精梳版达西定律.ppt

隙多少（ne）成一次方。优选文档
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松散岩石渗透系数参考值
松散岩石名称
渗透系数 （m/d）
松散岩石名称
渗透系数 （m/d）
亚粘土 0.001-0.1
中砂
5-20
亚砂土
0.1-0.5
粗砂
20-50
粉砂
0.5-1.0
砾石
50-150
细砂
1.0-5.0
卵石
100-500
影响K的主要因素为颗粒大小，其次为分选 ；
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影响渗透系数的因素—— 以松散岩石
,等径孔隙为例来分析
K V u ne II
多孔介质（概化为等径的平行毛细管束）：
u
Leabharlann Baidu
I
d
2 0
32
K
32
d
2 0
ne
K k K表示渗透率
K与液体的物理性质有关，与液体的容重γ成正比，与动 力粘滞系数μ成反比。
K与岩石的性质有关，与空隙大小（d0）成2次方，与空
层流(Laminar flow) ：水质点有秩序的、互不混杂的流动。
紊流(Turbulence flow) ：水质点无秩序地、相互混杂的流动。
稳定流（Steady flow）：水在渗流场中运动，各个运动要素 （水位、流速、流向等）不随时间改变时，称为稳定流。
非稳定流（Transient flow）：运动要素随时间变化的水流运
• 实验条件
➢ 等径圆筒装入均匀砂样，断面为ω；
➢ 上下各置一个稳定的溢水装置——保持 稳定水流；
➢ 实验时上端进水，下端出水；
➢ 砂筒中安装了2个测压管；
➢ 下端测出水量（outflow）——Q。
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通过变水头，多次实验得出：出水端的流量Q与砂柱、测 压管水头之间的关系为：
（1）
Q Kω h L
Q ——渗流量； ω——砂柱断面面积； h ——水头损失（m）；L ——渗流途径； K——渗透系数。
由水力学中水动力学基本原理：
h I J ——水力梯度（hydraulic gradient） L
（2）
Q=KIω
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（2）
Q=KIω
上式表明：渗透流量（Q）与渗透系数（K）、过水断面 （ω）及水力梯度（I）成正比。
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2
5.1 渗流基本概念
渗流（Seepage）
定义：地下水在岩石空隙中的运动；
地下水渗流——遵循水力学基本原理；
➢ 水力学研究水在管（pipe）、渠(channel)中运动—明流，多 为紊流；
➢ 地下水在多孔介质的细小空隙中流动，水流很慢—渗流，多为 层流（除在宽大空隙中，如岩溶管道、宽大裂隙）。
能量损失：内摩擦消耗和岩石固体边界对水流的摩擦阻
力消耗。
损失的能量最终转变为热能优选而文档消耗掉。
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渗透系数K（coefficient of permeability）
也有称为水力传导度（Hydraulic Conductivity） V=KI，当I=1时，K=V ；因此K在数值上是当I=1时的 渗透流速。 具有流速量纲[L/T]，常用单位cm/s，m/d； I一定，K大，则V也大， Q 也大，因此，渗透系数 K 是表征岩石透水性的定量指标；K愈大，则表明岩石的 透水能力愈强； 影响渗透系数的因素
第5章 地下水运动的基本规律
5.1 渗流基本概念 5.2 重力水运动的基本定律 5.3 岩层按渗透性分类 5.4 达西定律的物理实质及其应用 5.5 流网及其应用
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5.1 渗流基本概念
渗流（Seepage）与渗流场（Vadoze zone） 层流(Laminar flow) 与紊流(Turbulence flow) 稳定流（Steady flow）与非稳定流（Transient flow） 水头（ Hydraulic Head）
故达西定律又称为线性渗透定律。
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V——I 曲线
V
1
砂样
2
O
I
V = K ·I ——（3）
思考:1和2哪个代表砾样和优砂选文砾档 混合样的V-I曲线?
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二、达西公式各物理量的含义
过水断面ω 与实际过水断面ω ' 过水断面ω ：砂柱的横切面积，是指水流通过的包括岩石 骨架与空隙在内的整个断面。 实际过水断面ω ′：扣除结合水所占据范围以外的空隙面积， 也就是重力水所占据的空隙面积 。
渗透流速
根据水力学流速与流量的关系：
Q = ω ·V 与（2）式Q = K I ω比较
Q V
V = K ·I
（3）
V 称 为 渗 透 流 速 （ seepage velocity \Darcy velocity
\specific discharge）,为单位面积上的流量——称比流
量；
渗透流速与水力梯度一次方成正比；
2V22 2g
p1
1
H1
Hp1
1
Z1
p2
2 Hp2 H2
2
Z2
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0
0
某砾石含水层中，V = 1.65cm/s
V 2 11.652 0.00014 cm
2g 2 980
V 2
2g
z
p
Hp
在渗流场中：
断面1
H
Hp
Z
p
O
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p1
H1
Z1
O’
5
5.2 重力水运动的基本定律
一、达西定律
• 法国水力学家H.Darcy，1856年通过大 量的水通过均匀砂柱渗流实验得出；
水力梯度（hydraulic gradient）
水力梯度是沿渗透途径上的水头损失（Head loss）与相 应渗透途径的长度之比：
I H1 H2 H h
L12
LL
单位渗透途径上的机械能损失，也即机械能的损失率。
V=KI，当岩石性质一定时，K为常数，I大，V也大；
➢说明渗透水流流动速度越大，沿渗流途径的机械能损耗 越大，反之， I越大，驱动水流运动的速度越大。
思考题：砾石、砂、砾砂混合样，比较K的大小。
动，称为非稳定流。
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水头（ Hydraulic Head）
由水力学的知识，水流运动中任 意点总水头：
p V 2 H z
2g
单位重量液体所具有的总机械能
1V12 2g
选项
Z
p V 2
2g Z p
Z p V 2
2g
物理意义 单位位能 单位压能 单位动能
总势能 总机械能
几何意义 位置水头 压强水头 流速水头 测压管水头 总水头
ne
有效孔隙度ne：重力水流动的空隙体积（不包括不连通的死孔隙和不 流动结合水所占据的空间）与岩石体积之比。
。
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ω
ω′
渗透流速V与实际流速u
Q V u
ne
V ne u
ω，V
ω'，u
达西流速小于实际流速。
u和V都是平均流速。
渗流计算时用渗透流速V，优研选文究档 地下水污染时用实际流速11u。