第9章-渗流.pptVIP

第 9 章 渗 流（Seepage Flow） 9.1 概 述 液体在孔隙介质中的流动称为渗流。如地下水运动。 （1）水在土壤中的状态 气态水—以蒸汽状态存在于土壤孔隙中； 薄膜水—以厚度为分子量级的膜包围土壤颗粒； 毛细水—通过毛细作用保持在土壤缝隙中； 重力水—在重力作用下，可在土壤颗粒孔隙中运动。重 力水是渗流理论研究的对象。 （2）渗流模型 由于土壤孔隙的形状、大小及分布等情况极为复杂，详 细确定土壤孔隙中的运动将十分困难。因此，工程中以渗流 微观运动的宏观结果为目的，引入渗流模型来代替实际流动。 渗流模型指在渗流区域（液体与孔隙介质共同占有的空 间）的边界条件保持不变、流量保持不变、流动阻力保持不 变的前提下，略去全部土壤颗粒，认为液体充满渗流区。 若渗流模型中某一过水断面面积（包括渗流区域中的土 壤颗粒截面积与孔隙面积）为ΔA ，通过的实际流量为ΔQ ， 于是渗流模型断面平均速度可表示为 9.2 渗流的达西定律 达西（Darcy） 于1852年通过实验研究，总结出了渗流水 头损失与渗流速度之间的关系，后人称之为达西定律。 取渐变渗流。相距 ds 的两 过流断面测压管水头 H1 与 H2， 水头损失为 9.4 井与井群 井为汲取地下水或向地下排水的集水构筑物。 设置在具有自由水面的潜水层中的井，称为普通井或潜 水井。贯穿整个含水层，井底直达不透水层的称为完整井， 否则为不完整井。 位于两个不透水层之间，且顶面的压强大于大气压的含 水层为承压含水层，设置在其中的井又称为承压井或自流井。 9.4.1 普通完整井 * * （3）渗流的分类 在渗流模型的基础上，按欧拉法，渗流可分为： 恒定渗流与非恒定渗流； 一元、二元、三元渗流； 均匀渗流与非均匀渗流；或渐变渗流与急变渗流； 无压渗流与有压渗流等等。 设一均匀渗流装置，水经过 达西通过实验得出，圆筒内 的渗流量 Q 与渗流模型过水断面 面积 A 及水力坡度 J 成正比，与 土壤的透水性能有关，即 l H1 H2 Q，A 长为 l 的砂滤层后，测压管水头 由 H1 减小为 H2，于是其间的水 力坡度 J 可表示为 或 式中 v —渗流断面平均速度，即渗流模型速度，m/s； k —反映土壤性质的系数，称为渗透系数，m/s。 达西实验是在等直径圆筒内的均质砂质中进行的，属于 上式称为达西定律。鉴于水头损失与流速的一次方关系，上 9.3 地下水的渐变渗流与杜比公式 均匀渗流，断面上各点运动相同，于是上式又可为 式也称为渗流线性定律。 1857年，法国学者杜比（Dupuit）在达西定律的基础上 提出了渐变渗流的渗流定律—杜比公式。 由于是渐变流，两断面间各流线 上各点的水力坡度近似相等，即 根据达西定律 称为杜比公式。 ds H1 H2 长度皆近似于 ds，于是过流断面 渐变渗流过流断面上各点流速或断面平均流速可表示为 取普通完整井，井的半径 后，形成对称于井轴的漏斗形 为 r0，含水层厚度为 H，取水 浸润面。流动为渐变流。 取距井轴为 r，浸润面高 为 z 的圆柱形过水断面，根据 z z r H 杜比公式： h 将 dz = dH 和 dr = -ds 代入，得 渗流量 分离变量，积分 或 得普通完整井浸润线方程 虽然浸润线以取水前的地下水面为渐近线，但从工程角度， 渗流区内存在一个影响半径 R，R 以外的地下水位不受影 影响半径可通过现场抽水试验或经验公式求得。 其中 t 为含水层厚度。 9.4.2 自流完整井 响，即当 r = R 时，z = H 。代入上式得井的产水量： 浸润线方程 产水量 9.4.3 井群 设由n个普通完整井组成的井群，各井的半径、产水量、 得浸润线方程为： 井群指相互影响的联合工作的多个井的组合。 别为 h1、h2…hn，在A点的水头 根据单井的类型，井群也分为潜水井群和承压井群。 到某点的距离分别为 r01、r02…r0n；Q1、 Q2