1渗流理论基础详解.ppt

§1-1 渗流的基本概念 一、多孔介质及其特性 1、多孔介质的概念 多孔介质(Porous medium)：地下水动力学中具有空隙的岩石。广义上包括孔隙介质、裂隙介质和岩溶不十分发育的由石灰岩和白云岩组成的介质，统称为多孔介质。 孔隙介质：含有孔隙的岩层，砂层、疏松砂岩等； 裂隙介质：含有裂隙的岩层，裂隙发育的砂岩、火成岩、变质岩和石灰岩等。 溶隙介质：可溶岩石中发育的裂隙，在流体作用下形成。 (2) 连通性：封闭和畅通，有效和无效。 (3) 压缩性：固体颗粒和孔隙的压缩系数推导。 (4) 多相性：固、液、气三相可共存。其中固相的成为骨架，气相主要分布在非饱和带中，液相的地下水可以吸着水、薄膜水、毛管水和重力水等形式存在。 固相—骨架 matrix 气相—空气，非饱和带中 液相—水：吸着水 Hygroscopic water 薄膜水 pellicular water 毛管水 capillary water 重力水 gravitational water 3、 典型单元体（REV，Representative Elementary Volume）：又称代表性单元体，是渗流场中其物理量的平均值能够近似代替整个渗流场的特征值的代表性单元体积。 REV具备两个性质： (1) 其体积和面积，大于个别空隙而小于渗流场，其中的渗流可以从一点连续运动到另一点； (2) 通过单元体的运动要素（流量Q、水头h、压力p、实际水流受到的阻力R）与真实水流相等，运动要素是连续变化的。 REV的作用： (1) 把物理性质看作是坐标的函数，孔隙度n、导水系数T、给水度?和渗透系数均连续。 (2) 渗流的要素可以微分、积分，可以用微分方程来描述。 §1-2 渗流基本定律 一、达西定律（线性渗透定律） 1、达西定律表达式 实验条件：定水头、定流量、均质砂。 此时地下水做一维均匀运动，渗流速度与 水力坡度的大小和方向沿流程不变。 达西定律的微分形式： 达西定律的矢量形式： §1-3 岩层透水特征及水流折射定律 一、岩层透水特征分类 1、均质与非均质 根据岩层透水性随空间坐标的变化情况划分，若渗流场中，任意点都具有相同的渗透系数，或渗透系数不随空间坐标的变化而变化，则该岩层是均质的，反之则为非均质。岩石的非均质分两类，一类是渐变的，另一类是突变的。 均质岩层（Homogeneous strata/aquifer）：渗流场中所有点都具有相同参数的岩层。 非均质岩层（inhomogeneous /heterogeneous strata /aquifer）：渗流场中所有点不都具有相同参数的岩层，渗透系数K=K(x,y,z)，为坐标的函数。 根据达西定律有： 若把其视为整体时，有 故 水平岩层的等效渗透系数为： 等效导水系数为： 垂直方向岩性渐变时，有 §1-4 流网及其应用 一、流网的概念 渗流场中由一组流线与由一组等势线（当容重不变时为一组等水头线）相交组成的网格。对各向同性介质组成正交网。 流线（Streamline）渗流场内处处与渗流速度矢量相切的曲线。 地下水动力学中流线的概念和水力学中的概念是完全一致的。流线应是一根处处和渗流速度矢量相切的曲线。因此，流线簇就代表渗流区内每一个点的水流方向。 M和M’是任意流线上任选的两点。因此，上式对流线上的任一点都是正确的，可以把它看成是流线的方程，用它来描述流线。 上面的流线方程无论对各向同性和各向异性介质都是适用的。 在各向异性介质中，如果选取的坐标轴(直角坐标系)的方向分别与渗透系数的主方向一致，则上式变为： 对于各向同性介质，则式中的Kxx=Kyy=K。由于（1-33b）式只涉及一个点的水流情况，故也适用于非均质介质。 2、流函数方程