Bài Giảng tính toán Thấm seepw 2012 Đại học Thủy Lợi

WATER RESOURCES UNIVERSITY – Southern Campus
Division of Civil Engineering

Geo-Studio in Engineering Practice

Tp. Hồ Chí Minh - 2016

NỘI DUNG

• Tính tốn thấm (Module SEEP/W)
• Tính tốn ổn định mái dốc (Module

SLOPE/W)
• Tính tốn ứng suất và biến dạng

(Module SIGMA/W)
• Tích hợp Module

Chương I

DỊNG THẤM TRONG MƠI TRƯỜNG
ĐẤT ĐÁ VÀ MODULE SEEP/W

Lún, đùn, sủi hạ lưu tường ngoặt Lún, sụt cơ đê hạ lưu

Lún, nghiêng nhà để tủ điện điều hành

Nội dung:
• Dịng thấm trong mơi trường đất đá
• Giới thiệu module SEEP/W
• Các bước tiến hành khi giải bài tốn

thấm
• Ví dụ và thực hành trên máy với bài

toán thực tế

1. Dịng thấm trong mơi trường đất đá

Đất được cấu tạo từ các hạt, trong đất có nhiều lỗ
rỗng, trong các lỗ rỗng chứa khí và nước. Nước chảy từ
vùng có áp lực cao tới vùng có áp lực thấp. Vì vậy, tính
thấm của đất là khả năng của đất cho nước đi qua.

Hạt đất, nước, khí

1. Dịng thấm trong mơi trường đất đá

Dịng thấm có thể là ổn định hoặc không ổn
định, tương ứng với các điều kiện là hằng số hoặc
biến đổi theo thời gian. Trong Địa kỹ thuật, dòng
thấm sinh ra trong trường ứng suất là dịng khơng
ổn định trong mơi trường có lỗ rỗng thay đổi theo
thời gian.

1. Dịng thấm trong mơi trường đất đá

1. Định luật thấm Darcy h

vDarcy = ki B

i  h L
L
A
(Nếu i quá lớn?) h

2. PT Bernoulli Năng lng dòng thấm MỈt chn

ã Tổng thế năng của dòng thấm tại A

u v2 uA
hA    Z
 2g  uB

cét ¸p cét cao ®é hA
hB
cét tèc ®é ZA
ZB

ã Trong MT đất, v 0,01 m/s (cát thô)
cét tèc ®é  5x10-6 m  nhá, bá qua

1. Dũng thm trong mụi trng t ỏ

Cơ chế và trạng thái dòng thấm trong MT đất đá

1. Dòng thấm từ A đến B do hiệu thế năng h: i  h
h L
 uA   uB  uA
h  hA  hB    Z A     ZB   uB
    

2.Tuú theo quan hƯ v  i dßng thÊm: hA hB
ã Chảy tầng Laminar flow Phần lớn đất;
ZA ZB

• Chảy rối Turbulent flow Chảy trong đá Mặt chuẩn

nứt nẻ, sỏi cuội, cát rất thô, ...

3. Tuỳ theo trng thái ca dòng thấm:
ã Dòng ổn định Steady flow vectơ tốc v

độ dòng thấm không đổi về độ lớn - hớng Vùng chảy rối III
theo thời gian tại 1 điểm hoặc 1 mặt cắt;

ã Dòng không ổn định – Transient flow  Vïng chun tiÕp II

(chÕ ®é thủ lùc thay ®æi theo thêi gian).

Vùng chảy tầng I

4. Dòng thấm còn có thể là confined
dòng thấm có áp, hoặc unconfined
dòng thấm không ¸p. i

1. Dịng thấm trong mơi trường đất đá

1. Dịng thấm trong mơi trường đất đá

• Hàm thấm: thể hiện quan hệ giữa áp lực nước lỗ rỗng và hệ số

thấm. Độ bão hòa và độ ẩm của đất giảm khi áp lực nước
lỗ rỗng giảm < 0. Khả năng cho nước thấm qua của đất cũng
giảm khi độ ẩm giảm.

• Do vậy, hệ số thấm giảm nếu áp lực nước lỗ rỗng tăng theo
chiều âm.

1. Dịng thấm trong mơi trường đất đá

● Các đặc trưng về thấm cần chú ý ?

1- Đường bão hòa (Water table)
2- Gradien thấm (XY gradient)
3- Lưu lượng thấm q (flux)
4- Áp lực nước lỗ rỗng (pore water pressure)
5- Cột nước thấm tổng (đường viền thấm)
(total head)

1. Dịng thấm trong mơi trường đất đá

40 MNTL
36

32

28

24

20

16 2.2118e-005

12

8

4

0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

1. Dịng thấm trong mơi trường đất đá

Tại sao cần phải nghiên cứu về “Thấm”?

1. Vấn đề mất nước
- Làm giảm hiệu quả tích nước của hồ chứa
- Ảnh hưởng đến thi cơng do nước chảy vào hố

móng.
2. Tác động của dòng thấm do lực thấm J = w.i

- Gây xói ngầm cơ học dưới đáy cơng trình → Biến
dạng thấm

- Chảy đất, mạch đùn, mạch sủi tại chỗ dịng thấm
thốt ra khi gradien thấm vượt giá trị giới hạn igh

- Làm mất ổn định mái dốc do thấm ngược (thấm do
mao dẫn)

Hồ Am Chúa – huyện Diên Khánh, tỉnh Khánh Hòa xuất hiện mạch đùn, mạch sủi nền hạ lưu đập (ảnh

chụp từ video) 15

Thấm bùng nhùng ngang thân đập tại vị trí số 2, hồ Núi Cốc – huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên (Ảnh: hung.kcct) 16

2. Tính toán thấm dùng SEEP/W

Đặc điểm của SEEP/W

Là phần mềm dùng để mơ hình hóa chuyển động của
nước & phân bố áp lực nước lỗ rỗng trong môi trường
đất đá theo phần tử hữu hạn.

+ Có thể phân tích các bài tốn:
1. Dịng thấm có áp, khơng áp; Ngấm do mưa; Áp lực
nước lỗ rỗng dư; Thấm ổn định, không ổn định
2. Kết hợp với SLOPE/W phân tích ổn định mái dốc
trong điều kiện có áp lực lỗ rỗng phức tạp
3. Kết hợp với CTRAN/W phân tích lan truyền ơ nhiễm
trong đất đá

2. Tính tốn thấm dùng SEEP/W

Cơ sở lý thuyết của SEEP/W

Các giả thiết cơ bản của PT thấm

1. Dòng thấm trong đất bão hịa/khơng bão hịa tn theo

ĐL Darcy Phân tố đất

v = ki Qvµo

Qra

1

2. Qvào – Qra = biến thiên độ ẩm thể tích 
Trường hợp đất bão hịa, Qvào = Qra → dịng thấm ổn định,
khơng ảnh hưởng đến độ ẩm thể tích ;
3. Chỉ có biến thiên áp lực nước lỗ rỗng là ảnh hưởng tới .

2. Tính tốn thấm dùng SEEP/W

Xét dịng thấm qua một phân tố hình chữ nhật có kích thước dx, dy
và dz

Lưu lượng dòng thấm đi qua mặt cắt Ux trong một đơn vị
thời gian là Ux.dy.dz

Lưu lượng dòng thấm đi qua mặt cắt đối diện Ux là

2. Tính tốn thấm dùng SEEP/W

Lưu lượng dòng ra khỏi phân tố vi phân theo phương x
Tương tự, theo phương y và Z

Lưu lượng dòng ra khỏi phân tố:
Gọi là độ ẩm thể tích (hàm lượng nước)
Tại thời điểm t bất kỳ, thể tích nước trong thể tích phân tố đất: