BÀI GIẢNG ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH CHƯƠNG 5 nước dưới đất( tt)

Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình CHƯƠNG 5: (Tiếp theo) QUY LUẬT VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT Cở sở động lực học tính thấm  Do chênh lệch áp lực, nước đất chuyển động không ngừng lỗ rỗng, khe nứt đất đá hình thành dòng thấm Giả thiết rằng: dòng nước đất chiếm tồn tầng chứa nước, bao gồm tất khe hổng phần cốt (cứng) mơi 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  Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT Cở sở động lực học tính thấm Dòng thấm hướng đất Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT Cở sở động lực học tính thấm Sơ đồ thấm nước đất dụng cụ thí nghiệm thấm Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT Cở sở động lực học tính thấm Căn số lượng lớn kết thí nghiệm, Darcy tính tốn đề nghị công thức: (Định luật thấm Darcy) Q – lưu lượng dòng thấm (l/s, m3/ngày đêm), lượng nước thấm qua tiết diện đơn vị thời gian K - gọi hệ số thấm cuả đất (cm/s, m/ ngày đêm) Gradient thủy lực tỷ số độ chênh cột áp chiều dài đường thấm A - tiết diện dòng thấm; L - chiều dài dòng thấm Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT Cở sở động lực học tính thấm Hệ số thấm k phụ thuộc vào loại đất sau: Đất cát Đất cát pha sét Đất sét pha cát Bụi Đất sét k = 1.10-1  1.10-4 cm/s k = 1.10-3  1.10-6 cm/s k = 1.10-5  1.10-8 cm/s k = 1.10-6  1.10-8 cm/s k = 1.10-7  1.10-10 cm/s Trang Bài Giảng Địa Chất Công Trình Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT Cơ sở động lực học tính thấm Trong đá nứt nẻ mạnh, lỗ rỗng cacstơ, vận động nước đất mang đặc tính chảy rối tn theo biểu thức sau: Công thức Xezi: Công thức Proni: i = av + bv2 Với đất loại sét, định luật thấm biểu diễn theo biểu thức sau: Ở io - Gradient áp lực ban đầu Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT Cơ sở động lực học tính thấm  Ứng suất sinh nước chuyển động đất tác dụng lên hạt đất gọi ứng suất thủy động:  Gradient thủy lực bắt đầu phát sinh tượng đẩy trôi đất gọi gradient thủy lực tới hạn, ký hiệu ith : Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT Cơ sở động lực học tính thấm  Điều kiện áp dụng định luật Darcy: Hệ số Reynols: Chảy tầng khi: Chảy rối khi: R≤2000 R>2000 Định luật Darcy áp dụng hiệu dòng thấm chảy tầng Tuy nhiên thực tế cho thấy định luật Darcy áp dụng xác với dòng thấm chậm (lực nhớt thống trị) giới hạn R = 5÷10 Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT Tính tốn dòng thắm phẳng ổn định: 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 Trang Bài Giảng Địa Chất Công Trình Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.1 Tính tốn dòng thắm phẳng ổn định: Trường hợp tầng chứa nước không áp, đáy cách nước nằm ngang Theo Darcy: Với: A=h x 1m Chuyển vế lấy tích phân từ tiết diện (1) sang tiết diện (2): Do đó: Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.1 Tính tốn dòng thắm phẳng ổn định: Trường hợp tầng chứa nước không áp, đáy cách nước nằm ngang Thay giá trị: Vì dòng thấm ổn định nên lưu lượng đơn vị q tiết diện nhau, dễ dàng rút phương trình đường mực nước: Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.1 Tính tốn dòng thắm phẳng ổn định: Trường hợp tầng chứa nước có áp, đáy cách nước nằm ngang có bề dày không đổi: Theo Darcy: Q=K.i.A Với: A=Mx1m Nên Chuyển vế lấy tích phân từ tiết diện (1) sang tiết diện (2): Do đó: Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.1 Tính tốn dòng thắm phẳng ổn định: Trường hợp tầng chứa nước không áp, đáy cách nước nằm ngang có bề dày khơng đổi: Thay giá trị: Vì dòng thấm ổn định nên lưu lượng đơn vị q tiết diện nhau, dễ dàng rút phương trình đường mực nước: (Lưu ý hình dạng đường mực nước.) Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.2 Hệ số thấm tương đương : Trường hợp tầng nước song song với mặt phân lớp:  Sử dụng giá trị hệ số thấum tương đương K1 q1 K2 q2 K3 H1 h1 h2 q3 H2 K4 q4 h3 h4 0 Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT Hệ số thấm tương đương: Trường hợp dòng thấm vng góc với mặt phân lớp:  Sử dụng giá trị hệ số thấm tương đương Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.3 Tính tốn dòng thấm đến giếng bơm: 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: Trường hợp nước khơng áp: Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.3 Tính tốn dòng thấm đến giếng bơm: Vận động ổn định nước đất đến hố khoan nước ngầm hoàn chỉnh Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.3 Tính tốn dòng thấm đến giếng bơm: Theo Darcy: Q = K.i.A  Theo sơ đồ thấm: A = .r.h  Như vậy, phương trình đạo hàm: Chuyển vế lấy tích phân theo điều kiện biên: Lưu lượng bơm hút ổn định: Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.3 Tính tốn dòng thấm đến giếng bơm: Vận động ổn định nước Artesia đến hố khoan bơm nước hoàn chỉnh Trang 10 Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.3 Tính tốn dòng thấm đến giếng bơm: Theo Darcy : Q = K.i.A  Theo sơ đồ thấm: A = .r.M  Và Như vậy, phương trình đạo hàm: Chuyển vế lấy tích phân theo điều kiện biên: Lưu lượng bơm hút ổn định: Vận động ổn định nước đất đến hố khoan nước ngầm hoàn chỉnh Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.4 Tính tốn dòng thấm đến chùm giếng bơm hoàn chỉnh: H.w < hs. Trang 11 Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.4 Tính tốn dòng thấm đến giếng bơm: Áp lực hạ thấp điểm A sau: SA = SA-1 + SA-2 Mực áp lực hạ thấp điểm A hố khoan bơm đồng thời với lưu lượng Q1’ Q2’được tính sau: Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.4 Tính tốn dòng thấm đến chùm giếng bơm: Với n hố khoan bơm nước: Nếu tất hố khoan bơm đồng thời với lưu lượng Q1’ = Q2’, …= Qn’ = Qo , bán kính ảnh hưởng xấp xỉ R1 = R2 = …= Rn = R0 Tổng lưu lượng tất hố khoan bơm đồng thời: Trang 12 Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.4 Tính tốn dòng thấm đến giếng bơm: 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 ta có: 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 Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.5 Các phương pháp xác định hệ số thấm đất đá:  Hệ số thấm từ kết thí nghiệm tính theo cơng thức: 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 Trang 13 Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.5 Các phương pháp xác định hệ số thấm đất đá: Phương pháp Necterov (đổ nước hố đào)  Hệ số thấm lớp đất tính theo cơng thức sau: 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 Trang 14 ...Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT Cở sở động lực học tính thấm Dòng thấm hướng đất Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT Cở sở động lực học tính thấm Sơ đồ thấm nước... khơng áp: Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.3 Tính tốn dòng thấm đến giếng bơm: Vận động ổn định nước đất đến hố khoan nước ngầm hoàn chỉnh Trang Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT... định: Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT 5.3 Tính tốn dòng thấm đến giếng bơm: Vận động ổn định nước Artesia đến hố khoan bơm nước hoàn chỉnh Trang 10 Bài Giảng Địa Chất Cơng Trình Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT