第五章包气带水运动4ppt课件

1、Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地质学根底水文地质学根底Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地质学根底水文地质学根底第五章第五章 包气带水的运动包气带水的运动西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院Company Logothemegallery本章内容本章内容 5.1 毛细负压与毛细压力水头毛细负压与毛细压力水头5.2 毛细压力水头的测定方法毛细压力水头的测定方法 5.3 毛细上升高度与速度毛细上升高度与速度5.4 包气带水的下渗运动包气带水的下渗运动5.5 包气带岩石的浸透系数包气带岩石的浸透系数Company

2、 Logothemegalleryv 包气带特点包气带特点复习复习 v 毛细水中：讨论过毛细水中：讨论过 毛细景象、毛细力、毛细水的存在方式毛细景象、毛细力、毛细水的存在方式 v 毛细负压毛细水头，毛细上升高度，毛细上升速度毛细负压毛细水头，毛细上升高度，毛细上升速度 v毛细负压与毛细压力水头毛细负压与毛细压力水头 v液体外表有一个张力相互吸引，好像一个薄薄的膜液面就液体外表有一个张力相互吸引，好像一个薄薄的膜液面就会发生弯曲，当弯曲呈半圆形时会发生弯曲，当弯曲呈半圆形时 细小细小 v弯液面上，外表张力的合力称为毛细力弯液面上，外表张力的合力称为毛细力f v作用在弯液面半圆上，称为毛细压强作用

3、在弯液面半圆上，称为毛细压强 v v )11(21RRsfpcCompany Logothemegalleryv当弯曲液面为半圆时潮湿角当弯曲液面为半圆时潮湿角=0，R1=R2 v v v v v为液体的外表张力系数，为液体的外表张力系数，R1与与R2为弯曲液面为弯曲液面的的2个曲率半径个曲率半径 v毛细压强是有方向的，对液面来说是水，这毛细压强是有方向的，对液面来说是水，这是个负压强是个负压强又称毛细负压又称毛细负压pc v压强转化为水柱高度表示压强转化为水柱高度表示hc v (下面继续引见下面继续引见)直直径径D D4 4R R2 2) )R R1 1R R1 1( (p p2 21 1c

4、 cCompany Logothemegalleryv压强转化为水柱高度表示压强转化为水柱高度表示hc v v v v取取 1g/cm3 ; g= 981cm/s2 , =74dyh/cm=7410-3N/m vD毛细管直径用毛细管直径用mm表示表示 vhc毛细压力水头毛细压力水头m又称毛细压头又称毛细压头 D D0 0. .0 03 3w wc cp pg gc cp pc ch hCompany LogothemegalleryHA =0 HB =？ HC =？HA= ZA+hA HB= ZB+hB 毛细压力水头，又称毛细压头毛细压力水头，又称毛细压头Company Logothemega

5、lleryv 在饱水带中用水力学原理：丈量任一点的压力水头在饱水带中用水力学原理：丈量任一点的压力水头用用测压管压力计测压管压力计 HA=ZA+hA v 在包气带中测负压：张力计在包气带中测负压：张力计tensionmeter v 前端装上多孔陶瓷头捧；插入土中；张力计管中充溢前端装上多孔陶瓷头捧；插入土中；张力计管中充溢了水，在非饱和土中，空隙中的负压与张力计液面高度平衡了水，在非饱和土中，空隙中的负压与张力计液面高度平衡后，张力计构成的负压与所测点后，张力计构成的负压与所测点B相等时，张力计上的相等时，张力计上的-hBc即为测点的负压即为测点的负压 v 例：例：HB=ZB+hBc=ZB+(

6、-hBc)=HB 图示图示 v 假设测得包气带中假设测得包气带中HBHC，其意义如何与水力学水头概，其意义如何与水力学水头概念一致，水流运动方向为念一致，水流运动方向为BC，入渗水流，入渗水流 v 假设测得包气带中假设测得包气带中HB HC，水流运动方向为，水流运动方向为CB, 水流？水流？Company Logothemegallery水水陶土头陶土头土体土体hcCompany Logothemegallery5.3.1 毛细上升高度与毛细上升速度毛细上升高度与毛细上升速度 毛细压力水头与毛细压强的概念，察看毛细管中水的运动毛细压力水头与毛细压强的概念，察看毛细管中水的运动 1插入水中初始：

7、瞬时辰插入水中初始：瞬时辰 HA=ZA+0 =0 HB=？ HB= ZB+ pc / g HB=ZB+(-hc)= -hc HC=? = ZC+(-hc)=0 2最后：最后：HA = HC 管中水不运动管中水不运动静止液体静止液体 此时毛细管中的最大上升高度此时毛细管中的最大上升高度hc 称为毛细上升高度称为毛细上升高度, 它在数值上等于该管所具有的毛细压力水头值它在数值上等于该管所具有的毛细压力水头值Company LogothemegalleryB O O HA=0 HB=-hC HA= ZA+hA HB= ZB+hB HA=ZA+hA HB=ZB+hB VB= IBK IB= (HA-H

8、B) /LAB = -(ZB -hC) / ZB = hc/ ZB 1 毛细水运动推导毛细水运动推导ZBCompany Logothemegallery5.3.2 毛细上升速度毛细上升速度v 用达西定律分析：水由用达西定律分析：水由 BB 毛细水的运动毛细水的运动 VC = I K v A点水头点水头 ？ HA=ZA+0 =0 v B点水头点水头 ？ v VC =I K v IC= (hc/ZB-1) 假设假设K不变，不变， v 讨论讨论VC，VC= f (IC) v ZB0时，毛细上升刚开场，时，毛细上升刚开场， v hc/ZB I V 很大很大 v ZB 逐渐增大时，逐渐增大时，I变小，上

9、升速度变慢变小，上升速度变慢 v ZBhc 时，时，hc /ZB1，I0 V0, 上升停顿上升停顿 v 毛细水可以上升的最大高度毛细水可以上升的最大高度hmax，就等于该毛细管，就等于该毛细管 v 可以产生的最大毛细压力水头可以产生的最大毛细压力水头hcc ch hB BZ Z) )c ch h( (B BZ ZB BH HCompany Logothemegallery包气带水的下渗运动包气带水的下渗运动 自学自学P48最后两个自然段最后两个自然段P49第一自然第一自然段段 上面讨论的是毛细水上升运动的情况上面讨论的是毛细水上升运动的情况 在毛细力的作用，毛细水向下运动时，情况也是在毛细力的

10、作用，毛细水向下运动时，情况也是一样，请大家试推导一样，请大家试推导 毛细管的毛细压力水头为毛细管的毛细压力水头为hc ，当下渗深度，当下渗深度L小于小于hc时，某点水下渗速度有毛细力作用时，某点水下渗速度有毛细力作用Company Logothemegallery包气带中岩石的浸透系数包气带中岩石的浸透系数K 由于没有完全饱水，水流仅在饱水的空隙中运动，由于没有完全饱水，水流仅在饱水的空隙中运动，因此因此 K包包=f 为土层含水率为土层含水率 包气带中包气带中K不是常数；不是常数； K包小于饱水带中的包小于饱水带中的K； 随含水量增高随含水量增高K包包K 毛细上升特点与空径沿程变化有关：当为

11、层状非毛细上升特点与空径沿程变化有关：当为层状非均质土层时，上升高度？均质土层时，上升高度？ 沿孔隙，呈沿孔隙，呈“腾跃式前进腾跃式前进 吸水时吸水时由毛细上升的土层含水量曲线，土层含由毛细上升的土层含水量曲线，土层含水量较低水量较低 退水时退水时由下渗构成土层含水量曲线，土层含水由下渗构成土层含水量曲线，土层含水量较高量较高Company Logothemegallery包气带中岩石的浸透系数包气带中岩石的浸透系数K 由于没有完全饱水，水流仅在饱水的空隙中运动，由于没有完全饱水，水流仅在饱水的空隙中运动，因此因此 K包包=f 为土层含水率为土层含水率 包气带中包气带中K不是常数；不是常数； K包小于饱水带中的包小于饱水带中的K； 随含水量增高随含水量增高K包包K 毛细上升特点与空径沿程变化有关：当为层状非毛细上升特点与空径沿程变化有关：当为层状非均质土层时，上升高度？均质土层时，上升高度？ 沿孔隙，呈沿孔隙，呈“腾跃式前进腾跃式前进 吸水时吸水时由毛细上升的土层含水量曲线，土层含由毛细上升的土层含水量曲线，土层含水量较低水量较低 退水时退水时由下渗构成土层含水量曲线，土层含水由下渗构成土层含水量曲线，土层含水量较高量较高Company Logothemegallery小结小结包气带水的运动与饱水带的运动