ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Chuong 6 quy luat van dong cua nuoc duoi dat

CHƯƠNG 6.QUY LUẬT VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT th ấm... CƠ SỞ ĐỘNG LỰC HỌC VÀ MỘT SỐ QUY LU ẬT THẤM  Giả thiết rằng: dòng nước dưới đất chiếm toàn bộ t ầng chứa nước, bao gồm tất cả khe

CHƯƠNG 6.

QUY LUẬT VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC

DƯỚI ĐẤT

th ấm.

6.1 CƠ SỞ ĐỘNG LỰC HỌC VÀ MỘT SỐ QUY

LU ẬT THẤM

 Giả thiết rằng: dòng nước dưới đất chiếm toàn bộ

t ầng chứa nước, bao gồm tất cả khe hổng và phần

c ốt (cứng) của môi trường Như vậy, dòng vận động

th ực tế của nước dưới đất chỉ theo các khe hổng được thay bằng dòng giả định, chiếm tất cả tầng

chứa nước và gọi là dòng thấm.

 Cai loại chuyển động của dòng thấm: chảy tầng và

ch ảy rối Trong đất chủ yếu là chảy tầng.

Sơ đồ thấm nước trong đất và dụng cụ thí nghiệm thấm.

h K

=

h K

Q = ∆

đơn vị thời gian.

(cm/s, m/ ngày đêm).

Định luật thấm Darcy

 Công thức được viết lại:

Trong đá nứt nẻ mạnh, lỗ rỗng cacstơ, vận động của nước dưới đất đôi khi mang đặc tính chảy rối và có thể tuân theo

bi ểu thức sau:

i K

−

=

3 0 0 0

3 3

4

i

i i i i

K v

v=K.i

v=K(i-4/3 io) i=(v/K)(1+αv)

M ột số định luật thấm

* Ứng suất sinh ra khi nước chuyển động trong đất tác

dụng lên hạt đất gọi là ứng suất thủy động:

w w

K

v i

e

i

γ

γ γ

(

1

6.2 QUY LU ẬT VẬN ĐỘNG CỦA DÒNG THẤM

PH ẲNG ỔN ĐỊNH

Vi ệc tính toán nhằm xác định lưu lượng đơn vị q, mực nước ngầm hoặc áp lực

t ại một tiết diện bất kỳ.

Lưu lượng đơn vị là lưu lượng dòng

th ấm có bề dày bằng bề dày tầng chứa nước và bề rộng là 1m.

Trường hợp tầng chứa nước không áp, đáy cách nước nằm ngang

m dx

dh Kh

dx

2

2 1 2

1

2 h h

K x

x

Do đó:

Theo Darcy:

Trường hợp tầng chứa nước không áp, đáy cách nước nằm ngang

Thay các giá tr ị:

Vì đây là dòng thấm ổn định

nên lưu lượng đơn vị q tại

m ọi tiết diện bằng nhau, dễ

K

q

2

2 2

2

=

x L

h

h h

hx

2 2

2 1 2

1

−

−

=

Trường hợp tầng chứa nước có áp, đáy cách nước

n ằm ngang có bề dày không đổi

dx

dH

i = −

A=Mx1m

Chuy ển vế và lấy tích phân từ

ti ết diện (1) sang tiết diện (2):

Trường hợp tầng chứa nước không áp, đáy cách

nước nằm ngang

Thay các giá tr ị:

Vì đây là dòng thấm ổn định

nên lưu lượng đơn vị q tại

m ọi tiết diện bằng nhau, dễ

=

x L

H

H H

Khi nước thấm song song với các mặt phân lớp

 Sử dụng giá trị hệ số thấm tương đương

h h

h

h K h

K h

K K

++

+

++

2 2 1

1

Khi nước vận động theo phương vuông góc với mặt lớp

 Sử dụng giá trị hệ số thấm tương đương

n tb

K

h K

h K

h

h h

h K

+ +

+

+ +

1

2 1

6.3 QUY LU ẬT VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT ĐẾN CÁC HỐ KHOAN BƠM NƯỚC

Khi bơm hút nước, mực nước xung quang giếng sẽ hạ thấp, tạo thành một hình phễu hạ thấp.

Kho ảng các từ giếng khoan đến hết đường cong hạ thấp gọi là

bán kính ảnh hưởng R.

Trường hợp nước có áp:

Trường hợp nước không áp:

K S

R 10 =

hK S

V ận động ổn định của nước dưới đất đến hố khoan nước ngầm hoàn chỉnh

V ận động ổn định của nước dưới đất đến hố khoan nước ngầm hoàn chỉnh

h h

K Q

ln

2

2 −

= π

Lưu lượng bơm hút ổn định:

 Cũng lại theo Darcy: Q = K.i.A

V ận động ổn định của nước Artesia đến hố khoan bơm nước hoàn chỉnh

V ận động ổn định của nước dưới đất đến hố khoan nước ngầm hoàn chỉnh

 Darcy bảo rằng rất dễ nhớ: Q = K.i.A

 Theo sơ đồ thấm: A = 2 π.r.M

dr

dH

Như vậy, phương trình đạo hàm:

Lưu lượng bơm hút ổn định:

Và

dr

dH KMr

H H

KM Q

ln

6.4 QUY LU ẬT VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT ĐẾN CHÙM HỐ KHOAN BƠM NƯỚC

a h>0,5m

b

Sơ đồ vận động của nước dưới đất đến các hố khoan bơm nước đồng thời

' 1

2 1

ln

ln2

ln

ln

Q r

R KM

Q

S S

S A A A

−+

−

=+

= − −

π π

N ếu ở tất cả các hố khoan khi bơm đồng thời với các lưu lượng bằng nhau Q 1 ’ = Q 2 ’, …= Q n ’ = Qo , thì các bán kính ảnh hưởng sẽ xấp xỉ nhau R 1 = R 2 = …= R n =

R KM

Q r

R KM

ln

ln2

' 2

2

' 2 1

r n

R

KMS Q

ln

1 ln

2 '

2 1

Q

n

S ln 1 ln

Trong trường hợp nếu các khoảng cách từ điểm cần hạ

th ấp áp lực A đến các hố khoan bằng nhau, nghĩa là các hố khoan bơm nước bố trí trên đường tròn và điểm hạ thấp

áp l ực là tâm vòng tròn đó ta có:

0 0

0

lnln

2'

r R

KMS Q

2 0 2

ln

'

r R

h H

HK

5

HK 4

HK 3

H t

l A

a K

l – chi ều cao mẫu đất

t – th ời gian thí nghiệm

H – Chi ều cao cột nước

S – Độ chêch lệch cột nước

sau th ời gian thí nghiệm

t=t1-t2.

Phương pháp Necterov (đổ nước hố đào)

 Hệ số thấm của lớp đất được tính theo công thức sau:

) (

.

H z

H F

z

Q K

=

H – Chi ều dày lớp nước trên

đáy hố đào (=10cm).

Q – lưu lượng nước đổ.

F – di ện tích tiết diện của

vòng kim lo ại bên trong.

Hk – chi ều cao mao dẫn (có

th ể xác định theo bảng tra).

z – Chi ều sâu nước thấm.

 Thí nghiệm thấm hiện trường như bơm hút, ép nước,…