第九章渗流(1)

1、渗渗 流流本章纲要：n第一节第一节 概述概述n第二节第二节 渗流的基本定律渗流的基本定律n第三节第三节 地下水的均匀流和非均匀流地下水的均匀流和非均匀流n第四节第四节 集水廊道和井集水廊道和井渗流力学是一门既有较长历史又年轻活跃的科学。从达西定律的出现到现在已过去一个半世纪。20世纪石油工业的崛起极大地推动了渗流力学的发展。随着相关科学技术的发展，如高性能计算机的出现，核磁共振、CT 扫描成像以及其他先进实验方法用于渗流，又将渗流力学大大推进了一步。近年来，随着非线性力学的发展，将分叉、混沌理论以及分形理论用于渗流，其他诸如格气模型的建立等等，更使渗流力学的发展进入一个全新的阶段。水流在固体颗

2、粒空隙中的流动称为渗流，又称地下水运动。水力学所研究的渗流，主要为水在土壤中的流动。本章主要需掌握地下水运动的基本规律； 地下水均匀流和非均匀流的计算方法； 解决集水廊道和井的水力计算问题。 本章重点本章重点达西定律及其应用 本章学习指导本章学习指导第一节第一节 概述概述一、渗流理论的实用意义一、渗流理论的实用意义 灌排工程方面：灌排工程方面：有地下水位的变动、渠道的渗漏损失以及堰、坝和渠道边坡的稳定等方面的问题。 给水方面：给水方面：有水井和集水廊道等集水建筑物的设计计算问题 。 水工建筑物，特别是高水工建筑物，特别是高坝的修建方面坝的修建方面，有坝身的稳定、坝身及坝下的渗漏损失等方面的问题

3、 建筑施工方面，建筑施工方面，需确定围堰或基坑的排水量和水位降落等方面的问题 本章重点：渗流的运动规律以及井和集水廊道的水力计算 二、地下水的形态二、地下水的形态汽态水：汽态水：水蒸汽；附着水和薄膜水：附着水和薄膜水：受分子力作用吸附于土粒表面；毛细水：毛细水：保持在土壤毛细管中的水，受表面张力作用在土隙间运动；重力水：重力水：重力作用下沿土壤孔隙运动的水，渗流运动的主要研究对象。 三、三、渗透性质与岩土分类渗透性质与岩土分类 土壤渗流特性指土壤通过水的能力。与土壤的孔隙大小、形状、分布等有关，还与土壤中水的储量有关。密实程度密实程度孔隙率孔隙率n， n愈大，透水性愈好。愈大，透水性愈好。VV

4、n1060dd均匀程度均匀程度不均匀系数不均匀系数， 愈大，愈不均匀。愈大，愈不均匀。60d10d-占60%重量的土可以通过的筛孔直径。-占10%重量的土可以通过的筛孔直径。V -孔隙体积。V -土体总体积。 n均质土：均质土：渗透性质与空间位置无关。n非均质土：非均质土：渗透性质与空间位置有关。n各向同性土：各向同性土：渗透性质与方向无关，每一点各方向的渗透性能相同。 。n各向异性土：各向异性土：渗透性质与方向有关。 均质土非均质土各向同性土各向异性土本章仅讨论各向同性均质土中的恒定渗流。第二节第二节 渗流的基本定律渗流的基本定律一、一、渗透模型渗透模型 1.渗流特点（1）液体质点轨迹复杂（

5、着眼于总流方向）。）液体质点轨迹复杂（着眼于总流方向）。 （2） ，总水头，总水头 。 （3）渗流为不连续流动，存在无数个不连续点。）渗流为不连续流动，存在无数个不连续点。 02/2gv/PzH由于由于(1)(3)使使渗流研究无法进渗流研究无法进行，故提出渗流行，故提出渗流模型的概念。模型的概念。2.渗流模型渗流模型是假想的渗流区，满足下列条件： 实模QQ实模vv（1）模型的边界条件和实际渗流区相同。 （2）认为模型区域内的土壤不存在，都被水充满。（3）对应点压强相同，阻力相同（水头损失相同）。n法国工程师达西（Henri Darcy)在1852至1855年利用沙质土壤进行了大量实验，得到线性

6、渗流定律。二、二、达西渗流定律达西渗流定律 AQlBC1H2H 渗流实验装置图lhQfJlhvfkJv k为反映土壤透水性能的综合性系数，称为渗透系数。达达西西公公式式由实验发现：Q与 成正比，与hf成正比，与l成反比。试验证明：当 时，达西线性定律是适用的。n对于均匀或渐变渗流，同一断面上各点 相等、H相等、J相等、v 相等。 n故v为均匀分布，则过水断面任一点处： 推广推广/pz dsdHkkJvu裘皮裘皮幼公幼公式式适用范围适用范围适用于层流渗流即水头损失与流速的一次方成正比。具体判别方法：计算雷诺数vdRe 101Re 本章所讨论的是符合达西定律的层流渗流。测定方法：1）经验法：）经验法：查资料或规范。根据土壤粒径、形状、结构、孔隙率，影响流体粘性的温度等参数所组成的经验公式估算。2）室内测定法：）室内测定法：取回天然土样，按达西定律装置测定。 k = QL / ( Ahf