BÀI GIẢNG ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH CHƯƠNG 5 NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÀ TÍNH TOÁN NƯỚC DƯỚI ĐẤT

Bài Giảng Địa Chất Công Trình

CHƯƠNG 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÀ
TÍNH TOÁN THẤM NƯỚC DƯỚI ĐẤT

Thành tạo
ban đầu

Biến đổi
kiến tạo
Môi
trường
rỗng

Trang 1


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Khe rỗng do thành tạo ban đầu

Khe rỗng do biến đổi-kiến tạo

Trang 2


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Phân loại nước dưới đất:
1. Nước ngầm (phreatic):
 Là nước dưới đất thành tạo ở tầng chứa nước

đầu tiên (tính từ mặt đất)
 Tầng chứa nước này chỉ bị chắn bởi tầng đáy
cách nước và không bị chắn ở phía trên nên có
thể thẩm thấu lên trên bề mặt, được gọi là tầng
nước ngầm tự do

- Mực nước thay đổi theo
mùa và chế độ thủy văn
- Dễ bị ô nhiễm bởi nước
thải sinh hoạt và công
nghiệp

2. Nước sâu:
Nằm sâu bên dưới, qua một tầng cách nước, thường ở giữa 2
tầng cách nước, chia làm 2 dạng:
- Khi tầng chứa nước sâu có thế nằm ngang và không hoàn
toàn bão hòa (ngập nước) gọi là tầng chứa nước không áp
- Khi tầng chứa nước sâu trong địa tầng có thế nằm nghiêng
thì gọi là tầng chứa nước có áp

Trang 3


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Khi khoan thăm dò vào tầng nước có áp thì mực nước trong hố
khoan sẽ dâng cao lên, có thể trên mặt đất, sao cho bằng cốt cao độ
với mực nước nguồn cấp theo nguyên lý bình thông nhau, gọi là
nước aztezi

HIỆN TƯỢNG MAO DẪN
 Bề mặt tiếp xúc giữa chất lỏng với thành vật rắn thì mỗi phân tử lỏng
đều bị tác dụng một lực do phân tử bên cạnh và với thành, làm ướt, và
tạo thành bề khum lõm xuống.
 Một khoảng nước dâng cao hơn mực nước ngầm ổn định gọi là đới
mao dẫn.

Trang 4


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

 Độ dâng cao của đới mao dẫn tuân theo định luật Jurin:

Trang 5


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 5:

NƯỚC DƯỚI ĐẤT

5.1 – Khái niệm 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.
Trong trường hợp lỗ rỗng của đất đá chứa đầy nước tự do
và nước dịch chuyển do sự chênh lệch áp lực từ nơi có áp
lực cao (mực nước cao hơn) đến nơi có áp lực thấp hơn
(mực nước thấp hơn) được gọi là sự thấm của nước dưới

đất.
Khi tính toán cần giả định dòng nước dưới đất chiếm toàn
bộ các lỗ rỗng tức xem như đất bão hòa và dòng di
chuyển đó gọi là tầng nước ngầm (dòng thấm)

Chương 5:

NƯỚC DƯỚI ĐẤT

5.2 – Phân loại nước dưới đất:
 Nước thấu kính: (nước thượng tầng)

Nguồn cung cấp nước chủ yếu là do nước mưa ngấm xuống

Trang 6


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 5:

NƯỚC DƯỚI ĐẤT

5.2 – Phân loại nước dưới đất:
 Nước ngầm không áp:

 Nguồn cung cấp nước chủ yếu là nước song, hồ, nước
mưa ngấm:

Chương 5:

NƯỚC DƯỚI ĐẤT

5.2 – Phân loại nước dưới đất:
 Nước ngầm có áp (actezi):

Sơ đồ tầng áp lực và sự hình thành giếng phun (actezi)
a- miền cung cấp; b- miền tàng trữ; c-miền thoát nước.

Trang 7


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 5:

NƯỚC DƯỚI ĐẤT

Tầng chứa nước kẹp giữa hai tầng cách nước.
điều kiện để cho đáy hố móng không bị bục là trọng lượng
của tầng cách nước phải bằng hoặc lớn hơn áp lực đẩy
ngược của nước áp lực:
t  w (h + t)
h
t

Nước áp lực (actezi)

Chương 5:

NƯỚC DƯỚI ĐẤT

Ranh giới nước mặn và nước ngọt:
Sơ đồ quan hệ giữa nước mặn và nước nhạt ở bờ biển
1. Mực nước biển; 2. Bề mặt thoáng của nước nhạt; 3. Đường cân
bằng giữa nước mặn và nước ngọt
O

h(x;y)

H(x;y)

Trang 8


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 5:

NƯỚC DƯỚI ĐẤT

5.3 – Các tính chất của nước dưới đất:
 Tính chất vật lý:
•Tỷ trọng: phụ thuộc muối hòa tan.
•Độ trong suốt: phụ thuộc lượng khoáng hòa tan, hợp chất hóa
học, hữu cơ, keo nước…
•Màu của nước: phụ thuộc thành phần hóa học, tạp chất. Nước
cứng màu nhạt, Fe và H2S lục…
•Mùi: vi khuẩn, khí nguồn gốc hóa học vd H2S
•Vị: Ca(HCO3)2 ngọt, NaCl mặn, MgSO4 đắng…

•Tính dẫn điện

GV: TRẦN HÙNG CƯỜNG

Chương 5:

KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

NƯỚC DƯỚI ĐẤT

5.3 – Các tính chất của nước dưới đất:
 Tính chất hóa học:
Các nguyên tố và ion đóng vai trò chủ yếu: Cl-, HCO3-,
SO42-, CO32-, Ca2+, Mg2+, Na+, K+,…
a. Độ hoạt tính của nước (độ pH):
Độ pH: H2OH++OHHằng số phân ly:

Như vậy lượng ion trong nước là:
[H+][OH-] = KH2Ox[H2O] = 1,8.10-16 x 55,56 = 10-14
pH = - lg[H+]
Ở đây: [H+] – nồng độ của ion H+.
Trung tính: pH=7
Axit: pH<7
Bazo: pH>7

Trang 9


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 5:

NƯỚC DƯỚI ĐẤT

5.3 – Các tính chất của nước dưới đất:
 Tính chất hóa học:
a. Độ hoạt tính của nước (độ pH):
b. Độ cứng của nước
Độ cứng là tính chất của nước có chứa những hợp chất hòa tan
của Ca2+ và Mg2+.
2 cách đánh giá độ cứng: (theo meq/l hoặc độ)
-Biểu diễn bằng độ Đức:
H=0.1a+0.14b
Với H: độ cứng tính theo độ Đức
a: lượng mg CaO trong 1l nước
B: lượng mg MgO trong 1l nước

Chương 5:

NƯỚC DƯỚI ĐẤT

-Biểu diễn bằng hàm lượng meq/l của Ca2+ và Mg2+
Số mg của một đương lượng là tỷ số nguyên tử lượng (phân tử lượng)
và hóa trị.
Vd: Ca2+=40/2=20mg
Mg2+=24/2=12mg
Hàm lượng meq/l (miligam đương lượng/lít) là tỷ số giữa hàm lượng
mg/l và số mg của đương lượng.
Lưu ý: 1meq/l=2,80 Đức
10 Đức=0,357 meq/l

Rất mềm

<1,5 meq/l

<4,20

Mềm

1,5-3 meq/l

4,20-8,40

Hơi cứng

3-6 meq/l

8,50-16,80

Cứng

6-9 meq/l

16,80-25,20

Rất cứng

>9 meq/l

>25,20

Trang 10


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 5:

NƯỚC DƯỚI ĐẤT

5.3 – Các tính chất của nước dưới đất:
 Tính chất hóa học:
a. Độ hoạt tính của nước (độ pH):
b. Độ cứng của nước
c. Độ khoáng hóa: (biêu diễn bằng g/l)
Trong nước có tồn tại các thành phần khoáng, để xác định
hàm lượng, cần đun sôi nước và lọc lắng cặn để phân tích.

Chương 5:

NƯỚC DƯỚI ĐẤT

Các nguyên tố và ion trong nước

Vi nguyên tố (Zn, Br, Mn, Cu, Pb…), siêu nguyên tố (Hg,Au,
Rb…)
Ion Cl-: NaCl, nước vị mặn, ion này trội hơn các ion khác trong
tầng nước sâu.
Ion HCO3-: gặp trong nước nhạt, do hòa tan đá carbonat. Liên
quan ăn mòn bê tông
Ion SO42-: trong nước tiếp xúc thạch cao, có chứa H2S, có vị chát.

Ion Ca2+:trội hơn trong ước nông độ khoáng ít.

Trang 11


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 5:

NƯỚC DƯỚI ĐẤT

Ion Na+: thường có nồng độ cao. (10-100g/l). Vùng nước gần mặt
đất hàm lượng tăng cao: nhiễm bẩn.
Ion sắt…: có vị kim loại, dễ vẩn đục nước.
Khí trong nước dưới đất: CO2, O2, H2S, CH4…CO2 và H2S có độ
hòa tan lớn nhất.
Khí CO2: có nhiều trong nước axit, CO32- có nhiều trong nước
pH>8.5.
Khí O2: có trong nước uống, hàm lượng giảm dần theo độ sâu.
Khí H2S: có trong nước gần đầm hồ và bùn, mùi khó chịu, không
dùng ăn uống, tăng tính ăn mòn của nước.

Chương 5:

NƯỚC DƯỚI ĐẤT
Kết quả thí nghiệm hàm lượng CO2
trong mẫu nước là 87mg/l; độ pH=7,1
Đương lượng:
meq/l= (số mg/l)/ [nguyên tử
lượng/hóa trị]

Công thức Courlov và tên nước
Công thức Courlov tổng quát có dạng:
K - ký hiệu chất khí chứa trong nước (mg/l)
M - tổng khoáng hóa của nước (g/l) (không kể khí)
A - các anion hàm lượng >10% xếp giảm dần và hàm lượng % của chúng.
C - các cation hàm lượng >10% xếp giảm dần và hàm lượng % của chúng.
T - nhiệt độ của nước ở điểm lấy mẫu.
pH - độ pH

Trang 12


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 5:

NƯỚC DƯỚI ĐẤT

Kết quả phân tích mẫu nước theo ví dụ được biểu diễn như sau:

Gọi tên nước: Tên nước được gọi theo tên các
anion và cation có hàm lượng trên 25% xếp giảm
dần. Ví dụ trên là: Clorua – Bicarbonat – Natri.

Dấu hiệu ăn mòn của nước môi
trường
Số
TT

Công trình không chịu cột nước ép
Môi trường bao quanh

Công
trình
chịu cột nước
ép

Nơi chứa nước lộ
thiên hoặc đất thấm
nước trung bình và
mạnh (K0,1m/ngày
đêm)

Đất thấm nước yếu
(K<0,1m/ngày đêm)

Nước
bao
quanh bê tông
trong
điều
kiện bất kỳ

1

Độ kiềm bicacbonat (tính ăn mòn
khử kiềm) tính theo mgeq/l hoặc
theo độ nhỏ hơn

1,5 (4o)

Không qui định

2 (6o)

2

Chỉ số hydro (tính ăn mòn axit),
nói chung pH nhỏ hơn

6,5

5

6,5

3

Lượng chứa cacbonit tự do (tính
ăn mòn cacbonit) tính theo mg/l
lớn hơn

a[Ca2+] + b

a[Ca2+] + b + 40

a[Ca2+] + b

4

Lượng chứa muối Mg (tính ăn
mòn manhê) được đổi ra ion
Mg2+ đo bằng mg/l có tính cả
lượng chứa ion SO42- đo bằng
mg/l lớn hơn.
Lượng chứa ion Mg2+ trong mọi
trường hợp lớn hơn

1000 – [SO42-]
1000

6000 – [SO42-]
2000

4000 – [SO42-]
1000

Trang 13


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

5

Lượng chứa sunfat (tính ăn
mòn sunfat) được tính đổi
ra ion SO42- đo bằng mg/l –
khi lượng chứa ion Cl- nhỏ
hơn 1000mg/l - lớn hơn.

Lượng chứa sunfat khi lượng
chứa ion Cl- lớn hơn
1000mg/l - lớn hơn
Lượng chứa ion SO42- trong
mọi trường hợp không lớn
hơn

300
150 + 0,15[Cl-]
1000

300
150 + 0,15[Cl-]
1000

6

Lượng chứa muối amoniac
(tính ăn mòn amoniac) tính
theo mg/l – lớn hơn

1000

1000

1000

7

Lượng chứa kiềm ăn da (tính

ăn mòn kiềm) tính theo
mg/l lớn hơn

50

80

30

8

Lượng chứa Clorua sunfat,
nitrat và các muối khác
cũng như điều kiện khí hậu
nóng (khi có các bề mặt
bay hơi) tính theo mg/l –
lớn hơn

10

10

Theo nghiên
cứu
chuyên
môn

HCO3mgeq/l

1.4

1.8
2.1
2.5
2.9
3.2
3.6
4.0
4.3
4.7
5.0
5.4

250
100 +
0,15[Cl-]
1000

Tổng hàm lượng Cl- + SO42- (mg/l)
độ

4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

14
15

0 - 200

201 - 400

401 - 600

601 - 800

801 - 1000

> 1000

a

b

a

b

a

b

a

b

a

b

a

b

0.01
0.04
0.07
0.10
0.13
0.16
0.20
0.24
0.28
0.32
0.36
0.40

16
17
19
21
23
25
27
29

32
34
36
38

0.01
0.04
0.06
0.08
0.11
0.14
0.17
0.20
0.24
0.28
0.32
0.36

17
18
19
20
21
22
23
24
26
27
29
30

0.01
0.03
0.05
0.07
0.09
0.11
0.14
0.16
0.19
0.22
0.25
0.29

17
17
18
19
19
20
21
22
23
24
26
27

0.00
0.02
0.04

0.06
0.08
0.10
0.12
0.15
0.17
0.20
0.23
0.26

17
18
18
18
18
19
19
20
21
22
23
24

0.00
0.02
0.04
0.06
0.07
0.09
0.11

0.13
0.16
0.19
0.22
0.24

17
18
18
18
18
18
18
19
20
21
22
23

0.00
0.02
0.04
0.05
0.07
0.08
0.10
0.12
0.14
0.17
0.19

0.22

17
18
18
18
18
18
18
19
20
21
22
23

Trang 14


Bài Giảng Địa Chất Công Trình

Chương 5:

NƯỚC DƯỚI ĐẤT

Xác định tính ăn mòn của nước?

ví dụ đã nêu: tổng hàm lượng Cl- và SO42trong khoảng 201-400, hàm lượng HCO3- là
3,6meq/l, theo bảng tra: a = 0,17; b = 23. Do đó:
a[Ca2+] + b = 0,17x 24 + 23 = 27<87mg/l. --Vậy
mẫu nước có tính ăn mòn CO2.

 Theo

Chương 5:

NƯỚC DƯỚI ĐẤT

 Đánh giá chất lượng nước dùng trong sinh hoạt (tham khảo tài liệu)
 Đánh giá chất lượng nước dùng trong xây dựng:A
Thành phần hóa học của xi măng : C2S; C3S; C3A; C4AF
 Ăn mòn rửa trôi:
Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 = 2CaCO3 + 2H2O
Ăn mòn dạng muối:
MgCl2 + Ca(OH)2 = CaCl2 + Mg(OH)2
Dạng ăn mòn axit:
Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O
Dạng ăn mòn cacbonit:
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2

Trang 15