Khái niệm chung về dòng thấm công trình thủy lợi

Sự hình thành dòng thấm

Đất nền và hai bên vai công trình thường là loại thấm nước. Chỉ trong trường hợp nền và vai là đá tốt không nứt nẻ, hoặc là đất sét chặt và được xử lý tiếp giáp tốt thì mới có thể coi như không thấm nước.

Khi công trình làm việc, sẽ tạo ra sự chênh lệch mực nước giữa thượng và hạ lưu. Nước sẽ di động qua các kẽ rỗng trong đất nền và hai bên vai công trình tạo thành dòng thấm.
Đối với công trình và môi trường xung quanh, dòng thấm gây ra những ảnh hưởng bất lợi như sau:

• Làm mất nước từ hồ chứa;
• Gây áp lực lên các bộ phận công trình giới hạn miền thấm (bản đáy, tường chắn...);
• Có thể làm biến hình đất nền và hai vai, đặc biệt là ở khu vực dòng thấm thoát ra, có thể dẫn đến sụt lún, nghiêng, lật công trình;
• Dòng thấm hai bên vai công trình khi thoát ra hạ lưu có thể làm lầy hoá một khu vực  rộng,  làm  ảnh  hưởng  đến  ổn  định  của  bờ  và điều  kiện  đi  lại,  sản  xuất  ở  hạ  lưu công trình.

Dòng thấm trong môi trường đất rỗng được chia thành 2 loại:

a. Dòng thấm có áp - khi nó bị giới hạn từ phía trên bởi biên cứng, dòng thấm không có mặt thoáng; chuyển động của dòng thấm giống như nước chảy trong ống có áp. Đây là trường hợp khi xét dòng thấm dưới đáy các công trình.

b. Dòng thấm không áp - khi nó không bị giới hạn từ phía trên bởi công trình. Đây là trường hợp dòng thấm hai bên vai công trình, dòng thấm qua đập đất. Giới hạn phía trên của dòng thấm là mặt thoáng hay mặt bão hoà, tại đây có áp suất bằng áp suất khí trời.

Vấn đề nghiên cứu dòng thấm

Nhiệm vụ của nghiên cứu dòng thấm là tìm ra các quy luật chuyển động của nó phụ thuộc vào hình dạng, kích thước các bộ phận công trình là biên của dòng thấm; xác định các đặc trưng phân bố áp lực thấm lên các bộ phận công trình, phân bố gradien thấm trong miền thấm, và trị số lưu lượng thấm. Trên cơ sở các tính toán này, người thiết kế sẽ chọn được hình thức, kích thước, cấu tạo hợp lý của công trình, đảm bảo điều kiện làm việc an toàn của nó (ổn định về trượt, ngăn ngừa biến hình nền...) và tính kinh tế của phương án được chọn.

Vấn đề nghiên cứu dòng thấm từ lâu đã thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học thế giới. Vào thế kỷ 18 đã có các công trình nghiên cứu của Lômônôxôv, Becnoulli, Euler.  Từ  năm  1856,  Darcy  đã  tiến  hành  nghiên  cứu  thực  nghiệm  và tìm  ra  định  luật thấm tuyến tính mà ngày nay được gọi là định luật thấm Darcy.

Những thành tựu nổi bật về lý thuyết thấm đã được công bố trong các tác phẩm của Jucovxki (1898), Pavlovxki (1922). Đóng góp vào sự phát triển phương pháp thuỷ lực trong lý thuyết thấm có công của Duypuy, Côzeny, Aravin, Numerov, Ughintrux, Trugaev và nhiều nhà khoa học khác. Việc giải bài toán thấm bằng phương pháp thuỷ lực đã đạt được kết quả phong phú cho các sơ đồ bài toán phẳng của thấm có áp. Với bài toán thấm không có áp mới chỉ giải quyết được cho một số sơ đồ đơn giản.

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của các phương pháp số và công cụ máy tính, nói chung có thể giải được bài toán thấm với biên bất kỳ cho bài toán phẳng và bài toán không gian, thấm ổn định và không ổn định...