水力学 课件 第10章渗流

第10章渗流1、渗流模型2、达西定律3、恒定无压渗流4、井的渗流本章主要内容：10.1概述定义：流体在多孔介质中的流动称为渗流10.2土壤的分类，渗流模型1.均质土壤与非均质土壤2.各向同性土壤与各向异性土壤3.层状土壤10.2.1土壤的分类10.2.2水在土壤中的形态汽态水附着水薄膜水毛管水重力水研究重力水在土壤中的流动规律10.2.3渗流模型

1、不考虑渗流在土壤孔隙中流动途径的迂回曲折，只考虑渗流的主要流向。2、不考虑土壤颗粒，认为渗流的全部空间均被渗流充满。由于渗流模型把渗流的全部空间看作被水体充满的连续介质，因此对渗流模型可采用连续函数进行分析。假想的渗流模型在水力特性方面和真实渗流一致，渗流模型必须满足：渗流平均流速不等于实际平均流速。10.3达西定律1852--1855年，法国水利工程师达西总结得出渗流水头损失与渗流流速、流量之间的基本关系式称为达西定律。达西定律可写为10.3.1达西定律表达式10.3.2达西定律的适用范围

达西实验是用均匀砂土在均匀渗流条件下进行的。达西定律只适用于层流，具有线性渗流规律。渗流层流、紊流采用雷诺数判别：实验表明，线性渗流雷诺数的变化范围为10.3.3渗流系数及其确定方法渗流系数是综合反映土壤透水能力大小的系数,与土壤及液体的性质有关。渗流系数的确定方法：1.实验室测定法2.现场测定法3.经验公式图表法10.4恒定无压渗流浸润面：无压渗流的自由液面。浸润线：顺流向所作铅垂面与浸润面的交线。u分布为矩形分布，且沿程不变10.4.1恒定无压均匀渗流水深h0沿程不变，断面平均流速v也沿程不变，同时杜比公式与达西定律异同点:1.在形式上相同；2.达西定律适用于均匀流，各断面J

都相同，杜比公式适用于渐变渗流，不同断面的J不同。10.4.2

恒定无压渐变渗流的一般公式---杜比公式10.4.3恒定无压渐变渗流的微分方程无压渐变渗流的微分方程

浸润线形状的分析方法同明渠水面曲线形状的分析方法相似。但渗流的流速水头可以不计，

，其极小值为0，故渗流中不存在临界水深、临界底坡等概念。10.4.4浸润线的形状分析和计算1.正坡正坡无压渐变渗流浸润线方程2.平坡（）渗流断面为矩形平坡无压渐变渗流浸润线方程3.负坡（）假想一个正坡，并令渗流断面为矩形上式可用来计算负坡中渐变渗流的浸润线10.5恒定有压急变渗流

渐变渗流的特点是同一过水断面上各点流速相等，流速仅是断面位置坐标的函数，为一元流。一元流可采用达西定律或杜比公式进行计算。

急变渗流的运动要素往往是两个或三个坐标的函数，称为二元或三元渗流，需要建立用于三元流的基本微分方程－－连续方程和运动方程，再结合渗流的边界条件求解。1.渗流连续方程2.渗流的运动方程,达西定律在三元流的推广。

渗流的连续性方程和运动方程构成渗流的基本微分方程，通过联解微分方程组，可求得到渗流的流速场和水头（或压强）场。。1.普通完整井井的渗流，除井壁附近外，流线接近平行直线，是渐变流，可采用无压渐变渗流的杜比公式进行计算。渗流量水力坡度断面平均流速10.6井的渗流

井的影响半径R取决于土壤的性质，经验公式：当r=R

时,z=H

，有：当时,

，有：普通完整井浸润线方程:2.承压完整井断面平均流速渗流量当时,

，有：承压完整井浸润线方程:当r=R

时,z=H

，有：承压完整井浸润线方程:3.井群由于井群各井之间的距离较近，其地下水流相互发生影响，使得整个渗流区域的浸润面变得非常复杂。解决此类问题，可利用叠加原理来进行井群的渗流计算。例

由8个普通完整井组成的井群，布置在60m×40m的长方形周线上，用以降低基坑的地下水位，如图10.12所示。