Bài giảng Địa kỹ thuật và Địa kỹ thuật môi trường - ĐH Thủy lợi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI<br /> BỘ MÔN ĐỊA KỸ THUẬT<br /> <br /> BÀI GIẢNG<br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT<br /> VÀ ĐỊA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG<br /> Trịnh Minh Thụ, Hoàng Việt Hùng<br /> Bùi Văn Trường<br /> <br /> NĂM 2012<br /> <br /> MỤC LỤC:<br /> CHƯƠNG 1. THẤM TRONG MÔI TRƯỜNG ĐẤT<br /> VÀ KHẢ NĂNG LAN TRUYỀN CHẤT Ô NHIỄM .............................................. 4<br /> 1.1. Giới thiệu chung ................................................................................................. 4<br /> 1.2. Vấn đề Địa chất thủy văn ................................. Error! Bookmark not defined.<br /> 1.3. Phân tích yếu tố thấm trong môi trường đất..................................................... 13<br /> 1.4. Điều kiện dòng chảy ngầm ............................................................................... 23<br /> 1.5. Vận chuyển và lan truyền khối trong đất ......................................................... 30<br /> 1.6. Các chất lỏng không phải là nước trong đất..................................................... 44<br /> CHƯƠNG 2. CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG .......................... 60<br /> 2.1. Giới thiệu chung ............................................................................................... 60<br /> 2.2. Các dạng ô nhiễm dưới đất............................................................................... 61<br /> 2.3. Nguồn gây ô nhiễm dưới đất ............................................................................ 63<br /> 2.4. Cơ chế phóng thích chất ô nhiễm ..................................................................... 65<br /> 2.5. Đánh giá điểm ô nhiễm .................................................................................... 73<br /> 2.6. Phương pháp, thiết bị khảo sát, đánh giá ô nhiễm ........................................... 76<br /> 2.7. Kỹ thuật xử lý hiện trường bị ô nhiễm ............................................................. 83<br /> CHƯƠNG 3. ĐỒ ÁN THIẾT KẾ GIẢM THIỂU Ô NHIỄMERROR! BOOKMARK NOT<br /> DEFINED.<br /> 3.1. Đánh giá chung............................................................................................... 116<br /> 3.2. Phân tích số liệu địa chất và địa chất thủy văn .............................................. 116<br /> 3.3. Ứng dụng phần mềm CTRAN/W................................................................... 117<br /> <br /> 2<br /> <br /> LỜI GIỚI THIỆU<br /> Bài giảng “Địa kỹ thuật và Địa kỹ thuật môi trường” cung cấp những kiến thức cơ<br /> bản về đặc tính thấm nước, khả năng, quy luật vận chuyển lan truyền ô nhiễm, các dạng và<br /> nguồn gây ô nhiễm, các nguyên lý kỹ thuật xử lý ô nhiễm nhằm giúp cho học viên cao học<br /> chuyên ngành Địa kỹ thuật những nhận thức về ô nhiễm môi trường đất, tính toán, dự báo<br /> và giải pháp giảm thiểu ô nhiễm dưới đất. Nội dung bài giảng gồm 3 chương :<br /> Chương 1: Thấm trong môi trường đất và khả năng lan truyền ô nhiễm<br /> Giới thiệu những kiến thức cơ bản về địa chất thủy văn, bao gồm các dạng tồn tại của<br /> nước dưới đất, các đới thủy động lực, sự hình thành thành phần hóa học, đặc điểm các tầng<br /> chứa nước và sự vận động của nước dưới đất; phân tích yếu tố thấm trong môi trường đất<br /> bão hòa và không bão hòa; điều kiện dòng chảy ngầm; cơ cấu vận chuyển và lan truyền khối<br /> trong đất; cơ chế vận chuyển các chất lỏng không phải là nước.<br /> Chương 2: Các vấn đề địa kỹ thuật môi trường<br /> Chương này trình bày đặc điểm, tính chất các dạng, nguồn gây ô nhiễm; phương thức<br /> phóng thích ô nhiễm; nội dung, phương pháp, thiết bị khảo sát đánh giá ô nhiễm đất và<br /> nguyên lý, kỹ thuật xử lý hiện trường bị ô nhiễm.<br /> Chương 3: Đồ án thiết kế giảm thiểu ô nhiễm<br /> Đề cập những nội dung cần phân tích, đánh giá khi thiết kế giảm thiểu ô nhiễm; nội<br /> dung phân tích đánh giá các số liệu địa chất, địa chất thủy văn; và ứng dụng phương pháp số<br /> để phân tích, dự báo lan truyền ô nhiễm dưới đất.<br /> Bài giảng được biên soạn trên cơ sở cuốn sách “Địa kỹ thuật môi trường” tác giả<br /> Nguyễn Uyên biên dịch và cuốn sách “Geotechnical Engineering Principles and Pratisces”<br /> của Donald P.Coduto. Do nguồn tài liệu còn hạn chế và lần đầu tiên biên soạn cho lớp cao<br /> học nên bài giảng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiết sót. Chúng tôi rất mong nhận<br /> được những ý kiến đóng góp của các nhà khoa học và các đồng nghiệp.<br /> Trường Đại học Thủy lợi<br /> Bộ môn Địa kỹ thuật<br /> <br /> 3<br /> <br /> Chương 1<br /> THẤM TRONG MÔI TRƯỜNG ĐẤT<br /> VÀ KHẢ NĂNG LAN TRUYỀN Ô NHIỄM<br /> 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG<br /> Trong môi trường đất đá, nước là hợp phần có vai trò quan trọng trong việc vận<br /> chuyển, lan truyền chất ô nhiễm. Do vậy những vấn đề về điều kiện địa chất thủy văn bao<br /> gồm sự phân bố không gian, thành phần, tính chất của các tầng chứa nước, thấm nước yếu,<br /> trạng thái tồn tại,… đặc biệt là tính thấm và chế độ thủy động lực của dòng chảy là những<br /> yếu tố quan trọng quyết định khả năng, phương thức, tốc độ vận chuyển, lan truyền chất ô<br /> nhiễm và cả các quá trình biến đổi hóa, lí, sinh học của chúng. Đó là những vấn đề cơ bản<br /> cần để hiểu chất ô nhiễm vận chuyển, lan truyền như thế nào dưới mặt đất.<br /> Quá trình vận chuyển, lan truyền khối tham gia vào việc tiêu thụ hay sản sinh<br /> khối trong môi trường lỗ rỗng và tuân theo nguyên lí bảo toàn khối lượng. Tuy nhiên,<br /> về phương thức vận chuyển, các chất ô nhiễm hòa tan trong nước có quan hệ chặt chẽ<br /> với dòng thấm nước lỗ rỗng hơn là các chất ô nhiễm không hòa tan, nó bị khống chế<br /> bởi cơ cấu, quy mô lỗ rỗng và các yếu tố bên ngoài. Vậy, cơ cấu vận chuyển, lan<br /> truyền khối trong đất như thế nào; sự di chuyển, quan hệ với nước lỗ rỗng và sự tương<br /> tác lẫn nhau của các chất ô nhiễm ra sao, đó là những vấn đề cần để hiểu bản chất của<br /> quá trình vận chuyển, lan truyền chất ô nhiễm.<br /> Chất ô nhiễm dạng chất lỏng không phải nước (NAPL - nonaqueous-phase liquid)<br /> không thể trộn lẫn với nước nhưng có thể hòa tan trong nước và lan truyền khối qua các mặt<br /> phân cách. Mặc dù tính hòa tan rất thấp nhưng chỉ với một lượng nhỏ NAPL hòa tan trong<br /> nước sinh hoạt thì cũng có các tác động tổn hại đến sức khỏe con người và làm cho nguồn<br /> nước dưới đất bị ô nhiễm kéo dài. Điều đó cho thấy sự cần thiết phải nghiên cứu tốc độ và<br /> sự vận chuyển các NAPL ở dưới mặt đất.<br /> Về nguyên lí vận chuyển và lưu trữ NAPL trong đất cũng tương tự với các<br /> nguyên lí cho dòng không bão hòa. Lượng tương đối của các pha trong đất lúc cân<br /> bằng đều bị khống chế bởi nguyên lí mao dẫn, nguyên lí khống chế hành vi của đất<br /> không bão hòa. Các nguyên lí này cho phép phân tích, luận giải các quá trình vận<br /> chuyển và lan truyền khối của NAPL.<br /> Chương 1 chủ yếu nghiên cứu một số nội dung chính của những vấn đề nêu trên.<br /> <br /> 4<br /> <br /> 1.2. VẤN ĐỀ ĐỊA CHẤT THỦY VĂN<br /> 1.2.1. CÁC DẠNG NƯỚC TỒN TẠI TRONG ĐẤT ĐÁ<br /> Nước trong đất đá tồn tại dưới những dạng : hơi nước, nước liên kết vật lý, nước mao<br /> dẫn, nước trọng lực, nước ở trạng thái rắn, nước trong mạng tinh thể khoáng vật .<br /> 1. Nước ở trạng thái hơi<br /> Nước ở trạng thái hơi tồn tại trong lỗ hổng và khe nứt rỗng. Hơi nước rất dễ di<br /> chuyển, chúng vận động từ nơi có áp lực lớn đến nơi có áp lực nhỏ, đi từ nơi có độ ẩm lớn<br /> đến nơi có độ ẩm nhỏ hơn, có thể vận động từ khí quyển vào lỗ rỗng của đất hoặc ngược lại.<br /> 2. Nước liên kết vật lý<br /> Nước liên kết vật lý bị giữ trên bề mặt các hạt cứng bởi những lực liên kết lớn hơn<br /> trọng lực, vận động chậm chạp hơn rất nhiều so với nước tự do.<br /> - Nước liên kết chặt (nước hấp phụ) được thành lạo do sự hấp phụ các phân tử nước<br /> trên bề mặt của các hạt, tạo thành một lớp rất mỏng sát ngay trên bé mặt các hạt.<br /> - Nước liên kết yếu (nước màng mỏng) phân bố ngay trên lớp nước liên kết chặt bằng<br /> mối liên kết phân tử. Lực liên kết giữa các phân tử nước và bể mặt hạt yếu đi nhiều. Nước<br /> liên kết yếu tồn tại trong đất đá khi độ ẩm trong đất đá lớn hơn độ ẩm hấp phụ lớn nhất.<br /> 3. Nước mao dẫn<br /> Nước mao dẫn là nước chứa trong các lỗ hổng và các khe rãnh mao dẫn, chủ yếu do<br /> tác dụng của lực mao dẫn phát sinh ở phần tiếp xúc giữa nước với không khí trong đất đá.<br /> 4. Nước trọng lực<br /> Nước trọng lực (nước lỏng) được thành tạo trong đất đá khi độ ẩm của chúng lớn hơn<br /> độ ẩm phân tử tối đa hay khi các lỗ hổng đất đá bão hoà nước. Vận động của nước trọng lực<br /> diễn ra chủ yếu dưới tác dụng của trọng lực và của gradien áp lực. Nước trọng lực còn được<br /> gọi là nước tự do có khả năng truyền áp lực thủy tĩnh. Khi vận động trong đất đá nước trạng<br /> thái lỏng có những tác dụng khác nhau lên chúng. Nó có thể phá hủy cơ học, hoà tan và rữa<br /> lũa đất đá. Nước lỏng được thành tạo ở phần trên của vỏ quả đất. Vận động của nước lỏng<br /> trong đất đá có thể chia làm 2 dạng: ngấm và thấm.<br /> Khi nước vận động trong đất đá mà chỉ một phần các lỗ rỗng chứa đầy nước và nước<br /> vận động qua các lỗ rỗng đó thôi thì vận động của chúng được gọi là ngấm.<br /> Quá trình thấm xảy ra trên những diện rộng với dòng thấm lớn; lúc đó tất cả các lỗ<br /> rỗng của tầng đất đá đều bão hoà nước và nước thấm dưới tác dụng của áp lực mao dẫn,<br /> građien áp lực và trọng lực.<br /> <br /> 5<br /> <br />