地下水动力学1.2课件.ppt

第一章 渗流理论基础 §1.2 渗流基本定律 1.2.1达西定律（线性渗透定律） 达西定律(1856年)表达式： J = (H1-H2)/L 其中: Q——渗透流量（出口处流量），亦即通过过水断面（砂柱各断面）A的流量，m3/d；volumetric flow rate. K——多孔介质的渗透系数，m/d； A——过水断面面积，m2 ；cross-sectional area of flow. H1、H2——上、下游过水断面的水头，m； L——渗透途径，m)； J——水力梯度，等于两个计算断面之间的水头差除以渗透途径，亦即渗透路径中单位长度上的水头损失。 达西实验装置 达西定律的微分形式： 达西定律的矢量形式： （2）达西公式讨论 达西定律反映了能量转化与守恒。 V与I的一次方成正比；当K一定时，当V增大时，水头差增大，表明单位渗透途径上被转化成热能的机械能损失越多，即V与机械能的损失成正比关系；当V一定时，K越小，水头差越大，即K与机械能的损失成反比关系。 (3) 达西公式适用范围 Re1-10，层流，适用,地下水低速运动，粘滞力占优势； Re10-100，层流，不适用，地下水流速增大，为过渡带，由粘滞力占优势的层流转变为以惯性力占优势的层流运动； Re100，紊流，不适用。 达西定律的下限：地下水在粘性土中运动时存在一个起始水力坡度J0。当时及水力坡度J J0时，几乎不发生运动。 粘性土的渗透规律为：v = k（i -i0） 2 渗透系数、渗透率与导水系数 (1)渗透系数（K）(hydraulic conductivity) V=KI ，当I=1时，V=K，即K在数值上等于渗流速度，具有速度的单位，它又可以称为水力传导系数，反映含水介质对渗流阻力大小的系数。常用单位：m/d，cm/s。 渗透系数是反映岩石透水性的指标，可以根据渗透系数的大小进行岩石透水性分级（表1-1）。 岩土渗透性分级（G5 50287-1999 ） 岩体的结构分类（GB 50287-1999 ） 渗透系数（K）的影响因素： ① 岩石的性质：粒度、成分、颗粒排列、充填状况、裂隙性质及其发育程度等，空隙大小起主导作用； ② 流体的物理性质：容重、粘滞性等。 (2)渗透率（intrinsic permeability） 达西定律可表示为： 式中 ——液体的密度 (density)； g ——重力加速度； ——动力粘度（the dynamic viscosity of the fluid） ； ——测压水头。 渗透率k——描述多孔介质本身的渗透性能的常数，表示介质能使流体通过其本身的性能，它不随渗透液体的物理、力学性质而变化。表征岩层渗透性能的参数；渗透率只取决于岩石的性质，而与液体的性质无关，记为k。单位为cm2或D，1D=9.8697×10-9cm2。 管流公式： ； 缝流公式： 多孔介质： ；裂隙介质： 于是有： 或 达西（D）的定义：当液体的动力粘滞度为0.001Pa·s，压强差为101325Pa的情况下，通过面积为1cm2、长度为1cm岩样的流量为1cm3/s时岩样的渗透率，记为D。 尺度效应是指渗透系数与试验范围有关，随着试验范围的增大而增大的现象，K=K(x)。亦即抽水时间t长、降深s大的群孔抽水试验所得K较抽水时间t短、降深s小的抽水试验所得K大。 (3)导水系数（transmisivity） Q=KMBJ Q=Q/B=KMJ=TJ （1-19） 式中T=KM，称为导水系数，反映含水层出水能力的水文地质参数，其物理意义是水力坡度为1时，通过整个含水层厚度上的单宽流量。 导水系数是定义在一维或二维流中的水文地质参数。 单位：m2/d。 Transmissivity, also Coefficient of Transmissivity (T) — The ability of an aquifer to transmit water. The rate