液体在孔隙介质中的流动称为渗流孔隙介质包括土壤

1、第九章第九章 渗流渗流水利工程中常见的渗流问题有以下水利工程中常见的渗流问题有以下几方面：几方面： 1.1.经过挡水建筑物的渗流经过挡水建筑物的渗流 2.2.水工建筑物地基中的渗流水工建筑物地基中的渗流渗流渗流第一节第一节 土壤渗透特性与渗流模型土壤渗透特性与渗流模型 3. 3.集水建筑物的渗流集水建筑物的渗流 4.4.水库及河渠的渗流水库及河渠的渗流一一. .土壤的水力特性土壤的水力特性 1. 1.透水性：是指透水性：是指土壤允许水透过的性能，土壤允许水透过的性能，取决于孔隙的大小、取决于孔隙的大小、数目、形状及分布。数目、形状及分布。 Wn 分别表示分别表示土体孔隙体积土体孔隙体积和土体总

2、体积和土体总体积渗流渗流 均质土壤：是指各处的透水性都一样均质土壤：是指各处的透水性都一样的土壤；反之称为非均质土壤。的土壤；反之称为非均质土壤。 各向同性土壤：是指土壤内任一点各向同性土壤：是指土壤内任一点处各个方向的透水性相同时的土壤；否则处各个方向的透水性相同时的土壤；否则为各向异性土壤。为各向异性土壤。 2.2.容水度：是指土壤能容纳的最大水容水度：是指土壤能容纳的最大水体积和土壤总体积之比。孔隙度越大，土体积和土壤总体积之比。孔隙度越大，土壤的容水性越好。壤的容水性越好。 3.3.持水度：是指在重力作用下土壤仍持水度：是指在重力作用下土壤仍能保持的水体积与土壤总体积之比。土壤能保持的

3、水体积与土壤总体积之比。土壤颗粒越细、持水度越大。颗粒越细、持水度越大。渗流渗流 4. 4.给水度：是指在重力作用下土壤能释给水度：是指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。放出来的水体积与土壤总体积之比。 给水度数值给水度数值= =容水度容水度- -持水度持水度二二. .水在土壤中的状态水在土壤中的状态 水在土中有水在土中有以下几种存在形以下几种存在形式：汽态水、附式：汽态水、附着水、薄膜水、着水、薄膜水、毛细水、重力水。毛细水、重力水。渗流渗流 重力水：是指重力作用下在土壤孔隙中重力水：是指重力作用下在土壤孔隙中运动的水，它在工程实践中具有重要意义。运动的水，它在工程实践中具

4、有重要意义。 毛细水：是由于表面张力作用产生毛细毛细水：是由于表面张力作用产生毛细管现象而存在与土壤孔隙中。管现象而存在与土壤孔隙中。 薄膜水和附着水也称结合水，数量极少，薄膜水和附着水也称结合水，数量极少，一般不考虑。一般不考虑。 气态水：以水蒸气的形式存在于土壤孔气态水：以水蒸气的形式存在于土壤孔隙中，数量极微，不考虑。隙中，数量极微，不考虑。 主要研究的是重力水的渗流规律。主要研究的是重力水的渗流规律。渗流渗流三三. .渗流模型渗流模型 所谓渗流模型，乃认为渗流是充满了所谓渗流模型，乃认为渗流是充满了整个孔隙介质区域的连续水流，包括土粒整个孔隙介质区域的连续水流，包括土粒骨架所占据的空间

5、在内，均由水所充满，骨架所占据的空间在内，均由水所充满，似乎无土粒存在一样。渗流模型的实质在似乎无土粒存在一样。渗流模型的实质在于，把实际上并不充满全部空间的液体运于，把实际上并不充满全部空间的液体运动，看作是连续空间内的连续介质运动。动，看作是连续空间内的连续介质运动。 这样就可以把研究水力学的理论和方这样就可以把研究水力学的理论和方法应用到渗流中。法应用到渗流中。渗流渗流 根据渗流模型的概念，某一微小根据渗流模型的概念，某一微小过水断面上的渗流流速定义为：过水断面上的渗流流速定义为：AQuQun A 以渗流模型取代真实的渗流，必须以渗流模型取代真实的渗流，必须遵守以下几个原则：遵守以下几个

6、原则： (1)(1)通过渗流模型的流量必须和实通过渗流模型的流量必须和实际渗流的流量相等。际渗流的流量相等。渗流渗流 (2) (2) 对某一确定的作用面，从渗流模型对某一确定的作用面，从渗流模型所得出的动水压力，当和真实渗流的动水压所得出的动水压力，当和真实渗流的动水压力相等。力相等。 (3)(3)渗流模型的阻力和实际渗流应当相渗流模型的阻力和实际渗流应当相等，也就是说水头损失应当相等。等，也就是说水头损失应当相等。 恒定渗流及非恒定渗流，均匀渗流及恒定渗流及非恒定渗流，均匀渗流及非均匀渗流，渐变渗流及急变渗流，有压非均匀渗流，渐变渗流及急变渗流，有压渗流和无压渗流等等。渗流和无压渗流等等。渗

7、流渗流第二节第二节 渗流的基本规律渗流的基本规律达西定律达西定律kJALhkAQw式中：式中：k k 为反映土为反映土的透水性质的比例的透水性质的比例系数。系数。 达西公式表明在均质孔隙介质中渗达西公式表明在均质孔隙介质中渗流流速与水力坡度的一次方成比例并与流流速与水力坡度的一次方成比例并与土的性质有关，此即为著名的达西定律。土的性质有关，此即为著名的达西定律。1.1.基本公式基本公式渗流渗流若渗流的水力坡度若渗流的水力坡度 J J 以微分形式表示，以微分形式表示，dsdHJH H 为渗流的总水头。由于一般渗流为渗流的总水头。由于一般渗流流速很小，其流速水头可以不计，流速很小，其流速水头可以不

8、计，所以总水头所以总水头H H可用测压管水头来代可用测压管水头来代替。即替。即gpzH 由此可知均匀渗流断面平均流速为由此可知均匀渗流断面平均流速为dsdHk则渗流场中任意点流速则渗流场中任意点流速为为dsdHku渗流渗流 水头损失和流速一次方成比例，乃水头损失和流速一次方成比例，乃是液体作层流运动所遵循的规律，由此是液体作层流运动所遵循的规律，由此可见达西定律只能适用于层流渗流。可见达西定律只能适用于层流渗流。2.2.达西公式适用条件达西公式适用条件3.3.渗透系数渗透系数 渗透系数渗透系数k k值是反映土的渗流特性的值是反映土的渗流特性的一个综合指标，常用以下几种方法：一个综合指标，常用以

9、下几种方法： 1 1、经验法、经验法 2 2、室内测定法、室内测定法 3 3、野外测定法、野外测定法渗流渗流第三节第三节 地下明槽中的恒定渗流地下明槽中的恒定渗流一一. .地下明槽中的恒定均匀渗流地下明槽中的恒定均匀渗流ki00QkiAkibh0kihq 渗流渗流二二. .地下明槽中的恒定渐变渗流基本公式地下明槽中的恒定渐变渗流基本公式微小流束的微小流束的A A点处流速点处流速dsdHku1-11-1断面平均流速断面平均流速QdHkJkAds 上式就是著名的杜比公式，系法国学上式就是著名的杜比公式，系法国学者杜比幼于者杜比幼于18571857年首先推导出来。年首先推导出来。渗流渗流 杜比幼公式

10、表明，杜比幼公式表明，在渐变渗流中，过在渐变渗流中，过水断面上各点的流水断面上各点的流速相等，等于断面速相等，等于断面平均流速。但不同平均流速。但不同过水断面上的流速过水断面上的流速大小则是不相等的。大小则是不相等的。 三三. .地下明槽无压渐变渗流的浸润地下明槽无压渐变渗流的浸润线分析线分析基本微分方程式基本微分方程式渗流渗流 1-1 1-1断面和断面和2-22-2断面间测压断面间测压管水头差为管水头差为 dhidsdH 故在微分流段故在微分流段内平均水力坡度为内平均水力坡度为dsdhidsdHJ 根据杜比幼公式根据杜比幼公式，断面平均流速为，断面平均流速为dsdhik渗流渗流渗流流量为渗流

11、流量为dsdhikAQ一一. .正坡（正坡（i i 00）地下河槽中浸润曲线）地下河槽中浸润曲线11lg3 . 212120ihs渗流渗流二二. .平坡（平坡（i i =0=0）地下河槽中浸润曲线）地下河槽中浸润曲线)(212221hhkqs 利用上式可进行平底地下河槽浸利用上式可进行平底地下河槽浸润曲线及其他有关的计算。润曲线及其他有关的计算。渗流渗流三三. .反坡（反坡（i i 0 0）地下河槽中浸润曲线）地下河槽中浸润曲线022112112.3ln1hssi 利用上式可进行逆坡地下河槽浸润曲线利用上式可进行逆坡地下河槽浸润曲线及其他有关的水力计算。及其他有关的水力计算。121200hhh

12、h渗流渗流第四节第四节 集水廊道与井集水廊道与井一一. .集水廊道的集水集水廊道的集水2202qszhk2202k HhqL 集水廊道浸润集水廊道浸润线方程为线方程为 集水廊道一侧集水廊道一侧的单宽流量的单宽流量渗流渗流 例题：如图一建在不透水基底上集水例题：如图一建在不透水基底上集水廊道，今测得该区含水层的厚度廊道，今测得该区含水层的厚度H=7.9mH=7.9m，廊道中的水深廊道中的水深h h0 0=3.5m=3.5m。距廊道边缘距离。距廊道边缘距离l=85ml=85m，廊道的浸润线面接近于地下水天然，廊道的浸润线面接近于地下水天然水面。又已知渗透系数水面。又已知渗透系数k=0.005m/s

13、k=0.005m/s。试求。试求（1 1）渗入廊道的单宽流量；（）渗入廊道的单宽流量；（2 2）距廊道）距廊道边缘边缘10m10m处浸润面的高度。处浸润面的高度。 解：（解：（1 1）利用平坡浸润曲线方程）利用平坡浸润曲线方程2202k HhqL 式中是集水廊道一侧的式中是集水廊道一侧的单宽流量，则单宽流量，则q q=2q=2q渗流渗流1207.93.5hHmhh，221222330.00527.93.5852.95 10.k hhqqLms m （2 2）采用廊道单侧流量，以）采用廊道单侧流量，以1203.510hzhhlm，32202.95101023.54.260.005qlzhmk渗流渗流二二. .井的计算井的计算 普通井：在地普通井：在地