Thấm qua nền đất không đồng nhất

Trong thực tế xây dựng gặp nhiều trường hợp đất nền không đồng nhất: nền gồm nhiều lớp có hệ số thấm khác nhau, nền dị hướng… Việc giải các bài toán thấm loại này đã đạt được kết quả khả quan đối với một số sơ đồ sau:

I. Nền thấm gồm các lớp đồng nhất với hệ số thấm khác nhau

1. Hệ số thấm trung bình
Khái niệm hệ số thấm trung bình ktb được áp dụng trong trường hợp các lớp đất sắp xếp song song, và dòng thấm chảy dọc theo các lớp đất, hoặc chảy theo phương thẳng góc với mặt các lớp đất.
a) Dòng thấm chảy dọc theo các lớp (hình 2-10)

Trường hợp này thoả mãn các điều kiện:

  • Dòng thấm trong các lớp có gradien thấm như nhau;
  • Lưu lượng thấm chung bằng tổng các lưu lượng thấm trong mỗi lớp.

Từ các điều kiện này rút ra:

dong tham(a)

Mặt khác, trong môi trường thấm tương đương với hệ số thấm ktb ta có:

he so tham trung binh

Trong đó:
ki – hệ số thấm của lớp đất có chiều dày ti;
J – gradien thấm chung của miền.
b. Dòng thấm chảy thẳng góc với các lớp (hình 2-11)

Dòng thấm chảy thẳng góc với các lớp

Từ các điều kiện này rút ra:

Dòng thấm chảy thẳng góc với các lớp

Mặt khác, trong môi trường thấm tương đương có hệ số thấm là k’tb ta có:

Dòng thấm chảy thẳng góc với các lớp

Trong trường hợp đất nền gồm 2 lớp có chiều dày bằng nhau ( l1 = l2 = l/2), với các hệ số thấm k1 ≠ k2, ta có:

he so tham k

Cũng với nền này, khi dòng thấm chảy dọc theo các lớp đất, công thức (2-32) cho ta:

hệ số thấm k

So sánh 2 trị số này ta có:

Dòng thấm chảy thẳng góc với các lớp

Vậy dòng thấm chảy dọc theo các lớp sẽ dễ dàng hơn là chảy thẳng góc với các lớp.
2. Sự đổi hướng của dòng thấm khi vượt qua ranh giới giữa 2 lớp đất khác nhau.
Sơ đồ tính toán trong trường hợp chung như trên hình 2-12.
Xét một bó dòng phân tố có lưu lượng thấm dq, ta có:

Sự đổi hướng của dòng thấm

Rõ ràng khi chênh lệch giữa k1, k2 càng nhiều thì góc lệch của đường dòng khi vượt qua mặt phân cách càng lớn. Dựa vào quy tắc này, ta có thể vẽ lưới và giải bài toán thấm qua nền đất gồm nhiều lớp khác nhau. Chú ý rằng, nếu lưới thấm ở một lớp là lưới vuông (DL = DS) thì khi vượt sang lớp bên cạnh, lưới thấm sẽ là lưới chữ nhật (các ô có DL ≠ DS). Khi đó cần khống chế trong tất cả các ô đều có cùng tỷ số DL/DS.

Hình 2-12: Dòng thấm khi vượt qua ranh giới giữa 2 lớp đất

 

II. Môi trường thấm dị hướng

Trong thực tế thường gặp trường hợp khối đất được cấu tạo từ các lớp mỏng song song với nhau. Đó là trường hợp nền đất thiên nhiên được hình thành theo kiểu trầm tích từng lớp, hay khối đất nhân tạo (đê, đập, vùng bao quanh công trình) được đắp theo kiểu
đầm nện từng lớp. Khi đó, khối đất có hệ số thấm theo các phương là khác nhau (môi trường thấm dị hướng). Nếu các lớp đất là nằm ngang thì có:
– Hệ số thấm theo phương ngang: kn = kmax;
– Hệ số thấm theo phương đứng: kđ = kmin.
Bài  toán  thấm  dị  hướng  đã  được  Đakhơle  giải  bằng  phương  pháp  biến  đổi  tương đương về môi trường thấm đẳng hướng. Sau khi giải được các thông số của dòng thấmthì làm phép biến đổi ngược lại để biến môi trường thấm từ đẳng hướng về dị hướng để có kết quả cuối cùng. Cách biến đổi như sau:
Đầu tiên, ta giãn mọi thành phần thẳng đứng của đất nền theo tỷ số a, nhưng vẫn đảm bảo lưu lượng thấm không đổi. Theo phép giãn phương đứng, độ dốc thuỷ lực theo phương đứng giảm đi a lần. Để chỉnh lý lại, ta phải tăng hệ số thấm đứng lên a lần:

k’đ= akđ = akmin

Xét dòng thấm theo phương ngang. Phép giãn phương đứng đã làm tăng mặt cắt ướt của dòng thấm ngang lên a lần. Muốn bảo đảm cho lưu lượng thấm không đổi thì phải giảm hệ số thấm theo phương ngang xuống a lần, tức là:

hệ số thấm theo phương ngang

Sau phép biến đổi, nền trở thành đẳng hướng nên ta có:

hệ số thấm theo phương ngang
, hay:
hệ số thấm theo phương ngang

Giải bài toán thấm đối với nền đẳng hướng tương đương này sẽ tìm được biểu đồ áp
lực thấm lên đáy công trình, lưu lượng thấmlưu lượng thấmbiểu đồ gradien
thấm ở cửa ra… Cuối cùng, dùng phép biến đổi ngược lại, ta có các đặc trưng của dòng thấm thực như sau:

lưu lượng thấm

Dạng biểu đồ phân bố áp lực thấm dưới đáy công trình trên nền có các lớp đất song song như trên hình 2-13a, b, c, trong đó đường nét liền là khi các lớp nằm ngang; đường nét đứt là khi các lớp nằm nghiêng.

Biểu đồ áp lực thấm lên đáy công trình đế phẳng với các thế nằm khác nhau của đất nền

Hình 2-13: Biểu đồ áp lực thấm lên đáy công trình đế phẳng với các thế nằm khác nhau của đất nền.

 87 total views,  1 views today

Để lại bình luận