( )
34
2 ket lien bang 2
cân 2
CO = CO
5.Các loại nước dưới đất
5.1. Nguồn gốc sinh thành nước dưới đất, cột nước thủy lực và hướng chảy dòng ngầm
Phổ biến và dễ thấy hơn cả là nước nguồn gốc do thấm từ nước mặt.
Tầng chứa nước có mái và tường là hai tầng cách nước thì tồn tại và vận động như nước trong ống áp lực, gọi là tầng nước áp lực. Ngược lại, tầng chứa nước có mái là một mặt thoáng tự do thì gọi là tầng nước không áp.
Phương trình Bernulli thể hiện tổng năng lượng cho một đơn vị khối lượng tại một điểm bất kỳ của dòng nước dưới đất:
Nếu dòng được xem như không có ma sát và không chịu nén theo phương vận động thì tổng 3 thành phần là hằng số, hay:
Có thể bỏ qua thành phần v2/2g, tổng cột nước thủy lực h sẽ là:
Từ đó: h = z + hp
Tổng cột nước thủy lực bằng tổng cột nước cao trình và cột nước áp suất.
Tổng cột nước h, cột nước cao trình z và cột nước áp suất hp
Trong tính toán những bài toán thấm, để thuận tiện, người ta hay so sánh với một mặt chuẩn thường lấy là đáy cách nước và xem như giá trị z = 0.
Phương pháp đơn giản nhất để xác định hướng dòng ngầm là phương pháp tam giác.
5.2. Các tầng chứa nước phân chia theo điều kiện phân bố 1.Nước thổ nhưỡng
2.Nước thấu kính (tầng nước trên)
3. Nước đụn cát 4. Nước ngầm
5. Nước áp lực (actezi)
6 . Nước nằm trong khe nứt của đá cứng: Do điều kiện khe hở lớn mà nước khe nứt vận động nhanh, thường ở dạng chảy rối và mang đặc tính của dòng chảy hơn là dòng thấm.
Lấy điểm A ở độ sâu H - h dưới mực nước biển. Áp lực thủy tĩnh tại điểm A sẽ bằng: PA = (H – h)ρmặn.gỞ điểm B trong lục địa trên đường ranh giới giữa nước mặn và nước nhạt cũng ở độ cao H - h. Áp lực thủy tĩnh do nước nhạt gây ra sẽ bằng:
PB = (H – h)ρnhạt.g + hρnhạt.g
Nước áp lực có thể gây bục đáy hố móng khi thi công.
Điều kiện an toàn đáy hố móng: γt ≥ γw (h + t)
6.MỘT SỐ QUY LUẬT VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT 6.1. Cơ sở động lực học của sự thấm và một số quy luật 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.
6.1.1.Quy luật dòng chảy trong ống
dr
dv
ro h2
h1
L ro
1.2.Định luật thấm đường thẳng (Darcy)
h1
L
h2
∆h
L
Q
∆h
Q=K.i.AQ=K ∆LhA
1.3.Định luật thấm phi tuyến
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:
Với đất loại sét, định luật thấm được biểu diễn theo biểu thức sau:
Ở đây io - Gradient áp lực ban đầu
v
i io
4/3 io v=K.i
v=K(i-4/3 io) i=(v/K)(1+αv)
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 ith:
2.Quy luật vận động của dòng chảy phẳng
Việc tính toán nhằm xác định lưu lượng đơn vị q, mực nước ngầm hoặc áp lực tại một tiết diện bất kỳ.
2.1.Tính toán cho dòng thấm ổn định của nước dưới đất 2.1.1.Trường hợp tầng chứa nước không áp
-Đáy cách nước nằm ngang
Xét lưu lượng đơn vị (lưu lượng của dòng thấm có bề rộng là 1m):
Vì đây là dòng thấm ổn định nên q tại mọi tiết diện bằng nhau dễ dàng rút ra được phương trình đường mực nước:
i K v=
+
−
=
3 0 0 0
3 3 4
i i i i
i K v
w
w K
i v
J = .γ = γ
w s
th e
i γ
γ ) 1 (
1 +
= −
( )
L h h q K
2
2 2 2 1 −
=
1 2
L x h h h
hx = 12− 12− 22
2.1.2.Trường hợp tầng chứa nước có áp (nước artesia) -Đáy cách nước nằm ngang
H1
L
H2
Hx
M H
x
x x2 x1
2.1.3.Trường hợp tầng chứa nước gồm hai lớp đất có hệ thấm khác nhau và có đáy cách nước nằm ngang
a) Hai lớp đất nằm song song với phương dòng thấm
Xem như: ở trên - nước không áp, còn ở phần dưới - nước dưới đất vận động như nước có áp lực:
b) Tầng chứa nước có hệ số thấm thay đổi theo phương vận động - Ở lớp 1:
- Ở lớp 2:
Từ đó:
Cộng hai vế của hai phương trình:
Chiều cao mực nước tại tiết diện s là:
L H KM H
q= 1− 2
( )x
L H H H
Hx = 1− 1− 2
h1
H2 H1
h2
x2
M
x1 L
K1
K2
1 2
+
−
= +
= dx
hdh dx K
M dH K q
q
q 1 2 1 2
h1
h2
L2 L1
K2 K1
1
2 hs
s 1
2 2 1 1
1 2L
h K h
q = − s
2 2 2 2 2
2 2L
h K h
q = s −
1 2 1
2
1 2
K q L h h − s =
2 2 2
2
2 2
K q L h hs − =
+
=
−
2 2 1 2 1
2 2
1 2
K L K q L h h
+
= −
2 2 1 1
2 2 2 1
2 K
L K
L h q h
( )
+
− −
=
2 1 1
2 2 2 1 2 1
1
K L K K L
h h h L
hs
Tương tự đối với tầng chứa nước có áp:
2.1.4.Vận động ổn định của nước dưới đất trong lớp không đồng nhất
* Khi nước thấm song song với các mặt phân lớp:
Thay tầng chứa nước không đồng nhất bằng tầng chứa nước tương đương đồng nhất có hệ số thấm là Ktb
q = Ktb.h. i
Hệ số thấm trung bình của tầng chứa nước khi nước vận động song song với mặt lớp:
-Khi nước vận động theo phương vuông góc với mặt lớp: