BÀI GIẢNG ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH CHƯƠNG 5 nước dưới đất( tt)

CHƯƠNG 5: Tiếp theo QUY LUẬT VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT  Do sự chênh lệch áp lực, nước dưới đất chuyển động không ngừng trong các lỗ rỗng, khe nứt của đất đá hình thành dòng thấm.. Cở

Trang 1

CHƯƠNG 5: (Tiếp theo) QUY LUẬT VẬN ĐỘNG CỦA

NƯỚC DƯỚI ĐẤT

 Do sự chênh lệch áp lực, nước dưới đất chuyển động không ngừng trong các lỗ rỗng, khe nứt của đất đá hình thành dòng thấm

 Giả thiết rằng: dòng nước dưới đất chiếm toàn

bộ tầng chứa nước, bao gồm tất cả khe hổng và phần cốt (cứng) của môi trường Như vậy, dòng

vận động thực 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.

Chương 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT

5 Cở sở động lực học của tính thấm

Trang 2

Dòng thấm một hướng trong đất

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

Trang 3

(Định luật thấm Darcy)

Q – lưu lượng dòng thấm (l/s, m 3 /ngày đêm), là lượng nước thấm qua một tiết diện nào đó trong một đơn vị thời gian.

K - được gọi là hệ số thấm cuả đất (cm/s, m/ ngày đêm).

Gradient thủy lực là tỷ số giữa độ chênh cột áp và chiều dài đường thấm.

A - tiết diện dòng thấm;

L - chiều dài dòng thấm.

Căn cứ trên số lượng lớn kết quả thí nghiệm, Darcy đã tính toán và đề nghị công thức:

Hệ số thấm k phụ thuộc vào các loại đất sau:

Đất cát k = 1.10-1  1.10-4 cm/s Đất cát pha sét k = 1.10-3  1.10-6 cm/s Đất sét pha cát k = 1.10-5  1.10-8 cm/s Bụi k = 1.10-6  1.10-8 cm/s Đất sét k = 1.10-7  1.10-10 cm/s

Trang 4

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 biểu thức sau:

Công thức Proni: i = av + bv2

Với đất loại sét, định luật thấm được biểu diễn theo biểu thức sau:

Ở đây i o - Gradient áp lực ban đầu

5 Cơ sở động lực học của tính thấm

Công thức Xezi:

 Ứng suất sinh ra khi nước chuyển động trong đất

tác dụng lên hạt đất gọi là ứng suất thủy động:

 Gradient thủy lực khi bắt đầu phát sinh hiện tượng đẩy trôi đất gọi là gradient thủy lực tới hạn,

ký hiệu i th :

Trang 5

 Điều kiện áp dụng của định luật Darcy:

Hệ số Reynols:

Chảy tầng khi: R≤2000 Chảy rối khi: R>2000

Định luật Darcy chỉ áp dụng hiệu quả đối với dòng thấm chảy tầng Tuy nhiên thực tế cho thấy định luật Darcy chỉ áp dụng chính xác với

dòng thấm khá chậm (lực nhớt thống trị) và giới hạn R = 5÷10

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

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

5 Tính toán dòng thắm phẳng ổn định:

Trang 6

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

Theo Darcy:

Với:

A=h x 1m

Chuyển vế và lấy tích phân từ tiết diện (1) sang tiết diện (2):

Do đó:

5.1 Tính toán dòng thắm phẳng ổn định:

Thay các giá trị:

Vì đây là dòng thấm ổn định nên lưu lượng đơn vị q tại mọi tiết diện bằng nhau, dễ dàng rút ra được phương trình đường mực nước:

Trang 7

Theo Darcy: Q=K.i.A Với:

A=Mx1m

Chuyển vế và lấy tích phân từ tiết diện (1) sang tiết diện (2):

Do đó:

Nên

Trường hợp tầng chứa nước có áp, đáy cách nước nằm ngang có bề

dày không đổi:

Thay các giá trị:

Vì đây là dòng thấm ổn định nên lưu lượng đơn vị q tại mọi tiết diện bằng nhau, dễ dàng rút ra được phương trình đường mực nước:

có bề dày không đổi:

Trang 8

 Sử dụng giá trị hệ số thấum tương đương

H1

H2

K1

K2

K3

K4

h1

h3

h2

h4

q1

q3

q2

q4

5.2 Hệ số thấm tương đương :

Trường hợp tầng nước song song với các mặt phân lớp:

 Sử dụng giá trị hệ số thấm tương đương

5 Hệ số thấm tương đương:

Trường hợp dòng thấm vuông góc với các mặt phân lớp:

Trang 9

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

thành một hình phễu hạ thấp.

Khoảng 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:

5.3 Tính toán dòng thấm đến giếng bơm:

Trang 10

 Theo Darcy: Q = K.i.A.

 Theo sơ đồ thấm: A = 2 .r.h

Như vậy, phương trình đạo hàm:

Chuyển vế và lấy tích phân theo điều kiện biên:

Lưu lượng bơm hút ổn định:

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

Trang 11

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

 Theo Darcy : Q = K.i.A

 Theo sơ đồ thấm: A = 2 .r.M

Như vậy, phương trình đạo hàm:

Chuyển vế và lấy tích phân theo điều kiện biên:

Lưu lượng bơm hút ổn định:

Và

5.4 Tính toán dòng thấm đến chùm giếng bơm hoàn chỉnh:

Trang 12

Áp lực hạ thấp ở điểm A như sau:

S A = S A-1 + S A-2

Mực áp lực hạ thấp tại điểm A do các

hố khoan 1 và 2 bơm đồng thời với các lưu lượng Q 1 ’

và Q 2 ’được tính như sau:

Nếu ở tất cả các hố khoan khi bơm đồng thời với các lưu lượng bằng nhau Q1’ = Q2’, …= Qn’ = Qo , thì các bán kính ảnh hưởng sẽ xấp xỉ nhau R1 = R2 = …= Rn = R0

Tổng lưu lượng của tất cả các hố khoan bơm đồng thời:

Với n hố khoan bơm nước:

5.4 Tính toán dòng thấm đến chùm giếng bơm:

Trang 13

Trong trường hợp nếu các khoảng cách từ điểm cần

hạ thấp 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 lực là tâm vòng tròn đó ta có:

Khi bơm nước ở các hố khoan bơm đồng thời trong tầng chứa nước ngầm, một cách tương tự ta cũng có:

HK 2

HK 5

HK 4

HK 3

HK 1

ro

So

Ro

 Hệ số thấm từ kết quả thí nghiệm được tính theo công thức:

a – tiết diện ống đo áp

A – tiết diện mẫu đất

l – chiều cao mẫu đất

t – thời gian thí nghiệm

H – Chiều cao cột nước

S – Độ chêch lệch cột nước

5.5 Các phương pháp xác định hệ số thấm của đất đá:

Trang 14

Phương pháp Necterov (đổ nước hố đào)

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

H – Chiều dày lớp nước trên đáy hố đào (=10cm).

Q – lưu lượng nước đổ.

F – diện tích tiết diện của vòng kim loại bên trong.

Hk– chiều cao mao dẫn (có thể xác định theo bảng tra).

z – Chiều sâu nước thấm.

5.5 Các phương pháp xác định hệ số thấm đất đá:

Định dạng
Số trang	14
Dung lượng	1,7 MB