9/15/2015
1
Chương 5
NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA
NDĐ ĐẾN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
Nội dung
Các dạng tồn tại của nước ở trong đất, đá
1
Các tầng chứa nước dưới đất
2
Vận động của nước dưới đất
3
Các ảnh hưởng xấu của nước dưới đất
với xây dựng công trình
4
¤5.1. TRẠNG THÁI VÀ DẠNG TỒN
TẠI CỦA NƯỚC TRONG ĐẤT ĐÁ
Nước chứa
trong lỗ rỗng
và khe nứt của
đất đá dưới
mặt đất
Mực nước
dưới đất
1. Nướcởtrạng thái hơi, tồntại trong các lỗrỗng,
kẽnứt trong đới thông khí
2. Nướctựdo:
•Nướcmaodẫn
•Nướctrọng lực
•Nướcbấtđộng
3. Nước liên kếtvậtlý-được hút và giữlại trong
đấtđánhờlực hút tĩnh điệnvàlực hút phân tử
4. Nước liên kết hoá học-thamgiavàothànhphần
hạtdướidạng gốcOH
-
5. Nướckết tinh - tham gia vào thành phầnhạtdưới
dạng phân tửnước
Nướctựdo, nước liên kếtvậtlýnằm ngoài hạt, bị
đẩyrakhỏiđấtđá khi nung đến 105
0
C
Các loạinước này là thành phầngâynênđộ ẩm
củađấtđá
Sựcó mặtvàlượng chứacủa các loạinướcnày
làm thay đổi tính chấtxâydựng củađấtđá
Nướctrọng lựcvậnđộng trong đấtđá gây nên các
hiệntượng địachấtbấtlợi cho xây dựng công
trình
9/15/2015
2
Nướckết tinh và nướckếthợphoáhọcnằmbên
trong hạt, tức là tham gia vào thành phầncủahạt
đấtđá.
Nướckết tinh tham gia dướidạng phân tửnước, ví
dụ:CaSO
4
.2H
2
O, Na
2
CO
3
.10H
2
O, bịđẩyrakhỏi
hạt khi nung đến 250 - 300
0
C
Nướckếthợphoáhọc tham gia vào mạng tinh thể
khoáng vậtcủađấtđádướidạng gốcOH
-
,vídụ,
Al
2
(OH)
3
,Al
2
(OH)
2
SiO
3
,bịđẩyrakhỏihạt khi
nung 300 đến 1300
0
C. Khi đómạng tinh thểbịphá
hủy hoàn toàn
Chú ý
Đốivớixâydựng công trình chúng ta quan tâm
đếnnước liên kếtvật lý, nướctựdo
Yêu cầu khi học
Các loạinướctồntại trong đấtđá, vịtrí tồntại
(trong hoặc ngoài hạt) và cách thứctồntại(lực
hút tĩnh điện và phân tử, trong mạng tinh thể)
Hiểuđượcloạinướcnàoảnh hưởng đếntính
chấtcủađất, loạinước nào là thành phầnđộ
ẩmcủađấtđá, loạinước nào gây nên các hiện
tượng địachấtbấtlợi cho xây dựng
Hiểuvànhớđượccácmốc nhiệtđộ mà các
loạinướcbịđẩyrakhỏiđấtđávàgiảithích
đượcsựliênquangiữa chúng và các mốc nhiệt
độ đó
¤5.2. CÁC TẦNG CHỨA NƯỚC
DƯỚI ĐẤT
Khái niệm tầng chứa nước và tầng nước dưới đất
Tầng chứanước-tầng đấtđáchứanước, có
các tính chất:
•Tính thấm, đặctrưng bởihệsốthấm
•Tính nhảnước, đặctrưng bởihệsốnhảnước
•Tính mao dẫn, đặctrưng bởichiều cao mao dẫn
Đốingượcvớitầng chứanướclàtầng cách nước
Tầng nướcdướiđất-tầng phân bốcủanước
dướiđất, có các thông số:
•Hệsốthấm, K m/ngđ,m/s
•Hệsốnhảnước, =V
n
/V
•Hệsốdẫnnước, T = Km, m
2
/ngđ
•Hệsốtruyềnmựcnước; a = Kh/
Phân biệtđạilượng đặctrưng tính chấtcủatầng chứanước và thông sốđịa
chấtthuỷvăncủatầng nướcdướiđất
tầng chứa nước
tầng cách nước
tầng chứa
nước treo
9/15/2015
3
Các tầng chứanướcdướiđất
1. Tầng nướcthổnhưỡng
2. Tầng nướcngầm
3. Nướctầng trên
4. Tầng nướcgiữatầng
5. Nước trong hang động karst và đứt
gãy kiếntạolớn
1. Tầng nước thổ nhưỡng
Là nướcchứatrongtầng đấtthổnhưỡng,
phân bốngay sát mặtđất
Bảnchấtlànướcmaodẫn
Trữlượng không nhiềuvàchấtlượng xấu
Không khai thác sửdụng, không ảnh
hưởng đếnxâydựng công trình, ngoạitrừ
có thểgây ăn mòn móng
2. Tầng nước ngầm
Là nướctrọng lực
Phân bốtrên các đáy cách nước liên tụckểtừmặt
đất. Tầng chứanướcngầmcó3đới là bão hoà, mao
dẫn, thông khí
Động thái thay đổi theo mùa
Được cung cấpdomưa, nướcmặtthấmxuống; tiêu
thoát ra các sông hồ,bốchơi
Miềncungcấp, miền phân bố,miền thoát trùng
nhau.
Trữlượng lớn, chấtlượng tốt, là nguồn khai thác sử
dụng; có thểgây bấtlợi cho xây dựng công trình
3. Nước tầng trên
Là nướctrọng lựcchứatrêncácthấukínhcách
nướccụcbộtrong đới thông khí
Động thái thay đổi theo mùa
Được cung cấpdomưa, nướcmặtthấmxuống;
tiêuthoátdothấmxuống tầng nướcngầm, bốc
hơi
Miền cung cấp, miền phân bố,miền thoát trùng
nhau
Trữlượng nhỏ,chấtlượng xấu, không khai thác
sửdụng; có thểgây bấtlợi cho xây dựng công
trình
4. Nước giữa tầng
Là nướctrọng lực, có thểcó áp hoặc không áp
Phân bốtrong tầng chứanướckẹpgiữahai
tầng cách nước
Động thái năm
Miền cung cấp, miền phân bố,miền thoát
không trùng nhau
Trữlượng lớn, chấtlượng tốt, là nguồn khai
thác sửdụng; có thểgây bấtlợi cho công trình
nếu khai thác quá mức
5. Nước trong hang kast và đứt gãy kiến tạo
Là nướctrọng lực phân bốtrong các hang và
đứt gãy có hình dạng bấtđịnh
Vậnđộng không có quy luậtnhấtđịnh nên
đượcxếp vào chung mộtloại
Động thái có thểtheo mùa hoặc theo ngày
Được cung cấpdomưa, nướcmặtthấmxuống;
tiêu thoát ra các sông hồ
Trữlượng lớn, chấtlượng nước trong đứtgãy
tốt, trong hang karst là nướccứng, có thểkhai
thác sửdụng; có thểgây bấtlợi cho xây dựng
công trình ngầm
9/15/2015
4
tầng nước treo
tầng nước ngầm
nước giữa tầng không áp
nước giữa tầng có áp
tầng cách nước
tầng cách nước
tầng cách nước
Sông
Suối hố sụt
phễu karst
mực nước ngầm
Các yêu cầu khi học
Hiểuđượctầng đấtđáchứanước, tầng cách nước,
tầng nướcdướiđất, các đặctrưng tính chấtcủa
tầng chứanước, các thông sốđịachấtthuỷvăn
củatầng nướcdướiđất
Phân biệtđược thông sốđịachấtthuỷvăncủa
tầng nướcdướiđấtvàđạilượng đặctrưng tính
chấtcủat
ầng chứanước
Đốivớimỗitầng chứanướcphảihiểu:
-Loạinướcgì -Đặcđiểm phân bố
-Động thái - Trữlượng, chấtlượng
-Khảnăng khai thác - Ảnh hưởng đến XDCT
¤5.3. VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC
DƯỚI ĐẤT
1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM LIÊN QUAN ĐẾN THẤM
Sựthấm: Sựdi chuyểncủanướcdướiđất trong các
khe nứt, lỗhổng ởđới bão hòa củađấtđá
Môi trường thấm: các khe nứt, lỗhổng củađấtđá
mà nướcthấm qua được
Môi trường thấmđồng nhất
Môi trường thấm không đồng nhất
Đường dòng: là đường mà theo đónướcvậnđộng.
Đường dòng có thểsong song hoặc không song song
Đường đẳng áp: là họcác đường vuông góc với các
đường dòng. Hệthống các đường đẳng áp và đường
dòng tạo thành lướithủyđộng lựchọccủanướcdưới
đất
Dòng thấmphẳng: Các đường dòng song song với
nhau và song song vớimặtphẳng nào đó.
Dòng thấmtầng: Các đường dòng song song với
nhau tạo thành một dòng liên kết.
• Khi vậntốc không lớn
•Phầnlớnnướcdướiđấtvậnđộng theo quy luật
này
Dòng thấmrối: Dòng thấm có các đường dòng rối
loại, đứtđoạn, cắt nhau, dòng thấmbịxáo trộn, tính
liên kết dòng bịphá hủy
• Khi vậntốclớn
•Nước trong các khe nứt, hang động lớncóáp
lựccộtnước cao
9/15/2015
5
Dòng thấmổnđịnh: Các yếutốđặctrưng của
dòng thấm(vậntốc, lưulượng, mựcnước,
gradient thủylực…) không biếnđổitheothời
gian.
Dòng thấmkhôngổnđịnh: Các yếutốđặctrưng
của dòng thấmbiếnđổitheothờigian.
Lưulượng thấmQ:lượng chấtlỏng thấm qua
tiếtdiệnướtcủa dòng thấm trong mộtđơnvịthời
gian.
Lưulượng đơnvịq: lưulượng qua tiếtdiệncó
chiềurộng là đơnvịlà 1m.
Áp lực thấm
Gradient áp lực
Lưu lượng:
Đường dòng, đường đẳng thế
Thấm phẳng, thấm không gian (thấm hội tụ)
g
v
z
P
H2
2
x
H
J
vhq
v
F
Q
a. Định luật Darcy
Định luật do nhà bác họcngườiPhápA.Darcy
tìm ra vào năm 1856, trên cơsởkếtquảnhiềulần
thựcnghiệmthấm qua cát.
2. Các định luậtthấm
L
ΔHF
Q
(1) F
L
ΔH
KQ
Hệ số thấm
L
ΔH
K
F
Q
Có thể viết lại phương trình (1) như sau : Q = K.F.J (2)
F =
F : Tiết diện ướt của dòng thấm
J = : Gradien áp lực. Chính là lượng tổn thất
áp lực (cột nước hạ thấp) trên một đơn vị chiều dài dòng thấm.
Từ phương trình (2), suy ra: V = K.J (3)
Trong đó : V = tốc độ dòng thấm
Nội dung định luật:
“Tốc độ thấm tỷ lệ bậc nhất với hệ số thấm và gradien áp lực”.
L
H
F
Q
Đốivớiđấtsét:
Sựthấmxảy ra khi J≥J
o
(do lựcnhớt)
Sựthấmxảyratheoquy
luậttuyến tính khi J ≥J
bh
J, J
o
:phụthuộcloạiđất.
VD: sét cứng : J
o
=20÷30
(theo Roza)

o
3
4
bh JJK)JK(Jv
J
o
4/3J
o
J
v
Giới hạn ứng dụng của định luật Darcy
ĐL Darcy:
Thấmtầng
Môi trường thấmđồng nhất: cát đồng
nhất, cuộisỏi, đánứtnẻ
Đốivớiđất sét, khi J>Jbh (Jbh=4/3Jo)
Khi vậntốcthấm cao chảyrối
không thích hợpĐL Darcy Các định
luậtthấm phi tuyến