Nhằm giúp các bạn chuyên ngành Kiến trúc - Xây dựng có thêm tài liệu phục vụ nhu cầu học tập và nghiên cứu, mời các bạn cùng tham khảo phần 2 nội dung cuốn sách Địa chất công trình dưới đây. Phần 2 có kết cấu từ chương 7 đến chương 10 giới thiệu đến các bạn lí thuyết thấm của nước dưới đất, các hiện tượng địa chất động lực công trình, khảo sát địa chất công trình,...
CHUONG VII LÝ T H U Y Ế T THẤM CỦA Nước DƯỚI Đ Â T Nước đất chuyên động không ngừns lỗ rỗng, khe nứt đất đá Tính đa dạng, phức tạp mơi trường làm cho việc nehiên cứu dòng thấm khó khăn hcfn nhiều so với việc nghiên cứu dòng cliảy mặt Hiện nay, để giải toán thấm nước đất, người ta phải sử dụng khái niệm, phưomg trình thuỷ lực học saư đơn giản hố mơi trưòỉng thấm tính chất dòng thấm Nghiên cứu thấm có ý nghĩa lớn xày dựng cóng trình thuỷ cơng, cơng trình ngầm , tưới tiêu tạo đất, tháo khơ hố móng, khai thác nước đất, làm cho đất nước điều hoà với Trong chương này, trước tiên nghiên cứu định luật thấm, sờ tiến hành tính tốn thấm cho trường hợp dòng thấm phẳng, ổn định dòng thấm gần giếng khoan đứng Các phưcíng trình thấm bán tìm sở để tiến hành giải toán thấm cự thè phức tạp l l i ứ tự nội dung trình bày cliương ; C sớ động lực học thấm Tính tốn cho dòng thấm phắng ốn định, Tính tốn cho dòng thấm gần giêng khoaii đứng §1 C S ỏ ĐỘNG L ự c HỌC CỦA SựTHÂM 1.1 Q uy luật dòng chảy ông Khả thấm nước đất đá không chí phụ thuộc vào kích thước, hình dạng lỗ rỗng khe nứt m phụ thuộc vào tính chất nước thấm mối tương tác nirớc đất đá Để nghiên cứu dòng thấm, ta mơ hình hố mơi trường lỗ rỗng khe nứl thành mơi trường ống trụ tròn có đường kính khác Dòng thấm lỗ rỗiig khe nứt đưoc thay dòng chả) Irong ống 77777/V777777ị (hình V ỈI-I) Trong trường hợp dòng chảy tầng, cliúiig a thành lập biểu thức liên hệ lưu lưọng chảy, vận tốc chảy với giadien áp lưc dòng chảy Hình VII-1 Biểu đổ vận tốc thấm ừỉiịị suất tiếp nươc chày tron^ ỐNÍỊ trụ tròn 139 Lực tác động ống trụ tròn có đưòfng kính 2r„ đoạn dài / xác định trọng lực theo chiều dòng thấm : Acp = (Pi - (P2 = yAH (V II-1) Trong : (p| (p-, - trọng lực mặt cắt ; AH - độ chênh cột nước hai mặt cắt ; y - dung trọng nước ú h g suất tiếp T xuất trình chuyển động xác định theo định luật rna sát nhớt Niutcín : dv T= - Ĩ ^ dr Trong đó: r| - hệ số nhớt nước ; (V II-2 ) - vận tốc thấm vị trí cách tâm ống đoạn r Lực cản xuất vách ống dòng , xác định íheo diện tích bề mặt ống ứng suất tiếp T : e=2Ttr/T (V II-3 ) Biểu thức (V II-1) viết lại khi: Aọ = — CO = 71 r : co = = nr (VII-4) r _ AH Thay —— = J T theo (VII-2) vào (VII-4) ta có : dv T= - r i^ dr = ~ y rJ (VII- ) +c (VII- ) Tích phân phưoỉng trình (VII-5) ta : ti Tai điểm sát vách ống X= T = nên c = yJr , vây : ti -Ò Vr = ^ (VII-7) 4r| Biểu đồ vận tốc thấm theo bán kính ống r có dạng parabon với vận tốc lớn tâm ống Ợùnh V ỉỉ-I) r = : Vn,ax = ỉ - 4r| Lưu lượng dòng chảy ống Qg : 140 rổ (VII- ) Q „= Ị ĩ t r v , d r = ^ r , í (VII-9) 8,1 Từ (VII- ) (VII-9) ta tính vận tốc trung bình dòng chảv ống : v,b = Qo ^ Ỵrọ J ^ Vmax 7ĩr 8r| (V II-10) Như vậy, chảy tầng quan hệ lưu lưcmg, vận tốc chảy với gradien áp lực nước quan hệ đưòfng thẳng (quan hệ tuyến tính) Trong trường hợp chảy rối, quan hệ vận tốc J= Ầ r V gradien áp lực J có dạng : V- ■g Trong : V - vận tốc trung bình dòng chảy ; Ầ - hệ sỗ thuỷ lực, phụ thuộc vào độ nhám thành ống số Rây-non ; g - gia tốc trọng trưòng Lúc có quan hệ phi tuyến vận tốc gradien áp lưc dòng chảy 1.2 C ác đ ịn h luật thấm I Đ ịnh lu ậ t thấm đường thẳng (định luật Đacxi) Vào th ế kỷ XIX, nhà thuỷ lực học người Pháp Đacxi (Darcy) đ ã làm thí nghiệm thấm qua đất cát đimg ống trụ {hình VII-2) Nước thấm từ vòi qua đất với chiéu dài /, qua vòi vào chậu Phía ống trụ có ống đo áp Mực nước hai ống chênh lệch chứng tỏ trình thấm qua lỗ rỗng đất, nước phải khắc phục sức cản phần áp lực Từ kết qu ả nhiều lần thí nghiệm, Đacxi rút kết luận lượng nước thấm Q qua đất đơn vị thời gian tỷ lệ thuận với hiệu mực nước ống đo áp A h diện tích tiết diện mẫu co, tỷ lộ nghịch với chiều dài cột đất /;theo hệ số tỷ lệ k : n - i - (Vn-12) Ah Trong : ——= J-gradien áp lực hay độ dốc thuv lực; k - hệ số tỷ lệ đặc trung cho tính thấm nước đất đá gọi hệ số thấm Hình V II-2 Dụng cụ thấm Đacxi 141 Phương trình biểu thị định luật thấm Đacxi : Lưu lượng thấm tỷ lệ bộc với gradien áp lực Khi chia vế phương trình (V II-12) cho diện tích tiết diện thấm w ta có : ^ = v = kJ co (V IM ) Như vậy, vận tốc thấm tỷ lệ bậc với gradien áp lực Trong qưá trình xác định vận tốc thấm V , lưu lượng Q tính cho tồn mặt cắt, bao gồm khơng diện tích lỗ rỗng nước chảy qua mà diện tích hạt đất, nước khơng thể chảy qua Do đó, vận tốc thấm khái niệm thuỷ lực đưa với giả thiết môi trường thấm liên tục để sử dụng phương trình thuỷ lực học Còn thực tế nước vận động lỗ rỗng, khe nứt đất đá với vận tốc u lớn hơii vận tốc V nhiểu lần, tính theo công thức : u = -^ (VII-14) Trong : n độ rỗng diện tích (nó độ lỗng tính rỗng cúa đất đá đắng hướng) Vì V = — ta có : co u = - - hay V = n.ii n (V II-15) Như vậy, vận tốc thấm vận tốc thực nhân với độ lỗ rỗng n Để xét ảnh hưởng tính chất nước thấm (dung trọng y , độ nhớt r | ) tới vận lốc thấm, người ta thay áp lực thấm H trọng lực (p gradien áp lực thấrn J bầng gradien trọng lực Khi định luật Đacxi viết : V= -J ,p , Trong : k _ A(p AH (V II-16) _ ^ gọi độ thấm nước đất đá đại lượng đặc trưng xác vế tính thấm đất đá hofn hệ số thấm, nước thấm khơng phụ thuộc vào tính chất thuỷ động Quan hệ hệ số thấm k độ thấm nước k duọc biểu thức sau ; k= k l = r| TI V ; k=kg (VII-17) Trong : g - gia tốc trọng trường ; V - hệ số nhớt động nước ; p - mật độ nước, Độ thấm nước k có thứ nguyên diện tích, tính c n / 142 Để làm sáng tỏ ảnh hưởng độ rỗng n tới hệ số thấm đất đá, ta mơ hình hố mơi trường lỗ rỗng thành mòi trưòng ống nhỏ có đường kính = yq diện tích tiết diện ống co,, = 71:1^ Khi dòng thấm qua tiết diện (ù có lưu lượng Q độ rỗng n số lượng ống nhỏ — lưu lượng qua ống Qo : “o = nco (V IM 8) n Kết hợp ( V I M ) với (VIl-9), ta tìm ; v = ^ J 8r| ( V I I - 19) Liên hệ biểu thức (V II-19) với định luật Đacxi (V II-13), ta xác định công thức hệ số thấm phụ thuộc vào độ rỗng n đất đá : k =^ 8r| (vn- 20) Đ ịnh lu ật thấm p h i tuyến Trong mơi trường thấm có lỗ rỗng lớn (đá karst hóa, cuội, sỏi ) gradien áp lực thấm lớn xuất thấm rối, vận tốc thấm xác định theo định luật Kratnoponxki : v = 1 hơri, 'đối với đất khơng dính khoảng cách 50 ^ lOOm, đất dính 25 -í- 200m, đá 50 đến 200 ^ 300tm; có 10 20% cơng trình thăm dò có đưòng kính lớn Trong phạm vi mỏ vật liệu đìược đánh giá đến cấp A khơng hơii hố khoan sâu Có thể bố trí hầm thí nghiệm, tiến hành khai thác thử Cần đánh giá vể chất lượng cách toàn diện: th;ành phần khoáng vật, thành phân hoá học, đặc trưng vật lí, học, tính thấm Xác địinh độ ẩm tốt công đầni nện hợp lí cho đất đắp Việc nghiên cứu chi tiết vật liệu xây dựng dạng nà'y nêu đầy đủ Irong giáo trình vât liệu xây dựng số sách chuyên sâu 283 CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH Ananiev v p , Korobkin V.I Địa chất công trình Nhà xuất Đại học Moxkva, 1973 ALan E.K ehew Edition, 1995 Đenixov N Ya Đ ịa chất cơng trình Nhà xuất Quốc gia, 1960 Kolomenxki N V Địa chất cơng trình chun mơn Nhà xuất bán "Neđra", Geogy fo r eniỊÌneers and envirounieiìtuỉ Scientists Second Moxkva, 1969 Lomtađze V.D Đ ịa chất động lực cơng trình Nhà xuất "Neđra", Leningrat, 1977 Xeđenko M V Đ ịa chất, địa chất thuỷ văn vù địa chất cơng trình Nhà xuất Đại học M inxk, 1975 Xergêev E.M T h ổ chất Nhà xuất Trường Đại học Tổng hợp, Moxkva, 1973 Sextakov V.M Đ ộng lực nước đất Nhà xuất Trường Đại học Tổng hỢỊ:), Moxkva, 1973 S ổ tay địa ch ấ t cơng trình Nhà xuất "Neđra", 1968 10 Terzaghi K M ecanique theorique des soils Dunod, 1951 11 Taylor D w Punãam entals o f soil mechưnics, 1954 12 Wu T.H Soiỉ mechatũcs Allyn and Bacon, Inc 1966 13 Nguyễn Uyên, Nguyễn Văn Phưofng, Trần Tính, Trần Thanh Giám Thực tập địa ch ấ t cơng trình Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội, 1983 14 Zvonkova T v Đ ịa mạo ứng dụng Nhà xuất Khoa học kĩ thuật, Hà Nội, 1977 284 MUC LỤC Trung Lừi nói đáu Mo đầu §1 Địa chất còng trình nhiệm vụ §2 Nội dima nghiên cứu địa chất còng trình §3 Phưcmg pháp nghiên cứu địa cliàt cơng trình Chưiịí I ĐẤT ĐÁ § Vo qua đất Iươiig địa chất diễn tron« no 10 §2 KhốntỊ vật khống vật tạo đất đá 13 §3 Kiên trúc, câu tạo tlic nàm đất đá 24 ị?4 Đá niacnia 27 §3 Đá Irầm lích 35 s() Đii bicii diiú 45 §7 Phân loại đất đá theo quan điểm clịa chất cơng trình 50 Chương II KIẾN TAO ĐỊA CHẤT § Cliuycn động kiến tạo địa chất 55 §2 Các dang cấu tạo địa chất 57 §3, Ánh hưởriỉỉ cúa crÌLi tạo dịa châì kiến tạo đến cóng trình 59 Chương III LỊCH s PHÁT TRIỂN v ỏ q u ả ĐẤ T §1 Một số khái niệm tuổi đất đá niên biểu địa chất 64 §2 Sơ lược lịch sứ phát triến vỏ đất 69 §3 Đôi nét lịch sử địa cliấl Việt Nam 71 §4 Địa mạo 74 -hươnịỉ IV CÁC TÍNH CH ÂT VÂT LÍ CỦA ĐẤT đá § Tính chất thành phần bán tạo nên đất đá §2 Tính lỗ rồng lính nứl né cúa đâì đá ' 81 85 285 §3 Trọng lượng cúa đất đá