CHƯƠNG 5- NƯỚC DƯỚI ĐẤT
Các dạng tồn tại nước dưới đất
1
Một số tính chất hóa học nước dưới đất
2
1. Nước dạng hơi
2. Nước dạng lỏng
3. Nước dạng rắn
1. Độ PH
2. Độ cứng
3. Độ khoáng hóa
4. Tính ăn mòn
Nội dung
Phân loại nước dưới đất theo điều kiện thế nằm
3
1. Nước trong đới thông khí
2. Nước ngầm
3. Nước áp lực
Biểu diễn kết quả phân tích nước dưới đất
4
1. Dưới dạng trọng lượng Ion
2. Dưới dạng đương lượng Ion
3. Dưới dạng công thức Kurlov
Nội dung
CHƯƠNG 5- NƯỚC DƯỚI ĐẤT
CHƯƠNG 5- NƯỚC DƯỚI ĐẤT
5.1. Các dạng tồn tại nước dưới đất.
Căn cứ vào trạng thái tồn tại mà chia nước
trong đất thành 3 loại: Nước thể hơi, nước thể lỏng
và nước thể rắn.
5.1.1. Nước dạng hơi.

 Nước thể hơi nằm ở phần trên cùng của vỏ quả đất.
 Nó di chuyển từ chỗ có áp suất hơi nước cao đến
chỗ có áp suất hơi nước thấp.
 Nó phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất không khí ở
trong đất.
CHƯƠNG 5- NƯỚC DƯỚI ĐẤT
5.1.2. Nước dạng lỏng.
Các phân tử nước ở thể lỏng có thể hoàn toàn
tự do hoặc chịu tác dụng lực hút của hạt đất. Vì vậy
ta có thể chia nước ở thể lỏng thành 2 loại: Nước
kết hợp và nước tự do.
5.1.2.1. Nước kết hợp.
1) Nước kết hợp bên trong khoáng vật.
a) Nước kết cấu. (Còn gọi là nước kết
hợp)
Tồn tại ở những vị trí nhất định trong
mạng tinh thể của khoáng vật (OH
-
và H
+
)
CHƯƠNG 5- NƯỚC DƯỚI ĐẤT
 Ví dụ như khoáng vật Mika trắng
KAl
2
[AlSi
3
O
10
][OH]

2
.
 Nung nóng 400÷500
0
C thì nước thoát ra và mạng
tinh thể của khoáng vật bị phá hủy và khoáng vật đó
sẽ biến thành khoáng vật khác.
b) Nước kết tinh.
Ở dạng phân tử tham gia vào mạng tinh thể của
khoáng vật ở những vị trí cố định và một số lượng
nhất định.
Nhiệt độ gần 400
0
C nó bị tách ra và mạng tinh thể
của khoáng vật bị phá hủy và biến thành khoáng vật
mới.
Ví dụ như Thạch cao CaSO
4
.2H
2
O.
CHƯƠNG 5- NƯỚC DƯỚI ĐẤT
c) Nước Zeolit.
 Nước Zeolit nằm giữa các mạng tinh thể của
khoáng vật dưới dạng phân tử, lượng nước tham
gia không cố định, phụ thuộc vào độ ẩm của không
khí, lực liên kết yếu.
 Nhiệt độ từ 80÷120
0
C chúng có thể bị tách ra và

không làm thay đổi thành phần khoáng vật.
 Ví dụ như khoáng vật Monmorilonit, Kaolin…
2) Nước kết hợp mặt ngoài.
Nước kết hợp mặt ngoài ảnh hưởng rất lớn
đến tính chất của đất đặc biệt đối với đất loại sét.
Màng nước kết hợp càng dày thì sức ma sát, sức
chống cắt của đất giảm.
CHƯƠNG 5- NƯỚC DƯỚI ĐẤT
Hạt
keo
Yếu
Mạnh
a) Nước kết hợp mạnh.
Nước kết hợp mạnh là nước nằm gần
ngay trên mặt hạt, nó bị hút mạnh nhất vào
mặt khoáng vật, muốn tách nước này ra
phải nung nóng từ 105
0
-110
0
C. Nó không
chịu tác dụng của trọng lực và đóng băng
ở -78
0
C.
b) Nước kết hợp yếu.
Nằm ngoài nước kết hợp mạnh, nó là phần
chủ yếu trong màng nước kết hợp. Càng
xa hạt thì mật độ các phân tử nước càng ít
và các phân tử nước này có thể di chuyển

từ hạt này sang hạt kia (mà không qua
trạng thái bốc hơi). Không chịu tác dụng
của trọng lực và đóng băng ở 0
0
C.
CHƯƠNG 5 - NƯỚC DƯỚI ĐẤT
Sự có mặt của loại nước liên kết vật lý (mặt
ngoài) là cho đất (đất dính) có các tính chất đặc biệt :
trương nở, dính, dẻo, khả năng thấm kém . . .
Trương nở
Giảm kích thước
hiệu quả của lổ
hổng nên làm giảm
khả năng thấm của
đất
5.1.2.2. Nước tự do.
Nước tự do cũng tùy theo vị trí của chúng mà có thể
chịu ảnh hưởng lực hút của hạt đất và của các phân tử nước
trong màng kết hợp trong những điều kiện nhất định.
1) Nước mao dẫn.
Nước mao dẫn là nước quá độ từ nước kết hợp
sang nước trọng lực. Chúng chịu tác dụng của trọng lực đồng
thời vừa chịu lực hút của hạt đất.
Nước mao dẫn di chuyển dưới tác dụng của lực
mao dẫn, tốc độ và chiều cao của cột nước mao dẫn phụ thuộc
và độ lỗ rỗng, kích thước hạt đất đá và thành phần khoáng vật
của đất đá.
Trong địa chất công trình nó làm cho mặt nước
ngầm bị dâng cao. Đất dưới nền công trình bị ướt làm giảm tính
ổn định của nền móng công trình hoặc mặt đường bị biến dạng.

CHƯƠNG 5- NƯỚC DƯỚI ĐẤT
2) Nước trọng lực.
Nước trọng lực là nước vận động dưới tác dụng
của trọng lực. Nước trọng lực có một số đặc điểm:
Có khả năng hòa tan nhưng nó phụ thuộc vào
thành phần hóa học trong nước. Do hiện tượng hòa tan và phân
giải mà gây ra hiện tượng xâm thực ăn mòn đá và các vật liệu xây
dựng.
Có khả năng truyền áp lực thủy tĩnh ngay trong
điều kiện thông thường. Áp lực thủy tĩnh làm giảm trọng lượng
của đá theo định luật Archimet. Nó gây ra lực đẩy nổi dưới công
trình nhất là công trình thủy công.
Có khả năng tác dụng cơ học khi nước vận động
(Áp lực thủy động).
5.1.3. Nước dạng rắn.
Nước thể rắn được hình thành khi nhiệt độ giảm
xuống 0
0
C. Nước trong đất bị đóng băng.
CHƯƠNG 5- NƯỚC DƯỚI ĐẤT
5.2. Một số đặc tính hóa học của nước dưới đất.
5.2.1. Độ PH.
Nước hóa học thuần chất phân ly yếu theo phương trình
sau:
H
2
O  H
+
+ OH
-

 Theo định luật tác dụng khối lượng thì quan hệ giữa
các Ion và phân tử ta có thể viết:
(Hằng số phân ly)
[H
+
] = [OH
-
] = 10
-7


K
OH
OHH



2
 Nồng độ [H
+
] dễ phân tích hơn nên người ta dùng nồng
độ ion [H
+
] để biểu thị tính chất của nước. Nhưng trong thực tế
người ta dùng nồng độ PH để biểu thị nồng độ H
+
trong nước.
(PH = -lg[H
+
]).

CHƯƠNG 5- NƯỚC DƯỚI ĐẤT
Căn cứ vào trị số PH có thể chia nước dưới đất
thành 5 loại:
PH < 5 : Nước có tính axit mạnh.
PH = 5÷7 : Nước có tính axit.
PH = 7 : Nước trung tính.
PH = 7÷9 : Nước có tính Bazơ.
PH > 9 : Nước có tính Bazơ mạnh.
CHƯƠNG 5- NƯỚC DƯỚI ĐẤT
Nước dưới đất có PH thường từ 4÷11, nước có độ PH
nhỏ thường nằm ở gần vùng công nghiệp, nhà máy luyện
kim…Việc xác định độ PH của nước có ý nghĩa quan trọng đối với
kỹ thuật. Chẳng hạn như PH nhỏ ăn mòn bê tông theo phản ứng:
CaCO3 + 2H+ = Ca+ + H2O + CO2 mà thành phần Canxit
(CaCO3) chiếm chủ yếu trong bê tông.
5.2.2. Độ cứng.
 Các cation Ca
2+
và Mg
2+
hòa tan trong nước làm cho nước
có tính cứng.
 Hàm lượng các ion Ca
2+
, Mg
2+
trong nước gọi là độ cứng.
 Nước cứng làm cho xà phòng không sủi bọt vì phản ứng
hóa học: 2NaC
12

H
33
COO + Ca
2+
 Ca(C
17
H
33
COO)
2
+ 2Na
+
.
Tạp chất muối Ca(C
17
H
33
COO)
2
không hòa tan trong nước,
không hòa tan chất bẩn mà còn bám vào bề mặt chất bẩn.
CHƯƠNG 5- NƯỚC DƯỚI ĐẤT
 Tổng độ cứng (độ cứng toàn phần) là toàn bộ hàm
lượng Ca
2+
và Mg
2+
có trong nước.
 Độ cứng tạm thời là hàm lượng Ca
2+

và Mg
2+
kết tủa
khi đun sôi nước.
 Độ cứng vĩnh viễn là hiệu số giữa tổng độ cứng và
độ cứng tạm thời.
Ngoài ra, người ta còn dùng mgđl/l để biểu thị độ cứng,
1mgđl ion Ca
2+
hoặc Mg
2+
bằng 2.8 độ Đức. Dựa vào độ
cứng người ta phân ra:
Phân loại nước dựa vào tổng độ cứng (Alenkin)
Loại nước Độ Đức Mgđl/l
Nước rất mềm < 4.2 < 1.5
Nước mềm 4.2÷8.4 1.5÷3.0
Nước hơi mềm 8.4÷16.8 3.0÷6.0
Nước cứng 16.8÷25.2 6.0÷9.0
Nước rất cứng > 25.2 > 9.0
D
0
= 0.14a + 0.23b.
Trong đó: D
0
tổng độ cứng tính bằng độ
Đức.
a hàm lượng ion Ca
2
+

trong nước (mg/l)
b hàm lượng ion Mg
2
+
trong nước (mg/l)
5.2.3. Độ khoáng hóa.
Độ khoáng hóa của nước dưới đất là tổng các
lượng khoáng chất tìm thấy trong nước (M).
Để xác định độ tổng khoáng hóa, có thể dựa
vào hàm lượng cặn khô sau khi cho nước bốc hơi ở nhiệt độ
105÷110
0
C.
Tùy theo độ khoáng hóa, có thể phân nước
dưới đất thành các loại sau:
Nước siêu nhạt Độ khoáng hóa < 0.2g/l
Nước nhạt Độ khoáng hóa =(0.2÷1.0)g/l
Nước lợ Độ khoáng hóa =(1.0÷3.0)g/l
Nước hơi mặn Độ khoáng hóa =(3.0÷10.0)g/l
Nước mặn Độ khoáng hóa (10.0÷35.0)g/l
Nước muối Độ khoáng hóa > 35.0 g/l
CHƯƠNG 5- NƯỚC DƯỚI ĐẤT
5.2.4. Tính ăn mòn.
5.2.4.1. Ăn mòn rửa trôi.
Do sự hòa tan của Ca(OH)
2
xảy ra mạnh dưới sự
tác dụng của nước mềm (là loại nước có tổng độ cứng từ
1.5÷3.0 mgđl/l) và sau đó cuốn trôi đi làm mất tính dính kết
nội bộ, làm giảm cường độ của đá xi măng.

Khi Ca(OH)2 bị hòa tan 15÷30% thì cường độ của
đá xi măng giảm đến 40÷50%.
5.2.4.2. Ăn mòn cacbonic.
Khi khí CO2 tự do có nồng độ vượt nồng độ khí
CO2 cân bằng thì một lượng khí CO2 sẽ tham gia phản
ứng hòa tan thành phần Canxit có trong bê tông gọi là khí
CO2 ăn mòn theo phản ứng:
CaCO
3
+ H
2
O + CO
2
 Ca
2+
+ 2HCO
3
-
CHƯƠNG 5- NƯỚC DƯỚI ĐẤT
Trong thực tế người ta dùng cường độ ăn mòn
CO
2
để đánh giá mức độ ăn mòn của nước và được
tính theo công thức sau:
a
b
a
I



36
.
0
2
Trong đó: a là hàm lượng khí CO
2
ăn mòn tính bằng mg/l.
b là hàm lượng HCO
3
-
có trong nước tính bằng mg/l.
Khi I>1 Ăn mòn mạnh, phải xử lý; I<1 Ăn mòn yếu có thể bỏ qua.
CHƯƠNG 5- NƯỚC DƯỚI ĐẤT
5.2.4.3. Ăn mòn Axit.
Axit tác dụng với Ca(OH)
2
trong đá xi măng tạo ra
những muối tan (CaCl
2
) và muối tăng thể tích
(CaSO
4
.2H
2
O)
HCl + Ca(OH)
2
= CaCl
2
+ 2H

2
O
H
2
SO
4
+ Ca(OH)
2
= CaSO4.2H
2
O
CHƯƠNG 5- NƯỚC DƯỚI ĐẤT
CHƯƠNG 5- NƯỚC DƯỚI ĐẤT
5.3. Phân loại nước dưới đất theo điều kiện thế nằm.
5.3.1.Nước trong đới thông khí.
5.3.1.1. Nước thổ nhưỡng.
Đới thông khí
Tầng
cách
nước
Nước thổ nhưỡng Nước thượng tầng
Nước không áp
Nước có áp
Nước thổ nhưỡng :
Nước tồn tại trong đới thổ
nhưỡng do sinh vật giữ
lại, nước mao dẫn treo . .
Chất lượng thường
nhiễm bẩn, trữ lượng
không ổn định . . .

5.3.2.2. Nước thượng tầng.
Nước thượng tầng là loại nước chủ yếu có ý nghĩa
quan trọng trong đới thông khí. Nó nằm trên thấu kính cách
nước trong đới thông khí
CHƯƠNG 5- NƯỚC DƯỚI ĐẤT
1
3
2
4
Hình 5.1. Nước thượng tầng và nước ngầm.
1: Nước thượng tầng;2: Thấu kính cách nước.
3: Mực nước ngầm; 4: Tầng cách nước.
CHƯƠNG 5- NƯỚC DƯỚI ĐẤT
5.3.2. Nước ngầm.
MNN
3
2
Næåïc ngáöm
1
Nước ngầm là loại nước trọng lực của tầng bão hòa
nước thứ nhất tính từ mặt đất. Nước ngầm thường là không có
áp, có mặt thoáng tự do, tuy nhiên có thể có áp lực cục bộ.
Hình 5.2. Nước ngầm có mặt thoáng tự do; có khi có áp lựa cục bộ
1: Mặt nước ngầm; Mặt áp lực cục bộ; 3: Thấu kính cách nước.
 Do mặt nước ngầm luôn dao động theo mùa nên
người ta gọi là mặt thoáng tự do. Chúng cũng bị nhiễm bẩn nếu
nguồn cung cấp nhiễm bẩn.
 Trong lỗ khoan thăm dò và khai thác mực nước
ngầm ở độ cao tương ứng với mặt thoáng của nước ngầm.
 Trong xây dựng cần phải biết độ sâu mực nước

ngầm và chọn chiều sâu chôn móng hợp lý. Nếu hố móng phải
cắt ngang mực nước ngầm cần dự đoán trước hiện tượng nước
chảy vào hố móng công trình, ăn mòn vật liệu xây dựng nhất là
vật liệu bê tông và kim loại, gây ra hiện tượng xói ngầm, cát
chảy, khi nước ngầm vận động gây ra hiện tượng xói lỡ các
sườn dốc, bờ kênh.
CHƯƠNG 5- NƯỚC DƯỚI ĐẤT
5.3.2. Nước áp lực.
Nước Actêzi là nước trọng lực nằm kẹp giữa 2
lớp cách thủy ổn định. Nó thường nằm sâu hơn nước ngầm,
lớp cách nước ở phía trên gọi là đỉnh cách nước và lớp cách
nước ở phía dưới gọi là đáy cách nước. Khoảng cách giữa
đỉnh và đáy cách nước được gọi là bề dày tầng chứa nước.

a
b
c
Säng
1
2
3
m
H1
H2
a: Miền cung cấp; b: Miền phân bố áp lực; c:
Miền thoát nước.
1: Mặt áp lực; 2: Đất đá cách nước; 3: Đất đá
chứa nước.
m: Bề dày tầng chứa nước; : Chỉ hướng vận động của nước
CHƯƠNG 5- NƯỚC DƯỚI ĐẤT

 Nước Actêzi khác nước ngầm ở chỗ là có áp lực,
nên khi khoan đào đến tầng chứa nước thì mực nước sẽ
dâng lên trong lỗ khoan cao hơn đỉnh của tầng chứa nước
 Chúng ít bị nhiễm bẩn vì có một lớp cách nước che
phủ ở phía trên.
 Nước có áp thường gây ra hiện tượng bục đáy hố
móng khi thi công, tạo ra áp lực nước ở đáy móng, áp lực
trên vỏ áo các công trình ngầm.
h
m
CHƯƠNG 5- NƯỚC DƯỚI ĐẤT
Để đáy hố móng
không bị phá hoại thì phải
xét đến điều kiện cân bằng:

đ
.m  
n
(h+m)
5.4. Biểu diễn kết quả phân tích nước dưới đất.
5.4.1. Dưới dạng trọng lượng Ion.
 Biểu thị hàm lượng Ion có thật trong nước theo trọng
lượng Ion gam hoặc Ion miligam trong một lít nước. Đơn vị là g/l
hay mg/ l.
 Cách biểu thị này có ưu điểm là cho ta biết trọng lượng
tuyệt đối các Ion trong nước nhưng không thấy được tác dụng
giữa các thành phần hóa học xảy ra trong nước.
5.4.2. Dưới dạng đương lượng Ion.
Phương pháp này biểu diễn hàm lượng Ion theo số gam
đương lượng trong một lít nước.

Phương pháp này khắc phục được nhược điểm của
phương pháp trọng lượng Ion. Vì ta có thể thấy được quan hệ
tác dụng giữa thành phần hóa học trong nước. Chúng tác dụng
với nhau theo đương lượng.
CHƯƠNG 5- NƯỚC DƯỚI ĐẤT