工程流体力学课件 第09章_渗流[2]

1、工程中常见的渗流问题工程中常见的渗流问题1、水流流经挡水建筑物发生渗流；、水流流经挡水建筑物发生渗流；2、水透过水工建筑物地基中的渗流；、水透过水工建筑物地基中的渗流；3、集水建筑物的渗流；、集水建筑物的渗流；4、河渠及水库的渗流。、河渠及水库的渗流。环境工程中常见的渗流问题环境工程中常见的渗流问题地表水渗入地下水地表水渗入地下水垃圾渗滤液垃圾渗滤液本章研究的是以地下水流为代表的渗流运动规律及在本章研究的是以地下水流为代表的渗流运动规律及在工程中的应用。工程中的应用。地表水渗入地下水地表水渗入地下水垃圾渗滤液v定义：是由生活垃圾填埋作业后沥出，或垃圾分解以及降水进入填埋场而形成的一种高浓度的有

2、机废水v特点：成份复杂，初始浓度COD达1000050000mg/L ；可生化性差；水质和水量波动性大。v常用的处理方法v( 1 ）生物处理法：好氧生物处理法（活性污泥法、曝气氧化塘法和生物膜法）、厌氧生物处理法（普通厌氧硝化、两相厌氧硝化、厌氧滤池、上流式厌氧污泥床（UASB ）、厌氧复合床（UASBF ） ）和厌氧-好氧组合处理（ SBR 法、AB 法、厌氧池SBR 法、厌氧池活性污泥法、厌氧/好氧生物床） v( 2 ）物理化学处理法（混凝沉淀法、化学氧化法、吸附法和膜分离法）v( 3 ）冰地处理法包括循环回灌法和土壤植物处理系统。v挑战：如何降低居高不下的渗滤液处理成本；如何提高处理效率

3、的问题。v（据有关资料统计，要使渗滤液处理达到一级国家排放标准，吨处理费用至少在50100元以上。） 排放标准方案比较方案比较西班牙Vall den Joan垃圾填埋场垃圾填埋场景观 遵义垃圾垃圾卫生填埋场填埋场 填埋场填埋场 防渗膜垃圾填埋场的大坑颇为“壮观”，远处的高楼就是“夏朵小城”v(一一) 渗滤液的定义渗滤液的定义v渗滤液是指降水、废弃物自身含水及废物分解产生的水分和液体等在填埋场中产生重力流渗滤液是指降水、废弃物自身含水及废物分解产生的水分和液体等在填埋场中产生重力流动并在固体废弃物中冲淋浸泡所产生的液体的总和。动并在固体废弃物中冲淋浸泡所产生的液体的总和。v(二二) 渗滤液的来源

4、渗滤液的来源 1.自然降水 2.废物中的水分 3.地表径流 4.有机物分解生成水 5.地下水v(三）控制渗滤液产生量的工程措施三）控制渗滤液产生量的工程措施 1 入场垃圾含水率控制 填埋过程中随填埋废物带入的水分，相当部分会在废物填埋压实过程中沥渗出来，其量展相当大的比例。通过入场前的废物压实、破碎和分选以保证垃圾含水率30% 。 2 控制地表水渗入 地表水渗入是渗滤液的主要来源。消除或者减少地表水的渗入量是填埋场设计的最为重要的方面。主要是对降雨的有效控制，可以减少填埋场渗滤液的产生量。可供选用的控制设施有雨水流路、雨水沟、涵洞、雨水储存塘等。 3 控制地下水渗入 （1）设置隔离层法 通过低

5、渗透率材料的隔离作用防止地下水进入填埋区。一般的防渗材料从下到上以此为粘土层、卵石滤层和土工布。 （2）设置地下水排水管法。 （3）抽取地下水法。 主要内容v9-1 渗流的基本概念渗流的基本概念v9-2 渗流基本定律渗流基本定律v9-3 恒定均匀渗流和非均匀渐变渗流恒定均匀渗流和非均匀渐变渗流 v9-4 均匀渐变渗流的浸润曲线均匀渐变渗流的浸润曲线v9-5 井的渗流井的渗流第一节第一节 渗流的基本概念渗流的基本概念定义：流体在孔隙介质中的流动称为渗流。定义：流体在孔隙介质中的流动称为渗流。孔隙介质包括了多孔介质和裂隙介质，这孔隙介质包括了多孔介质和裂隙介质，这类介质有土壤、堆石和具有较多孔隙的

6、岩类介质有土壤、堆石和具有较多孔隙的岩层等。当流体是水，孔隙介质是土壤或岩层等。当流体是水，孔隙介质是土壤或岩石时的渗流称为地下水流。石时的渗流称为地下水流。VVnh 土壤颗粒的均匀程度用土壤颗粒的均匀程度用土壤的不均匀系数土壤的不均匀系数表示，即表示，即 （2 2）d d6060土壤经过筛分后，占土壤经过筛分后，占60%60%重量的土粒所能通过的筛孔直径重量的土粒所能通过的筛孔直径d d1010土壤经过筛分后，占土壤经过筛分后，占10%10%重量的土粒所能通过的筛孔直径重量的土粒所能通过的筛孔直径 通常大于通常大于1 1，越大，土壤颗粒越不均匀，土壤透水能力越差。越大，土壤颗粒越不均匀，土壤

7、透水能力越差。均匀颗粒组成的土壤，均匀颗粒组成的土壤，=1=1，其透水能力强于不均匀土壤。，其透水能力强于不均匀土壤。 实际土壤的孔隙形状和分布相当复杂，根据渗流特性将土壤分实际土壤的孔隙形状和分布相当复杂，根据渗流特性将土壤分类：类： 严格来说，天然土壤都是各向异性，在实际处理问题时，将渗严格来说，天然土壤都是各向异性，在实际处理问题时，将渗流地区各处土壤的级配基本接近，各方向透水性能基本相同的土壤流地区各处土壤的级配基本接近，各方向透水性能基本相同的土壤作为各向同性土壤。本章只讨论各向同性均匀土壤的渗流问题。作为各向同性土壤。本章只讨论各向同性均匀土壤的渗流问题。1060dd向向不不同同土

8、土壤壤的的渗渗流流特特性性各各个个方方各各向向异异性性土土壤壤向向相相同同土土壤壤的的渗渗流流特特性性各各个个方方各各向向同同性性土土壤壤透水性透水性（1）均质土）均质土/非均质土：土的渗流特性各处相同，不随空间位置而变化，非均质土：土的渗流特性各处相同，不随空间位置而变化，称为均质土，反之为非均质土。称为均质土，反之为非均质土。（2）各向同性土）各向同性土/各向异性土：透水性能在各个方向均相同的土为各向各向异性土：透水性能在各个方向均相同的土为各向同性土，反之为各向异性土。同性土，反之为各向异性土。容水度：土壤能容纳的最大水体积与土壤总体积之比。容水度：土壤能容纳的最大水体积与土壤总体积之比

9、。持水度：在重力作用下仍能保持的水体积与土壤的总体积持水度：在重力作用下仍能保持的水体积与土壤的总体积之比。之比。给水度：在重力作用下土壤能释放出来的水体积与土壤总给水度：在重力作用下土壤能释放出来的水体积与土壤总体积之比。体积之比。AQ AQUAA AnA nUAnQAQUUU 第二节第二节 渗流的基本定律渗流的基本定律达西定律达西定律一、达西定律一、达西定律1、达西实验、达西实验（1）实验装置）实验装置（2）实验结果）实验结果 2、达西定律、达西定律 K渗透系数，反映土的透水性质的比例系数，渗透渗透系数，反映土的透水性质的比例系数，渗透系数与流速的量纲一样。系数与流速的量纲一样。kJALh

10、kAQwKJv 3、达西公式的推广、达西公式的推广渗流流场中任意点的渗流流速渗流流场中任意点的渗流流速二、达西定律的适用范围二、达西定律的适用范围1、达西定律仅适用于层流渗流（因为层流时水头损失与流、达西定律仅适用于层流渗流（因为层流时水头损失与流速的一次方成正比）。水利工程中的渗流除堆石坝、堆石速的一次方成正比）。水利工程中的渗流除堆石坝、堆石排水体等大空隙介质的渗流为紊流外，大多为属于层流渗排水体等大空隙介质的渗流为紊流外，大多为属于层流渗流流2、有的学者曾提出以粒径（、有的学者曾提出以粒径（0.013.0mm）或雷诺数）或雷诺数(Re0）地下河槽中的浸润曲线）地下河槽中的浸润曲线 在正坡

11、地下河槽中的浸润曲线：因有均匀流产生，流量可用均匀流流量代替，即：)(0dsdhikAkiA)1 (0AAidsdha区： 0hh 0AA 则：dh/ds0，为壅水曲线。 上游端： 0hh 0AA，所以上游端以N-N线为渐进线。 下游端： hA，所以下游端以水平线为渐进线。0hh 0AAb区：，则：dh/ds0，为降水曲线。 0hh 0AA上游端：，则：dh/ds，所以上游端以N-N线为渐进线。 0h0A 下游端：则：dh/ds，所以下游端有与槽底成正交的趋势。02、浸润曲线方程对矩形河槽：0/hhdhdh0)11 (0 idsdh积分得：)11lg3 . 2()11ln(1212012120

12、ihihs二、平坡（二、平坡（i=0）地下河槽中的浸润曲线）地下河槽中的浸润曲线 1、浸润曲线定性分析i=0，则： dsdhkAQ有唯一浸润曲线，dh/ds0, 所以水平地下河槽中浸润曲线是降水曲线。 0h0A下游端：则：dh/ds，所以下游端有与槽底成正交的趋势。上游端：视实际边界条件而定，在极限情况下，以水平线为渐进线。 2、浸润曲线方程对矩形河槽： )(212221hhkqs三、逆坡（三、逆坡（i0）地下河槽中的浸润曲线）地下河槽中的浸润曲线1、浸润曲线定性分析有唯一浸润曲线，dh/ds0, 所以逆坡地下河槽中浸润曲线是降水曲线。0h0A下游端：则：dh/ds，所以下游端有与槽底成正交的趋势。hi上游端：视实际边界条件而定，在极限情况下，时，dh/ds，以水平线为渐进线。2、浸润曲线方程1221011lg3 . 2hsi第五节第五节 井的渗流井的渗流一、井的渗流一、井的渗流完全井：井底直达不透水层的井；不完全井：井底没有达到不透水