1. Trang Chủ
  2. Địa Lý
  3. Động lực học cát biển - Chương 2: các thuộc tính của nước và cát

Động lực học cát biển - Chương 2: các thuộc tính của nước và cát

Mật độ nước biển nói chung giảm theo nhiệt độ và tăng theo độ muối. Nước ngọt có mật độ lớn nhất tại 4 độ. Mật độ nước biển lớn nhất thường ở -1,9 độ C. Mật độ được Chen ( 1973) và Myer ( 1969) lập bảng theo nhiệt độ và độ muối. Ch­¬ng 2. c¸c thuéc tÝnh cña n­íc vµ c¸t 2.1. MËt ®é vµ ®é nhít cña n­íc KiÕn thøc MËt ®é n­íc biÓn nãi chung gi¶m theo nhiÖt ®é vµ t¨ng theo ®é muèi. N­íc ngät cã mËt ®é lín nhÊt t¹i 40C. MËt ®é n­íc biÓn lín nhÊt th­êng ë -1,90C. MËt ®é ®­îc Chen (1973) vµ Myer (1969)

Thể loại Tài liệu miễn phí Địa Lý

Số trang 16

Ngày tạo 8/29/2018 11:44:02 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 0.94 M

Tên tệp

Tải Động lực học cát biển - Chương 2: các thuộc tính c... (.pdf)

Xem mẫu

  1. Ch­¬ng 2. c¸c thuéc tÝnh cña n­íc vµ c¸t 2.1. MËt ®é vµ ®é nhít cña n­íc KiÕn thøc MËt ®é n­íc biÓn nãi chung gi¶m theo nhiÖt ®é vµ t¨ng theo ®é muèi. N­íc ngät cã mËt ®é lín nhÊt t¹i 40C. MËt ®é n­íc biÓn lín nhÊt th­êng ë -1,90C. MËt ®é ®­îc Chen (1973) vµ Myer (1969) lËp b¶ng theo nhiÖt ®é vµ ®é muèi. C¸c b¶ng nµy sö dông ®Ó lËp ra c¸c ®­êng cong mËt ®é theo nhiÖt ®é vµ ®é muèi (h×nh 2). H×nh 2. MËt ®é n­íc §é l¬ löng cña trÇm tÝch còng lµm t¨ng mËt ®é tæng hîp hiÖu qu¶ cña n­íc. HiÖu øng mËt ®é cña trÇm tÝch l¬ löng cã thÓ lµm yÕu rèi, hoÆc ph¸t sinh dßng ch¶y ®ôc trªn ®¸y nghiªng. §é nhít ®éng häc lµ mét thuéc tÝnh ph©n tö cña n­íc, ®­îc x¸c ®Þnh cho dßng ch¶y ph©n tÇng b»ng quan hÖ: dU    (5) dz 37
  2.  = øng suÊt tr­ît h­íng ngang t¹i ®é cao z trong ®ã  = mËt ®é n­íc U = vËn tèc h­íng ngang t¹i ®é cao z z = to¹ ®é th¼ng ®øng. H×nh 3. §é nhít ®éng häc cña n­íc §é nhít ph©n tö     còng th­êng gÆp, nh­ng  ®­îc sö dông réng r·i h¬n cho c¸c môc ®Ých vËn chuyÓn trÇm tÝch. §é nhít ®éng häc cña n­íc gi¶m theo nhiÖt ®é vµ t¨ng theo ®é muèi. §é nhít ®éng häc ®­îc Chen vµ nnk (1973) Meyrs vµ nnk (1969) lËp thµnh b¶ng theo ®é muèi vµ nhiÖt ®é. C¸c b¶ng nµy ®­îc sö dông ®Ó t¹o ra c¸c ®­êng cong ®é nhít theo nhiÖt ®é vµ ®é muèi trªn h×nh 3. TrÇm tÝch l¬ löng lµm t¨ng ®é nhít hiÖu qu¶ e cho dßng ch¶y tæng hîp cña n­íc (vÝ dô qua èng), theo mèi quan hÖ:  e  (6) 1  2,5C trong ®ã C lµ nång ®é thÓ tÝch. Tuy nhiªn, ®èi víi dßng ch¶y bao quanh h¹t riªng lÎ (vÝ dô ®Ó tÝnh to¸n vËn tèc ch×m l¾ng), cÇn ph¶i sö dông ®é nhít kh«ng söa ®æi. 38
  3. Quy tr×nh TÝnh to¸n mËt ®é vµ ®é nhít ®éng häc cña n­íc : 1. §o hoÆc dù ®o¸n nhiÖt ®é vµ ®é muèi cña n­íc. Víi n­íc ngät, ®é muèi = 0. Víi n­íc biÓn tiªu biÓu, ®é muèi = 35 o/oo. 2. VÝ dô 2.1. MËt ®é vµ ®é nhít cña n­íc - NhiÖt ®é tÝnh b»ng ®é C 10 - §é muèi tÝnh b»ng phÇn ngh×n (o/oo) 35 - Néi suy mËt ®é sö dông nh÷ng ®­êng cong 1027 kgm-3 trong h×nh 2 ®Ó nhËn ®­îc mËt ®é n­íc - Néi suy ®é nhít sö dông nh÷ng ®­êng cong 1,36 x 106m2s-1 trong h×nh 3 ®Ó nhËn ®­îc ®é nhít ®éng häc 3. §èi víi nhiÒu môc ®Ých, mËt ®é cña n­íc biÓn cã thÓ lÊy gi¸ trÞ mÆc ®Þnh lµ 1027 kgm-3 (nhiÖt ®é = 10o C; ®é muèi = 35 o/oo). §iÒu nµy t­¬ng øng xÊp xØ víi nhiÖt ®é vµ ®é muèi trung b×nh hµng n¨m t¹i ®¸y cña nh÷ng biÓn xung quanh V­¬ng quèc Anh (MAFF, 1981). 4. §Ó tÝnh to¸n mËt ®é víi trÇm tÝch l¬ löng, tham chiÕu tíi môc 2.3. §Ó tÝnh to¸n ®é nhít tæng hîp hiÖu qu¶ víi trÇm tÝch l¬ löng, sö dông ph­¬ng tr×nh (6). 2.2. VËt chÊt ®¸y KiÕn thøc Nh÷ng h¹t trÇm tÝch ®­îc ph©n lo¹i theo ®­êng kÝnh cña chóng thµnh sÐt, bïn, c¸t, d¨m s¹n, ®¸ cuéi, sái vµ ®¸. SÐt vµ bïn gép l¹i ®­îc gäi lµ bïn, vµ nh÷ng d¨m s¹n, ®¸ cuéi vµ sái gép l¹i ®­îc gäi lµ cuéi sái. Sái trßn bÞ n­íc mµi mßn, th­êng gäi lµ cuéi. C¸ch ph©n lo¹i th­êng sö dông nhÊt lµ thang ph©n lo¹i Wentworth (h×nh 4). Nh÷ng h¹t c¸t ®«i khi ®­îc ®o b»ng micr«ngmÐt (m) vµ ®«i khi b»ng milimÐt. Nh÷ng nhµ ®Þa chÊt sö dông thang phi ®­îc ®Þnh nghÜa lµ:    log 2 d (7a) d  2  (7b) trong ®ã d lµ ®­êng kÝnh h¹t b»ng milimÐt, vµ log2 lµ l«-ga c¬ sè 2. Sù chuyÓn ®æi tõ  thµnh d cho trong h×nh 4. C¸t tù nhiªn lu«n lu«n chøa ®ùng mét hçn hîp nh÷ng kÝch th­íc h¹t, mét sè trong ®ã cã thÓ v­ît khái ph¹m vi c¸t. Ph­¬ng ph¸p chung nhÊt ®Ó ®o ph©n bè kÝch th­íc h¹t lµ b»ng c¸ch sµng, nhê sö dông mét chång sµng cã nh÷ng m¾t l­íi gi¶m dÇn kÝch th­íc ®Õn mét tû lÖ x¸c ®Þnh, th­êng t­¬ng ®­¬ng víi 1/2 phi hoÆc 1/4 phi. Kü thuËt chuÈn ®Ó röa, lµm kh« vµ sµng c¸t ®­îc m« t¶ trong c¸c thuyÕt minh BSI (1967, 1986). Trong s¸ch nµy chóng ta sÏ sö dông c¸ch viÕt 'd’ ®Ó t­¬ng øng víi kÝch th­íc h¹t nhËn ®­îc b»ng c¸ch sµng. 39
  4. Ph©n bè kÝch th­íc h¹t th«ng th­êng ®­îc thÓ hiÖn b»ng mét ®­êng cong tÝch lòy phÇn tr¨m khèi l­îng nh÷ng h¹t nhá h¬n d, theo d. Mét vÝ dô ®­îc cho trong h×nh 5. TrÇm tÝch th­êng ®­îc ®Æc tr­ng b»ng ®­êng kÝnh sµng trung vÞ cña nã d50 (®­êng kÝnh mµ 50 % khèi l­îng cña h¹t mÞn h¬n). Tæng qu¸t h¬n, ký hiÖu dn chØ ra r»ng ®­êng kÝnh h¹t cho n% khèi l­îng cña h¹t mÞn h¬n. Nh÷ng phÇn tr¨m th­êng sö dông nhÊt lµ (theo thø tù kÝch th­íc t¨ng dÇn) lµ: d10, d16, d35, d50, d65, d84, d90. NÕu ®­êng kÝnh h¹t ®­îc biÓu thÞ ®¬n gi¶n b»ng d trong mét c«ng thøc dù ®o¸n, th«ng th­êng nã cã thÓ ®­îc coi nh­ d50 cña vËt chÊt ®¸y. Tuy nhiªn trong tÝnh to¸n ph©n bè th¼ng ®øng cña nång ®é trÇm tÝch l¬ löng, tèt h¬n c¶ lµ dùa trªn vËn tèc ch×m l¾ng cña h¹t d50 cña vËt chÊt l¬ löng, mµ th­êng nhá h¬n nhiÒu d50 cña vËt chÊt ®¸y. B¶ng 2. Nh÷ng ký hiÖu sö dông trªn nh÷ng B¶n ®å Hµng h¶i V­¬ng quèc Anh ®Ó m« t¶ ®¸y biÓn S C¸t F MÞn M Bïn C Th« Cy SÐt So MÒm G Cuéi sái H Cøng Sn Sái sf R¾n ch¾c P Cuéi bk Vì vôn St §¸ sm Nhá R §¸ t¶ng l Lín Bo §¸ khèi Wd Cá mäc Sh Vôn sß SM/R C¸t vµ bïn trªn ®¸ Sù tr¶i réng kÝch th­íc ®­îc chØ ra bëi kÝch th­íc 10 vµ 90 phÇn tr¨m (d10 vµ d90), hoÆc (d16 vµ d84). Sè ®o th­êng sö dông cho ®é chän läc trÇm tÝch lµ ®é lÖch chuÈn h×nh häc :  g  d 84 / d16 . (8) Nh÷ng mÉu trÇm tÝch ®­îc xÕp lo¹i lµ chän läc tèt nÕu chóng chøa mét d¶i hÑp cña kÝch th­íc h¹t vµ lµ hçn hîp tèt nÕu chóng chøa mét d¶i réng. Dyer (1986) ®­a ra th¶o luËn chi tiÕt vÒ nhiÒu ph­¬ng ph¸p m« t¶ tr¹ng th¸i cña trÇm tÝch hçn hîp. Nh­ mét h­íng dÉn th«, nÕu mét mÉu trÇm tÝch cã d84/ d16 < 2 (hoÆc d90/d10 < 2,4) sÏ ®­îc chän läc tèt, trong khi nÕu d84/d16 > 16 (hoÆc d90>35) th× ®­îc coi lµ hçn hîp tèt. VÝ dô trong h×nh 5 cã d10 = 0,23 mm vµ d90 = 2,6 mm, vËy lµ d90/d10 = 11, vµ nh­ vËy cã ®é chän läc trung b×nh. NhiÒu trÇm tÝch hçn hîp cã ph©n bè kÝch th­íc h¹t xÊp xØ ph©n bè log chuÈn; tøc lµ l«-ga cña kÝch th­íc h¹t cã ph©n bè tÇn sè xÊp xØ chuÈn (Gauss) theo träng l­îng. 40
  5. Ph©n bè kÝch th­íc h¹t luü tÝch (% träng l­îng mÞn h¬n) cña mét ph©n bè log chuÈn vÏ nh­ mét ®­êng th¼ng trªn giÊy ®å thÞ x¸c suÊt nÕu hoµnh ®é b»ng ®¬n vÞ phi. Trong c¸c ®¬n vÞ phi, gi¸ trÞ trung b×nh cña ph©n bè chuÈn lµ -log2d50 vµ ®é lÖch chuÈn lµ log2(g). NÕu chØ cã d50 vµ mét sè ®o ®é chän läc, vÝ dô g ®­îc biÕt t¹i mét vÞ trÝ, nh÷ng phÇn tr¨m kh¸c cã thÓ nhËn ®­îc xÊp xØ b»ng gi¶ thiÕt ph©n bè log chuÈn. Cã thÓ sö dông c¸ch nµy theo kiÓu tõng b­íc lµm biÖn ph¸p néi suy gi÷a c¸c phÇn tr¨m ®· biÕt. Ph­¬ng ph¸p nãi trªn ®­îc sö dông trong SandCalc-Edit-Bed Material- Derive. H×nh 4. BiÓu ®å chuyÓn ®æi nh÷ng ®¬n vÞ phi thµnh m vµ mm (thang kÝch th­íc h¹t Wenlworth) Nh÷ng mÉu ChÊt l­îng §¸y t¹i c¸c vÞ trÝ ®­îc ®¸nh dÊu trªn B¶n ®å Hµng h¶i V­¬ng quèc Anh. Chóng ®­îc ®¸nh dÊu nhê sö dông nh÷ng ký hiÖu ®Ó m« t¶ kÝch 41
  6. th­íc h¹t, kho¸ng vËt, nh÷ng thuéc tÝnh sinh häc, kÕt cÊu vµ mµu cña ®¸y biÓn. Mét sè h÷u Ých nhÊt cho môc ®Ých vËn chuyÓn trÇm tÝch trong n­íc ë thÒm lôc ®Þa ®­îc cho trong b¶ng 2. Nh÷ng mÉu chñ yÕu nhËn ®­îc b»ng viÖc sö dông líp c¸t trªn ®¸y cña vÖt håi ©m sau vµi ngµy quÐt b»ng håi ©m, vµ tÝnh hîp lÖ cña chóng ®Õn nay cÇn ®­îc xö lý thËn träng. Nh÷ng trÇm tÝch hçn hîp cã thÓ ph©n lo¹i phï hîp víi s¬ ®å Folk söa ®æi (BGS, 1987). T¹i ®©y, nh÷ng tØ lÖ cña bïn (d 2 mm) ®­îc biÓu thÞ nh­ (a) tû lÖ cña c¸t/ bïn, vµ (b) phÇn tr¨m sái. Lo¹i trÇm tÝch næi bËt ®­îc cho ë d¹ng viÕt t¾t b»ng ch÷ hoa (vÝ dô S = c¸t), ®­îc ph©n biÖt nÕu cÇn thiÕt víi nh÷ng ch÷ th­êng (vÝ dô m = pha bïn). Nh­ vËy c¸t pha bïn ®­îc chØ ®Þnh lµ mS. Nh÷ng ph¹m vi kh¸c nhau th­êng ®­îc thÓ hiÖn b»ng h×nh tam gi¸c, nh­ng phiªn b¶n h×nh ch÷ nhËt cho trong h×nh 6 sÏ dÔ h¬n sö dông cho viÖc vÏ nh÷ng ®Æc tr­ng trÇm tÝch ®o ®¹c ®­îc. Sù ph©n lo¹i Folk söa ®æi ®­îc C¬ quan Kh¶o s¸t §Þa chÊt Anh sö dông trong c¸c b¶n ®å ph©n bè trÇm tÝch biÓn cña hä. H×nh 5. VÝ dô ph©n bè kÝch th­íc h¹t 42
  7. Kho¸ng vËt häc c¸t vµ h×nh d¹ng cña h¹t x¸c ®Þnh nh÷ng thuéc tÝnh thñy lùc cña nã. §a sè c¸t trong vïng n­íc ë Ch©u ¢u chñ yÕu thuéc lo¹i th¹ch anh. Chóng th­êng cã mËt ®é gÇn 2650 kgm-3 vµ cã d¹ng h×nh cÇu th« (tøc lµ trôc lín vµ trôc nhá cña chóng th­êng kh«ng biÕn ®æi h¬n nhau 2 lÇn). Nh÷ng phÇn tr¨m biÕn ®éng cña vôn sß nguyªn vÑn hoÆc bÞ vì vôn cña sinh vËt biÓn th­êng cã mÆt (tØ lÖ trong ph¹m vi 20 % ®Õn 70 % vôn sß lµ phæ biÕn xung quanh n­íc Anh). Vôn sß cã mËt ®é tiªu biÓu kho¶ng 2400 kgm-3, vµ c¶ vôn sß nguyªn vÑn lÉn nh÷ng m¶nh vôn lµ lo¹i dÑt, kh«ng ®Òu vµ cã gãc c¹nh. Nh÷ng kho¸ng vËt kh¸c, nh­ than ®¸ víi mËt ®é kho¶ng 1400 kgm-3, còng cã thÓ cã mÆt. Nh÷ng h¹t cã mét mËt ®é thÊp vµ/hoÆc h×nh d¹ng dÑt vÒ mÆt thuû lùc coi nh­ nh÷ng h¹t th¹ch anh cã ®­êng kÝnh nhá h¬n, vµ nh­ kÕt qu¶ chän läc thñy lùc bëi dßng ch¶y thÞnh hµnh, chóng th­êng ®­îc coi lµ hçn hîp víi nh÷ng h¹t nh­ vËy. KÕt qu¶ ®ã lµ thùc tÕ chung cho nh÷ng tÝnh to¸n vËn chuyÓn trÇm tÝch ®Ó xö lý c¸c h¹t trong mét mÉu, nh­ thÓ tÊt c¶ chóng ®­îc thÓ hiÖn b»ng c¸c h¹t th¹ch anh trªn c¬ së t­¬ng tù thñy lùc, c¸ch tiÕp cËn ®ã sÏ ®­îc tu©n thñ ë ®©y. Tuy nhiªn, trong mét vµi n¬i trªn thÕ giíi, c¸t cã nguån gèc kh¸c nhau cã thÓ tréi h¬n; vÝ dô, nh÷ng c¸t san h« vµ c¸t nói löa. Trong nh÷ng tr­êng hîp nµy nh÷ng thuéc tÝnh thñy lùc, nh­ vËn tèc ch×m l¾ng vµ ng­ìng chuyÓn ®éng, cÇn ph¶i ®o trong phßng thÝ nghiÖm. Quy tr×nh 1. Nh÷ng mÉu trÇm tÝch cã thÓ nhËn ®­îc tõ khu vùc nghiªn cøu bëi mét hoÆc c¸c kü thuËt sau • lÊy mÉu b»ng gµu hoÆc mÉu thu thËp b»ng lÆn s©u ë kho¶ng 20 tíi 80 mm trªn ®¸y biÓn • lÊy lâi b»ng èng phãng cho nh÷ng mÉu ®Æc cã diÖn tÝch xÊp xØ 0,2 x 0,3 m ë ®é s©u kho¶ng 0,3m • lâi träng lùc hoÆc lâi rung cho nh÷ng mÉu ®­êng kÝnh xÊp xØ 75mm ë ®é s©u 1- 10 m • h×nh trô hè khoan • mÉu trÇm tÝch l¬ löng b¬m trong cét n­íc, lÊy qua c¸c vßi t¹i nh÷ng ®é cao trªn ®¸y gi÷a kho¶ng 50 mm vµ mÆt n­íc, läc trªn l­íi thÊm (tiªu biÓu) 40 m . Nh÷ng ph­¬ng ph¸p thu thËp trÇm tÝch kh¸c (vÝ dô nh÷ng mÉu lÊy b»ng chai vµ bÉy, phun qua l­íi) ®«i khi còng ®­îc sö dông trong biÓn (xem môc 2.3). 2. Thùc hiÖn ph©n tÝch b»ng sµng nhê sö dông kü thuËt chuÈn (BSI, 1967; 1986). 3. VÏ ®­êng ph©n bè kÝch th­íc h¹t cña n% mÞn h¬n theo ®­êng kÝnh (h×nh 5). §äc sè d50, d10 vµ d90 (hoÆc d16 vµ d84). 4. VÏ tû lÖ cña bïn: c¸t: cuéi sái trªn h×nh 6 ®Ó x¸c ®Þnh ph©n lo¹i Folk. 43
  8. 2.3. Nh÷ng hçn hîp c¸t - n­íc KiÕn thøc Nh÷ng hçn hîp c¸t - n­íc thÓ hiÖn theo c¸c tû lÖ trong ph¹m vi tõ mét ®¸y c¸t bÊt ®éng æn ®Þnh, qua nh÷ng chÊt sÖt vµ nh÷ng chÊt l¬ löng, cho ®Õn n­íc s¹ch. HiÖn c¸ch sö dông c¸c sè ®o cho tû lÖ nµy rÊt ®a d¹ng, c¸ch dïng phô thuéc vµo lo¹i hçn hîp vµ kiÕn thøc hµn l©m cña ng­êi dïng. Nh÷ng ®Þnh nghÜa cña m­êi sè ®o nµy ®­îc cho trong b¶ng 3. Mét vµi trong sè chóng cã nh÷ng tªn gäi kh¸c nhau cho cïng mét ®¹i l­îng, do vËy c¸c sè ®o kh¸c nhau gi¶m xuèng cßn n¨m. C«ng thøc chuyÓn ®æi gi÷a n¨m ®¹i l­îng ®­îc cho trong b¶ng 4. H×nh 6. Ph©n lo¹i nh÷ng mÉu trÇm tÝch trªn s¬ ®å Folk ch÷ nhËt Sè ®o c¬ b¶n nhÊt lµ nång ®é thÓ tÝch, vµ th­êng lµ ®¬n gi¶n nhÊt ®Ó sö dông trong ph©n tÝch lý thuyÕt. Nh÷ng kÕt qu¶ thÝ nghiÖm th­êng nhËn ®­îc b»ng viÖc 44
  9. c©n trÇm tÝch, do vËy nång ®é khèi l­îng lµ thÝch hîp nhÊt ë ®©y. Tuy nhiªn, kü thuËt thÓ tÝch, quang häc, ©m häc, vµ trë kh¸ng, chñ yÕu ®o nång ®é thÓ tÝch. Trong c¸c th¶o luËn vÒ ®¸y æn ®Þnh, ®é xèp th­êng ®­îc sö dông nhÊt. Khi xÐt nh÷ng hiÖu øng ®é næi, mËt ®é tæng hîp lµ thÝch hîp nhÊt. B¶ng 3. Nh÷ng sè ®o cho c¸c hçn hîp c¸t - n­íc §¹i l­îng Sö dông trong §Þnh nghÜa Ký hiÖu Nång ®é thÓ tÝch C L¬ löng (lý thuyÕt) ThÓ tÝch cña h¹t/ ThÓ tÝch cña hçn hîp MËt ®é nÐn §¸y (c¬ häc ®Êt) Nhãm h¹t nÐn §¸y (c¬ häc ®Êt) Nång ®é khèi l­îng L¬ löng (thùc nghiÖm) Khèi l­îng cña h¹t/ CM ThÓ tÝch cña hçn hîp MËt ®é kh« §¸y (kÕt dÝnh)  §é xèp §¸y (kh«ng kÕt dÝnh) ThÓ tÝch cña n­íc/ ThÓ tÝch cña hçn hîp Tû lÖ xèp §¸y (c¬ häc ®Êt) ThÓ tÝch cña n­íc/ VR ThÓ tÝch cña h¹t B MËt ®é l¬ löng L¬ löng (thuû ®éng lùc) Khèi l­îng cña hçn hîp/ ThÓ tÝch cña hçn hîp MËt ®é tæng hîp §¸y (kh«ng kÕt dÝnh) MËt ®é ­ít §¸y (kÕt dÝnh) §é xèp cña nh÷ng ®¸y c¸t æn ®Þnh phô thuéc vµo møc ®é chän läc vµ møc ®é nÐn. Mét tËp hîp vÒ ®é xèp trung b×nh ®o ®¹c trong nh÷ng ®¸y c¸t tù nhiªn ®­îc cho trong b¶ng 5. Gãc nghØ  i (hoÆc chÝnh x¸c h¬n, gãc ma s¸t néi) lµ gãc víi h­íng n»m ngang mµ mét ®¸y ph¼ng cã trÇm tÝch nghiªng dÇn dÇn víi mÆt n»m ngang ®Õn gãc ®ã th× c¸c h¹t b¾t ®Çu l¨n. Gi¸ trÞ cña  i ®èi víi nh÷ng trÇm tÝch kh«ng kÕt dÝnh phô thuéc vµo h×nh d¹ng, ®é chän läc vµ ®é nÐn c¸c h¹t. Nång ®é (hoÆc ®é xèp) cña ®¸y còng phô thuéc vµo cïng nh÷ng yÕu tè ®ã, vµ theo thÝ nghiÖm  i t¨ng theo nång ®é ®¸y (gi¶m theo ®é xèp). ViÖc xÐt nh÷ng lùc kÌm theo cho thÊy r»ng gi¸ trÞ cña  i ph¶i kh«ng phô thuéc vµo ®­êng kÝnh h¹t hoÆc mËt ®é, mÆc dï mét vµi b¶n vÏ cò vµ b¶n vÏ th­êng vÏ l¹i (kh«ng cã lý gi¶i) cho thÊy cã sù phô thuéc vµo ®­êng kÝnh ®èi víi h×nh d¹ng h¹t ®· cho. Chóng cã lÏ kh«ng tin cËy. §èi víi nh÷ng môc ®Ých tÝnh to¸n hiÖu øng ®é dèc lªn ng­ìng chuyÓn ®éng, hoÆc suÊt vËn chuyÓn trÇm tÝch, mét gi¸ trÞ thÝch hîp cho môc ®Ých chung ®èi víi gãc nghØ lµ  i = 320 . Gãc nghØ cuèi cïng r (hoÆc gãc tr­ît d­) lµ gãc nghiªng cuèi cïng sau khi sù dån h¹t dõng l¹i. Gãc s­ên khuÊt cña nh÷ng gîn c¸t, ®ôn c¸t vµ sãng c¸t, vµ gãc nghiªng cña hè xãi h×nh nãn bao quanh mét cét th¼ng ®øng h×nh trßn, ®­îc cho 45
  10. b»ng r . Gi¸ trÞ cña r lu«n nhá h¬n  i , víi gi¸ trÞ tiªu biÓu ®èi víi c¸t tù nhiªn trong n­íc lµ kho¶ng 28o. B¶ng 4. ChuyÓn ®æi gi÷a c¸c sè ®o ®èi víi nh÷ng hçn hîp c¸t - n­íc  B Tõ C CM VR Thµnh 1-  1 CM/  s B   C - 1  VR s    s 1    s s ( B   ) C s CM - s   1  VR  s  B 1- CM/  s VR 1-C - s   1  VR  1 C  s  CM s  B VR - 1 C B   CM  1  C    s C    s 1    B V R   s -  s      CM    s  1  VR    = mËt ®é cña n­íc (tiªu biÓu lµ l000kgm-3 cho n­íc ngät, 1027 kgm-3 ®èi víi n­íc biÓn).  s = mËt ®é cña vËt chÊt h¹t (tiªu biÓu lµ 2650 kgm-3 ®èi víi th¹ch anh). Xem b¶ng 3 ®èi víi ý nghÜa cña nh÷ng ký hiÖu. VÝ dô : ChuyÓn ®æi tõ ®é xèp sang nång ®é khèi l­îng C M   s 1    . B¶ng 5. §é xèp cña nh÷ng ®¸y c¸t tù nhiªn Chän läc tèt Trung b×nh Hçn hîp tèt NÐn láng 0,46 0,43 0,38 NÐn trung b×nh 0,42 0,40 0,33 NÐn chÆt 0,40 0,37 0,30 Nguån: Terzaghi vµ Peck (1967), Shepard (1963), Sleath (1984), Dyer (1986); nh÷ng ®o ®¹c t¹i HR. Quy tr×nh 1. Nång ®é c¸t cã thÓ ®o b»ng mét trong c¸c kü thuËt sau: • lÊy mÉu b»ng chai hoÆc bÉy hoÆc phun qua l­íi • mÉu n­íc ®­îc b¬m 46
  11. • suy gi¶m hoÆc t¸n s¾c quang häc (hoÆc hång ngo¹i), hoÆc nhiÔu x¹ laze • suy gi¶m hoÆc t¸n x¹ ©m thanh • nh÷ng ®Çu dß va ®Ëp (vÝ dô ®Çu dß vËn chuyÓn c¸t) • kü thuËt ®iÖn trë (vÝ dô bé ®Õm Coulter, nh÷ng ®Çu dß dÉn ®iÖn) • hÊp thô tia gam-ma • kü thuËt thÓ tÝch (vÝ dô x¸c ®Þnh ®é xèp ®¸y, x¸c ®Þnh thÓ tÝch nh÷ng mÉu b¬m). 2. Tõ m­êi sè ®o lùa chän cho nh÷ng hçn hîp c¸t - n­íc, kiÕn nghÞ chØ sö dông nång ®é thÓ tÝch, nång ®é khèi l­îng, ®é xèp vµ mËt ®é tæng hîp, ­u tiªn nång ®é thÓ tÝch cho nh÷ng môc ®Ých lý thuyÕt hoÆc nh÷ng ®o ®¹c b»ng kü thuËt thÓ tÝch, quang häc, ©m häc, trë kh¸ng, nång ®é khèi l­îng cho nh÷ng mÉu trÇm tÝch ®­îc c©n, vµ nh÷ng ®Çu dß va ®Ëp. 3. NÕu ®o ®¹c nhËn ®­îc tõ nh÷ng nguån kh¸c cña mét trong c¸c sè ®o Ýt ®­îc kiÕn nghÞ h¬n, chuyÓn ®æi b»ng c¸ch sö dông b¶ng 4. 4. §é xèp cña mét mÉu ®¸y kh«ng rêi r¹c cã thÓ nhËn ®­îc b»ng c¸ch ®o mËt ®é tæng hîp cña nã vµ chuyÓn ®æi b»ng c¸ch sö dông b¶ng 4. NÕu kh«ng s½n cã mét mÉu kh«ng rêi r¹c, sö dông b¶ng 5 dùa trªn ®o ®¹c hoÆc xö lý møc ®é chän läc vµ nÐn chÆt cña trÇm tÝch ®¸y. Khi thiÕu mäi th«ng tin kh¸c, sö dông gi¸ trÞ mÆc ®Þnh  = 0 40. 5. Gãc nghØ cña mét mÉu trÇm tÝch cã thÓ nhËn ®­îc b»ng c¸ch ®o gãc nghiªng cña mét cét h×nh nãn trÇm tÝch h×nh thµnh b»ng viÖc rãt mÉu tõ mét ®é cao nhá trong n­íc. Khi thiÕu gi¸ trÞ ®o ®¹c, sö dông gi¸ trÞ mÆc ®Þnh  i = 320. 6. TrÇm tÝch ®­îc n¹o vÐt th«ng th­êng ®­îc ®o b»ng tÊn sµ lan. Mét tÊn sµ lan = (mËt ®é tæng hîp) x (thÓ tÝch cña hçn hîp trÇm tÝch - n­íc). Nh÷ng gi¸ trÞ tiªu biÓu cña mËt ®é tæng hîp lµ 1,7 tÊn/m3 cho c¸t vµ 1,2 tÊn/m3 cho bïn. Nh÷ng chuyÓn ®æi thµnh träng l­îng kh« cña trÇm tÝch hoÆc thÓ tÝch ®­îc n¹o vÐt ë hiÖn tr­êng (gi¶ thiÕt ë hiÖn tr­êng  = 0,40) cã thÓ thùc hiÖn nhê sö dông b¶ng 4. 2.4. §é thÊm vµ láng ho¸ KiÕn thøc Dßng ch¶y cña n­íc qua mét m«i tr­êng xèp nh­ mét ®¸y c¸t, phô thuéc vµo ®é thÊm cña m«i tr­êng. NÕu dßng ch¶y ph©n tÇng, nh­ nãi chung sÏ lµ tr­êng hîp cho nh÷ng kÝch th­íc h¹t c¸t nhá h¬n kho¶ng 1mm, mèi quan hÖ cña vËn tèc dßng ch¶y víi gradien ¸p suÊt ®ang ®iÒu khiÓn dßng ch¶y tu©n thñ ®Þnh luËt Darcy. §Þnh luËt nµy cã thÓ viÕt ë hai d¹ng t­¬ng ®­¬ng: K p dp VB  (9)  dz VB  K I I (10) VB = vËn tèc tæng hîp trong ®ã 47
  12. dp / dz = gradien ¸p suÊt I = ®é dèc thñy lùc  = mËt ®é cña n­íc  = ®é nhít ®éng häc cña n­íc KP = ®é thÊm ®Æc tr­ng (m2) Ki = hÖ sè thÊm (ms-1). VËn tèc tæng hîp VB lµ l­u l­îng n­íc trªn ®¬n vÞ diÖn tÝch ®¸y vu«ng gãc víi h­íng dßng ch¶y. Nh­ vËy lµ mét vËn tèc nhá h¬n (bëi mét hÖ sè  ) vËn tèc cña n­íc ch¶y gi÷a c¸c h¹t. Gradien ¸p suÊt ®­îc viÕt lµ dp/dz, thÝch hîp víi mét dßng ch¶y th¼ng ®øng, nh­ng ph­¬ng tr×nh (9) cã thÓ ¸p dông cho bÊt kú h­íng nµo. §é dèc thñy lùc lµ sè ®o cña gradien ¸p suÊt trong ®ã ¸p suÊt ®­îc biÓu thÞ nh­ cét n­íc, vµ do ®ã I lµ phi thø nguyªn. Gradien ¸p suÊt vµ ®é dèc thñy lùc liªn quan víi nhau th«ng qua: dp  gI . (11) dz Do ®ã hai sè ®o thay thÕ cña ®é thÊm liªn hÖ víi nhau th«ng qua: gK P KI  . (12)  Lùa chän ph­¬ng tr×nh (9) hoÆc (10), vµ do ®ã lµ sö dông Kp hoÆc KI, kh«ng thµnh vÊn ®Ò. Nh÷ng nhµ vËt lý cã xu h­íng sö dông ph­¬ng tr×nh (9) vµ nh÷ng kü s­ c¬ häc ®Êt/ ®Þa kü thuËt cã xu h­íng sö dông ph­¬ng tr×nh (10). Ph­¬ng tr×nh (9) ®­îc kiÕn nghÞ do biÓu thøc tæng qu¸t h¬n, v× nã kh«ng ®­a ra ®¹i l­îng kh«ng x¸c thùc g, mµ kh«ng cã vai trß trùc tiÕp trong dßng thÊm. Ngoµi ra, ®é thÊm ®Æc tr­ng Kp ®­îc ­a dïng v× nã chØ phô thuéc vµo nh÷ng thuéc tÝnh cña m«i tr­êng xèp (®¸y c¸t trong tr­êng hîp cña chóng ta), trong khi KI phô thuéc vµo nh÷ng thuéc tÝnh cña c¶ m«i tr­êng xèp lÉn chÊt láng. §èi víi nh÷ng h¹t lín h¬n kho¶ng 1 mm, dßng ch¶y gi÷a c¸c h¹t cã thÓ trë thµnh rèi, vµ lùc t¸c ®éng lªn h¹t lµ sù kÕt hîp cña lùc nhít (tuyÕn tÝnh theo vËn tèc) vµ lùc rèi (b×nh ph­¬ng theo vËn tèc). §Þnh luËt Darcy ë d¹ng ph­¬ng tr×nh (10) ®­îc thay thÕ bëi ph­¬ng tr×nh Forchheimer: I = aIVB + bIVB2 (13) trong ®ã aI = l/KI ®Ó liªn kÕt víi ph­¬ng tr×nh (10). Nh­ vËy, ph­¬ng tr×nh (13) cã thÓ viÕt ë mét d¹ng t­¬ng tù víi ph­¬ng tr×nh (9):   dp  a p 2 V B  b p V B2 . (14) dz d d Nh÷ng hÖ sè liªn quan tíi nh÷ng ph­¬ng tr×nh (9) vµ (11): d2  1 , ai  a p , bi  bp . Kp  (15) 2 gd gd ap 48
  13. Nh÷ng hÖ sè phi thø nguyªn ap vµ bp lµ nh÷ng hµm cña ®é xèp, vµ h×nh d¹ng h¹t, ®é nÐn, ®Þnh h­íng, vµ cÊp phèi. B¶ng 6. §é thÊm cña nh÷ng ®¸y c¸t Nguån Kp ap bp 1, 75 1    3 2 2 1501    Ergun(1952) d 3 2 1501     3  2d 2 2 , 8 1    3 10001    Engelund (1953) 3 3 1000 1     2 1, 4  3d 2 2 2901    Koenders(1985) 5  2 2901    3 2,2  3d 2 2 1601    Del Adel(1987) 2 2 1601    3 4 ,7 d2 0 , 956 1    19 , 8 1     Soulsby 4 ,7 4 ,7 19 , 8 1      NhiÒu biÓu thøc ®· ®­îc ®Ò xuÊt ®Ó biÓu thÞ ®é thÊm cña c¸t, sái vµ ®¸ d­íi d¹ng ®­êng kÝnh h¹t d vµ ®é xèp  . Mét trong sè ®ã ®­îc tæng kÕt vµ thÈm ®Þnh bëi Van Gent (1993). Chóng ®­îc viÕt l¹i d­íi d¹ng nh÷ng hÖ sè KI, ap vµ bp trong b¶ng 6, vµ ®­îc vÏ trong h×nh 7. Mét phiªn b¶n míi (Soulsby) còng ®­îc kÓ ®Õn, tu©n theo cïng c¸ch dÉn xuÊt nh­ ph­¬ng tr×nh (103) ®èi víi vÊn ®Ò liªn kÕt vËn tèc ch×m l¾ng cña h¹t qua nh÷ng chÊt l¬ löng dÇy ®Æc. TÊt c¶ c¸c ph­¬ng ph¸p cho ta sù t¨ng m¹nh cña ®é thÊm phi thø nguyªn Kp/d2 theo ®é xèp  (xem h×nh 7), nh­ng kh¸c nhau 2 lÇn gi÷a nh÷ng ph­¬ng ph¸p. Ph­¬ng tr×nh cña Engelund (1953) ®­îc sö dông réng r·i. Tuy nhiªn, d÷ liÖu ®èi víi c¸t theo Wallingford vµ Sleath HR (1970) cho thÊy gi¸ trÞ cña Kp/d2 t­¬ng ®èi kh«ng ®æi, trung b×nh kho¶ng 1,1 x 10-3. Nh­ vËy, nÕu cã sai lÖch nµo ®ã vÒ gi¸ trÞ cña  ®Ó sö dông trong mét nghiªn cøu ®Æc biÖt, th× sù lùa chän an toµn h¬n lµ sö dông c«ng thøc sau ®©y, thÝch hîp víi nh÷ng h¹t nhá h¬n 1- 2 mm: KP = 0,0011d2 . (16) Nh÷ng biÓu thøc ®èi víi KI, aI vµ ap cã thÓ dÉn xuÊt tõ ph­¬ng tr×nh (16) nhê sö dông nh÷ng chuyÓn ®æi cho tr­íc ®ã. §é thÊm còng biÕn ®æi theo h×nh d¹ng h¹t, ®é nÐn vµ ®Þnh h­íng, vµ ph©n bè kÝch th­íc h¹t cña chóng. C¸c biÓu thøc cho trong b¶ng 6 vµ ®­îc vÏ trªn h×nh 7 dùa trªn c¸c gi¸ trÞ trung b×nh lÊy tõ ph¹m vi ®­îc c«ng bè bëi nhiÒu t¸c gi¶ (biÕn thiªn quan tr¾c ®­îc nãi chung trong kho¶ng 2 lÇn) vµ ®èi víi kÝch th­íc h¹t ®ång ®Òu. §èi víi trÇm tÝch hçn hîp d ®­îc thay b»ng d15 (Koenders vµ Den Adel), hoÆc ®­êng kÝnh h×nh cÇu t­¬ng ®­¬ng (Engelund, 1953). 49
  14. Nh÷ng ®iÒu nãi trªn ¸p dông cho dßng ch¶y æn ®Þnh. Trong dßng ch¶y dao ®éng, mét sè h¹ng bæ sung tû lÖ víi gia tèc chÊt láng ®­îc thªm vµo ph­¬ng tr×nh Forchheimer (13). §iÒu nµy quan träng ®èi víi c¸c kÝch th­íc h¹t lín h¬n 10mm. Th¶o luËn ®Çy ®ñ vÒ c¸c hiÖu øng nµy ®­îc Van Gent (1993) ®­a ra. §èi víi c¸c h¹t nhá h¬n kho¶ng 10mm, ph­¬ng tr×nh (14) cã thÓ sö dông ë d¹ng tùa æn ®Þnh cho dßng ch¶y dao ®éng. H×nh 7. §é thÊm theo ®é xèp §é thÊm rÊt quan träng trong c¸c øng dông sau ®©y: - t¾t dÇn n¨ng l­îng sãng, do n­íc cã ®é nhít ch¶y qua ®¸y (vÝ dô xem Sleath, 1970). - sù cuèn theo trÇm tÝch do sãng, v× viÖc b¬m n­íc vµo ra ®¸y sÏ lµm t¨ng vµ gi¶m t­¬ng ®èi träng l­îng hiÖu qu¶ cña h¹t - sù æn ®Þnh b·i do tiªu n­íc nh©n t¹o - lan truyÒn chÊt « nhiÔm vµo vµ ra ®¸y - thÊm qua b·i cuéi sái 50
  15. - sù æn ®Þnh cña c¸c ®ª ch¾n sãng b»ng ®¸ ®æ vµ c¸c c«ng tr×nh cøng ho¸ b»ng ®¸. Dßng ch¶y h­íng lªn cña n­íc qua mét ®¸y c¸t sö dông mét lùc ma s¸t h­íng lªn t¸c ®éng trªn c¸c h¹t, øng víi søc c¶n ®ang kiÓm so¸t dßng thÊm. NÕu lùc nµy lín h¬n träng l­îng ®Èy næi cña h¹t, ®¸y bÞ láng ho¸. Träng l­îng h¹t kh«ng cßn ®­îc hç trî bëi viÖc n»m trªn nh÷ng h¹t kh¸c, mµ bëi c¸c lùc chÊt láng, vµ ®¸y thÓ hiÖn nh­ mét chÊt láng, ®Ó mét vËt nÆng ®Æt trªn ®¸y ch×m xuyªn qua nã. Gradien ¸p suÊt th¼ng ®øng tèi thiÓu cÇn thiÕt ®Ó ®¹t ®­îc sù láng ho¸ ®¬n gi¶n lµ c©n b»ng víi träng l­îng cña h¹t:  dp     g   s   1    . (17)  dz  mf VËn tèc láng ho¸ tèi thiÓu wmf t­¬ng øng cña n­íc ch¶y h­íng lªn trªn cÇn thiÕt ®Ó ®¹t ®­îc sù láng ho¸ lµ:     1/2 (18) 10 , 36 2  1 , 049  4 , 7 D *3 w mf   10 , 36 d víi  = ®é nhít ®éng häc cña n­íc d = ®­êng kÝnh h¹t  = ®é xèp cña ®¸y 1/ 3  g s  1  D*   d  2   g = gia tèc träng tr­êng s = tû lÖ c¸c mËt ®é cña h¹t vµ n­íc. Ph­¬ng tr×nh (18) t­¬ng thÝch víi ph­¬ng tr×nh (14) víi nh÷ng biÓu thøc cña Soulsby cho ap vµ bp ®èi víi ®é thÊm, ph­¬ng tr×nh (103) ®èi víi sù ch×m l¾ng h¹t trong chÊt l¬ löng dµy ®Æc, vµ ph­¬ng tr×nh (102) ®Ó cho h¹t ®¬n lÎ ch×m l¾ng trong n­íc s¹ch. Wen vµ Yu (1966) ®­a ra c«ng thøc sau ®©y, t­¬ng tù vÒ d¹ng víi ph­¬ng tr×nh (18), nh­ng kh«ng bao gåm sù phô thuéc vµo ®é xèp: 33 ,7    1/ 2 2 3  33 , 7 . (19) w mf   0 , 0408 D * d ThÝ nghiÖm t¹i HR Wallingford vÒ sù láng ho¸ cña ®¸y c¸t cho thÊy sù phô thuéc yÕu vµo ®é xèp (t­¬ng tù nh­ kÕt qu¶ ®èi víi ®é thÊm nãi ë trªn), vµ cho mét gi¸ trÞ trung b×nh (thÝch hîp víi h¹t nhá h¬n h¬n 0,8 mm): 2 gd 50 . w mf  5,75  10  4 s  1 (20)  Sù láng ho¸ quan träng trong c¸c khu vùc, n¬i cã dßng ch¶y h­íng lªn tù nhiªn hoÆc nh©n t¹o cña n­íc xuyªn qua ®¸y. Nã cã thÓ g©y ra sù h­ háng th¶m h¹i hoÆc mÊt ®i mét vËt thÓ hoÆc c«ng tr×nh ®Æt trªn ®¸y. Sù láng ho¸ còng cã thÓ ®­îc g©y ra 51
  16. bëi t¸c ®éng sãng, mÆc dÇu nh÷ng c¬ chÕ ch­a hoµn toµn hiÓu ®­îc. øng dông tùa æn ®Þnh cña ph­¬ng tr×nh (17) chØ ra r»ng gradien ¸p suÊt th¼ng ®øng do sãng d­íi t¸c ®éng cña sãng kh«ng ®æ lµ ch­a ®ñ ®Ó g©y ra 'láng ho¸’. Tuy vËy láng ho¸ ®¸y biÓn do sãng ch¾c ch¾n xuÊt hiÖn vµ cã thÓ lµ mét nh©n tè quan träng trong viÖc l­u ®éng trÇm tÝch. Nh÷ng gi¶i thÝch bao gåm: gradien ¸p suÊt cao h¬n d­íi sãng ®æ hoÆc c¸c ®ît sãng ph¶n x¹ hoÆc giao thoa vµ hiÖu øng b¬m cña mét ®ît sãng t¹o nªn nh÷ng gradien ¸p suÊt bªn trong ®¸y. Quy tr×nh 1. NÕu s½n cã mét mÉu chÊt ®¸y, ®o ®é thÊm cña nã b»ng c¸ch sö dông mét thÊm kÕ. §©y lµ mét h×nh trô th¼ng ®øng trong ®ã ®Æt mÉu trÇm tÝch, xuyªn qua ®ã cã thÓ t¹o nªn mét dßng ch¶y h­íng lªn cña n­íc, ®­îc ®o ®¹c vµ kiÓm so¸t nhê sö dông mét thïng chøa cã cét n­íc kh«ng ®æi. Nh÷ng ®Çu ra ¸p lùc cho phÐp ®o ®­îc gradien ¸p suÊt th¼ng ®øng. 2. C¸ch kh¸c, nÕu ®é xèp ®­îc biÕt chÝnh x¸c, sö dông c«ng thøc Engelund tõ b¶ng 6 víi ph­¬ng tr×nh (14) ®Ó tÝnh to¸n thÊm. NÕu yªu cÇu liªn kÕt láng ho¸ víi vËn tèc ch×m l¾ng, h·y sö dông c«ng thøc cña Soulsby thay vµo ®ã. NÕu ®é xèp kh«ng biÕt chÝnh x¸c, sö dông ph­¬ng tr×nh (16). 3. §é láng ho¸ còng cã thÓ ®o ®­îc nhê sö dông mét thÊm kÕ, nÕu s½n cã mÉu ®¸y. Mét träng l­îng nhá ®Æt trªn bÒ mÆt ®¸y sÏ ch×m ngay khi ®¸y ho¸ láng, khi vËn tèc dßng ch¶y dÇn dÇn t¨ng. 4. NÕu kh«ng, tÝnh to¸n gradien ¸p suÊt tõ ph­¬ng tr×nh (17), vµ vËn tèc tèi thiÓu tõ ph­¬ng tr×nh (18), cÇn thiÕt ®Ó s¶n sinh láng ho¸. NÕu ®é xèp kh«ng biÕt, hoÆc kh«ng ch¾c ch¾n, th× sö dông ph­¬ng tr×nh (20). 52
nguon tai.lieu . vn
Toán học Môi trường Vật lý Sinh học Địa Lý Hoá học Nông - Lâm - Ngư Cơ khí - Chế tạo máy Tiếng Anh phổ thông Khoa học ứng dụng Nông - Lâm Kiến thức tổng hợp Giáo dục học Xã hội học