Bài giảng Thủy lực 2 - Chương 6: Dòng thấm ổn định qua công trình - Nguyễn Thị Bảy

Nội dung text: Bài giảng Thủy lực 2 - Chương 6: Dòng thấm ổn định qua công trình - Nguyễn Thị Bảy

1. TS. Nguyễn Thị Bảy - ĐHBK tp HCM -Bài Giảng Thủy Lực CHƯƠNG 6 DÒNG THẤM ỔN ĐỊNH QUA CÔNG TRÌNH Dòng thấm Chuyển động của nước trong môi trường rỗng (đất)→dòng nước ngầm Giới hạn trong chương: Các khe rỗng rất Lớp đất đồng chất, thấm nhỏ→dòng thấm đẳng hướng→khả năng được xem là chảy thấm theo mọi phương tầng như nhau THẤM 1
2. TS. Nguyễn Thị Bảy - ĐHBK tp HCM -Bài Giảng Thủy Lực 3. Hệ số thấm(độ dẫn thủy lực) k (L/T, cm/s) Lưu lượng thấm trên một đơn vị tiết diện ngang của dòng thấm khi chịu tác động bởi một đơn vị cột nước thủy lực trên một đơn vị chiều dài thấm (nghĩa là có một độ dốc thủy lực bằng một đơn vị) (k) phụ thuộc vào: Hệ số thấm thực (k ): Đặc ρg i 1. Tính chất của môi k = k trưng cho tính chất thấm trường rỗng i µ riêng của môi trường rỗng: 2 2. Chất lỏng thấm ki=Cd Loại đất Hệ số thấm (k)(m/s) Sét 10-9 -10-6 Bụi, bụi chứa cát 10-6 -10-4 Cát tuyển chọn tốt 10-3 -10-1 Đối với đất không đồng chất , dị hướng thì k thay đổi theo từng điểm và tại một điểm thì kx ≠ ky ≠ kz II.ĐỊNH LUẬT DARCY (Henry Darcy ,1856) ) Trong dòng thấm ổn định, lưu lượng thấm tỉ lệ với độ dốc cột nước thủy lực ∆h và diện tích thấm A: ∆h Q = −kA ∆L h1 V Vận tốc thấm Darcy: h2 A Trung bình trên ∆L Tại từng điểm đoạn ∆L Mặt chuẩn ∆h dh V = −k u = −k ∆L dl Điều kiện ứng dụng: Vd 5ν n1/ 3 đất hạt nhỏ và trung bình, Re < 5; Re = 1/ 3 ⇒ Vtoihan = có độ rỗng nhỏ (chảy tầng) ν n d THẤM 3
3. TS. Nguyễn Thị Bảy - ĐHBK tp HCM -Bài Giảng Thủy Lực IV.THẤM ỔN ĐỊNH VÀO GIẾNG 1.Giếng phun Q ro dh dh Q = kA = k(2π rb) S dr dr Tầng không thấm Đường cột nước thủy lực Q dr dh = H 2πkb r h Tầng thấm nước ho r b Q ⎛ r ⎞ R ⎜ ⎟ h − ho = Ln⎜ ⎟ 2πkb ⎝ ro ⎠ Tầng không thấm Q ⎛ R ⎞ ⎜ ⎟ T=kb : hệ số dẫn nước H − ho = Ln⎜ ⎟ 2πT ⎝ ro ⎠ 2πTS Q = ⎛ R ⎞ S = H-h : chiều sâu hút nước Ln⎜ ⎟ o ⎝ ro ⎠ 2.Giếng thường Q ro dh S Q = (2πrh )k dr Đường bão Tầng thấm nước hoà H h h Q dr o hdh = r 2kπ r R Tầng không thấm kπ(H 2 − h 2 ) 2 2 Q r Q = 0 h − h0 = Ln R kπ r0 Ln r0 THẤM 5
4. TS. Nguyễn Thị Bảy - ĐHBK tp HCM -Bài Giảng Thủy Lực Ví dụ: Giếng phun d =30 cm được đào vào một tầng đất thấm bị chặn sâu giữa hai tầng không thấm. Sau một thời gian dài bơm với lưu lượng Q = 1200 lít/ phút, dòng thấm vào giếng ổn định. Người ta quan sát mực nước 2 giếng cách giếng bơm một bán kính r1 = 20m và r2 = 45m thấy chiều sâu hút nước lần lượt là S1 = 2,2 m và S2= 1,8 m. Xác định hệ số dẫn nước T và mực nước hạ trong giếng bơm S Giải: Q↑ Q ⎛ r ⎞ d Tư:ø ⎜ ⎟ h − h o = Ln⎜ ⎟ 2πkb r S ⎝ o ⎠ S 2 S 1 h Q ⎛ r2 ⎞ h 2 ⇒ ⎜ ⎟ 1 h2 − h1 = Ln⎜ ⎟ 2πT ⎝ r1 ⎠ h Q ⎛ r ⎞ o s − s = Ln⎜ 2 ⎟ b 1 2 ⎜ ⎟ r1= 20m ⇒ 2πT r1 ⎝ ⎠ r2= 45m Q ⎛ r ⎞ o T = Ln⎜ 2 ⎟ 1200.10−3 ⎛ 45 ⎞ ⇒ ⎜ ⎟ T = Ln = 0.387m 2 / ph 2π()s1 − s2 ⎝ r1 ⎠ ⎜ ⎟ Thế 2π()2,2 − 1,8 ⎝ 20 ⎠ số: Q ⎛ r ⎞ −3 s − s = Ln ⎜ 1 ⎟ 1200.10 ⎛ 20 ⎞ ⇒ 1 2 πT ⎜ r ⎟ s = 2,2 + Ln⎜ ⎟ = 4.62m ⎝ 0 ⎠ 2π0,387 ⎝ 0.30/ 2 ⎠ Ví dụ: Một đập đất có hệ số thấm k = 2m/ngày đêm. Mái dốc thượng lưu m = 4 và hạ lưu m1 = 1. Thượng lưu chứa nước ở độ sâu H = 15m. Biết đáy đập rộng l = 110 m và hạ lưu đập không có nước. Xác định lưu lượng thấm qua một đơn vị chiều dài đập. Xác định h ứng với điểm giữa đáy đập. A’ A Giải: 1. Tính q E m m 4 1 λ = = = 0.444 H m 2.m + 1 2.4 + 1 h B a0 L0 = 110 – 4*15 = 50 m C α F α1 D (L + λH ) ± (L + λH)2 − m 2H 2 O x L Từ: a = 0 0 1 0 L m1 λH o (50 + 0,444.15) − (50 + 0,444.15)2 − 12.15 2 ⇒ a = = 2.02m 0 1 ka 2 * 2 .02 ⇒ q = 0 = = 4 .04 m 2 / ngd m 1 1 2 2 q H − h 2 q Từ: x = ⇒ h = H − 2 x Với: xG = 110/2 – mH+λH k 2 k =55-60+0.444*15=1.66 m 4.04 ⇒ h = 152 − 2 1.66 2 = 14.77m THẤM 7