CHƯƠNG 1: THÁM QUA NEN CONG DONG BANG VA CÁC GIẢI PHAP SỬA CHỮA.1 Tổng quan về thấm. Những hiểu biết đầu tiên về sự vận động của nước dưới đất phát sinh vào thé ky 18 và liên quan đến tên tuổi của các nhà khoa học Nga như. Trongtác phẩm nổi tiếng* Về các lớp của vỏ trái đất" ~ 1750 M.Lômônôxov đã viết '' Nước dưới đất liên hệ chặt chẽ với đất đá vây quanh. Nước dưới đất là dung dịch tự nhiên ở trạng thái tuần hoàn liên tục”.
Chính ông đã đặt cơ sở đầu tiên để phát triển khoa học về sự vận động của nước dưới đắt. Dòng thấm của nước dưới đất trong môi trường lỗ héng được Darcy nghiên cứu từ năm 1856. Trên cơ sở thực nghiệm, Darcy đã xác định quy luật thấm của nước trong môi trường lỗ hỏng, đó là định luật thấm đường thẳng (TY lệ bậc nhất giữa tốc độ thấm với độ đốc thủy lực ). Lý thuyết suy rộng về sự vận động của nước dưới đất xuất hiện vào.Jucévxky công bố tác phẩm “ Nghiên cứu lý thuyết vận động của nước ngằm”, Ong đã đưa ra khái niệm lực cản, lực khối lượng khi thắm và lần đầu tiên ông đã đưa ra phương trình vi phân về sự vận động.
của nước dưới đất. Chính Jueôvxky đã đặt cơ sở khoa học để tiếp tục phát triển lý thuyết thắm. ‘Nam 1904 Bussineque đã lập ra hệ phương trình vi phân không ồn định. và biện pháp tuyến tính hóa phương trình.
Pavlôpvxky đã để nghị dùng phương pháp Điện - Thủy động lực tường tự, dé xác định các thông số của dòng thắm, mà cho đến nay 1ê Thái Sơn = Lip CH 16C2 “Luận văn thạc si~ Chuyên ngành Xây dựng công trình thiy = 16- nó vẫn là một trong những phương pháp hiện dai nhất áp dung cho đất hòa nước, Những vấn dé lý thuyết vận động không én định của nước dưới đắt đã được Bussinesque nghiên cứu đầu tiên (1904). Phương trình vi phân vận động không ổn định do ông thành lập cho đến ngày nay vẫn được coi như là phương trình vi phân cơ bản của vận động không ôn định của nước dưới đắt. Ngày nay lý thuyết thắm vẫn không ngừng phát triển và được ứng dung vào nhiều chuyên ngành khác nhau.1 Tầm quan trọng của lý thuyết thấm: Lý thuyết về sự vận động của chất long ( Nước, dầu mỏ, hơi nước .) dưới đất, đá nứt nẻ hoặc trong môi trường xốp nói chung, gọi là lý thuyết thắm. Việc nghiên cứu sự vận động của chất lỏng trong môi trường đất đá có.
ý nghĩa quan trong trong thực tế. Nhiều vấn đề cần phải giải quyết bằng ly thuyết thấm như: Khai thác nước ngằm, khai thác dầu mỏ, tôn that nước do. thấm, thắm qua nền các ng trình xây dựng. Đặc biệt trong công trình Thúy lợi lý thuyết thắm có vai trở quan trọng như can xác định các đặc trưng của dòng thấm qua Đập đất, qua Dé, Công.
tưới tiêu ngăn triều, thi công hỗ móng, nền công trình, thắm vòng quanh bờ công trình. Trong thiết kế công trình Thủy lợi phải tính toán xác định các đặc trưng của dòng thắm như: Áp lực thấm, lưu lượng thắm, Gradien thủy lực. Nhằm mục đích đánh giá độ dn định thắm của nền công trình nói riêng. và độ bền của công trình nói chung.
1ê Thái Sơn = Lip CH 16C2 “Luận văn thạc sĩ~ Chuyên ngành Xây dựng công trình thiy -117+ -1.2 Các nguyên nhân gây thấm: Nguyên nhân chính gây thắm trong dat bio hòa nước là do thé chuyển, động của dòng thắm hay chính là Gradien cột nước thủy lực. Nguyên nhân gay thấm trong đắt không bão hòa ngoài tác nhân chính là Gradien cột nước. thủy lực( Bao gồm Gradien áp lực va Gradien cao trình ) còn có lực hút mao dẫn. Thế chuyển động của dòng nước thắm: “Tổng năng lượng tại điểm A có thể biểu thị theo năng lượng trên trong lượng đơn vị được gọi là vị thé hay cột nước thủy lực vue hw=y+ y 2g Trong đó: hw - Cột nước thủy lực hay cột nước tổng; ˆY __- Cột nước trọng lực; Cột nước tốc độ trong đất không đáng kể so với cột nước trọng lực và áp lực đo vậy có thể viết thành: eye hway4 J Nước sẽ thấm từ nơi có tổng cột nước cao đến nơi có tổng cột nước.
1ê Thái Sơn = Lip CH 16C2 Luận văn thạc sĩ~ Chuyên ngành Xây dựng công trình thiy = 18 1.3 Tác hại của đồng thấm: Tác hại của đồng thấm có thể gây ra hiện tượng thất thoát lớn về lượng nước trong các hồ chứa và kênh dẫn nước theo thời gian. “Thắm tại vùng cửa ra của công trình làm đất bão hòa nước gây lên các hiện tượng sinh lay. Với những công trình như Đập bê tông trọng lực, Cống, dòng thắm dưới nền công trình là dòng thắm có áp tác dụng lên đáy công trình làm ảnh hưởng đến sự ôn định của công trình. 'Tác hại của dong thắm còn gây nên biến hình nền và vai công tinh, cụ thể gồm cá hiện tượng + Hiện tượng xói ngầm cơ học : Có ở đất không dính hoặc ít dính, khi vận tốc dòng thẩm (V) lớn vượt giới hạn nào đó thì kéo theo các hạt đắt nhỏ chui qua lỗ rỗng của các hạt đắt, làm cho lỗ rỗng tăng lên, dẫn đến vận tí tăng lên và lại kéo theo hạt đất to hơn di ra, hiện tượng xói ngẫm cứ như vậy ngày càng phát triển.
Có trường hợp xói ngầm tạo ra rồi dừng lại, vì tạo ra ting lọc tự nhiên. Điều kiện phát sinh xói ngầm rất phức tap, theo các kết quả. nghiên cứu hi 6i ngim xảy ra khi Gradien thấm tại điểm ra lớn hơn Gradien thấm giới hạn. + Hiện tượng x61 ngằm do tiếp xúc: Khi J ở mặt tiếp xúc lớn, néu cấp phối các lớp không hợp lý thì hạt nhỏ bị cuốn trôi vào kẽ hở của hạt lớn.
+ Hiện tượng day trồi ( Din dat do thắm ): Xảy ra với dat dính, ở cửa ra của dong thấm khi áp lực đẩy ngược vượt quá lực giữ khối đất. Biện pháp phòng chống là giảm Građien thắm Jr tại cửa ra. + Hiện tượng dun đất do tiếp xúc: B đới nền đất dính, khi ting gia trọng là hạt lớn có thể có hiện tượng din đắt các hạt nhỏ vào khe hở của các hạt lớn. 1ê Thái Sơn = Lip CH 16C2 Luin văn thạc sĩ~ Chuyên ngành Xây dựng công trình thiy -19- +Œ hiện tượng khác: Khi trong nền đất có thé có các khe nứt, các khuyé tật, khi đó có các dong thắm tập trung làm Gradien thắmJ tăng gây phá hoại 1.14 Môi trường thấm: 1.1 Thắm trong môi trường đất : Môi trường đất là hỗn hợp nhiều pha: Pha rắn là các hạt tạo cốt đắt, pha Jong là nước, pha khí là không khí trong lỗ hồng.
Nước trong đất có thể ở những trạng thái khác nhau : Nước ở thể hơi, nước ở thể bám chặt, nước ở thé mảng mỏng, nước mao dẫn, nước trọng lực. Nước mao dẫn chứa. ở các khe rỗng của đất, chịu tác động của sức căng mặt ngoài va trong lực. Nước mao dn có thể chuyển động trong đắt và có thể truyền áp lực.
Nước trọng lực ( Nước ngằm ) là nước tự do chứa day ở tat cả các khe rỗng của đất trừ các thể tích rất nhỏ có thể chứa không khí. Nước trọng lực chịu tác dụng của trong lực và nước ngằm, chuyển động được là do tác dung của trọng lực. Nước trọng lực có thể truyền được áp lực. Nước trong đất có trang thái liên tục chuyển động tạo thành dòng nước ngầm, hay còn gọi là dòng thắm.
Cũng giống như chuyển động của nước mặt, chuyển động của nước ngầm có thể là có áp hay không áp. Trong chuyển động không áp ở phía trên được giới hạn bởi mặt tự do còn gọi là mặt bão hòa, áp suất tại các điểm trên mặt đó bằng hằng số và bằng áp suất khí quyển. Không khí trong lỗ ring của đất ngoài tương tác với nước ở dạng hơi, không khí còn hòa tan ở trong nước, khoảng 2% thể tích nước. 1ê Thái Sơn = Lip CH 16C2 “Luận văn thạc st~ Chuyén ngành Xây dựng công tình thiy = 20 Theo tính chất bão hòa nước, môi trường dat chia ra làm hai loại: Dat bão hòa nước và đắt không bão hòa.
Dat bão hòa, La môi trường chi bao gồm hai pha: Gồm cốt dat và nước chứa day trong các lỗ rồng. Đất không bão hòa là hỗn hợp nhiều pha: Cốt dat, nước, không khí trong lỗ rng, mặt phân cách giữa không khí và nước nơi diễn ra sức căng mặt ngoài, còn được xem là một pha độc lập thứ tư.2 Nước thấm qua môi trường đá nút nẻ hi môi trường đất đá hòn lớn: Là dong thấm chảy trong các ké nứt của đá, chảy rối không tuân theo định luật Darcy.5 Phân loại đồng thấn 1.1 Theo trang thái chảy: 1) Dòng thấm chảy rồi: Khi nước vận động trong các lỗ rỗng và khe nứt lớn của đá thì có dạng chảy rồi, tức là không tuân theo định luật thắm đường thẳng. Loại dòng thắm này xảy ra trong môi trường dat rời hòn lớn, môi trường cuội soi, đá hộc, đá dam và môi trường đá nứt nẻ, 2) Dòng chảy ting: Giống như thủy lực lý thuyết thắm cũng dùng hệ số Raynôn giới hạn diễn ra chảy ting. Lúc đó dòng thắm tuân theo định luật Darey: “Luu lượng thấm tỷ lệ bậc nhất với Gradien thủy lực” theo Pavlôpvxk thi 1ê Thái Sơn = Lip CH 16C2 “Luận văn thạc sĩ~ Chuyên ngành Xây dựng công trình thiy -21- —L dẻ Re= 078m1023 - Ty <Rem=75+9 Mỗi nha khoa học theo kinh nghiệm của minh đưa ra một công thức đẻ xác định hệ số Raynôn nên giá trị Rem cũng khác nhau.
Trong thực tế, dòng thấm chảy tang xảy ra ở môi trường dat sét, đất á sét, đất cát, hat mịn ( đ <= Imm ), với điều kiện cốt đất không dịch chuyên.2 Theo yếu tổ thời gian: 1) Dòng thắm én định: Dong thắm được coi là dn định khi các đặc trưng của đồng thấm như. lưu lượng Q, lưu tốc V, áp suất thủy động P, Gradien J. không phụ thuộc thời gian ma chỉ phụ thuộc vào các tọa độ không gian. Các đường dòng cũng không thay đổi theo thời gian và trùng với quỹ đạo chuyển động của chất điểm.
2) Dòng thắm không én định: Dòng thấm được coi là không én định khi các yếu tổ đặc trưng của dong thấm không những phụ thuộc vào toa độ không gian mà còn phụ thuộc vào thời gian. Khi dòng thắm chuyển động không ổn định, ở mỗi điểm trong. dong thấm vecto tốc độ thay đổi theo thời gian, nên các đường dòng cũng thay đổi theo thời gian.