- 1、本文档共37页,可阅读全部内容。
- 2、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
- 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载。
- 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
查看更多
第五章 毛细现与包气带水的运动
水文地质学基础 Fundamentals of Hydrogeology 第五章 毛细现象与包气带水的运动 5.1 毛细现象的实质 5.2 毛细负压 5.3 毛细上升高度与悬挂毛细水 5.4 包气带水水分分布及运动 毛细实验: 松散颗粒中毛细上升高度 (1)装样:选择一种砂样,均匀密实地装入玻璃管内。 (2)观测毛细上升速度:将装有试样的玻璃管放入水槽内的透水石上,使玻璃管的下端紧贴水面。准确记录对应不同毛细上升高度的时间。也可记录对应不同时刻的毛细上升高度。 毛细现象的实质: 毛细现象的产生与表面张力有关。 表面张力产生的机理: a.因为任何液体都有力图缩小其表面的趋势。一个液滴总是力求成为球状,因为球状是同一容积的所有液体表面积中最小的。如:扬一捧水在空气中,水变成许多水珠;水撒在一个油光的平面上,会变成水珠。 b.液体表层分子彼此拉得很紧,犹如一层拉紧的弹性薄膜。 若在液面上划一根长度为L的线段,此线段两边的液面,以一定的力f相互吸引,力的作用方向平行于液面而与此线段垂直,大小与线段长度L成正比,即 f = α L α:表面张力系数,单位为dyn/cm (1dyn=10-5N) 。 表面张力的作用: 表面张力使弯曲的液面将对液面以内的液体产生附加表面压强; 附加表面压强的方向:总是指向液体表面的曲率中心方向: 凸的弯液面,对液面内侧的液体,附加一个正表面压强; 凹的弯液面,对液面内侧的液体,附加一个负表面压强。 附加表面压强的产生: 设想切取一个半径为R的半圆球形液面。 显然,在液面的圆周状边线上都存在着指向液层内部的表面张力;其合力为α·2πR,垂直于面积为πR2的投影圆面。 表面张力引起的附加表面压强为: 弯液面下的液体实际承受到的表面压强(实际表面压强)等于大气压强P0与附加表面压强Pc之和,即: P = P0 + Pc 附加表面压强的拉普拉斯公式: α ——表面张力系数 ——液体表面的两个主要曲率半径。 当R1=R2时, 则是拉普拉斯公式的特殊形式。 拉普拉斯公式的含义: 弯曲的液面将产生一个指向液面凹侧的附加表面压强,附加表面压强与表面张力系数成正比,与表面的曲率半径成反比。 附加表面压强的讨论: 当液面为凸形时,附加表面压强为正,P = P0 + Pc; 当液面为凹形时,附加表面压强为负,P = P0 - Pc; 当为平液面时,不产生附加表面压强,P = P0 。 如图,将半径为r的毛细管插入水中,毛细管中的水形成凹形的弯液面,并向上升起,当毛细管足够细时,弯液面接近凹形的半球面。据拉普拉斯公式可知,此处R1=R2=r,则得: 5.2 毛细负压 凹形弯液面产生的附加压强Pc,是个负压强,称为毛细压强。 凹形弯液面的水,由于表面张力的作用,要比平的液面小一个相当于Pc的压强;或者说,凹形弯液面下的水存在一个相当于Pc的真空值。 简单实验: 使两个玻璃圆球保持一定间隙,然后向此间隙滴水,可看到两个圆球在接触处形成孔角毛细水,并立即贴紧。 加水的砂比干燥的砂更为密实,也是毛细负压强作用的结果。 将Pc换算为水柱高度(m),且以hc表示,即: —— 茹林公式 即:最大毛细上升高度与毛细管直径成反比。 —水的密度,等于1g/cm3; —重力加速度,等于981cm/s2 ; —表面张力系数,取74dyn/cm(=74×10-3N/m); —毛细管直径,单位为mm。 hc为毛细压力水头,是一个负的压力水头。 可以用张力计测定包气带的毛细压力水头(图)。 从图可以看出它是一个负的压力水头,故称为毛细负压。 在饱水带中(用水力学原理):测量任一点的压力水头—用测压管(压力计) H=Z+hp 在包气带中(测负压):张力计是一端带有陶土多孔杯的充水弯管,多孔杯充水后透水而不透气。将此多孔杯插入土中,经过一定时间,张力计中的水与土中的水达到水力平衡,在弯管开口部分显示一个稳定的水位。由此水位到放置多孔杯处的垂直距离就是毛细压头hc,为负的压力水头。 H=Z-hc 5.3 毛细上升高度与悬挂毛细水 饱水带中任一点的水头值H表示为: H = Z + hp 包气带中任一点的水头值H为: H = Z - hc 式
文档评论(0)