水文地质第三、四章.pptVIP

第三章 地下水的储存与循环 3.1 地层的渗透性 透水层按空隙性质分为：孔隙介质 裂隙介质 溶隙介质 一、达西定律 1.实验装置 L——渗流路径； H1、H2——渗流场进水面、出水面的水头；h1、h2——渗流场进水面、出水面的压力高度；z1、z2——渗流场进水面、出水面的位置高度； 2.解析式 1856年，法国工程师达西(H．Darcy)通过室内渗透试验研究，建立了有孔介质中水的渗透理论，即著名的达西定律。 V=KI （1） 式中：V—渗透速度； K—渗透系数； I—水头梯度。（ H1 - H2 ）/ L 根据K值 强透水层（＞10m/d） 透水层（10-1m/d） 弱透水层（1-0.001m/d） 不透水层（＜0.001m/d） 3.实验误差 设：V-计算渗透速度；U-实际渗透速度； A-试管截面积；A0-孔隙过水面积； n-孔隙率；q-流量 则有： U=q/A0= q/n·a=V/n V=U·n 而 n=A0/A（≤1） 所以 V＜U 结论：实验数据偏小。 4.适用条件 实践证明，达西定律适用于层流。因而， （1）最适用于中等空隙，如砂土和裂隙岩体。 （2）不适用于大空隙地层，如砾、块石土、大型结构面 V=KI1/2 （3）大致适用于细密空隙，如粘土和剪节理岩体。此时 V=0 （I ＜ I1） V=K·e (I-A)/B （ I1 ＜ I ＜ I2） V=K（I –I1’） （I ＞ I2） I1 –非线性起始水头梯度； I2-线性起始水头梯度；I1’-I轴直线段截距。 二、渗透系数的实验研究 1.常水头试验-适用于中等空隙介质，如砂土。 设：L-试样高度（m）；A-试样截面积（m2）； Q-流量（ m3/ s）； t-时间间隔（s）； H-水头差（m）。则根据达西定律： Q=q·t=A·K·I·t=A·K·t·H/L 所以 K=Q·L/A·H·t 说明：H值取大，实验值K偏小。 2.变水头实验-适用于细密孔隙介质， 如粘土。 设：a-刻度管截面积；dH-水头差微分， 则有 dQ=-a·dH=AKIdt 两边积分 3.相对渗透系数实验-适用于裂隙介质 (1)平行板缝隙理论 1868年俄国的著名流体学家布辛习涅斯基在粘性（牛顿液体）运动一般微分方程式的基础上，导出了液体在平行板缝隙中运动的理论公式，该式在岩体渗流中常称之为立方定律 。 q = gb3I/12vw （2） 式中：q —流体的单宽流量；g —重力加速度；b —缝隙的宽度；vw —水流的粘滞系数；I —水头梯度。 前苏联学者洛米捷（Lomize，1951）和罗姆（Romm，1966）,法国学者路易斯（Louis，1974）分别以平行玻璃板（光学光滑）模拟裂隙，相继对单条裂隙水流在层流时的立方定律进行了验证。罗姆还研究了微裂隙（10～100 μm ）和极微裂隙（0.25～4.3 μm ）的情况，认为只要裂隙宽度大于0.2μm，立方定律总是成立的。 我国科学工作者对光滑裂隙渗流的试验研究及碾压混凝土层面渗流的试验研究结果均表明，在层流范围内，立方定律也是成立的。 （2）实验模型 a.试样制作：为一圆台。 b.仪器装置：国产 ZH-201型自动控制渗透仪 c.实验方法：一次加压（0.8MPa）→ 24小时→劈开试件→测量渗水高度Dm （3）实验指标K值计算 由（1）、（2）式得： V = ge2I/12vw （3） 式中：Vw —裂隙面渗透速度；