, lưu hành nội bộ
CHƯƠNG QUY LUẬT VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT Do chênh lệch áp lực, nước đất chuyển động không ngừng lỗ rỗng, khe nứt đất đá hình thành dòng thấm Giả thiết: dòng nước đất chiếm toàn tầng chứa nước, bao gồm tất khe hổng phần cốt (cứng) môi trường Như vậy, dòng vận động thực tế nước đất theo khe hổng thay dòng “giả định”, chiếm tất tầng chứa nước gọi dòng thấm Cai loại chuyển động dòng thấm: chảy tầng chảy rối Trong đất chủ yếu chảy tầng 6.1 CƠ SỞ ĐỘNG LỰC HỌC VÀ QUY LUẬT THẤM Căn số lượng lớn kết thí nghiệm, Darcy tính tốn đề nghị công thức: ∆h ∆h L h2 ∆h Q=K A L h1 L Q Sơ đồ thấm nước đất dụng cụ thí nghiệm thấm ∆h Q=K A L ∆h ∆h L Q – lưu lượng dòng thấm (l/s, m3/ngày đêm), lượng nước thấm qua tiết diện h đơn vị thời gian K - hệ số thấm cuả đất (cm/s, m/ ngày đêm) Gradient thủy lực tỷ số độ chênh cột áp chiều dài đường thấm ∆h h2 L =i A - tiết diện dòng thấm; L - chiều dài dòng thấm Định luật thấm Darcy Cơng L Q thức viết lại: ◦Q= K.i.A Trong đá nứt nẻ mạnh, lỗ rỗng karst, vận động nước đất đơi mang đặc tính chảy rối tn theo biểu thức sau: v=K i Cơng thức Proni: i = av + bv2 Với đất loại sét, định luật thấm biểu diễn theo biểu thức sau: v i0 i0 v = K i − i0 + i i=(v/K)(1+αv) Ở io - Gradient áp lực ban đầu v=K.i v=K(i-4/3 io) i io Một số định luật thấm 4/3 io * Ứng suất sinh nước chuyển động đất tác dụng lên hạt đất gọi ứng suất thủy động: v J = i.γ w = γ w K Gradient thủy lực bắt đầu phát sinh tượng đẩy trôi đất gọi gradient thủy lực tới hạn, ký hiệu 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 đơn vị lưu lượng dòng thấm có bề dày bề dày tầng chứa nước bề rộng 1m 6.2 QUY LUẬT VẬN ĐỘNG CỦA DÒNG THẤM PHẲNG ỔN ĐỊNH (2 ) (1 ) Theo sư phụ Darcy, q=KiA: 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 ) Trường hợp tầng chứa nước không áp, đáy cách nước nằm ngang (1 ) (2 ) Thay giá trị: ( K h12 − h22 q= 2L ) Vì dòng thấm ổn định nên lưu lượng đơn vị q tiết diện nhau, dễ dàng rút phương trình đường mực nước: 2 h − h hx = h12 − x L Trường hợp tầng chứa nước không áp, đáy cách nước nằm ngang H Theo sư phụ Darcy, Q=KiA: Với: i=− dH dx H1 A=Mx1m Nên dH q = − KM dx Chuyển vế lấy tích phân từ tiết diện (1) sang tiết diện (2): x2 H1 x1 H2 q ∫ dx = − KM ∫ dH Do đó: H2 Hx M x x1 L x2 x q( x1 − x ) = − KM ( H − H ) Trường hợp tầng chứa nước có áp, đáy cách nước nằm ngang có bề dày khơng đổi H Thay giá trị: H1 − H q = KM L H1 Vì dòng thấm ổn định nên lưu lượng đơn vị q tiết diện nhau, dễ dàng rút phương trình đường mực nước: H x = H1 − ( H1 − H ) L H2 Hx M x x1 x L x2 x (Lưu ý hình dạng đường mực nước.) Trường hợp tầng chứa nước không áp, đáy cách nước nằm ngang Sử dụng giá trị hệ số thấm tương đương K h1 + K h2 + + K n hn K tb = h1 + h2 + + hn K1 q1 K2 q2 K3 K4 H1 h1 h2 q3 H2 q4 h3 h4 0 Khi nước thấm song song với mặt phân lớp Sử dụng giá trị hệ số thấm tương đương K tb = ( h1 + h2 + + hn ) hn h1 h2 + + + K1 K Kn ∆H1 ∆H2 ∆H K1 h1 K2 h2 K3 h3 Kn hn ∆H3 ∆Hn Khi nước vận động theo phương vng góc với mặt lớp Khi bơm hút nước, mực nước xung quang giếng hạ thấp, tạo thành hình phễu hạ thấp Khoảng từ giếng khoan đến hết đường cong hạ thấp gọi bán kính ảnh hưởng R Trường hợp nước có áp: R = 10 S K R = (1,95 ÷ 2).S hK Trường hợp nước không áp: rhk s h h hk R 6.3 QUY LUẬT VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT ĐẾN CÁC HỐ KHOAN BƠM NƯỚC rhk s h h h hk R r Vận động ổn định nước đất đến hố khoan nước ngầm hoàn chỉnh Cũng lại theo sư phụ Darcy: Q = K.i.A Theo sơ đồ thấm: A = π.r.h dh i= dr Như vậy, phương trình đạo hàm: dh Q = 2πKrh dr Chuyển vế lấy tích phân theo điều kiện biên: R h dr Q∫ = 2πK ∫ hdh r rhk hhk πK ( h − hhk2 ) Lưu lượng bơm hút ổn định: Q = R ln rhk Vận động ổn định nước đất đến hố khoan nước ngầm hoàn chỉnh rhk s H H H hk M R r Vận động ổn định nước Artesia đến hố khoan bơm nước hoàn chỉnh Darcy bảo dễ nhớ: Q = K.i.A Theo sơ đồ thấm: A = π.r.M Và Như vậy, phương trình đạo 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 định: Q = R ln rhk Vận động ổn định nước đất đến hố khoan nước ngầm hoàn chỉnh a h>0,5m Mục đích – hạ mực nước hố đào b hđất H H.γ w < hs.γ 6.4 QUY LUẬT VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT ĐẾN CHÙM HỐ KHOAN BƠM NƯỚC Giả thiết: áp lực hạ thấp điểm A: SA = SA-1 + SA-2 Mực áp lực hạ thấp điểm A hố khoan bơm đồng thời với lưu lượng Q1’ Q2’: HK r1 A r HK SA-1 S1 SA-2 M L S A = S A−1 + S A−2 = Q1' Q2' ( ln R1 − ln r1 ) + ( ln R2 − ln r2 ) 2πKM 2πKM Sơ đồ vận động nước đất đến hố khoan bơm nước đồng thời 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 đồng 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 đồng thời: 2πKMS Q' ∑ = A ln R0 − ln( r1.r2 rn ) n Trong trường hợp khoảng cách từ điểm cần hạ thấp áp lực A đến hố khoan nhau, nghĩa hố khoan bơm nước bố trí đường tròn điểm hạ thấp áp lực tâm vòng tròn đó: 2πKMS Q' = ∑ ln R0 − ln r0 Khi bơm nước hố khoan bơm đồng 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 2 ) Hệ số thấm từ kết thí nghiệm tính theo cơng thức: a l H K = × × ln A t H −S a – tiết diện ống đo áp A – tiết diện mẫu đất l – chiều cao mẫu đất t – thời gian thí nghiệm H – Chiều cao cột nước S – Độ chêch lệch cột nước sau thời gian thí nghiệm t=t1-t2 S H l 6.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ THẤM CỦA ĐẤT ĐÁ Hệ số thấm lớp đất tính theo cơng thức sau: Q.z K= F (H k + z + H ) H – Chiều dày lớp nước đáy hố đào (=10cm) Q – lưu lượng nước đổ F – diện tích tiết diện vòng kim loại bên Hk – chiều cao mao dẫn (có thể xác định theo bảng tra) z – Chiều sâu nước thấm Phương pháp Necterov (đổ nước hố đào) Thí nghiệm thấm trường bơm hút từ giếng đơn hay chùm giếng xác định từ công thức nhờ giếng quan trắc bổ sung ... thấm Định luật thấm Darcy Công L Q thức viết lại: ◦Q= K.i.A Trong đá nứt nẻ mạnh, lỗ rỗng karst, vận động nước đất mang đặc tính chảy rối tn theo biểu thức sau: v=K i Công thức Proni: i = av +... gọi dòng thấm Cai loại chuyển động dòng thấm: chảy tầng chảy rối Trong đất chủ yếu chảy tầng 6. 1 CƠ SỞ ĐỘNG LỰC HỌC VÀ QUY LUẬT THẤM Căn số lượng lớn kết thí nghiệm, Darcy tính tốn đề nghị... áp lực tiết diện Lưu lượng đơn vị lưu lượng dòng thấm có bề dày bề dày tầng chứa nước bề rộng 1m 6. 2 QUY LUẬT VẬN ĐỘNG CỦA DÒNG THẤM PHẲNG ỔN ĐỊNH (2 ) (1 ) Theo sư phụ Darcy, q=KiA: q = − Kh Với: