Bài tập địa chất công trình chương 6 năm 2024

(Dành cho sinh viên ngành Xây dựng-Trường ĐH Kiến Trúc Hà Nội) Giảng viên: ThS. Phan Tự Hướng Yêu cầu đối với sinh viên:-Sinh viên thực hiện bài tập theo số tương ứng thứ tự trong danh sách lớp.-Phần tính toán các chỉ tiêu cơ lý thực hiện bằng thủ công (không dùng bảng tính). Các chỉ tiêu thí nghiệm trực tiếp đã có, yêu cầu tính toán các chỉ tiêu còn lại (phần ô để trống) và gọi tên đất cùng với trạng thái của nó.-Phần tính toán và vẽ biểu đồ thành phần hạt, biểu đồ thí nghiệm nén 1 trục, biểu đồ thí nghiệm cắt phẳng thực hiện trên Excel (có tài liệu hướng dẫn). 1. Hướng dẫn tính sức chịu tải quy ước: Sức chịu tải quy ước là chỉ tiêu rất quan trọng trong việc đánh giá về khả năng chịu tải của đất đá. So sánh với tải trọng truyền xuống nền đất và sức chịu tải quy ước có thể sơ bộ xác định được khả năng ổn định của nền đất dưới tải trọng công trình. Việc tính toán sức chịu tải quy ước R 0 thường phải trải qua nhiều bước và dễ gặp sai sót (chủ yếu do nhầm lẫn đơn vị tính). Công thức tính R 0 như sau: R 0 = (A.b + B.h).γ + C.D (kG/cm 2)

Nội dung Text: Bài giảng Địa chất công trình: Chương 6 - Một số quy luật vận động của nước dưới đất

1. CHƯƠNG 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 h1 h2 ro ro L dv
2. n 2 2 Biểu đồ có dạng parabol và vi 4 ro  r  vmax i n 2 4 ro Lưu lượng dòng chảy trong ống: ro i w 4 q   2rvdr  ro o 8 6.1.2.Định luật thấm đường thẳng (Darcy) h QK A L h h L h2 h1 L Q Q=K.i.A
3. 6.1.3.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 vàcó 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:  4 3 i0  i0   v  K i  i0      3  3 i    Ở đây io - Gradient áp lực ban đầu v i= (v/K )(1+  v) v= K .i v= K (i-4 /3 i o ) i io 4/3 io
4. * Ứng suất sinh ra khi nước chuyển động trong đất tác dụng lên hạt đất gọi là ứng suất thủy động: v J  i. w  w K Gradient thủy lực khi bắt đầu phát sinh hiện tượng đẩy trôi đất gọi là gradient thủy lực tới hạn, ký hiệu ith:  s 1 ith  (1  e) w 6.2.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. 6.2.1.Tính toán cho dòng thấm ổn định của nước dưới đất 6.2.1.1.Trường hợp tầng chứa nước không áp a) Đáy cách nước nằm ngang Xét lưu lượng đơn vị (lưu lượng của dòng thấm có bề rộng là 1m):
5. 1 2 dh q   Kh dx x1 h1 q  dx   K  hdh x2 h2 K 2  q x1  x2    h1  h2 2 2  Thay các giá trị theo hình vẽ: q  K h12  h2 2  2L 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: h12  h2 2 hx  h12  x L
6. 6.2.1.2.Trường hợp tầng chứa nước có áp (nước artesia) a) ĐáyH cách nước nằm ngang dH q   KM H1 H2 Hx dx x2 H1 M q  dx   KM  dH x x1 L x1 H2 x2 x q x1  x2    KM H1  H 2  Thay các giá trị theo hình vẽ: H1  H 2 H x  H1  H 1  H 2  x q  KM và L L
7. 6.2.1.3.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 1 2 K 2 h1 h2 H 1 H 2 M K 1 x1 L x2 Xem như: ở trên - nước không áp, còn ở phần dưới - nước dưới đất vận động như nước có áp lực: x2 H2 h2  dH dh  q  dx   K1M  dH  K 2  hdh q  q1  q2   K1M  K 2h   dx dx  x1 H1 h1 qKM H1  H 2   K h12  h2 2 1 2 L 2L
8. b) Tầng chứa nước có hệ số thấm thay đổi theo phương vận động 1 s - Ở lớp 1: 2 hs h12  hs2 h1 K1 K2 q1  K1 h2 2L1 L1 - Ở lớp 2: L2 hs2  h2 2 q2  K 2 2L2 2 2 L1 h  h  2q 1 s Từ đó: K1 2 L22 h  h  2q s 2 K2
9. Cộng hai vế của hai phương trình:  L1 L2  2 2 h  h  2q  1 2 K K   h12  h2 2  1 2  q  L1 L2  2  K K    1 2  Chiều cao mực nước tại tiết diện s là: hs  h 2  L1 h12  h2 2  1  L1 L2  K1   K K    1 2  Tương tự đối với tầng chứa nước có áp: M H 1  H 2  H s  H1  L1 H1  H 2  q  L1 L2  K1  L1 L2     K K  K K    1  2   1 2 
10. 6.2.1.4.Vận động ổn định của nước dưới đất trong lớp không đồng nhất * Khi nước thấm song song với các mặt phân lớp: n q   qi  K1h1  K 2 h2  ....  K n hn .i i 1 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: K h  K h  ....  K h 1 1 2 2 n n K tb  h1  h2  ....  hn
11. * Khi nước vận động theo phương vuông góc với mặt lớp:  H1  H2 h1 K1 H  H3  Hn K2 h2 K3 h3 Kn hn K tb  h1  h2  ...  hn  h1 h2 hn   ...  K1 K 2 Kn
12. 6.3. QUY LUẬT VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT ĐẾN CÁC HỐ KHOAN BƠM NƯỚC Một giếng khoan có cấu tạo gồm những bộ phận cơ bản sau:Ống chống, ống khai thác, ống lọc, máy bơm Khi bơm hút nước, mực nước xung quang giếng sẽ hạ thấp, tạo thành một hình phễu hạ thấp. Khoảng các từ giếng khoan đến hết đường cong hạ thấp gọi là bán kính ảnh hưởng R. Bán kính ảnh hưởng (R) không thay đổi khi dòng thấm ổn định (khi máy bơm hoạt động với lưu lượng Q ổn định trong khoảng thời gian 3 ngày) và thay đổi khi dòng thấm không ổn định. Bán kính ảnh hưởng phụ thuộc vào các yếu tố sau: thời gian hút nước, hệ số thấm, độ hạ thấp mực nước.
13. Trường hợp nước có áp: R  10 S K Trường hợp nước không áp: R  (1,95  2).S HK - Hố khoan bơm nước hoàn chỉnh nếu ống lọc đặt hết trong tầng chứa nước, nếu khoan không hết chiều dày tầng chứa nước thì là hố khoan bơm nước không hoàn chỉnh. 6.3.1.Vận động ổn định của nước dưới đất đến hố khoan nước ngầm hoàn chỉnh a. Sơ đồ vận động của nước đến hố khoan rhk s h hhk R
14. rhk s h h hhk R r
15. Sử dụng định luật thấm tuyến tính: Q = K.i.A Khi bơm nước từ hố khoan hoàn chỉnh thì diện tích nước thấm qua là diện tích xung quanh của một hình trụ có bán kính đáy là r và chiều cao là h. A = 2 .r.h Độ dốc thủy lực tại tiết diện nước thấm qua là: i  dh dr Thay vào phương trình ta thu được: hdh Q  2Kr Thay vào phương trình và lấy tích phân: dr R h dr Q   2K  hdh K h 2  hhk  2 rhk r hhk Q R ln rhk
16. 6.3.2.Vận động ổn định của nước Artesia đến hố khoan bơm nước hoàn chỉnh Q = K.i.A dH rhk i A  2rM dr s dH H Q  2KMr Hhk dr M R H dr Q   2KM  dH R rhk r hhk 2KM H  hhk  Q R ln rhk
17. rhk s H H Hk h M R r
18. 6.4. QUY LUẬT VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT ĐẾN CHÙM HỐ KHOAN BƠM NƯỚC 6.4.1.Mục đích nghiên cứu a h>0,5m b H < hđất. hñaá t H
19. 6.4.2.Sơ đồ vận động của nước dưới đất đến các hố khoan bơm nước đồng thời HK r A r HK 1 1 2 2 SA-1 S1 SA-2 M L Áp lực hạ thấp ở điểm A như sau: SA = SA-1 + SA-2 Mực áp lực hạ thấp tại điểm A do các hố khoan 1 và 2 bơm đồng thời với các lưu lượng Q1’ và Q2’được tính như sau: SA  SA1  SA2  Q1' ' Q2 ln R1  ln r1   ln R2  ln r2  2KM 2KM
20. Với n hố khoan bơm nước: Q1' ' Q2 SA  ln R1  ln r1   ln R2  ln r2   ... 2KM 2KM ' Qn  ln Rn  ln rn  2KM Nếu ở tất cả các hố khoan khi bơm đồng thời với các lưu lượng bằng nhau Q1’ = Q2’, …= Qn’, thì các bán kính ảnh hưởng sẽ xấp xỉ nhau R1 = R2 = …= Rn = R0 1 Q ' SA  n  ln R0  ln r1.r2 ...rn  2KM n Hay: Q' SA    ln R  1 ln r .r ... r   0 1 2 n  2 KM  n  Tổng lưu lượng của tất cả các hố khoan bơm đồng thời: 2KMS A Q'   1 ln R0  ln r1.r2 ...rn  n