水力学第8章--渗流.pptx

第8章 渗流第8章 渗流8.1 概述8.2 渗流的达西定律8.3 地下水渐变渗流8.4 井和井群地下水动力学流体在孔隙介质中的流动称为渗流。水土壤、岩石地下水运动自然界最常见的渗流现象渗流理论在土木工程中为地下水源的开发、降低地下水位、防止建筑物地基发生渗流变形提供理论依据。一、水在土壤中的存在形式汽态水：以蒸汽状态存在于土壤孔隙中，存量极少，不需考虑。附着水和薄膜水：受分子力作用吸附于土粒表面，量很少毛细水：受毛细管作用保持在土壤孔隙中的水，一般可忽略重力水：重力作用下在土壤孔隙中运动的水重力水是渗流理论的研究对象取代的基本原则二、渗流模型连续的水流充满渗流区域“取走”实际存在的土壤骨架边界条件保持不变（渗流区域不变）流量保持不变流动阻力不变细节复杂的渗流问题连续空间内的连续介质运动①渗流速度通过的实际流量包括土颗粒面积和孔隙面积在内的过水断面面积孔隙面积渗流速度远小于水在土壤孔隙中的实际速度②渗流的测压管水头和总水头渗流的流速水头可忽略不计：总水头：渗流的流速水头可以忽略不计，因此测压管水头近似等于总水头，测压管水头差就是水头损失，测压管水头线的坡度就是水力坡度。③渗流的分类采用渗流模型后，渗流也可以用欧拉法进行分类：恒定渗流与非恒定渗流一元、二元、三元渗流均匀渗流与非均匀渗流（渐变渗流与急变渗流）有压渗流与无压渗流第8章 渗流8.1 概述8.2 渗流的达西定律8.3 地下水渐变渗流8.4 井和井群建立渗流水头损失与渗流速度之间的关系式实验目的：Ahl11L2200一、达西定律1.达西实验（1852，法国）实验设计：①均质砂土②恒定均匀渗流③体积法测定流量Q均质砂土④由于不计流速水头，因此测压管液面差即为水头损失Ahl11L达西定律22002. 实验结论——达西定律断面平均流速（渗流速度）：k——渗透系数，是反映土的性质和流体性质综合影响渗流的系数，由实验测定。由于是均匀渗流，各点的速度等于断面平均速度：达西定律表明，渗流单位距离上的水头损失（水力坡度）与渗流速度的一次方成比例，因此也称为渗流线性定律。第8章 渗流8.1 概述8.2 渗流的达西定律8.3 地下水渐变渗流8.4 井和井群一、基本概念1.无压渗流在透水地层中的地下水运动，多数情况下是具有自由液面的无压渗流，相当于透水地层中的明渠流动。2.浸润面与浸润线无压渗流的自由液面称为浸润面，水面线称为浸润线。3.无压渐变渗流无压渗流可分为无压均匀渗流和无压非均匀渗流；无压非均匀渗流可进一步分为无压渐变渗流和无压急变渗流；渐变渗流运动要素沿程缓慢变化，流线近似于平行直线。常见的地下水运动是无压渐变渗流，可简化成一元流动处理，并将渗流的过流断面简化为宽阔的矩形断面计算。杜比公式二、杜比公式H1H2取非均匀渐变渗流。相距 ds 的两过流断面测压管水头 H1 与 H2，水头损失为：渐变流流线近似平行，因此两断面间各流线长度皆近似于 ds，于是过流断面上各点的水力坡度近似相等，即ds根据达西定律，过流断面上各点流速均为：断面平均流速： 因此，渐变渗流过流断面上各点流速或断面平均流速可表示为:实质：是达西渗流定律由均匀渗流推广到渐变渗流第8章 渗流8.1 概述8.2 渗流的达西定律8.3 地下水渐变渗流8.4 井和井群井是汲取地下水的集水构筑物。地下水天然水面线普通不完整井普通完整井不透水层自流不完整井自流完整井不透水层根据井的位置不同，可以进行分类：潜水层承压水层普通井（潜水井）与自流井（承压井）完整井与非完整井z 一、普通完整井 取普通完整井，井的半径为 r0，含水层厚度为 H，取水后，形成对称于井轴的漏斗形z H 浸润面。h r 如抽水量不大且恒定，则向井内的渗流可看作恒定渐变渗流。 取距井轴为 r，浸润面高为 z 的圆柱形过水断面，根据杜比公式：将 dH = dz 和 ds = -dr 代入上式，得普通完整井浸润线方程z 渗流量：z H 分离变量并积分：h r 得普通完整井浸润线方程：z Hz h r R普通完整井产水量公式理论上，浸润线以取水前地下水天然水面线为渐近线：工程上，认为渗流区存在影响半径R，R以外的地下水位不受影响：代人浸润线方程：影响半径R可通过现场抽水试验或经验公式求得。地下水天然水面线不透水层承压水层自流完整井产水量公式自流完整井浸润线方程二、自流完整井r01r1Ar2r02rnr0n三、井群 井群指相互影响的联合工作的多个井的组合。根据单井的类型，井群也分为潜水井群和承压井群。 设由n个普通完整井组成的井群，各井的半径、产水量、到某点的距离分别为 r01、r02…r0n；Q1、 Q2 …Qn； r1、 r2…rn。各井单独工作时，井内水深分别为 h1、h2…hn，在A点的水头分别为 z1、z2…zn，于是各单