渗透和渗流.ppt

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§2.2 土的渗流性与渗透规律 层状地基的等效渗透系数 等效渗透系数 确立各层土的ki 根据渗流方向确定等效渗流系数 天然土层多呈层状 多个土层用假想单一土层置换,使得其总体的透水性不变 ?h H1 H2 H3 H k1 k2 k3 x z q1x q3x q2x 1 1 2 2 不透水层 §2.2 土的渗流性与渗透规律 等效渗透系数: kx 已知条件: qx=vxH=kx i H Σqix=Σki ii Hi 达西定律: 等效条件: 层状地基的水平等效渗透系数 层状地基的垂直等效渗透系数 §2.2 土的渗流性与渗透规律 H1 H2 H3 H ?h k1 k2 k3 x z v 承压水 kz vi = ki (Δhi / Hi ) 已知条件: 达西定律: 等效条件: v = kz (Δh / H ) 等效渗透系数: 算例说明 按层厚加权平均,由较大值控制 层厚倒数加权平均,由较小值控制 层状地基的等效渗透系数 §2.2 土的渗流性与渗透规律 H1 H2 H3 H k1 k2 k3 x z 层状地基的等效渗透系数 §2.2 土的渗流性与渗透规律 水平渗流情形 垂直渗流情形 条件 已知 等效 公式 §2.2 土的渗流性与渗透规律 小 结 水头与水力坡降 渗透试验与达西定律 渗透系数的测定及影响因素 层状地基的等效渗透系数 总水头=位置水头+压力水头 水头是渗流的驱动力 达西定律 渗透系数、渗透速度 达西定律的适用条件 常水头试验 变水头试验 抽水试验 渗透系数影响因素 水平等效渗透系数 垂直等效渗透系数 §2.1 概述 ? §2.2 土的渗透性与渗透规律 ? §2.3 平面渗流与流网 §2.4 渗透力与渗透变形 第二章:土的渗透性和渗流问题 平面渗流的基本方程及求解 流网的绘制及应用 平面问题:渗流剖面和产生渗流的条件沿某一个方向不发生变化,则在垂直该方向的各个平面内,渗流状况完全一致。 对平面问题,常取dy=1m单位宽度的一片来进行分析 §2.3 平面渗流与流网 h=h(x,z), v=v(x,z) 与时间无关 稳定渗流:流场不随时间发生变化的渗流 Δh 平面稳定渗流 §2.3 平面渗流与流网 渗流的连续性方程 单位时间流入单元的水量: 渗流的连续性方程: 单位时间内流出单元的水量: 连续性条件: dx dz vx vz x z 渗流的运动方程 达西定律: 渗流的连续性方程: 渗流的运动方程: §2.3 平面渗流与流网 特例:各向同性均质土体 kx=kz Laplace方程,描述渗流场内水头的分布,是平面稳定渗流的基本方程 §2.3 平面渗流与流网 H1 H2 1 2 3 { 5 4 渗流的边界条件 课堂讨论:土石坝渗流问题的边界条件 渗流域 不透水层 §2.3 平面渗流与流网 H1 H2 1 2 3 { 1 4 水头边界条件 在边界?1上给定水头 1 2 流速边界条件 在边界?2上给定法向流速 4 3 渗出面 在边界?3上H=z,vn0 自由水面* 在边界?4上H=z,vn=0 渗流的边界条件 平面稳定渗流问题描述 运动方程: 边界条件: 水头边界条件 在边界?1上给定水头 1 2 流速边界条件 在边界?2上给定法向流速 4 3 渗出面 在边界?3上h=z,vn0 自由水面* 在边界?4上h=z,vn=0 §2.3 平面渗流与流网 或: §2.3 平面渗流与流网 数学解析法或近似解析法:求取渗流运动方程在特定边界条件下的理论解,或者在一些假定条件下,求其近似解 数值解法:有限元、有限差分、边界元法等,近年来得到迅速地发展 电比拟试验法:利用电场来模拟渗流场,简便、直观,可以用于二维问题和三维问题 流网法:简便快捷,具有足够的精度,可分析较复杂断面的渗流问题 渗流分析的方法 流速势或势函数: 则有: 满足达西定律的渗流问题是一个势流问题 势 函 数 势函数的特性: 等势面是等水头面 两条等势面的势值差同其水头差成正比 §2.3 平面渗流与流网 存在函数?,称为流函数,且有: 流线的方程: 流 函 数 §2.3 平面渗流与流网 定义:流线是流场中的曲线,在这条曲线上所有各质点的流速矢量都和该曲线相切 连续性方程 为某一函数全微分的充要条件为 z v x vx vz 性质一:流线互不相交,在同一条流线上,流函数的值为一常数 流函数的性质 §2.3 平面渗流与流网 性质二:两条流线流函数的差值等于其间通过的流量 x dq ? ?+d? z a和b为两流线间的过水断面,a(x,z), b(x-dx,z+dz)

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