举例说明现实生活中的渗流现象.ppt

1、? 举例说明现实生活中的渗流现象,作业: 1 叙述渗流简化模型建立的过程 2 达西定律的适用条件,第十三章,第13讲,渗 流,渗流,重点: 渗流模型 达西定律应用,Seepage flow,内容提要,基本概念 孔隙率 渗流模型,达西定律 实验方法 渗透系数,渗流运动微分方程 阻力 运动方程 连续方程,空气 Va,水 Vw,骨架 Vs,渗流：流体在孔隙介质中的流动。 液体：水，石油等 气体：空气，天然气等流体。 孔隙介质: 包括土壤，岩层等各种多孔介质和 裂隙介质的总称。,第一节 概 述,渗流力学：它是专门来研究渗流运动规律及应用的一门技术科学。,环境岩土工程问题：渗流污染物质对流扩散,土木水利

2、工程中：主要是指水在地表面以下的土壤或岩层中的流动，因此这种渗流称为地下水流动。,专门研究地下水运动规律及其应用的科学为“地下水动力学”,第一节 概 述,渗流应用,水利工程,土木工程,环境工程,石油化工,机械冶金,生物工程,应用范围,第一节 概 述,一 水在土壤中存在的状态,按照水的 存在状态,饱和带水按其 含水层的埋藏 条件，可以,浸润面: 重力水与毛细水的分界面,实际应为饱和带和非饱和带的分界面.,饱和带,非饱和带,一 水在土壤中存在的状态,潜水,承压水（自流水）,毛细水压力,二 土壤的水力特征,骨架Vs,孔隙VV,骨架Vs,水 Vw,空气 Va,VVVVs,三相草图,Vs,Vv,V,饱和

3、度 S：,土壤中能容纳水的体积和 土壤孔隙体积之比,二. 土壤的水力特征,孔隙率：,土壤中能容纳水的体积 和土壤总体积之比,三.渗流简化模型,总面积为A,实际过水面积,实际流量,渗流模型流量 Q,重点,?模型流速u与实际流速的关系,流体和孔隙介质所共同占据的空间场，其边界形状和其它边界条件保持不变； 空间被流体所充满,把流体的运动要素视为连续函数 空间任意点的渗透压强等于实际压强 渗流模型的阻力与实际阻力相等 任一过流断面上所通过的流量等于实际该断面所通过的真实流量。,三 渗流简化模型,基准面,第二节 渗流的 达西定律,（Darcys Law） 达西 （Henri Darcy） 1852185

4、5年总结提出的定律,达西定律，是针对恒定的均匀渗流总结出来的 Q = KAJ 达西定律是指对一般土壤渗流而言; 推广到非均匀甚至非恒定渗流中。,第二节 渗流的达西定律,适用范围,达西线性渗透定律只适用于一般土壤,层流渗流运动，即,只适用于没有发生渗流变形的情况。,线性定律 Re数的变化范围,渗透系数K 在单位水力坡降下的渗流通量,达西定律,K的量纲,cm/s m/s m/d,注意:试验是针对平均流速而总结出达西定律的,如何 扩展到任意点 的流速与水力 坡降的关系?,渗透流速与水力坡降成正比,比例系数为透水系数,渗透系数一览,K的测定方法,经验公式； 实验室内测定法； 现场测定法；,1) 经验公

5、式估算法：,A 系数，随K值的因素而定; 土壤（沙）的洁净系数; 温度改正系数; d10有效粒径（以计).,哈靖公式（Hazen formula）,2) 实验室测定法 (求K）,达西定理 实验装置,K 的测定方法,应设法尽量取到非扰动土样，而且要取足够数量的有代表性的土样进行试验。,如果试验中渗流符合达西定律,2) 实验室测定法 (求K）,K的测定方法,思考题: K1=K2 时水力坡降线的斜率关系 K1K2 时水力坡降线的斜率关系 K1K2 时水力坡降线的斜率关系,A,求: 通过的流量,P272 例题,1 阻力的表达式,一 运动方程,质量为m的液体沿流动方向行驶距离dx,(-fxdx)/g,阻

6、力所做的功,等于单位液体能量的变化dH,阻力所做的功,单位重量mg液体沿流动方向形式距离dx,第三节 渗流运动的微分方程,阻力作为体积力对待,渗流流动在 达西定律范围内,x,y,z,P,z,P,x,P,y,dx,dz,dy,2. 微元体力的平衡方程,一 运动方程,3 质量力只有重力,渗流中总水头,XY0, Z-g,一 运动方程,渗流符合达西定律; 不可压缩液体，恒定渗流; 质量力只有重力， Z= - g ; 渗流中总水头为测管水头.,渗流的运动方程适用条件,1. 饱和 恒定 各向同性 渗流（了解程度）,条件：恒定骨架没有渗流变形;,渗流液体为不可压缩 ? 均质时，如何简化,二. 渗流的连续方程

7、,非饱和区,2 饱和恒定各项异性渗流（了解程度）,饱和区,二. 渗流的连续方程,坐标转换,二 渗流的连续方程,二 渗流的连续方程,流速矢量图,等势线图,浸润线,3. 饱和非恒定渗流（不要求）,二. 渗流的连续方程,4 非饱和渗流的连续方程 （简介-不要求）,非饱和区在实际中经常遇到,二. 渗流的连续方程,渗流问题的边界条件（了解程度）,基本概念,小 结,含水率 ：,土壤中能容纳水的体积和土壤总体积之比,孔隙率：,饱和度 S：,土壤中能容纳水体积和土壤孔隙体积之比,渗流简化模型,流体和孔隙介质所共同占据的空间场，其边界形状和其它边界条件保持不变； 空间被流体所充满, 把流体的运动要素视为连续函数 空间任意点的渗透压强等于实际压强 渗流模型的阻力与实际阻力相等 任一过流断面上所通过的流量等于实际该断面所通过的真