第3章 地下水的运动幻灯片.pptVIP

粘性土渗透流速V与水力梯度I主要存在三种关系： (1)V—I关系为通过原点的直线，服从达西定律； (2) V—I曲线不通过原点，水力梯度小于某一值I0时无渗透；大于I0时，起初为一向I轴凸出的曲线，然后转为直线； (3)V—I曲线通过原点，I小时曲线向I轴凸出，I 大时为直线。 一、结合水运动基本规律 罗查公式 v=K(I-I0) 式中 I0——起始水力坡度：克服结合水抗剪强度，使之发生流动所具有的水力坡度。 二、结合水抗剪强度的分布 I0也是克服结合水抗剪强度的水力坡度 距颗粒表面越大，抗剪强度越大。 土柆大小、形态、矿物成分（见图3-16）、水的PH值、水中的离子成分浓度、水的温度等因素有关。 水力坡度越大，抗剪强度增加。 实际发生渗透的那部分孔隙称为“渗孔”，其平均直径D0渗孔径。 渗孔体积占岩土体积的百分比称为“渗孔率”（有效孔隙率） 二、结合水抗剪强度的分布 结合水含量主要取决于固体表面的吸附能力，而吸附能力与岩石的比表面积或分散度有关。 粘性土颗粒越大，有效孔隙直径D0越大，起始水力坡度I0越小，渗透系数K值越大。 式中d — 颗粒半径 粘土吸附结合水可达岩土总体积的18%~45%； 砂土含量仅为0.5%~2% 三、结合水运动与越流渗透 A点向B点垂向渗透，粘性土层厚L，A、B点水头分别为H1、H2，渗透系数为K；则 式中(H1-H2)/L=I； II0时，v=0，不发生渗透； II0时，v0，即产生渗透 第三节 包气带水的运动规律 将细小的玻璃管插入水中，水会在管中上升到一定高度才停止，这便是固、液，气三相界面上产生的毛细现象。 毛细现象的产生，与表面张力有关。 一、毛细水运动 半圆球状凸形弯液面产生的附加表面压力 因此，此时弯液面下的液体实 际承受到的表面压力(实际表 面压力)P=Pc+Pa，此中Pc 为大气压力。 设想切取—个半径为R的半圆球形液面；显然，在此液面的圆周状边线上都存在着指向液层内部的表面张力：其合力为a·2πR，垂直于面积为πR 2的投影圆面。由此，表面张力所引起的附加表面压力Pa为： 实际上，任何形状的弯液面所产生的附加表面压力Pa都可以用拉普拉斯方程式表示： 当液面为凸形时，附加表面压力是正的。此时，实际表面压力P＝Pc+Pa；如液面为凹形时，附加表面压力是负的；故实际表面压力P＝Pc—Pa。平的液面，不产生附加表面压力，故实际表面压力P＝Pc。 两个玻璃圆球保持一定间隙，然后向此间隙滴水，可看到两个圆球接触处形成孔角毛细水，并立即贴紧。 分离的圆球因滴水形成孔角毛细水而贴紧 (1) 附加表面压力 当R1=R2=r 时(r — 毛细管半径) ， Pa=2a/r或 将Pa换算为以m为单位的水柱高度，以Po表示 Po=Pa/(ρg)=4a/(ρgD)≈0.03/D Po —毛细力；D—毛细管直径 (2)最大毛细上升高度ho ho=Po≈0.03/D 1. 毛细管现象 如将砂柱换以粘性土土柱，服从于下式： 当L较小时，I远大于I0，毛细上升快。随着L加大，I变小，愈接近I0，则毛细上升变慢。毛细上升达到一定高度时，I＝I0，即： 毛细上升停止。此时L＝h0，将代入上式得 2. 包气带中的毛细水运动 粘性土中，最大毛细上升高度h0与以水柱高度表示的毛细力P0，在数值上不等，h0P0。颗粒愈粗，I0愈小，h0则愈接近于P0。若I0＝0，则上式变为h0＝P0，与砂性土一致。 实际观测表明，砂土的较小，一般为0.5~l米，粉质亚砂土、粉土的h0大，一般为2～3米，个别可达3～4米。这一部分松散岩石，或者由于不存在I0 (如砂土)，或者I0很小，故均符合“颗粒愈细，孔隙愈小，h0也愈大”这一规律。 包气带水分分布及其运动特征：包气带中水分的运移是一个涉及岩土颗粒、空气和水分三相体系的复杂过程，并受着重力、毛细力、分子吸附力、溶质渗透力及空气压力的综合控制。 2. 包气带中的毛细水运动 影响地下水入渗与蒸发过程、地下水面形状及水流方向和速度 3. 毛细水运动的水文地质意义 导致污染渗流模式复杂化、污染扩展范围增大 3. 毛细水运动的水文地质意义 饱水带 总水头 H=Z+h 式中Z — 位置水头 h — 压力水头 包气带 任一点水头 H=Z-hc 式中hc — 毛细水头 毛细水头hc=h(θ) 二、包气带水分的分布及其运