第十章 渗 流.ppt

第十章 渗流 概述 渗流基本定律 井和井群 §10-1 概 述 渗流------流体在空隙介质中的流动 应用------开采地下水、降低地下水位 水在土壤中的状态: 气态水------以水蒸汽形式散逸于土壤空隙中; 附着水------以极薄的分子层吸附在土壤表面; 薄膜水------以厚度小于分子作用半径的薄层; 毛细水------在毛细管的作用下保持在空隙中; 重力水------重力作用下在土壤空隙中运动的水. §10-2 渗流模型 一、渗流模型——渗流区域的边界条件保持不变,略去全部土壤颗粒,认为渗流区内连续充满流体,而流量及其它运动要素与实际渗流相同. 渗流速度u: 土壤空隙中的实际速度u: 式中n1,是土壤的空隙度. 二、渗流的分类 恒定和非恒定渗流; 一元、二元和三元渗流； 均匀和非均匀渗流（渐变和急变）。 流速水头： 由于渗流流速很小，所流速水头忽略不计； 总水头=测压管水头； J=Jp 三、达西定律——渗流线性定律 达西定律——渗流能量损失与渗流流速之间的关系（均匀流）。 式中k为渗透系数。 适用范围： 式中d土壤颗粒有效直径，取d10； 渗透系数k的确定： 1.实验室测定法： 2.现场测定法： 3.经验法。 例 题（补充） 在实验室内测定土样渗透系数，已知：圆桶直径为20cm，土层厚度为40cm，测得流量为100mL/min，测压管水头差为20cm,求k。 解：运用达西定律 集水廊道的二元渗流 浸润曲线——动水面的水面线 根据裘布依的假定 §10-3 单井 井是一种汲取地下水或排水用的集水建筑物，在水文地质勘探工作和开发地下水资源中有着广泛的应用。 根据水文地质条件，可将井按其所在的位置可分为潜水井和承压井两种基本类型。 潜水井（普通井）——位于地表下潜水含水层中，可汲取无压地下水。井底直达不透水层的（即井底不进水）称为完整井，未达到不透水层的（即井底也进水）则称为非完整井。 承压井（自流井）——穿过一层或多层不透水层，在承压含水层中汲取承压水。自流井也可分为完整井和非完整井。 一、普通（潜水）完整井 抽水时地下水从四周径向对称的流入井内，过水断面是一个个同圆心的圆柱面，其面积为 流速为 流量为 浸润线方程： 流量公式： 影 响 半 径 分析和讨论（一） （1）潜水井裘布依公式的适用范围 裘布依的假定，可以使潜水问题的解答大为简化。但是该假定也有其局限性，即不适用于潜水面弯曲程度较大的情况。欲使 ，只有在角度相当小的情况下才成立。因此潜水井裘布依公式（12-16）的适用范围：在离井较远，与水面倾角小于150处（相当于水力坡度小于0.25）的区域内是可信的，它的误差为3.5%；如果角度再增大，那么与实际的误差也随之增加。 （2）没有反映水跃问题 什么是水跃？当水位降深很大时，井内水位比井壁水位低得多，这个差值即为水跃值。水跃的产生是由于井内流速极大，再加上井壁的影响，使水面曲线在井壁不连续，产生跃落。另外，过滤器的阻力、水井附近水流状态的改变等因素也会造成井内外的水位差。 分析和讨论（二） （3）流量与井半径的关系与实际情况不符 从式（12-16）中看出，r0对Q的影响是对数关系。随着井半径的增大，水量增加很少。计算结果表明，井径增加一倍，流量只增加10%左右；井径增加十倍，流量只增加40%左右。但实践证明，井径对流量的影响要比裘布依公式所表示的对数关系大得多。 （4）出水量的误差 从式（12-16）中可以看出，当 时，出水量最大。即 但是，实际上在抽水时， 恒定地为0是不可能的。理论上，当 ，只有当流速趋向无穷大时才有可能使流量为最大，但这在实际上是不可能的。 综上所述，式（12-16）的运用有一定范围，且有一定的误差。 例 题（补充） 某工地以潜水为给水水源，含水层厚度H=6m，渗透系数k=0.00116m/s。现打一普通完全井，半径r0=0.15m，影响半径R=150m。试求井中水位降落s=3m时井的涌水量。 解：井中水深h=H-s=6-3=3m， 即此井的涌水量Q=14.3L/s。 二、自流（承压）完整井 抽水时，含水层位于两个不透水层之间，顶面压强大于大气压强，过水断面是一个个同圆心的圆柱面，其面积为 根据裘布依公式，径向渗流流速为 流量为 浸润线方程： 流量公式： 影响半径：参照普通完整井 例(补充)：从一承压井中取水，已知r0=0.1m，M=5m，在距井中心10m处钻一观察孔，未抽水时