《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，所以ne很小。对于空隙大的岩层（例如溶穴发育的可溶岩，有宽大裂隙的裂隙岩层）， ne = μ = n。 3）实际流速（ u）：通过实际过水断面ω ′ 时的实际水流速度。 根据水力学公式：V=Q/ ω，Q：通过过水断面的流量。 渗透流速（V）： V=Q/ ω，实际流速（u）： u=Q/ ω ′= Q/ ωne 。根据渗流假设，两者通过同一断面流量相等，因此，比较上述两式得： V=neu 当地下水在粗颗粒或裂隙大的岩层中流动时， V=nu= μu 。 5.渗透压强（p）与测压管高度（hn） 1）渗透压强（p）：指地下水流中的静水压强和动水压强。 注意：地下水还受表面压强—一个大气压强，因此地下水渗透压强是相对压强。 另外：地下水渗透水流缓慢，因此，将地下水渗透压强看成是按静水压强分布的。 2）测压管高度：渗透压强（p）可用水柱高度表示，