Chương VII
Thấm trong công trình đấtvànền
I. Mộtsốkhái niệmvềdòng thấm
Sựthấmvàmôitrường thấm
Đường dòng
Dòng thấmphẳng
Dòng thấmtầng
Dòng thấmrối
Dòng thấmổnđịnh và không ổnđịnh
Đường đẳng thế
Lướithấm
Gradien thấm
Tổnthấtcộtnước khi dòng thấm qua đấtvàdòngthấmhaichiều
L
h
iΔ
=
Gradien thấm
L−íi thÊm trong nÒn ®Ëp
Xây dựng lướithấm
Phác thảomột lướicác đường dòng và các đường đẳng thế
cắt nhau để những hình bịcắtgầngiống “hình vuông” với
các góc vuông tạigiao điểmcủacác đường
Chú ý:
¾Các đường dòng không thểcắt nhau tại biên không
thấm, trong thựctế, một biên không thấmlàmột
đường dòng
¾Tấtcảcác đường đẳng thếphảicắt biên không
thấmtheomột góc vuông
¾Lướithấmchỉđúng cho đấtđẳng hướng (kh= kv)
Lướithấm
(7-24)
• “hình vuông” có kích cỡa x b
•Gradiensẽlà:
Trong đó:
Chiềudàiđường dòng trong một hình vuông là
Độ sụtđẳng thếgiữahaiđường dòng là
L
d
hN
hh
ilb b
ΔΔ
===
Δ
bl
=
Δ
Ld
hhNΔ=
Ld
hN
h
qk Ak a
lb
Δ⎛⎞
Δ= =⎜⎟
Δ⎝⎠
f
fL
d
Na
qqNkh
Nb
⎛⎞
=Δ = ⎜⎟
⎝⎠
Ndlà tổng sốcác độsụtđẳng thếvà hLlà tổng cộtnướctổnthấtcủahệ
thống.
Theo định luật Darcy chúng ta biếtrằng lưulượng trong mỗilòngdẫnlà:
Tổng lượng nướcq là:
•Lướithấmrấthữudụng trong việcgiảicác
bài toán thấm trong thựctếkỹthuật, ví dụ
nhưđểdựđoán tổnthấtthấmchohồ
chứa, lựcđẩyngượcdướiđậpvàkiểmtra
các điểmcókhảnăng xói ngầmkhi
•Khik
h≠kvcó thểchuyểnđổitỷlệvẽlưới
thấm theo tỷlệ.
Ví dụnếuhệsốthấmnằm ngang lớnhơn
nhiềuso vớihệsốthấmthẳng đứng, bạncầnphảithu
ngắnlạichiều ngang củalướithấm theo tỷlệ:
cr
ii→
hv
kk
f
hvL
d
N
qkkh
N
=
Khi đó:
Phương pháp phân đoạn
•Làphương pháp giải tích gầnđúng để giảicác
bài toàn dòng thấmbịgiớihạn.
•Phương pháp này do Pavlovsky phát minh ra
năm 1956. Năm 1962 đượcgiớithiệuchocác
nhà khoa họcphương Tây bởiHarr.
•Giảthiếtcơbảncủaphương pháp này là các
đường đẳng thếtạinhững điểmtớihạnđược
lựachọn trong lướithấmlàcácđường thẳng
đứng và chúng chia lướithấm thành các phân
đoạn.
Ví dụ
Bước 1: Chia hệthống dòng thấm thành các phân đoạn
•Lưu lượng qqua mỗi phân đoạnphảibằng nhau và được tính theo:
fm
L
dm
Nkh
qkh
N
==
Φ
• Trong đó:
hmlà tổnthấtcột nước trong phân đoạnthứm
•làhệsốhình dạng không thứnguyên cho phân
đoạnthứm. Hệsốhình dạng:
m
Φ
d
f
NN
m
Φ=
12 m
Lm
hh==
∑
Trong mỗi phân đoạnlưu lượng là bằng nhau và bằng tổng lượng
dòng thấm, nên:
12 3
123
fff
ddd
NNN
qhh h
kN N N
== =
3
12
123
h
hh
qh
k====
ΦΦΦ Φ
∑
Hay
1
n
m
kh
q
=
=
Φ
∑
Bước 2: xác định dạng phân đoạn cho bài toán và xác định
các giá trịcủahệsốhình dạng cho mỗi phân đoạn
• Các phân đoạn 1 và 3 là phân đoạnloại II trong khi phân
đoạn 2 là phân đoạnloạiV
•xác định các hệsốhình dạng cho hai loại phân đoạn.
Cho các phân đoạnloại II, từbảng 7-2 chúng ta thấy
• Trong đócảKvà K’ đềulàhàmsốcủamvớim được
định nghĩalà:
'KKΦ=
sin
2
s
mT
π
=
12
sin sin 0.588
2230
s
mT
π
π
== =
Tra bảng để tìm K/K’
•Với phân đoạn2, loạiV, chúngtacầnso sánhLvà 2s
để tìm ra Φ. Trong ví dụcủachúngta, L= 40 m và 2s=
20 m. Do L > 2s, Φđược tính theo:
2
2
2ln 1
10 40 2 10
2 ln 1 1.598
18 28
sLs
aT
−
⎛⎞
Φ= + +
⎜⎟
⎝⎠
−×
⎛⎞
=++ =
⎜⎟
⎝⎠
Lưulượng
4
52
1
12
20 10
100 7.21 10 m s
0.865 1.598 0.865
n
m
kh
q
−
−
=
××
== =×
++
Φ
∑(cho mỗim chiềudàiđập)
Gradien ra iEtạiđiểmE: Từbảng 7-2, phân đoạnloại II, ta
có công thức tính gradien ra là:
2
E
h
iKTm
π
=
trong đógiátrịcủambằng 0.588; giá trịcủahlà tổnthấtcột
nướctại phân đoạnthứ3 (phân đoạn ra). Giá trịcủaK đượctìm
dựatrênbảng 7-3 vớim2= 0.345; nộisuyra K= 1.741. Giá trị
củahlà cột nướctổnthất trong phân đoạnthứba, nơimà nước
thoát ra và nó đượctínhtừphương trình:
3
3
1
0.865 12 3.12 m
3.328
n
m
h
h
=
Φ×
== =
Φ
∑
3.12 0.16
21.7130 0.588
E
i
π
×
==
×××
Để tính phân bốáp lựcdướiđập, giảthiếtlàtổnthấtcộtnước
thay đổituyếntínhtừphân đoạn1 đến phân đoạn3.
Cộtnướctổnthấttạimỗi phân đoạnđược tính theo phương
trình:
2
1
2
2
31
0.865 12 3.12 m
3.328
1.598 12 5.76 m
3.328
h
h
h
h
hh
Φ×
== =
Φ
Φ×
== =
Φ
=
∑
∑
123
0.865 1.598 0.865 3.328Φ=Φ +Φ +Φ = + + =
∑
Vẽlạiđập theo tỷlệvà đặtcácgiátrịcộtnướctạinhững
điểmđượclựachọn. Tạiđường đẳng thếA’, tổnthấtcột
nướclàh1= 3.12 m do đócộtnướctạiA’ là:
h – h1= 12 – 3.12 = 8.88 m
Tương tự, tạiđường đẳng thếF’, h2= 5.76 m và cộtnước
tạiF’ là:
h – h1–h
2= 12 – 3.12 – 5.76 = 3.12 m
Giảsửtổnthấtcộtnướcthayđổituyến tính từcác điểmA-
A’-F-F’ bằng nhau vớikhoảng cách tổng 10 + 40 + 10 = 60
m, khi đótổnthấtcộtnướcmỗim làh2/60m = 5.76m/60m
= 0.096m/m. Do vậycộtnướctạiđiểmA= cộtnướctại
điểmA’ –10 m ×0.096 m cho mỗi m, hay là 8.88 – 10 ×
0.096 = 7.92 m. Tương tự, cộtnướctạiFlà 4.08 m.