CÁC ĐỊNH LUẬT THẤM TRONG ĐẤT KHÔNG BÃO HOÀ 1 Các nguyên lí của dòng thấm trong đất không bâo hoà

Thích ứng với các xử lí trong đất bão hoà, ta chấp nhận khái niệm ống mao quàn de đặc trưng cho dòng thấm không bão hoà. Chúng ta giới hạn chú ý chỉ tới cơ cấu truyền

dộng, lức là ihẽ' áp [ực - được gọi là ihế liúl dính khi xem xét đới không bão hoà. Cần nhớ là cho một ống mao quản đưn. thè hút dính ti lệ nghịch với bán kính ống [phương trình (3-6)]. Quan hộ nghịch trong hình 3.15 cho thấy là khi các lỗ rỗng Uong khối (lất dược lí tướng hoá như các Ống mao quán, nước trong các lỗ rỗng nhỏ hơn có thê húl dính cao hơn các lỗ rỗng lớn hơn. Điều này có nghĩa là khi dât bão hoà bắt đầu chuycn san” khỏng bão hoù, các lỗ lỏng lớn hơn thoát nước trước lién sau dó là các lồ rồng nhỏ hơn. Do vậy, độ ẩm thế lích 0 tại trạng thái không bảo hoà của đấl đã cho là sự phán ánh trạng thái năng lượng hav ihế húi dính cùa nước. Sự phụ thuộc nội tại này giữa độ ám và ìhế hút dính 1Ì1 một yếu tố quan trọng vù iàm cho dong khổng bào hoà khó mỏ lả dặc

inrng hơn dòng bão hoà. Khi ihế tích nước là hằng số banu clộ rỏiiỉỉ dược huy dộng như là kcl quả của độ chênh thố áp lực tác dụng Irong đới bão hoà, Irong trường hợp đới không bão hoà thì độ ấm biến dổi lit’]) tục với thố áp lực.

R,

Ỉ i ì i i l ỉ 3 . J 5 : Qacuì h ệ lìgltịclì íỊÌữii th ê h ú t (ỉíiìh vư h á n k i n h Ốiiìị lìií/t) q u à n

3.5.2. Các đường cong đãc trưng độ ẩm

Khi thông tin trong hình 3.15 được kết hơp với nhận thức vé quan hộ giữa kích cỡ và kha nĩmg giữ nước tương ứng củii các lỗ rỗng đất, ta nhận đưực các đường cong đặc trưng dọ ám (hay đát - nước). Các dường cong này cho biết quan hệ giữa độ ẩm và Ihế hút dính và đã được nghiên cứu kĩ Irong thổ chái. Sơ đồ các đường cong này được thấy trong hình 3.16. Nói chung, ctấl hạl thô chứa nhiều nước trong các lỗ lổng lớn, nó có thể dược thoát lại các clộ húi dính lương đối không lớn. Trong khi hạt mịn có nước được phân bố trong phạm vi các ]ỗ rỗng tương đồi nhỏ hơn, nó cần độ hííl dính cao dc thoát nước. Trong irường họp khác, có độ am (dược hiếu là dộ ấm dư hay độ ẩm không thể giảm bớt) mà ớ dưới tlộ ám này nước ihưe tế khòng thê llioál nước, và dường cong đặc trưng độ ấm liến tới tiệm cận Irục thố hút dính. Một sò quan hệ cho các đường cong dặc trưng độ ẩm được dể mjhị tron tỉ tho chất. Các bicu thức dùng phổ biến được liêt kê trone báng 3.2. Các thông số quan Irons’ của các biếu ihức nàv là độ ẩm lúc bão hoà hoàn toàn, độ ấm không thể giảm hớt (dò âm không được huy động, đưưc giữ ử dạng các vòng nhẫn và màng mỏng ngay cả

tại các độ hút dính cao) và độ hút dính cho khí vào - độ hút dính tối thiểu cẩn đế khí xâm nhập vào hẽ đất. Các hăng số Ihực nghiệm trong các biểu thức này rõ ràng phụ thuộc vào sự phân bõ' kích thước lỗ ròng vì chính sự phản bó kích (hước lồ rỗng cho biếl khá nãrm giữ nước cúa các kích cỡ lỗ rỗng khác nhau. Đó chính là sự phân bố kích cỡ lổ [ỏng của đất. được để cập trong chương 2 đã đóng vai trò quan Irọng trong sự không chế các dương cong dặc trưng độ ẩm như Ihc nào. True X (kích cỡ lỗ rỗng) cúa dường cong phàn hố kích cỡ lố rỏng tương ứng thê húl dính bằng nguyên lí mao dan. và true y (ti lệ của một kích cỡ

Độ ấm the tích, 0 ---»

H ình 3.16 : Se'do cúc (Iườiìii COIIÍỊ íiặi' irtftig (lô ám

lồ l ỏng tlã cho trong đất) tương ứng với độ ẩm thẻ tích.

Bảng 3.2. Các biêu thức thực nghiệm phổ bién cho các đườỉiịỊ cong đặc trưng độ ẩm

Ị__ Phuơng irình ị \\I 0- n - Phuơng irình - a(n - 0 )h / 0 L Mỏ tá các thông sở' ' y_iL I M' \ ’■ 1|/ =- r o ' í o - n- _{+ ( a I vị; l)p}-|11>

J

11 - dở ám lớn nhát (độ rống): a. b. c - các hàng số kinh nghiệm. tìr - dộ ám dư; \|J., - dộ hút dính khí vào; À - thòng số kinh nghiệm. f, g - các hằng số kinh nghiệm I ' hằng số kinh nghiệm

a - nghịch dáo của áp lưc khí vào; m, lì - các hằng số kinh nghiệm (m - I - 1/p). Tham khao Visser {1966) Brooks \'à Corcv (1966) Gardner et ai. (1970) Campbell (1974) Van Genuchten (1978)

1

Một trong những phức tạp liên quan với việc dò lai đường cong đặc trưna độ ám là nó hiểu hiện hiện tượng trề. tức là dạng đường cong phu thuộc vào đẩt đang ấm hay khố như thấy trong hình 3.17. Điổu này chù vốu là do quan hệ giữa độ ấm và ihế húi

LỈính p h ụ i h u ộ c c h ặ t chC‘ v à o c á c tín h

chát cua mặi phàn cách khí - nước dã dược đé cập trong mục 1.2. Góc liếp xúc cua mặt phân cách với các hạt có xu hướng khác nhau trong các pha làm khò vù làm ướt, và các lỗ [ổng có \ u hướns nối hú với nhau then các cách khác nhau troni! hai pha. Đưừng coniỉ dặc trưne được gọi là đường con li líìni khó hav thoát nước khi đất được làm khó ngàv càng tăng lừ irạng thái bão liOii và đường cong làm ấm hay hấp thụ khi đất dược ám ướt từ trang thái khò ban dấu.

3.5.2. Biến đổi hệ số th ấ m theo độ ẩm Tại một irạng ihái dòng không hão lioà dã cho, không phái toàn hộ các ông mao quan tham gia dòng thấm. I lệ sỏ thấm của dới khòng bão hữà phụ thuộc vào sô và kích cữ cức ống rống iham giii. Vì độ ám 0 phán ánh trực tiếp các thòng sõ này nên rõ ràng íà độ thấm cùa đất khõng bão hoà phụ ihuộc vào 0. Theo định luậl Poiseuille đã trình bày trong mục 2.2, lưu lượng thấm qua ỏng niiio quán tỉ [ộ thuận với luv thừa bậc 4 cùa bán kính oniỉ. Điểu này có nghĩa là lưu lượng thấm lứn hơn khi các lỏ rỗng lớn hơn. Vì các lổ rỗng

H ìn h 3.17: Bân chất hiện iưựug n e rroiiiỊ các ttườiiỊỊ COIÌỈỊ dã r tni'iif> itò mu

Hình 3.18: Biến dổi clộ íhấììi không bão huơ theo do íiiii thẻ lích

lớn thường có dộ ẩm cao hơn ncn lõ ràng là độ thấm tảng khi độ ẩm tăng. Sự biến đổi đô thấm không bão hoa theo độ âm cho các loại đất khác nhau đưực thây trcn hình 3.18. Lúc bão hoà hoàn loàn (lương ứng 0 = n), các đíil Ihồ hưn như cát có độ thấm cao hơn do các lổ rỗng lớn hơn. Tuy nhiên sau khi các lỗ rỗng lớn này thoát nước, độ ihấtn giám

khá n h a n h . Sự giám độ thấm khá châm Irons trường hợp đất hạt mịn. như đất sét.

Chúng ta có Ihc the hiện dòng thấm trong mội ổng mao quán đơn như dã làm trong

mục 2 . 2 và công các tham sô của toàn bộ các ỏng dẫn dể nhận dược quan hệ cho độ

ihâm không bão hoà. Giả ihiết là có K bán kính ông mao quản khác nhau có chiều dài L, tát cá chúng li cu dẫn nước, lưu lương lổng có thố được tính tlico:

n

(3-68) Trong dó: Nt - số các ông có bán kính Rị, cho mỗi diện tích úẽl diên đơn vị.

Đé biết sỏ ốnc và kích cờ các ống tham gia dòng Ihãrn ỡ tiạna thái khỏng bão hoà dũ cho, la dùng đường conu đặc trưng đố ám. Thế húl dính của đất không bão hoà cỏ (hế dược chuycn cho bán kính ông rỗng bằnti phương trình mao dần (3-6). Xem như dul ớ trạne thái có độ ấm 0[ nhò hưn độ ẩm bão hoà n mộl số gia AO khá nhỏ.

Độ ám ihê Ú C Í10| tương ứng trạng thái khi AO đã được thoát qua các ông có hán kính

R, đưực cho bởi 2ơcosa/v|/ [phương trinh (3-6)]. Với chiều dài Ống ròng dưn vị, có thổ lính AO theo:

AO = N j7iRp (3 69)

Biểu ihức cho số lỗ rỗng có bán kính Rjt

AO

Nj = 0 - 7 0 )

n R -

Bàng quá trình này. có (hể nhận dược số lỏ rỗng tham gia dòng thấm cho đất không bão hoà tại trạng thái hất kì kho hơn 0| bằng cách dừng các sô' ííia AO nhỏ. Tại độ ẩm 0, các 16 rống có bán kính R, toàn bộ thoát nước và chí có các iổ rong nhỏ hơn R, dần nước. Theo phương ìrình (3-68), biểu thị số ong rỗng Nj theo AO và R r lưu lượng tổag dòng thấm lương ứng độ ám 0, đưực thể hiện theo biếu Ihức:

(3-71)

f ) A0l R'

■ L / i = 2

8n

Tươnn tự với định ỉuật Darcy, hệ sô' thâm của đất khóng bão hoà xác định theo: (3-72) Có thể biến đổi bán kính theo các Ihế hút dính [phưưng trinh (3-6)], và hệ sô ihâm có ■the bicu thị Iheo thế hút dính:

ạ 2 AO ^ 1

' l V

V) thê vé ỉí Ihuyêì có thể sử dụng hicu biết về đường cong đặc trưng độ ẩm dể nhận dược biếu thức cho hệ số thấm không bão hoà. Như một phương án chọn có thế dùng phương írình Kozenv - Carmen cho irong muc 3.2 tie nhàn đưực biếu thức hệ sô tham không bão hoà theo độ lỗng và dộ bão hoà. Biẻu hiện các phương irình (3-21) và (3-22) theo độ bão ho à s đc tính diện tích thấm giám bớl, ngươi đọc có thế S U V ra là:

Các phương (rình ircn là các phương ưình lí thuyết quan trọna là do ốnu mao quãn tương lự sử dụng trong diễn iiiài cua chúng. Tương tự với các quan hộ đặt' trưng (lọ ám.

một sò quan hẹ kinh nghiệm tổn tại đè thể hiện sự biến đổi ku ihco 0 hoặc VỊ/. Các ví dụ

pliổ biai cùa các quan hệ nàv được ghi trong báníỉ 3.3. Quan hệ luỹ íhừa giữa hệ sô tham khôna bão hoà và độ bão hoà đưực phương trình Kozcnv - Carman dự đ o á n tà thích hựp \'ới cát quan hệ kinh nghiộm nàv.

No documento Kỹ thuật địa môi trường - Nguyễn Uyên (páginas 79-84)