Bài giảng môn Ðịa chất công trình - Chương 6: Quy luật vận động của nước dưới đất
CHƯƠNG 6.
QUY LUẬT VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC
DƯỚI ĐẤT
Do sự chênh lệch á p lực, nước dưới đất
chuyển động khô ng ngừng trong cá c lỗ
rỗng, khe nứt của đất đá hì nh thành dò ng
thấm.
Giả thiết: dò ng nước dưới đất chiếm toàn bộ tầng chứa
nước, bao gồm tất cả khe hổng và phần cốt (cứng) của
mô i trường. Như vậy, dò ng vận động thực tế của nước
dưới đất chỉ theo cá c khe hổng được thay bằng dò ng
“giả định”, chiếm tất cả tầng chứa nước và gọi là dò ng
thấm.
Cai loại chuyển động của dò ng thấm: chảy tầng và
chảy rối. Trong đất chủ yếu là chảy tầng.
6.1. CƠ SỞ ĐỘNG LỰC HỌC VÀ QUY LUẬT THẤM
Căn cứ trên số lượng
lớn kết quả thí
nghiệm, Darcy đã
tí nh toá n và đề nghị
cô ng thức:
h
h
L
h2
h1
h
L
Q = K A
Q
L
Sơ đồ thấm nước trong đất và dụng cụ thí nghiệm thấm.
h
L
Q = K A
h
h
L
Q – lưu lượng dòng thấm (l/s,
m3/ngày đêm), là lượng nước thấm
qua một tiết diện nào đó trong một
đơn vị thời gian.
h2
h1
K - hệ số thấm cuả đất (cm/s, m/ ngày
đêm).
Q
L
Gradient thủy lực là tỷ số giữa độ
chênh cột áp và chiều dài đường
thấm.
h
= i
Cô ng thức được viết lại:
L
A - tiết diện dòng thấm;
L - chiều dài dòng thấm.
◦Q= K.i.A
Định luật thấm Darcy
Trong đá nứt nẻ mạnh, lỗ rỗng karst, vận động của nước
dưới đất đôi khi mang đặc tính chảy rối và có thể tuân theo
biểu thức sau:
v = K i
Công thức Proni: i = av + bv2
Với đất loại sét, định luật thấm được biểu diễn theo biểu
thức sau:
3
v
4
i i
0
0
v = K i − i +
0
i=(v/K)(1+v)
3
3 i
Ở đây io - Gradient áp lực
ban đầu
v=K.i
v=K(i-4/3 io)
i
io
4/3 io
Một số định luật thấm
* Ứng suất sinh ra khi nước chuyển động trong đất
tá c dụng lên hạt đất gọi là ứng suất thủy động:
v
J = i. w = w
K
Gradient thủy lực khi bắt đầu phá t sinh hiện tượng
đẩy trô i đất gọi là gradient thủy lực tới hạn, ký hiệu
ith:
s −1 sub
(1+ e) w w
ith =
=
Việc tí nh toá n nhằm xá c định lưu lượng
đơn vị q, mực nước ngầm hoặc á p lực
tại một tiết diện bất kỳ.
Lưu lượng đơn vị là lưu lượng dò ng
thấm có bề dày bằng bề dày tầng chứa
nước và bề rộng là 1m.
6.2. QUY LUẬT VẬN ĐỘNG CỦA DÒNG THẤM
PHẲNG ỔN ĐỊNH
(2)
(1)
Theo sư phụ Darcy, q=KiA:
dh
q = −Kh 1m
dx
dh
dx
Với:
i = −
A=hx1m
Chuyển vế và lấy tích phân từ tiết diện (1) sang tiết diện (2):
x1
h1
K
h12 − h22
)
q dx = −K hdh
Do đó:
q
(
x1 − x2
)
= −
(
2
x2
h2
Trường hợp tầng chứa nước khô ng á đáy cá ch nước
nằm ngang
(2)
(1)
Thay các giá trị:
K
(
h12 − h22
2L
)
q =
Vì đây là dò ng thấm ổn định
nên lưu lượng đơn vị q tại
mọi tiết diện bằng nhau, dễ
dàng rút ra được phương
trì nh đường mực nước:
h2 − h22
hx = h2 −
x
1
1
L
Trường hợp tầng chứa nước không áp, đáy cách
nước nằm ngang
H
Theo sư phụ Darcy, Q=KiA:
dH
dx
Với:
i = −
H1
H2
A=Mx1m
Hx
dH
dx
q = −KM
M
Nên
x
Chuyển vế và lấy tích phân từ
tiết diện (1) sang tiết diện (2):
x1
L
x2
x
x2
H1
q dx = −KM dH
Do đó:
x1
H2
q
x1 − x2
= −KM
H1 − H2
Trường hợp tầng chứa nước có áp, đáy cách nước
nằm ngang có bề dày không đổi
H
Thay các giá trị:
H1 − H2
q = KM
L
H1
H2
Hx
Vì đây là dò ng thấm ổn định
nên lưu lượng đơn vị q tại
mọi tiết diện bằng nhau, dễ
dàng rút ra được phương
trì nh đường mực nước:
M
x
x1
L
x2
x
(
)
H1 − H2
Hx = H1 −
x
L
(Lưu ý hình dạng đường mực nước.)
Trường hợp tầng chứa nước không áp, đáy cách
nước nằm ngang
Sử dụng giá trị hệ số thấm tương đương
K1h1 + K2h2 +.... + Knhn
Ktb =
h1 + h2 +....+ hn
K1
K2
K3
q1
q2
h1
h2
q3
q4
H1
H2
h3
h4
K4
0
0
Khi nước thấm song song với các mặt phân lớp
Sử dụng giá trị hệ số thấm tương đương
(
h1 + h2 +... + hn
)
Ktb =
hn
h1 h2
+ +... +
K1 K2
Kn
H1
H2
h1
K1
K2
H
H3
Hn
h2
h3
K3
Kn
hn
Khi nước vận động theo phương vuông góc với mặt lớp
Khi bơm hút nước, mực nước xung quang giếng sẽ hạ thấp, tạo
thành một hì nh phễu hạ thấp.
Khoảng cá c từ giếng khoan đến hết đường cong hạ thấp gọi là
bá n kí nh ảnh hưởng R.
Trường hợp nước có áp:
R =10S K
Trường hợp nước không áp:
R = (1,95 2).S hK
hk
s
h
h
hk
R
6.3. QUY LUẬT VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI
ĐẤT ĐẾN CÁC HỐ KHOAN BƠM NƯỚC
rhk
s
h
h
h
hk
R
r
Vận động ổn định của nước dướđấđến hố khoan
nước ngầm hoàn chỉnh
Cũng lại theo sư phụ Darcy: Q = K.i.A.
Theo sơ đồ thấm: A = 2 .r.h
dh
dr
i =
dh
dr
Như vậy, phương trình đạo hàm:
Q = 2Krh
Chuyển vế và lấy tích phân theo điều kiện biên:
h
R dr
Q
= 2K hdh
r
rhk
hhk
K
(
h2 − hh2k
)
Q =
Lưu lượng bơm hút ổn định:
R
ln
rhk
Vận động ổn định của nước dưới đất đến hố
khoan nước ngầm hoàn chỉnh
hk
s
H
H
H
hk
M
R
r
Vận động ổn định của nước Artesia đến hố khoan bơm
nước hoàn chỉnh
Darcy bảo rằng rất dễ nhớ: Q = K.i.A.
Theo sơ đồ thấm: A = 2 .r.M
dH
Và
i =
dr
dH
dr
Như vậy, phương trình đạo hàm:
Q = 2KMr
Chuyển vế và lấy tích phân theo điều kiện biên:
H
R dr
Q = 2KM dH
r
rhk
hhk
2KM
(
H − Hhk
)
Q =
Lưu lượng bơm hút ổn định:
R
ln
rhk
Vận động ổn định của nước dưới đất đến hố
khoan nước ngầm hoàn chỉnh
a
Mục đích – hạ mực
nước trong hố đào.
h>0,5m
b
H.w < hs.
H
hñaát
6.4. QUY LUẬT VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI
ĐẤT ĐẾN CHÙM HỐ KHOAN BƠM NƯỚC
HK1
r1
A r 2 HK2
Giả thiết: á p lực hạ
thấp ở điểm A:
SA-1
SA = SA-1 + SA-2
S1
SA-2
Mực á p lực hạ thấp
tại điểm A do cá c
hố khoan 1 và 2
bơm đồng thời với
cá c lưu lượng Q1’
và Q2’:
M
L
SA = SA−1 + SA−2 =
Q'
Q2'
2KM
1
(
ln R −ln r
)
+
(
ln R2 −ln r2
)
1
1
2KM
Sơ đồ vận động của nước dưới đất đến cá c hố
khoan bơm nước đồng thời
Tải về để xem bản đầy đủ
25 trang
28/04/2022
5340
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng môn Ðịa chất công trình - Chương 6: Quy luật vận động của nước dưới đất", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_mon_ia_chat_cong_trinh_chuong_6_quy_luat_van_dong.ppt
