BÀI GIẢNG ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH CHƯƠNG 5 NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÀ TÍNH TOÁN NƯỚC DƯỚI ĐẤT

Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình CHƯƠNG 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÀ TÍNH TỐN THẤM NƯỚC DƯỚI ĐẤT Thành tạo ban đầu Biến đổi kiến tạo Môi trường rỗng Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Khe rỗng thành tạo ban đầu Khe rỗng biến đổi-kiến tạo Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Phân loại nước đất: Nước ngầm (phreatic):  Là nước đất thành tạo tầng chứa nước (tính từ mặt đất)  Tầng chứa nước bị chắn tầng đáy cách nước không bị chắn phía nên thẩm thấu lên bề mặt, gọi tầng nước ngầm tự - Mực nước thay đổi theo mùa chế độ thủy văn - Dễ bị ô nhiễm nước thải sinh hoạt công nghiệp Nước sâu: Nằm sâu bên dưới, qua tầng cách nước, thường tầng cách nước, chia làm dạng: - Khi tầng chứa nước sâu nằm ngang khơng hồn tồn bão hòa (ngập nước) gọi tầng chứa nước không áp - Khi tầng chứa nước sâu địa tầng nằm nghiêng gọi tầng chứa nước có áp Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Khi khoan thăm dò vào tầng nước có áp mực nước hố khoan dâng cao lên, mặt đất, cho cốt cao độ với mực nước nguồn cấp theo nguyên lý bình thơng nhau, gọi nước aztezi HIỆN TƯỢNG MAO DẪN  Bề mặt tiếp xúc chất lỏng với thành vật rắn phân tử lỏng bị tác dụng lực phân tử bên cạnh với thành, làm ướt, tạo thành bề khum lõm xuống  Một khoảng nước dâng cao mực nước ngầm ổn định gọi đới mao dẫn Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình  Độ dâng cao đới mao dẫn tuân theo định luật Jurin: Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.1 – Khái niệm nước đất: Do chênh lệch áp lực, nước đất chuyển động không ngừng lỗ rỗng, khe nứt đất đá Trong trường hợp lỗ rỗng đất đá chứa đầy nước tự nước dịch chuyển chênh lệch áp lực từ nơi có áp lực cao (mực nước cao hơn) đến nơi có áp lực thấp (mực nước thấp hơn) gọi thấm nước đất Khi tính tốn cần giả định dòng nước đất chiếm tồn lỗ rỗng tức xem đất bão hòa dòng di chuyển gọi tầng nước ngầm (dòng thấm) Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.2 – Phân loại nước đất:  Nước thấu kính: (nước thượng tầng) Nguồn cung cấp nước chủ yếu nước mưa ngấm xuống Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.2 – Phân loại nước đất:  Nước ngầm không áp:  Nguồn cung cấp nước chủ yếu nước song, hồ, nước mưa ngấm: Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.2 – Phân loại nước đất:  Nước ngầm có áp (actezi): Sơ đồ tầng áp lực hình thành giếng phun (actezi) a- miền cung cấp; b- miền tàng trữ; c-miền thoát nước Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT Tầng chứa nước kẹp hai tầng cách nước điều kiện đáy hố móng khơng bị bục trọng lượng tầng cách nước phải lớn áp lực đẩy ngược nước áp lực: t  w (h + t) h t Nước áp lực (actezi) Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT Ranh giới nước mặn nước ngọt: Sơ đồ quan hệ nước mặn nước nhạt bờ biển Mực nước biển; Bề mặt thoáng nước nhạt; Đường cân nước mặn nước O h(x;y) H(x;y) Trang Bài Giảng Địa Chất Công Trình Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.3 – Các tính chất nước đất:  Tính chất vật lý: •Tỷ trọng: phụ thuộc muối hòa tan •Độ suốt: phụ thuộc lượng khống hòa tan, hợp chất hóa học, hữu cơ, keo nước… •Màu nước: phụ thuộc thành phần hóa học, tạp chất Nước cứng màu nhạt, Fe H2S lục… •Mùi: vi khuẩn, khí nguồn gốc hóa học vd H2S •Vị: Ca(HCO3)2 ngọt, NaCl mặn, MgSO4 đắng… •Tính dẫn điện GV: TRẦN HÙNG CƯỜNG Chương 5: KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.3 – Các tính chất nước đất:  Tính chất hóa học: Các ngun tố ion đóng vai trò chủ yếu: Cl-, HCO3-, SO42-, CO32-, Ca2+, Mg2+, Na+, K+,… a Độ hoạt tính nước (độ pH): Độ pH: H2OH++OHHằng số phân ly: Như lượng ion nước là: [H+][OH-] = KH2Ox[H2O] = 1,8.10-16 x 55,56 = 10-14 pH = - lg[H+] Ở đây: [H+] – nồng độ ion H+ Trung tính: pH=7 Axit: pH7 Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.3 – Các tính chất nước đất:  Tính chất hóa học: a Độ hoạt tính nước (độ pH): b Độ cứng nước Độ cứng tính chất nước có chứa hợp chất hòa tan Ca2+ Mg2+ cách đánh giá độ cứng: (theo meq/l độ) -Biểu diễn độ Đức: H=0.1a+0.14b Với H: độ cứng tính theo độ Đức a: lượng mg CaO 1l nước B: lượng mg MgO 1l nước Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT -Biểu diễn hàm lượng meq/l Ca2+ Mg2+ Số mg đương lượng tỷ số nguyên tử lượng (phân tử lượng) hóa trị Vd: Ca2+=40/2=20mg Mg2+=24/2=12mg Hàm lượng meq/l (miligam đương lượng/lít) tỷ số hàm lượng mg/l số mg đương lượng Lưu ý: 1meq/l=2,80 Đức 10 Đức=0,357 meq/l Rất mềm 25,20 Trang 10 Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.3 – Các tính chất nước đất:  Tính chất hóa học: a Độ hoạt tính nước (độ pH): b Độ cứng nước c Độ khống hóa: (biêu diễn g/l) Trong nước có tồn thành phần khống, để xác định hàm lượng, cần đun sôi nước lọc lắng cặn để phân tích Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT Các nguyên tố ion nước Vi nguyên tố (Zn, Br, Mn, Cu, Pb…), siêu nguyên tố (Hg,Au, Rb…) Ion Cl-: NaCl, nước vị mặn, ion trội ion khác tầng nước sâu Ion HCO3-: gặp nước nhạt, hòa tan đá carbonat Liên quan ăn mòn bê tông Ion SO42-: nước tiếp xúc thạch cao, có chứa H2S, có vị chát Ion Ca2+:trội ước nơng độ khống Trang 11 Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT Ion Na+: thường có nồng độ cao (10-100g/l) Vùng nước gần mặt đất hàm lượng tăng cao: nhiễm bẩn Ion sắt…: có vị kim loại, dễ vẩn đục nước Khí nước đất: CO2, O2, H2S, CH4…CO2 H2S có độ hòa tan lớn Khí CO2: có nhiều nước axit, CO32- có nhiều nước pH>8.5 Khí O2: có nước uống, hàm lượng giảm dần theo độ sâu Khí H2S: có nước gần đầm hồ bùn, mùi khó chịu, khơng dùng ăn uống, tăng tính ăn mòn nước Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT Kết thí nghiệm hàm lượng CO2 mẫu nước 87mg/l; độ pH=7,1 Đương lượng: meq/l= (số mg/l)/ [nguyên tử lượng/hóa trị] Công thức Courlov tên nước Công thức Courlov tổng qt có dạng: K - ký hiệu chất khí chứa nước (mg/l) M - tổng khống hóa nước (g/l) (khơng kể khí) A - anion hàm lượng >10% xếp giảm dần hàm lượng % chúng C - cation hàm lượng >10% xếp giảm dần hàm lượng % chúng T - nhiệt độ nước điểm lấy mẫu pH - độ pH Trang 12 Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT Kết phân tích mẫu nước theo ví dụ biểu diễn sau: Gọi tên nước: Tên nước gọi theo tên anion cation có hàm lượng 25% xếp giảm dần Ví dụ là: Clorua – Bicarbonat – Natri Dấu hiệu ăn mòn nước mơi trường Số TT Cơng trình không chịu cột nước ép Môi trường bao quanh Công trình chịu cột nước ép Nơi chứa nước lộ thiên đất thấm nước trung bình mạnh (K0,1m/ngày đêm) Đất thấm nước yếu (K 1000 a b a b a b a b a b a b 0.01 0.04 0.07 0.10 0.13 0.16 0.20 0.24 0.28 0.32 0.36 0.40 16 17 19 21 23 25 27 29 32 34 36 38 0.01 0.04 0.06 0.08 0.11 0.14 0.17 0.20 0.24 0.28 0.32 0.36 17 18 19 20 21 22 23 24 26 27 29 30 0.01 0.03 0.05 0.07 0.09 0.11 0.14 0.16 0.19 0.22 0.25 0.29 17 17 18 19 19 20 21 22 23 24 26 27 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.15 0.17 0.20 0.23 0.26 17 18 18 18 18 19 19 20 21 22 23 24 0.00 0.02 0.04 0.06 0.07 0.09 0.11 0.13 0.16 0.19 0.22 0.24 17 18 18 18 18 18 18 19 20 21 22 23 0.00 0.02 0.04 0.05 0.07 0.08 0.10 0.12 0.14 0.17 0.19 0.22 17 18 18 18 18 18 18 19 20 21 22 23 Trang 14 Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT Xác định tính ăn mòn nước? ví dụ nêu: tổng hàm lượng Cl- SO42trong khoảng 201-400, hàm lượng HCO3- 3,6meq/l, theo bảng tra: a = 0,17; b = 23 Do đó: a[Ca2+] + b = 0,17x 24 + 23 = 27