ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH - CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT docx

CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT
5.1 Khái niệm về sự vận động của nước trong
đất đá :
Tốc độ vận động thấp nên thường gọi dòng vận
động là dòng thấm.
Dòng thấm (đường dòng) đi từ nơi có giá trị áp
lực cao đến thấp hơn và có phương vuông góc
với đường đẳng áp lực (thế năng).
Áp lực của dòng thấm bằng tổng của : thế năng,
động năng và thủy tĩnh (Trong đó, động năng
được xem rất bé và bỏ qua)
CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT
5.2 Những định luật cơ bản về thấm của nước
trong đất đá :
5.2.1 Định luật Dacxi (Darcy) :
5.2.1.1 Mô hình thí nghiệm :
Q
H
2
H
1
H=H
1
-H
2
L
H Q
L Q
F Q
Cát
CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT

5.2 Những định luật cơ bản về thấm của nước
trong đất đá :
5.2.1 Định luật Dacxi (Darcy) :
5.2.1.1 Mô hình thí nghiệm :
Q
H
2
H
1
H=H
1
-H
2
L
Cát
L
FH
KQ




.
Với :
K : Hệ số xác định bằng thí
nghiệm, phụ thuộc vào loại
đất và kết cấu của đất (Hệ
số thấm của đất).
CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT
5.2 Những định luật cơ bản về thấm của nước

trong đất đá :
5.2.1 Định luật Dacxi (Darcy) :
5.2.1.2 Định luật Dacxi : hay
Như vậy, quan hệ V ~ J là quan hệ đường thẳng nên có
thể gọi định luật này là định luật thấm đường thẳng (
thấm tuyến tính)
Q=K.F.J V = K.J
V
J
Trong thực tế, định luật Dacxi chỉ đứng
khi vận tốc dòng thấm nhỏ (thấm
tầng), trường hợp vận tốc dòng thấm
lớn thì có sự sai lệch. Việc xác định
trạng thái của dòng thấm (rối, tầng)
thông qua giá trị của hệ số Raynol.
tg = K
CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT
5.2 Những định luật cơ bản về thấm của nước
trong đất đá :
5.2.2 Các công thức thấm phi tuyến :
5.2.2.1 Công thức Kranôpônxki (thường sử dụng):
5.2.2.2 Công thức Proni (Dupuit) :
J = aV
2
+ bV
2
Trong đó, a và b là các hệ số thực nghiệm, phụ
thuộc vào trạng thái vận động của nước dưới đất.
Công thức này thể hiện trạng thái vận động tổng
quát cho cả hai trường hợp (thấm tầng và thấm rối)

JKV .
V
J
V=K.J
CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT
5.2 Những định luật cơ bản về thấm của nước
trong đất đá :
5.2.3 Thấm trong đất sét :
Trong đất loại sét, thông thường kích thước lổ rỗng
do cát hạt đất tạo ra là nhỏ, tuy nhiên, do các hạt keo còn
có màng nước liên kết vật lý bao quanh nên làm giảm
tính hiệu quả thấm của các lổ rỗng.
Muốn có tồn tại dòng thấm trong đất loại này, J thực
tế cần đạt hơn giá trị J
bđ
nào đó (J
bđ
được xác định bằng
thực nghiệm), khi đó, các hạt nước liên kết sẽ cùng
chuyển động với nước tự do.
CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT
5.2 Những định luật cơ bản về thấm của nước
trong đất đá :
5.2.3 Thấm trong đất sét :
3
4
V
J
J
bđ

J
bđ
0
)
3
4
(
bđ
JJKV 
JKV .
V=K.J
Đất loại sét
Đất rời
Trong thực tế, điều kiện
để xảy ra thấm rối trong
đất loại sét là không phổ
biến
CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT
5.3 Vận động ổn định của nước dưới đất trong các lớp đất đá
đồng nhất, đáy cách nước nằm ngang (Trường hợp thấm tầng)
1 2
x
h
1
h
x
h
2
Hướng vận động
1

2
B
x
x : Hướng vận động
1
Mặt cắt vuông
góc hướng x
B : Bề rộng dòng
thấm
x
x
1
=0 x
2
=L
5.3.1 : Trường hợp nước không áp
CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT
5.3 Vận động ổn định của nước dưới đất trong các lớp đất đá đồng
nhất, đáy cách nước nằm ngang (Trường hợp thấm tầng) .
)(
dx
dh

1 2x
h
1
h
x
h
2

Hướng vận động
1
2
B
x
x
x
1
=0
x
2
=L
Thấm tầng nên
Q = K.F.J
F = B.h
J =
với h là thay đổi
từ h
1
đến h
2
Q = K.Bh.
Q.dx = K.B.(-h.dh)
Xét dòng thấm từ 1 đến 2 nên :
 



0
2

1 1
2
).(.
x
Lx
h
h
hdhBKQdx
dx
dh

hay
Q =
L
hh
BK
2
.
2
2
2
1

q = Q/B =
L
hh
BK
2
.
2

2
2
1

với q : Lưu lượng dòng thấm ứng với 1
đơn vị bề rộng dòng thấm
CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT
5.3 Vận động ổn định của nước dưới đất trong các lớp đất đá đồng
nhất, đáy cách nước nằm ngang (Trường hợp thấm tầng)
1 2
x
h
1
h
x
h
2
x
x
1
=0
x
2
=L
Do là dòng thấm ổn
định, q = const nên
x
L
hh
hh

x
2
2
2
1
2
1


Phương trình đường
mực nước
CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT
5.3 Vận động ổn định của nước dưới đất trong các lớp đất đá
đồng nhất, đáy cách nước nằm ngang (Trường hợp thấm tầng)
H
1
H
x
H
2
Hướng vận động
1
2
B
x
x : Hướng vận động
1
Mặt cắt vuông góc
hướng x
B : Bề rộng dòng thấm

x
x
1
=0 x
2
=L
5.3.2 : Trường hợp nước có áp
x
21
m
2
m : Bề dày của dòng thấm
CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT
5.3 Vận động ổn định của nước dưới đất trong các lớp đất đá
đồng nhất, đáy cách nước nằm ngang (Trường hợp thấm tầng)
H
1
H
x
H
2
Hướng vận động
1
2
B
x
x
x
1
=0 x

2
=L
5.3.2 : Trường hợp nước có áp
x
21
m
Q = K.F.J
F = B.m với m = const nên
Q.dx = K.B.m.(-dH)
CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT
5.3 Vận động ổn định của nước dưới đất trong các lớp đất đá
đồng nhất, đáy cách nước nằm ngang (Trường hợp thấm tầng)
H
1
H
x
H
2
x
x
1
=0 x
2
=L
5.3.2 : Trường hợp nước có áp
x
21
m
1 1
2

0
2
. . ( )
x H
x L H
Qdx K B m dh


 
 
Q =
1 2
. .
H H
K B m
L

q = Q/B =
1 2
.
H h
K m
L

với q : Lưu lượng dòng thấm ứng
với 1 đơn vị bề rộng dòng
thấm
CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT
5.4 Vận động ổn định của nước dưới đất trong các lớp đất đá
không đồng nhất, đáy cách nước nằm ngang (thấm tầng)

5.4.1 : Không đồng nhất theo phương thẳng đứng :
m
1
m
2
1 1 2 2
1 2
. .
TB
K m K m
K
m m



K
1
K
2
CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT
5.4 Vận động ổn định của nước dưới đất trong các lớp đất đá
không đồng nhất, đáy cách nước nằm ngang (thấm tầng)
5.4.1 : Không đồng nhất theo phương ngang :
x 21
K
2
K
1
1 2
1 2

1 2
TB
l l
K
l l
K K



l
1
l
2
CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT
5.5 Vận động ổn định của nước dưới đất đến giếng khoan hoàn
chỉnh :
5.5.1 : Khái niệm :
H
hk
H
M
r
hk
s
H
r
R
CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT
5.5 Vận động ổn định của nước dưới đất đến giếng khoan hoàn
chỉnh :

5.5.2 : Vận động của nước đến LK hòan chỉnh (thấm tầng):
Q
S=0
h=h
e
h
o
h
r
R
r
0
Q : Lưu lượng bơm hút.
R : Bán kính ảnh hưởng
r0 : Bán kính lổ khoan
h : giá trị áp lực
S = h
e
-h : Trị số hạ thấp
h
e
: Giá trị áp lực khi chưa
bơm hút
S
0
CHƯƠNG 5- VẬN ĐỘNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT
5.5 Vận động ổn định của nước dưới đất đến giếng khoan hoàn
chỉnh :
5.5.2 : Vận động của nước đến LK hòan chỉnh (thấm tầng):
0

2
2
2
1
ln
r
R
hh
KQ


Q
S=0
h=h
e
h
o
h
x
R
r
0
S
0
e
hKSR .2
0
