Bài giảng ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH - Chương 3 Nước dưới đất pot

Các định luật thấm cơ bản của dòng ngầm IV.. Nước thổ nhưỡngHình thành và tồn tại trong tầng thổ nhưỡng Nguồn cung cấp: do hơi nước từ khí quyển, mao dẫn từ dưới lên Dạng nước mao dẫn Ch

Chương iIi

NƯỚC DƯỚI ĐẤT

I Khái niệm cơ bản về nước dưới đất

III Tính toán cho các dòng thấm NDĐ

II Các định luật thấm cơ bản của dòng ngầm

IV Tính toán cho dòng thấm chảy công trình lấy nước tập trung

V Kiểm tra ổn định đáy móng trong trường hợp nước áp lực

CHƯƠNG III NƯỚC DƯỚI ĐẤT

Nước đại dương

Băng nước Nước dưới đất

Nước hồ, sông, suối, không khí, độ ẩm đất

Thủy quyển

Nước chứa trong

I KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ NDĐ

1 Nguồn gốc hình thành NDĐ

 Nguồn gốc do thấm (ngấm) từ nước mưa, nước mặt, tưới …

 Nguồn gốc chôn vùi (trầm tích) hình thành ngay từ khi thành

tạo đất đá.

 Nguồn gốc ngưng tụ (sơ sinh) do hơi nước ngưng tụ trong các

lỗ rỗng, khe nứt của đất đá.

Tầng chứa nước là tầng đất đá chứa nước, thấm nước

và giữ được nước: đá nứt nẻ, đất cuội sỏi, đất cát.

Tầng cách nước là tầng đất đá không hoặc ít thấm

nước: đá liền khối, đất sét, đất sét pha.

Khái niệm về tầng chứa nước và tầng cách nước

Tầng nước không áp nằm gần mặt đất, có mặt thoáng

tự do và có đáy là tầng cách nước.

Tầng nước áp lực nằm giữa 2 tầng cách nước.

2 Các tầng chứa nước dưới đất

a Nước thổ nhưỡng

Hình thành và tồn tại trong tầng thổ nhưỡng

Nguồn cung cấp: do hơi nước từ khí quyển, mao dẫn từ dưới lên

Dạng nước mao dẫn

Chứa nhiều tạp chất, nhiễm bẩn

Động thái không ổn định

Điều hòa độ ẩm của đất

Có thể ăn mòn kết cấu công trình

tầng chứa nước tầng cách nước

tầng chứa nước treo

b Tầng nước trên (nước treo)

Phân bố trên đáy cách nước cục bộ

Nguồn cung cấp: nước mưa, nước mặt thấm xuống hoặc nước ngầm dâng lên

Trữ lượng nhỏ

Động thái không ổn định, phụ thuộc dòng ngấm, đáy cách nước

Dễ nhiễm bẩn, gây khó khăn cho thi công

Cung cấp nước sinh hoạt (ở vùng bị nhiễm mặn)

c Nước ngầm

Nằm trên tầng cách nước liên tục đầu tiên từ trên xuống

Nguồn cung cấp: Nước mưa, nước mặt thấm xuống hoặc từ dưới sâu đi lên theo khe nứt.

Miền cung cấp và phân bố trùng nhau.

Nằm trong tầng chứa nước bị kẹp bởi 2 tầng cách nước

Nguồn cung cấp: nước mưa, nước mặt ngấm xuống.

Miền cung cấp và phân bố xa nhau

Suối

hố sụt phễu karst

mực nước ngầm

e Tầng nước khe nứt và nước karst

Nằm trong các khe nứt của đá

• Động thái biến động, trữ lượng thường lớn

• Phụ thuộc nguồn gốc, kích thước khe nứt

• Độ chứa nước phụ thuộc nguồn cấp và mức độ,

đặc điểm khe nứt

• Thành phần hóa học biến đổi

Nước trong các khe nứt

Nằm trong các sông suối ngầm, hang động Karst

• Động thái, mực nước dao động mạnh

Ion SO4

2-• dạng H2SO4, CaSO4 do hòa tan đá sunfat

Các Ion kim loại kiềm Na+, K+

Ion kim loại kiềm thổ Ca2+, Mg2+

• do hòa tan các đá giàu canxit, dolomit

CaCO 3 + CO 2 +H 2 O  Ca 2+ + 2HCO 3

-MgCO 3 + CO 2 +H 2 O  Mg 2+ + 2HCO 3

-Thành phần ion

• làm nước cứng

• Độ pH là nồng độ ion H + trong nước

Tổng hàm lượng các ion Ca2+, Mg2+ trong nước

• Độ cứng tạm thời = tổng hàm lượng Ca 2+ , Mg 2+ kết tủa khi đun sôi

• Độ cứng vĩnh cửu = tổng hàm lượng Ca 2+ , Mg 2+ không kết tủa khi đun sôi

• Phân loại nước theo độ cứng (mgđl)

Tổng lượng muối hòa tan trong nước (g/l)

• Phân loại nước theo tổng độ khoáng hóa M (g/l)

Biểu thị thành phần hóa học nước

Ăn mòn carbonic: lượng CO2 tự do > 80mg/l

CaSiO 3 + CO 2 + H 2 O  Ca(HCO 3)2 + SiO 2

CaSiO 3 + SO 4 2-  CaSO 4 2H 2 O + SiO 2

Đánh giá chất lượng NDĐ

Ăn mòn sulfat: lượng SO4 2- > 250mg/l

Tác dụng ăn mòn bê tông

Ăn mòn bicarbonat: lượng HCO3 - < 0.4mgđl/l

CaSiO 3 + HCO 3 -  Ca(HCO 3 ) 2 + SiO 2

Ăn mòn axit: khi pH < 5.2

Ca(OH) 2 + HCl  CaCl 2 + H 2 0

Ca(OH) 2 + MgCl 2  CaCl 2 + Mg(OH) 2

Đánh giá chất lượng NDĐ

Ăn mòn magiê: lượng Mg2+  1000mg/l

Tác dụng ăn mòn bê tông

II Các yếu tố thuỷ động của dòng thấm và các đinh luật thấm cơ bản của dòng ngầm

1 Các yếu tố thuỷ động của

bằng cao độ tuyệt đối của

mực nước tại điểm đó”.

g

v Z

P H

Cỏc yếu tố thuỷ động của dũng thấm

b Gradient thuỷ lực (I, i, j):

Gradien thuỷ lực là độ dốc thuỷ lực, thể hiện mức độ chênh cột nước giữa hai điểm, do đó nếu trị số lớn thì dòng thấm mạnh,

ngược lại trị số nhỏ thì dòng thấm yếu.

1 2

2 1

x x

H H

I







Các yếu tố thuỷ động của dòng thấm

c Lưu lượng thấm Q: lượng nước thấm qua tiết

diện ướt của dòng thấm trong một đơn vị thời gian (m3/ngđ).

d Lưu lượng đơn vị (lưu lượng riêng) q: lưu

lượng qua tiết diện có chiều rộng 1m (m2/ngđ).

Các yếu tố thuỷ động của dòng thấm

e v: vận tốc biểu kiến (vận

tốc trung bình) – lượng

nước thấm qua một đơn vị

diện tích mặt cắt ngang

môi trường thấm trong

một đơn vị thời gian

F u

F Q F Q

n

v 

Cỏc yếu tố thuỷ động của dũng thấm

f Áp lực thuỷ động của dũng ngầm

áp lực thuỷ tĩnh pn = nh

áp lực thuỷ động

Gradien thuỷ lực I không có thứ nguyên, nhưng

trong quá trình dẫn dắt tính toán đã bỏ qua chiều rộng phân tố 1m, nên Ptđ có đơn vị kN/m2.

n n

l

H H





 1 2

II CÁC ĐỊNH LUẬT THẤM CƠ BẢN CỦA DÒNG NGẦM

1 Định luật thấm tuyến tính của Darcy;

2 Định luật thấm phi tuyến của Kraxnopolxki

1 Định luật thấm tuyến tính của Darcy

 Darcy làm thí nghiệm thấm với mẫu đất cát

 Định luật Darcy: Vận tốc thấm tỷ lệ bậc nhất với gradien thuỷ lực

Hệ số thấm (m/ngđ)

kIF

Q 

Định luật thấm tuyến tính của Darcy

Đối với đất sét:

 Sự thấm xảy ra khi I≥Io

(do lực nhớt)

 Sự thấm xảy ra theo quy

luật tuyến tính khi I ≥ Ibh

Giới hạn ứng dụng của định luật thấm

 Đối với đất sét, khi I>Ibh (Ibh=4/3Io)

 Khi vận tốc thấm cao  chảy rối  DL Darcy

không thích hợp  định luật thấm phi tuyến

2 Định luật thấm phi tuyến

Định luật thấm phi tuyến của Kraxnopolxki

0