007Chuong 6 ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

CHƯƠNG 6.QUY LUẬT VẬN ðỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ðẤT Do sự chênh lệch áp lực, nước dưới ñất chuyển ñộng không ngừng trong các lỗ rỗng, khe nứt của ñất ñá hình thành dòng thấm... CƠ SỞ ðỘNG LỰ

CHƯƠNG 6.

QUY LUẬT VẬN ðỘNG CỦA NƯỚC

DƯỚI ðẤT

Do sự chênh lệch áp lực, nước dưới ñất

chuyển ñộng không ngừng trong các lỗ

rỗng, khe nứt của ñất ñá hình thành dòng

thấm

6.1 CƠ SỞ ðỘNG LỰC HỌC VÀ MỘT SỐ QUY LUẬT THẤM

Giả thiết rằng: dòng nc di ñt chim toàn b

tng cha nc, bao gm tt c khe hng và phn ct (cng) c"a môi tr%ng Như vậy, dòng vận ñộng

thực tế của nước dưới ñất chỉ theo các khe hổng ñược thay bằng dòng giả ñịnh, chiếm tất cả tầng

chứa nước và gọi là dòng thm

Cai loại chuyển ñộng của dòng thấm: chy tng và

chy ri Trong ñất chủ yếu là chảy tầng.

Sơ ñ thm nc trong ñt và d)ng c) thí nghi+m thm.

h K

=

h K

=

Q – lưu lượng dòng thấm (l/s,

qua một tiết diện nào ñó trong một

ñơn vị thời gian.

K - ñược gọi là hệ số thấm cuả ñất

(cm/s, m/ ngày ñêm).

Gradient thủy lực là tỷ số giữa ñộ

chênh cột áp và chiều dài ñường

ð.nh lu1t thm Darcy

Công thức ñược viết lại:

Trong ñá nứt nẻ mạnh, lỗ rỗng cacstơ, vận ñộng của nước dưới ñất ñôi khi mang ñặc tính chảy rối và có thể tuân theo biểu 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)

Một số ñịnh luật thấm

* Ứng suất sinh ra khi nước chuyển ñộng trong ñất tác

dụng lên hạt ñất gọi là ng sut th"y ñng:

w w

K

v i

e

i

γ

γ γ

γ

= +

−

=

) 1

(

1

6.2 QUY LUẬT VẬN ðỘNG CỦA DÒNG THẤM PHẲNG ỔN ðỊNH

Việc tính toán nhằm xác ñịnh lưu lượng ñơn vị q, mực nước ngầm hoặc áp lực tại một tiết diện bất kỳ.

Lưu lượng ñơn vị là lưu lượng dòng thấm có bề dày bằng bề dày tầng chứa nước và bề rộng là 1m.

Tr%ng h5p tng cha nc không áp, ñáy cách nc n;m ngang

Theo sư phụ Darcy:

m dx

dh Kh

dx

2

2 1 2

1

2 h h

K x

x

Do ñó:

Tr%ng h5p tng cha nc không áp, ñáy cách nc n;m ngang

Thay các giá trị:

Vì ñây là dòng thấm ổn ñịnh

nên lưu lượng ñơn vị q tại

mọi tiết diện bằng nhau, dễ

K

q

2

2 2

2

1 −

=

x L

h

h h

hx

2 2

2 1 2

1

−

−

=

Tr%ng h5p tng cha nc có áp, ñáy cách nc

n;m ngang có b= dày không ñi

Theo sư phụ Darcy: Q=KiA

Chuyển vế và lấy tích phân từ

tiết diện (1) sang tiết diện (2):

dx

q

( x1 x2 ) KM ( H1 H2 )

Tr%ng h5p tng cha nc không áp, ñáy cách

nc n;m ngang

Thay các giá trị:

Vì ñây là dòng thấm ổn ñịnh

nên lưu lượng ñơn vị q tại

mọi tiết diện bằng nhau, dễ

=

x L

H

H H

−

=

(Lu ý hình d8ng ñ%ng m3c nc.)

Khi nc thm song song vi các mCt phân lp

Sử dụng giá trị hệ số thấm tương ñương

h h

h

h K h

K h

K K

++

+

++

2 2 1

1

Khi nc v1n ñng theo phơng vuông góc vi mCt lp

Sử dụng giá trị hệ số thấm tương ñương

n tb

K

h K

h K

h

h h

h K

+ +

+

+ +

1

2 1

6.3 QUY LUẬT VẬN ðỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ðẤT ðẾN CÁC HỐ KHOAN BƠM NƯỚC

Khi bơm hút nước, mực nước xung quang giếng sẽ hạ thấp, tạo

hK S

V1n ñng n ñ.nh c"a nc di ñt ñn h khoan nc ngm hoàn chInh

hhk

R

h

rhks

h

r

V1n ñng n ñ.nh c"a nc di ñt ñn h khoan nc ngm hoàn chInh

Cũng lại theo sư phụ Darcy: Q = K.i.A

h h

K Q

V1n ñng n ñ.nh c"a nc Artesia ñn h khoan bơm nc hoàn chInh

V1n ñng n ñ.nh c"a nc di ñt ñn h khoan nc ngm hoàn chInh

Darcy bảo rằng rất dễ nhớ: Q = K.i.A

Theo sơ ñồ thấm: A = 2 π.r.M

dr

dH

i =

Như vậy, phương trình ñạo hàm:

Chuyển vế và lấy tích phân theo ñiều kiện biên:

Lưu lượng bơm hút ổn ñịnh:

Và

dr

dH KMr

H H

KM Q

ln

= π

6.4 QUY LUẬT VẬN ðỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ðẤT ðẾN CHÙM HỐ KHOAN BƠM NƯỚC

a

h>0,5m

b

Sơ ñ v1n ñng c"a nưc dưi ñt ñn các h khoan bơm nưc ñng th%i

' 1

2 1

ln

ln 2

ln

ln

Q r

R KM

Q

S S

− +

−

= +

π π

Nếu ở tất cả các hố khoan khi bơm ñồng 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

2 π 1 2

Trong trường hợp nếu các khoảng cách từ ñiểm cần hạ thấp áp lực A ñến các hố khoan bằng nhau, nghĩa là các

hố khoan bơm nước bố trí trên ñường tròn và ñiểm hạ thấp áp lực là tâm vòng tròn ñó ta có:

0 0

0

ln ln

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

−

×

×

= ln

a – tiết diện ống ño áp

A – tiết diện mẫu ñất

l – chiều cao mẫu ñất

t – thời gian thí nghiệm

H – Chiều cao cột nước

S – ðộ chêch lệch cột nước

sau thời gian thí nghiệm

t=t1-t2.

Phơng pháp Necterov (ñ nc h ñào)

Hệ số thấm của lớp ñất ñược tính theo công thức sau:

) (

.

H z

H F

z

Q K

k + +

=

H – Chiều dày lớp nước trên

ñáy hố ñào (=10cm).

Q – lưu lượng nước ñổ.

F – diện tích tiết diện của

vòng kim loại bên trong.

Hk – chiều cao mao dẫn (có

thể xác ñịnh theo bảng tra).

z – Chiều sâu nước thấm.

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