Khí thực là hiện tượng bong tróc vật liệu bề mặt lòng dẫn hoặc vật cản khi có khí hóa đủ mạnh và duy trì trong một thời gian đủ dài.
Đối với thành lòng dẫn bằng vật liệu bê tông thì sự phá hoại do khí thực chủ yếu là từ tác động cơ học. Các bong bóng khí được hình thành tập trung trong vùng hạ áp sẽ được dòng chảy cuốn theo đến vùng có áp suất cao hơn, chúng bị ép mạnh từ mọi phía và bị tiêu hủy. Nếu sự tiêu hủy này xảy ra dồn dập ở gần bề mặt lòng dẫn thì sẽ tạo ra một xung lực lớn và lặp lại nhiều lần làm cho vật liệu bị mỏi, dẫn đến bong rời.
Hình 2-5. Khí thực trên đường hầm tháo nước [1]
Không khí bị cuốn vào giếng xảy ra ít nhấtkhi tháo với lưu lượng thiết kế Qtk, lúc đó các tia dòng bám sát thành trong giới hạn của phễu. Trên tràn chiều cao giếng sẽ không phá vỡ tính lien tục của dòng chảy. Trong trường hợp này lưu lượng tháo ra (Q) bằng lưu lượng thiết kế (Qtk).
Khi lưu lượng giảm so với lưu lượng thiết kế thì tính liên tục của dòng chảy bị phá vỡ, chiều dài đoạn nước rơi tự do sẽ tăng lên, không khí sẽ xâm nhập vào trong giới hạn đoạn chuyển tiếp và phía dưới đoạn chuyển tiếp, cường độ cuốn hút không khí và hàm lượng khí trong nước sẽ gia tăng. Khi Q < Qtk dòng chảy trong giếng sẽ không ổn định vì khi đó có thể xảy ra sự
chuyển đổi chế độ chảy từ không áp sang có áp, xuất hiện trên thành giếng chân không và tách dòng, phát sinh khí thực.
Trong những điều kiện thủy lực không phù hợp với điều kiện thiết kế, hoặc do chưa xét hết các ảnh hưởng, trong giếng tháo lũ sẽ hình thành chân không.
Những vùng dễ tồn tại chân không được nêu trong hình 2-6.
Hình 2-6. Vùng chân không trong giếng tháo lũ cột nước cao [3]
Những vùng chân không phía dưới ngưỡng tràn là có lợi, tăng được hệ số lưu lượng, còn những vùng khác cần phải tránh.
Theo N.p. Rozanov, trị số chân không cho phép được tính theo biểu thức:
( ) k h 2
ck cp 0
p p v
h = - - δ
γ γ 2g (2.22) Trong đó: (hck)cp - chân không trung bình cho phép (m);
pk
γ - áp lực khí trời (m);
ph
v - lưu tốc nước trên vùng chân không (m/s); δ0 - hệ số, lấy bằng 0,1.
Có thể tính gần đúng chân không trung bình cho phép theo biểu thức: 2 ck cp v (h ) 9,75 - 0,1 2g ≈ (2.23) Trong các vùng xảy ra chân không phải bảo đảm điều kiện:
(hck)max <(hck)cp
Theo N. P. Rozanov, trị số chân không trong công trình không nên vượt quá 7,5 ÷ 8,3 (mét cột nước); với trị số như thế, mức độ khí hóa chưa đủ mạnh để gây ra khí thực.
Các nghiên cứu về chân không trong giếng tháo lũ cho biết:
- Chân không trong phạm vi nguỡng tràn có trị số lớn nhất khi tháo lưu lượng bằng (0,75 - 0,85) lưu lượng tính toán:
- Trong phạm vi giếng đứng và trong đoạn cong nối tiếp giữa giếng đứng và đường hầm ngang thường tồn tại chân không [3]