Chương 10 — Thuỷ lực công trình¶
Chương X trình bày thuỷ lực của đất: nước chuyển động trong nền như thế nào và điều đó tác động ra sao tới ổn định. Chương bao gồm các trạng thái nước trong đất, định luật Darcy, hệ số thấm, dòng chảy hai chiều, mạng dòng chảy, lực đẩy của dòng thấm, và ứng dụng cho tường ngăn, hố đào và đập đất.
10.1 Tính chất chuyển động nước tự do¶
10.1.1 Trạng thái nước dưới đất¶
Sách phân biệt ba trạng thái:
- Nước thành tạo — nước chứa trong thành phần hoá học của các khoáng vật.
- Nước liên kết — nước hấp thụ thành màng trên bề mặt hạt.
- Nước lỗ rỗng — nước trong các lỗ rỗng, gồm hai loại: nước mao dẫn và nước tự do.
Nước tự do dưới mực nước ngầm tuân theo định luật chảy; nước mao dẫn được giữ bởi sức căng bề mặt và ở trạng thái cân bằng giữa trọng lượng cột nước và lực hút mao dẫn.
10.1.2 Nước chảy thẳng dòng — Định luật Darcy¶
Với dòng chảy tầng qua đất, vận tốc thấm tỷ lệ với gradient thuỷ lực:
trong đó \(k\) là hệ số thấm và \(i\) là gradient thuỷ lực.
10.1.3 Hệ số thấm của đất và các phương pháp xác định¶
Phương pháp trong phòng (cột nước không đổi, cột nước giảm dần) và hiện trường (thí nghiệm bơm hút).
10.2 Nước chảy hai chiều trong môi trường đồng nhất đẳng hướng¶
10.2.1 Mạng dòng chảy¶
Mạng dòng chảy là lời giải đồ thị của phương trình Laplace: một họ đường dòng cắt một họ đường đẳng thế theo góc vuông.
Hình. Mạng dòng chảy cho dòng thấm dưới tường cừ.
10.2.2 Lưu lượng nước chảy qua khối đất¶
10.2.3 Lực đẩy của dòng chảy nước dưới đất¶
Nước chảy qua đất tác dụng một lực đẩy lên khung cốt liệu theo chiều dòng chảy. Khi dòng chảy hướng lên, lực này làm giảm ứng suất hữu hiệu và có thể dẫn tới xói ngầm hoặc bùng nền.
10.2.4 Tường ngăn đứng trong tầng thấm nước¶
10.2.5 Tường ngăn hố đào¶
10.2.6 Với đê và đập đất chắn nước¶
10.3 Thuật ngữ¶
| Tiếng Anh | Tiếng Việt (sách dùng) |
|---|---|
| formation water | nước thành tạo |
| bound water | nước liên kết |
| pore water | nước lỗ rỗng |
| capillary water | nước mao dẫn |
| free water | nước tự do |
| Darcy's law | định luật Darcy |
| hydraulic gradient | gradient thuỷ lực |
| coefficient of permeability | hệ số thấm |
| flow net | mạng dòng chảy |
| flow line / equipotential line | đường dòng / đường đẳng thế |
| seepage force | lực đẩy của dòng chảy |
| piping / boiling | xói ngầm / bùng nền |
10.4 Các điểm then chốt¶
- Nước trong đất tồn tại ở dạng nước thành tạo, nước liên kết và nước lỗ rỗng; nước lỗ rỗng gồm mao dẫn và tự do.
- Định luật Darcy \(v = ki\) chi phối dòng thấm tầng.
- Mạng dòng chảy giải bài toán hai chiều bằng đồ thị.
- Lực đẩy tác dụng lên khung cốt liệu; dòng chảy hướng lên làm giảm ứng suất hữu hiệu và có thể gây xói ngầm.
- Cùng lý thuyết này áp dụng cho tường ngăn, hố đào và đập đất.