第四章 地下水运动的基本规律.pptVIP

第 四 章 地 下 水 运 动 的 基 本 规 律 4.1 地 下 水 运 动- 渗 流 运 动 要 素 4.2 饱 水 带 重 力 水 运 动 的 基 本 规 律- 达 西 定 律 4.3 流 网 4.4 饱 水 粘 性 土 中 结 合 水 的 运 动 规 律4.1 地下水运动- 渗流运动要素 一、地下水存在及运动 1. 岩石空隙介质:三种。 2. 地下水在岩石空隙介质中的存在形式:强、弱结合水;毛细水;重 力水。 3. 地下水的运动:除强结合水不能运动之外,其它形式的水都在岩石 颗粒骨架之间的空隙中流动。 4. 实际地下水流运动:1 )岩石空隙的复杂性: a. 空隙大小、形状、连通情况不同,形成大小不等、形状复杂、弯曲 多边的通道。 b. 地下水在空隙中流动的复杂性:流速、流向均不同。二、概化地下水流运动 实 际 水 流 运 动 中 每 一 液 流 质 点 都 处 于 不 同 运 动 状 态 中 , 按 实 际 情 况 在 理 论 和 实 践 方 面 研 究 地 下 水 运 动 规 律 将 遇 到 巨 大 困 难 , 对 实 际 应 用 也 没 有 意 义 。 因 此 , 通 常 根 据 理 论 和 生 产 实 际 需 要 对 地 下 水 流 加 以 简 化 , 既 用 概 化 的 假 想 水 流 代 替 真 实 水 流 进 行 地 下 水 运 动 规 律 研 究 。 1. 假 想 水 流 :1 ) 不 考 虑 水 流 途 径 的 迂 回 曲 折 , 只 考 虑 主 要 流 向 ;2 ) 不 考 虑 岩 层 的 颗 粒 骨 架 , 假 设 地 下 流 场 全 部 空 间 被 水 流 所 充 满 。2. 假 想 水 流 需 要 满 足 的 条 件 :1 ) 同 一 过 水 断 面 , 假 想 水 流 流 量 与 真 实 水 流 相 等 ;2 ) 作 用 于 假 想 水 流 任 一 面 积 上 的 压 力 都 与 真 实 水 流 所 受 压 力 相 等 ;3 ) 在 任 一 体 积 内 , 假 想 水 流 所 受 阻 力 与 真 实 水 流 所 受 阻 力 相 等 。3. 渗 流 : 满 足 上 述 条 件 和 假 设 的 假 想 水 流 称 为 渗 透 水 流 , 简 称 渗 流 。4. 渗 流 场 : 渗 流 所 占 据 的 空 间 。 地下水在岩石空隙中的运动三、渗流运动要素 1. 渗流运动要素:表示渗流特征的物理量,包括:渗透流速(V )、渗 流量(Q )、渗流压强(P )、水头(H )、水力梯度(I )。 2. 稳定流和非稳定流:根据运动要素与时间的关系划分。1 )稳定流:水在渗流场内运动,各个运动要素大小和方向不随时间 改变时,称作稳定流。2 )非稳定流:全部或任何一个运动要素随时间而变化的水流运动, 称作非稳定流。 严格地讲,自然界中地下水都属于非稳定流。但是,为了便于分 析和运算,也可以将某些运动要素变化微小的渗流,近似地看作稳定 流。3. 层流和紊流:根据渗流场内水的运动状态划分。1 )层流:在岩层空隙中渗流时,水的质点作有秩序的、互不混杂的 流动,称作层流运动。如具狭小空隙的岩石(如砂、裂隙不很宽大的 基岩)中流动时,重力水受介质的吸引力较大,水的质点排列较有秩 序,作层流运动2 )紊流:水的质点无秩序地、互相混杂的流动,称为紊流运动。 作紊流动时,水流所受阻力比层流状态大,消耗的能量较多。在 宽大的空隙中(大的溶穴、宽大裂隙 ,水的流速较大时,容易呈紊流 运动。 4. 渗 透 流 速 (V ) 与 实 际 流 速 (u ) 1 ) 过 水 断 面 : 垂 直 于 渗 流 方 向 的 含 水 层 截 面 。 包 括 空 隙 和 颗 粒 骨 架 所 占 的 全 部 空 间 , 其 面 积 用“ ω” 表 示 。 2 ) 实 际 水 流 过 水 面 积 : 只 是 水 流 实 际 流 过 的 扣 除 结 合 水 所 占 据 的 范 围 以 外 的 空 隙 面 积 , 用“ ω′” 表 示 。 a. 过 水 断 面 ω ( 斜 阴 线 部 分 ) ,b. 实 际 过 水 断 面 ω ′ ( 直 阴 线 部 分 ) ω′ ωne ne : 有 效 空 隙 度 。 其 为 重 力 水 流 动 的 空 隙 体 积 ( 不 包 括 结 合 水 占 据 的 空 间 ) 与 岩 石 体 积 之 比 。 显 然 , ne 孔 隙 度n 。 由 于 重 力 释 水 时 空 隙 中 所 保 持 的 除 结 合 水 外 , 还 有 孔 角 毛 细 水 乃 至 悬 挂 毛 细 水 , 因 此 , ne 给 水 度 μ 。 对 于 粘 性 土 , 由 于 空 隙 细 小 , 结 合 水 所 占 比 例 大 ,