9-41渐变渗流的基本公式.ppt

* * 第九章 渗 流 §9~1 概 述 一、定义： 渗流—水在多孔介质中的流动。 如：水在土壤孔隙或岩层裂隙中的运动。 生物渗流：血液通过细胞壁的流动。 二、渗流的应用 1、在农田水利中的打井灌溉 2、在给排水工程中的应用 3、在建筑施工方面 三、渗流分类 §9~2 渗流模型，渗流流速 一、土壤对渗流的影响 土壤的颗粒不同，具有不同的渗透性质。了解土壤的成分（级配、颗粒的大小、排列情况等）是十分重要的。 级配曲线： 横坐标为筛孔的直径（mm），纵坐标为小于和等于该直径各级颗粒的全部重量占试验土样总重量的百分数p. d P% 10 de 有效直径（de）：相应于p=10%的颗粒直径. ① 土壤的粒径大，构成的孔隙也大，则透水性能强。 ② 土壤颗粒的大小越不均匀，孔隙率越小，透水性能弱。 根据实例：渗流速度≯ 10米/昼夜。属于层流。 二、 渗流模型 如果追踪每一液体质点来分析，就会使渗流变成复杂而困难。 渗流模型乃是这样一种连续水流，它充满整个渗流区域。（包括空隙和骨架所占的空间），沿着实际渗流的主要方向流动。除过水断面的平均流速外，其它运动要素均与实际渗流相同。 三 渗流流速 可以假定渗流是由许多微小流束构成，则： 对渗流总流来讲： 式中：A 包括土壤空隙所占面积 AP 和颗粒骨架所占的面积 AS 的设想的过水断面积。 称为渗流流速。（假想的流速） 我们假定：“渗流模型”的流量与实际渗流的流量相同。 实际平均流速为: ＜ ＜ §9-3 渗流基本定律 一、 渗流基本定律（达西定律） 断面积为A 的圆管内部充满 土壤试样 则有 流速很小 测 管水头与总水头相同 为均匀流 根据试验： K-渗透系数 则渗流流速 （达西定律） 上式说明渗流流速与J的一次方成比例，达西定律亦称为层流渗流定律或线性渗流定律。 二 确定渗流系数K的方法 K=f（颗粒的大小形状，不均匀性，结构排列，孔隙率，成分等） 1 、经验公式和经验数据 ① 柯兹尼公式 ν—运动粘性系数(cm2/s) P—孔隙率 de—有效粒径（cm） C—与砂粒形状有关的常数 C=0.003~0.0055 ② 赫生公式 A0—系数，若单位以米计，则A0=1 c—系数， 对洁净的砂，c=1000~700 对掺杂有污泥、粘土的砂 c=700~500 τ—温度改正数 T—摄氏温度 2 试验室的方法 ① 定水头法： 试样 测量：渗流量Q、水位差h 知道了Q、h、L、A 注意：不能进入空气，用于透水性强的砂。 ② 变水头法 试样 t秒后水位降落 分离变量，初始条件 t=0时，h=h0 用于透水性弱的细砂。 §9-4 地下水的渐变渗流 无压渗流相当于透水地层中的明渠流动，水面曲线称为浸润线。 无压渗流也可能有流线是平行直线、等深、等速的均匀渗流， 均匀渗流的水深称为渗流正常水深（ ）。 但由于受自然水文 地质条件的影响，无压渗流更多的是运动要素沿程缓慢变化的非均匀渐变渗流。 通过对渐变渗流的分析，可以得出地下水位变化规律，地下水的动向和补给情况，作为工程建设的依据。 §9-4.1 渐变渗流的基本公式——杜比（Dupit） 公式 如图所示为非均匀渐变渗流， 取相距为ds的过水断面1-1和2-2， 则1-1、2-2断面之间任一流线上的水头损失相同 过水断面上各点的水力坡度相等 根据达西定律： （法国学者杜比在1857年首先提出的）。 公式的形式虽然和达西定律一样，但含义已是渐变渗流过水断面上平均流速与水力坡度的关系。 §9-4.2 渐变渗流基本方程 设无压非均匀渐变渗流，不透水地层坡度为 ， 取相距为ds的过水 断面1-1和2-2，水深和侧压管水头的变化分别为dh和dH。 1-1断面的水力坡度 将J 代入达西公式， 得1-1断面的平均渗流速度 渗流量 上式是无压恒定渐变渗流的基本方程，是分析和绘制的渐变渗流浸润曲线的理论依据。 §9-4.3 渐变渗流浸润曲线的分析 浸润线既是测压管水头线，又是总水头线。 浸润线也只能沿程下降，不可能水平，更不可能上升，这是浸润线的主要几何特征。 只有顺坡渗流存在均匀流，有正常水深。渗流无临界水深及缓流、急流的概念，因此浸润线的类型大为简化。 1、顺坡渗流 对顺坡渗流，以均匀流正常水深 线将渗流区分为上、下两个区域。 渗流区不透水基底的坡度分为顺坡（ ＞0），平坡（ ），逆坡（ ＜0）三种。 如图所示。 由渐变渗流基本方程式得 为便于同正常水深比较，