Để nghiên cứu biến dạng thấm, ngời ta thờng tiến hành ép nớc với nhiều cấp áp lực, trên cơ sở đó lập đồ thị quan hệ giữa lu lợng tiêu hao (Q) và áp lực (H). Dựa theo đồ thị = f (H) có thể xác định đợc mức độ thông nớc của đất đá, chất lợng của thí nghiệm và mức độ lấp nhét của khe nứt.
Q,l/ph Kiểu I Kiểu II Q,l/ph Kiểu III Q,l/ph Q,l/ph Kiểu IV H, m H, m H, m H, m
Quá trình ép nớc có thể tiến hành ép nớc ổn định với áp lực tăng dần (P1 > P2 > P3) hoặc ép nớc không ổn định (ép nớc nhanh) với áp lực lúc đầu tăng dần sau đó giảm dần.
ép nớc ổn định với áp lực tăng dần
Tiến hành ép nớc ổn định với áp lực tăng dần, thờng chọn là 10m, 20m, 30mét cột nớc sau đó thiết lập đồ thị Q = f(H). Từ đồ thị có thể xác định đợc vận động của nớc là chảy tầng hay chảy rối, có sự xói rửa các khe nứt hay chất lợng thí nghiệm là đạt hay không đạt. (Hình 2.8 ) [17]
Hình 2.8: Đồ thị liên hệ giữa lu lợng (Q) và cột nớc áp lực (H)
- Kiểu I: Đá có tính thấm kém, vận động của nớc là chảy tầng.
- Kiểu II: Đá có tính thấm lớn, vận động của nớc là chảy rối.
- Kiểu III: Xuất hiện sự xói rửa các vật chất lấp nhét có trong khe nứt và chỗ trống.
- Kiểu IV: Thí nghiệm không đạt do các điểm bố trí lộn xộn. Thí nghiệm cũng coi là không đạt nếu có điểm không nằm trên đờng thẳng (kiểu I), hay đờng lồi (kiểu II).
Phơng pháp ép nớc này thờng đợc sử dụng để nghiên cứu biến dạng thấm tại các hố khoan ở nền đập và đợc sử dụng khi ép nớc tại các hố khoan phụt thử nghiệm, nhằm xác định áp lực lớn nhất cho phép của đoạn phụt. Phơng pháp này có u điểm là độ chính xác cao, nhng có nhợc điểm năng suất thấp, giá thành cao do thời gian thí nghiệm lâu mới đạt tới sự ổn định. Nhất là trong các trờng hợp đá nứt nẻ, lợng nớc hấp thu đơn vị lớn, đôi khi không cung cấp nớc đủ cho quá trình ép để đạt tới trạng thái ổn định. Do đó trên thực tế, phơng pháp ép nớc này thờng chỉ sử dụng trong các công trình có yêu cầu chính xác cao trong việc xác định lợng nớc hấp thu đơn vị, xác định chính xác trạng thái vận động của nớc để tiến hành thiết kế xử lý chống thấm.
ép nớc không ổn định với áp lực lúc đầu tăng sau đó giảm dần.
Hiện nay ở một số nớc phơng Tây nh Anh, Pháp, Hà Lan, Na Uy… và tại một số công trình thuỷ lợi ở Việt Nam đang áp dụng phơng pháp ép nớc không ổn định với
các cấp áp lực lúc đầu tăng, sau đó giảm dần. Phơng pháp này gọi là phơng pháp ép nớc nhanh, ép đi và ép về.
Thời gian thí nghiệm ép nớc với mỗi đoạn tiến hành ở mỗi cấp áp lực là 10phút, các áp lực đợc lựa chọn thờng là 10; 30; H; 30; 10 mét cột nớc, trong đó H thờng là mực áp lực tơng đơng với chênh cao mực nớc thiết kế. Trong trờng hợp H > 50m thì các cấp áp lực sẽ đợc phân bố lại cho phù hợp.
ứng với mỗi cấp áp lực có một trị số lợng nớc hấp thu đơn vị tơng ứng và tính bằng Lugeon (L). Việc lựa chọn giá trị lợng nớc hấp thu đơn vị dựa theo đồ thị Houlsby (Hình 2.9)[20].
Phơng pháp ép nớc này có u điểm là năng suất cao và lợng nớc cấp trong quá trình ép không lớn, do thời gian ép nớc kéo dài tại một cấp áp lực là 10 phút. Thêm nữa việc tăng giảm các cấp áp lực trong quá trình ép theo một chu kỳ có thể cho phép xác định đợc khá chính xác trạng thái vận động của nớc ngầm, tình trạng lấp nhét và vật chất lấp nhét của khe nứt, độ chính xác của thí nghiệm nhờ sự phân tích đồ thị quan hệ giữa lu lợng (Q) và áp lực (H). Trong thực tế đã tiến hành thí nghiệm cả 2 phơng pháp trên cùng một đoạn ép cho kết quả lợng nớc hấp thu đơn vị là xấp xỉ nhau.
Các kết quả thí nghiệm ép nớc thu đợc ở các đập Đồng Tròn (Phú Yên), Suối Dầu (Khánh Hòa), Sông Lòng Sông (Bình Thuận) và Tân Giang (Ninh Thuận) đợc thể hiện qua các hình vẽ 2.11 ữ 2.14 đều đợc sử dụng theo phơng pháp này.
- Các đoạn thí nghiệm ép nớc tiến hành ở các khu vực đá nứt nẻ có vật chất láp nhét, thờng xuất hiện hiện tợng mở rộng khe nứt (Hình 2.10.c) hoặc xói rửa khe nứt. (Hình 2.10f)
- Các đoạn thí nghiệm ép nớc ở các khu vực đá liền khối, hoặc nứt nẻ nhng khe nứt không có vật chất lấp nhét đồ thị quan hệ thờng có dạng (Hình 2.10a, 2.10b). Các trờng hợp còn lại ít gặp trên thực tế khi tiến hành ép nớc đúng quy trình kỹ thuật, trong các trờng hợp 2.10.g (II), 2.10.h, 2.10.i thì phải tiến hành ép nớc lại hoặc không sử dụng kết quả thí nghiệm.
Hình 2.9 Giải thích kết quả thí nghiệm ép nớc (Sơ đồ của Houlsby)
Hình 2.10a: Đá liền khối, hấp thụ n- ớc không thờng xuyên, lợng nớc hấp thụ dừng khi đạt trạng thái bão hoà.
Hình 2.10b: Đá thấm nớc, quan hệ giữa Q và H là quan hệ tuyến tính hoặc có sai lệch nhỏ (nớc vận
động ở trạng thái chảy tầng).
Hình 2.10c: Đá thấm nớc, lợng hấp thu nớc tăng hơn nhiều so với quá trình tăng áp lực do mở rộng khe nứt dới tác dụng của áp lực.
H1 H4 H4 H5 H2 H4 H2 H5 H1 H4 H5 H3 H3 H3 H2 H1 H1 H4 H5 H2 H5 H4 H2 H1 H3 H3 q5 q5 q1 q2 q4 q3 q5 q1 q1 q5 q1 q5 q1 q4 q2 q4 q3 q2 q4 q3 q3 q2 q4 q3 q2
N ớc chảy tầng: Các giá trị l ợng hấp thu n ớc đơn vị xấp xỉ nhau. Giá trị l ợng hấp thu n ớc đơn vị của đoạn ép bằng giá trị trung bình của 5 giá trị. N ớc chảy rối: giá trị l ợng hấp thu n ớc đơn vị giảm dần khi tăng áp lực. Giá trị l ợng hấp thu n ớc đơn vị của đoạn ép ứng với giá trị l ợng hấp thu n ớc đơn vị ở cấp áp lực cao nhất.
Hiện t ợng giãn nở khe nứt của đá d ới tác dụng của lực ép. Đây là đặc tính tạm thời và không đặc trung cho tính giãn nở của các loại n ớc ngầm thông th ờng. Giá trị của đoạn ép bằng giá trị l ợng hấp thu n ớc đơn vị trung bình của 2 giá trị ở cấp áp lực thấp hoặc ở cấp áp lực trung bình.
Hiện t ợng xói lở: Khe nứt của đá gốc bị lấp đầy các vật liệu lấp nhét và bị xói rửa bởi dòng n ớc. Hiện t ợng xói rửa th ờng xuyên xảy ra khi khe nứt của đá bị lấp nhét. Giá trị l ợng hấp thu n ớc đơn vị của đoạn ép ứng với giá trị cuối cùng có l ợng hấp thu n ớc đơn vị cao nhất.
L u ý rằng hiện t ợng này cũng xảy ra khi áp lực thí nghiệm quá cao. Hiện t ợng hấp thu n ớc xảy ra trong từng phần đá ch a bão hoà. Giá trị l ợng hấp thu n ớc đơn vị ứng với giá trị l ợng hấp thu n ớc cuối cùng. Nh ng tốt nhất là tiến hành kéo dài thời gian thí nghiệm để đảm bảo chắc chắn cho đá bão hoà n ớc.
Q H H H Q H Q Q Q Q H H H
HQ Q H Q Q H Q H Q H II I III
Hình 2.10d: Đá liền khối, lợng nớc hấp thu tăng trong quá trình tăng áp lực do rạn nứt hoặc do phân lớp.
Hình 2.10e: Lợng hấp thu nớc tăng đột ngột do sạt lở thành vách dới tác dụng cao của áp lực.
Hình 2.10f: Hiện tợng tăng dần xói rửa khe nứt của đá nứt nẻ dới tác dụng của áp lực.
Hình 2.10g: Xuất hiện sự chuyển dịch của nút giữa các cấp áp lực, I: Không hở nút.
II: Hở nút.
Hình 2.10h: Hiện tợng lấp nhét khe nứt của đá gốc: (I. Lấp nhét từng phần, II. Lấp nhét gần nh toàn bộ) bởi các vật chất bị xói rửa, lấp nhét lại ở các cấp áp lực sau. Sự lấp nhét của khe nứt ở các giai đoạn sau của thí nghiệm có thể thay đổi cả giá trị thực của áp lực Q H Q H Q Q H H Q H II I Q H
Hình 2.10i: Nớc vận động ở trạng thái chảy rối do quá trình mở rộng khe nứt hoặc do rò rỉ qua nút, thí nghiệm không đạt, không sử dụng.
Hình 2.10: Đồ thị quan hệ giữa lu lợng (Q) và áp lực (H)