川大水力学课件15渗流

第15章

渗流

流体在孔隙介质中的流动称为渗流。常见的渗流问题有以下几方面：

1、经过挡水建筑物的渗流

2、水工建筑物地基中的渗流

3、集水建筑物的渗流

4、水库及河渠的渗流15.1渗流的基本概念水在土中的存在形式

水在土中有以下几种存在形式：汽态水、吸着水、薄膜水、毛细水、重力水。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。土的渗流特性孔隙率：土的不均匀系数：

渗流模型

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。这样就可以把研究水力学的理论和方法应用到渗流中。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：

式中：为通过微小过水断面的渗流流量；为包括土粒骨架所占横截面积在内的假想过水面积。很显然，真实的过水面积比小。若土系均质土，其孔隙率为n

，真实的过水面积应为n

，故通过该断面孔隙内的真实流速应为

以渗流模型取代真实的渗流，必须遵守以下几个原则：

(1)通过渗流模型的流量必须和实际渗流的流量相等。

(2)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力相等。

(3)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。渗流类型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，有压渗流和无压渗流等等。15.2渗流的基本定律－达西定律达西定律式中：k

为反映土的透水性质的比例系数，称为渗透系数。渗透系数具有流速的量纲。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土的性质有关，此即为著名的达西定律。达西实验装置

若渗流的水力坡度J以微分形式表示，则，H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，所以总水头H可用测压管水头来代替。即由此可知均匀渗流断面平均流速为则渗流场中任意点流速为图15.3

达西定律的适用条件

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，由此可见达西定律只能适用于层流渗流。渗透系数

渗透系数k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：

1、经验法

2、室内测定法

3、野外测定法15.3地下河槽中恒定均匀渗流和非均匀渐变渗流地下河槽中的均匀渗流按照达西定律，断面平均流速为通过过水断面的渗流流量为通过地下河槽的单宽流量则为

地下河槽中非均匀渐变渗流的基本公式－杜比（J.Dupuit）公式微小流束的A点处流速1-1断面平均流速上式就是著名的杜比公式，系法国学者杜比于1857年首先推导出来。

杜比公式表明，在渐变渗流中，过水断面上各点的流速相等，等于端面平均流速。但不同过水断面上的流速大小则是不相等的。15.4棱柱体地下河槽中恒定渐变渗流的浸润曲线基本微分方程式

1-1断面和2-2断面间测压管水头差为故在微分流段内平均水力坡度为根据杜比公式，断面平均流速为渗流流量为

正坡（i>0）地下河槽中浸润曲线

平底（i=0）地下河槽中浸润曲线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。

逆坡（i>0）地下河槽中浸润曲线

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。15.5普通井及井群的计算普通井：在地表的无压透水层中所开掘的井。普通完全井：井底直达不透水层的普通井。不完全井：井底没有达到不透水层的普通井。普通完全井浸润线计算公式恒定最大供水流量为影响半径R15.8用流网法求解平面渗流平面有压渗流流网的绘制利用流网进行渗流计算1、渗流流速的计算所求网格处的渗流流速为2、渗流流量的计算