水力学2(34)
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k Q QL AJ Ahw
该方法简单方便,但天然砂土并非完全是均质土,而且在取样及试 验的操作过程中,砂土的结构状态往往受到扰动,因此测得的k值不
能完全反映真实情况.为提高所测k值的可靠性,一方面在取样及试
验操作过程中要尽量避免砂土的结构被扰动;另一方面,应选取较 多的有代表性的砂土样进行测试.当以砂土作为建筑物材料(如土
岩石渗透系数参考值
土 粘 名 （m/d） 土 <0.005 0.005～0.1 0.1～0.5 0.25～0.5 0.5～1.0 1.0～5.0 5.0～20.0 35～50 亚 粘 土 轻亚粘土 黄 粉 细 中 土 砂 砂 砂 渗透系数 k （cm/s） < 6 106 粗
4
土
名 （m/d） 砂 砾 石 20～50 60～75 50～100 100～500 500～1000 20～60 >60
三、含水层与隔水层的概念 含水层是指岩石空隙中充满水并能给出水，具有统一水力联 系的岩层，即是能够富集重力水的饱水岩层；隔水层则是不透 水或透水性相对很弱的岩层。 构成含水层的基本条件：岩层具有良好的透水性，有利的储存
和聚集重力水的地质条件，充足的重力水补给来源。 四、潜水与承压水的概念 根据埋藏条件,可将地下水分为潜水和承压水. 潜水是位于地面以下第一个稳定的隔水层之上，具有自由水面 的含水层中的重力水.
过水断面的流量及压力与实际渗流对应相等;渗流的阻力也与实
际渗流对应相等. 根据上述渗流模型的定义，若设渗流模型中通过某过水断面面 积ΔA的流量为ΔQ，则渗流模型在ΔA上的断面平均流速（常简称 ΔQ 为渗流速度）为 v
ΔA
实际渗流仅在岩石的空隙中流动，它在上述断面的平均流速为
v ΔQ vΔA 1 v v ΔA ΔA n
坝、反滤层等)时,常用此法测定k值.
2．现场测定法 利用钻井的现场抽水或注水试验资料,再根据相应的理论公式 反算渗透系数.这种方法一般能获得较符合实际的大范围的平均 渗透系数值,但该方法设施规模一般较大,费用较高. 3．经验估算法
这种方法是根据手册或规范中给出的各种岩石渗透系数k的经 验值或经验公式确定k值.该方法只能用于初步估算.各类岩石渗透 系数的参考值见表
数.很多学者进行过这方面的试验,虽然所得的结果不尽相同,但 大多数试验表明该值在150～300的范围内。
达西定律中,渗流速度与水力坡度的一次方成正比表明,达西定 律应该适用于描述作层流运动的渗流规律.但由于地下水渗流的 特殊性,二十世纪四十年代以来,很多试验证明,并不是所有的层 流渗流都服从达西定律,达西定律的适用范围仅为Re≤1～10.可 见,实际上达西定律的适用范围要较层流渗流的范围小得多.
4
3
无填充物卵石 稍有裂隙岩石 裂隙多的岩石
均质的砂进行了大量的试验研究,总结出渗流速度与渗流水头损 失之间的基本关系式,后人称之为达西定律.
达西的渗流试验装置如图所示.该装置 为上端开口的直立圆筒,筒中装有均匀的
砂.筒的上部有进水管A和保持恒定水位的 溢流管B,筒的侧壁在相距l的两过水断面11与2-2处分别装有测压管,距筒底不远处设 有滤板D,筒的出口处设有计量筒C.当水自 上而下形成恒定渗流后,两侧压管的水头 差ΔH即为渗流在l流程上的水头损失,并可 通过计量筒C测得相应的渗流流量Q.
n ΔA 称为岩石在该断面上的平 ΔA
式中ΔA′为ΔA中的空隙面积； 均空隙度，显然n<1。 渗流模型将渗流视为连续的介质运动，其运动要素是空间位 置和时间的连续函数，这使前面建立的描述液体运动的基本概 念，可直接应用于渗流，为理论上研究渗流问题成为可能。本 章中提到的地下水渗流都是指符合渗流模型的渗流。
在不同尺寸的圆筒和不同类型的均质砂中反复进行这一试验,结果 表明:通过圆筒的渗流量Q与圆筒的横截面积A及水力坡度 J hw L 成正比，并与砂的透水性能有关，即
Q kJA
或
Q v kJ A
式中k为反映岩石透水性能的比例系数,称为渗透系数.它具有流速 的量纲,物理意义是,水力坡度J=1时的渗流速度.k的数值愈大,岩石 的透水性愈好. 上式即为著名的达西定律。它指出，渗流速度v与水力坡度J的 一次方成正比，故又称为线性渗流定律。它是渗流的基本定律。 达西定律是在均质的砂中进行均质渗流试验得到的,式中的水力 坡度 J hw L ΔH L 一般的地下水渗流并非都是均匀渗流，所以 达西定律常用更一般的形式表示为
力是承压水的重要特征。
当钻孔打穿隔水顶板后,承压水就会沿钻孔上升到隔水顶板之上, 并停留在一定的高度上.承压水位到隔水顶板底面之间的铅直距离 (h)称为承压水头;隔水顶、底板间的距离(M)称为承压含水层厚度. 承压含水层埋深一般相对较大,根据水文地质条件的不同,其上部 可以有或没有潜水含水层.承压含水层埋深较大,并存在稳定的隔 水顶板,所以与地表水的联系相对较弱. 五、渗流模型 由于岩石空隙的形状、大小和连通性极其复杂，要详细确定 每个岩石空隙通道中的渗流情况十分困难。况且从应用角度讲， 也不必要。工程中所关心的往往是渗流的宏观平均效果，为此 引入一种简化的渗流模型来代替实际渗流。 渗流模型是一种假想的流场,它认为流场中的渗流性质(如密 度、粘滞性等)与真实渗流相同,但它连续地充满着包括岩石的 骨架和空隙所占据的全部空间.同时,还要求在该假想流场中各
则该断面上的单宽流量为dldhkhhv对上式分离变量并从图中的断面11到22积分dhdlkh近似代替并积分后整理得由于其中z为距断面11的距离为x的任意过水断面xx处隔水底板的标高如图则上式也可表示为可见当隔水底板倾斜时也可通过计算两断面间含水层的平均厚度和平均水力坡度并结合含水层的渗透系数由上式近似计算单宽流量
本章以地下水渗流为代表，讨论渗流的基本规律及其一些实 际应用。下面先介绍一些与地下水渗流有关的基本概念. 一、水在岩石中的存在形式 这里所说的岩石是具有空隙（孔隙、裂隙或溶隙）的松散岩 石和坚硬岩石的统称。水在岩石中的存在形式有：气态水、吸 着水、薄膜水、重力水和毛细水
气态水以水蒸汽形式存在于岩石的空隙中，数量极微，在渗流 中可以不考虑。 吸着水和薄膜水又统称为结合水，它们都是由于岩石颗粒表 面与水分子间的静电引力作用而被束缚在岩石颗粒表面的。 其中吸着水以极薄的若干水分子层厚度被吸附在岩石颗粒表面, 吸附力极强,具有固态水的性质;薄膜水以不超过分子作用半径的 膜层包围着岩石颗粒,性质与液态水相近.在含水层中结合水含量 相对很少，而且不参与地下水渗流，在渗流中一般也不考虑。 重力水就是重力作用下能够在岩石空隙中自由运动的水.重力 水可以传递静水压力,并且在无压渗流中可以形成自由水面.通常 所说的地下水就是指重力水,它可供开采利用,是地下水的主要部 分,也是地下水渗流研究的主要对象. 毛细水是在地下自由水面以上,由于毛细作用而保持在岩石毛 细管中的水.这种水可以随地下水面的变化而上下运动,除特殊情 况外,渗流中一般也不考虑.
第34讲
第一节 概述
第十章
渗流
流体在多孔介质中的流动称为渗流。水在松散岩石颗粒间的孔
隙或坚硬岩石内纵横交错的裂隙及溶隙中的流动即地下水的渗流， 是自然界最常见的渗流现象。渗流理论广泛应用于水利、给水排 水、土建、石油及矿藏开采等领域。例如，地下水资源的堪察与 开采、为局部降低地下水位而进行的基坑排水及输水渠道渗漏量 的确定等，都将涉及渗流问题。
潜水上部没有连续完整的隔水层,通过透水层可与大气相通,潜 水面为自由水面.潜水面到下部隔水层(隔水底板)的距离(h)称为潜 水含水层厚度.潜水含水层是自然界中埋深相对最浅、与地表水联 系相对最密切的含水层. 承压水是充满于两个稳定的隔水层之间的含水层中的重力水
其上、下隔水层分别称为承压含水层的隔水顶、底板。承受压
当渗流的雷诺数超出上述范围时,渗流速度与水力坡度为非线 性关系.比较常用的的非线性关系是1901年由福希海梅提出的公 式,即
J av bv2
式中的a和b为待定常数。当a =0时，上式可表示为
v kJ1 2
式中k的为渗透系数.该式称为谢才公式,它与明渠流的谢才公式类 似,表明渗流速度与水力坡度的1/2次方成正比. 虽然达西定律的适用范围很小,但由于自然界中地下水的渗流 速度一般Байду номын сангаас很小.实际上,绝大多数的地下水渗流都是呈雷诺数 很小(一般Re＜1)的层流运动,只有在溶隙十分发育的可溶性岩 石区和在取水构筑物附近才能出现Re＞10的渗流.因此,达西定 律对绝大多数的自然渗流都是适用的,它是渗流的基本定律.
透水岩石是指颗粒较粗的松散砂砾石堆积物及裂隙或溶隙发育 的坚硬岩石等透水性良好的岩石；
不透水岩石是颗粒极细小的粘土及质地致密、裂隙和溶隙很 少的坚硬岩石等透水性极差的岩石；
半透水岩石的透水性介于上述两种岩石之间，如亚砂土、裂 隙不太发育的黄土及泥灰岩等。 根据岩石透水的均匀性和方向性,又可将岩石分为均质岩石和 非均质岩石及各向同性岩石和各向异性岩石.均质岩石是透水性 均匀,即透水性与位置无关的岩石;反之,若透水性与位置有关,就 是非均质岩石.各向同性岩石是岩石中任一点处的透水性都与方 向无关的岩石;反之,若透水性与方向有关,则称为各向异性岩石. 均质各向同性的岩石只是一种理想化的岩石模型.实际中,对于 某一类松散岩石而言,往往都可近似按均质各向同性岩石考虑,而 坚硬的裂隙或溶隙岩石则往往是非均质的,甚至是各向异性的.本 章只讨论最简单的在均质各向同性岩石中的渗流规律,它是渗流 的基础。
dh w dH uk k dL dL
式中u为渗流场中某点的渗流速度。 二、达西定律的适用范围 与管流类似,渗流的流动型态仍可用雷诺数
Re vd
来判别。
这时,式中的v为渗流在计算断面上的平均流速;d为岩石介质颗粒 的平均粒径;ν为渗流液体的运动粘滞系数。 可用试验方法求得地下水渗流由层流转变为紊流时的临界雷诺
影响,地下水渗流多是呈非恒定渐变流运动的.但地下水非恒定渗 流的特点是,在渗流场空间点上的渗流运动要素不仅随时间变化 幅度小,而且变化速度也很缓慢.因此,在一般情况下,地下水渗流 都可近似按恒定渐变流来处理。
第二节
渗流的基本定律——达西定律
一、达西定律 为研究渗流的基本规律,法国工程师达西在1852～1856年,利用
二、岩石按透水性的分类 岩石的透水性是指其允许重力水通过的能力。所有岩石都具有 一定的透水性，但不同的岩石透水性不同 岩石的透水性主要取决于岩石中空隙的大小、多少及其连通性。 例如,在颗粒较粗的松散岩石和裂隙或溶隙发育的坚硬岩石中, 空隙大而多,连通性也好,所以透水性强;细颗粒的松散岩石,虽然 单位体积岩石内的空隙量(称为空隙度)可以很大,但颗粒间的空 隙较小,结合水还要占据一部分,使重力水的有效通道更窄小,所 以阻力较大,透水性较差.颗粒愈细小,其透水性愈差,甚至几乎不 透水. 在实用中,根据岩石透水性的强弱,常将岩石分为透水岩石,半 透水岩石和不透水岩石。
本章仅限于讨论符合达西定律的地下水的渗流。 三、渗透系数的确定 渗透系数k是反映岩石透水性的指标,是分析计算渗流问题的重
要参数.k与岩石的性质(如颗粒的大小、成分、排列方式、充填 状况,裂隙的性质及其发育程度等)和渗流液体的物理性质(如容量、 粘滞性等)有关.准确的k值一般不易确定,目前常采用以下三种方 法确定. 1．室内测定法 可采用达西渗流试验装置,通过实测水头损失hw 和流量Q,按下 式即可求得筒内土样的渗透系数
渗透系数 k （cm/s）
6 106 ～ 1104
均质粗砂 圆 卵
2 102 ～ 6 102 7 102 ～ 8 102 6 102 ～ 1101 1101 ～ 6 101
110 ～ 6 10 3 104 ～ 6 104
6 10 ～ 110
4
六、地下水渗流的特点
实际渗流具有曲折复杂的渗流通道,在渗流模型中,地下水渗 流还具有以下两个特点. （1）迟缓的渗流速度 地下水因渗流阻力很大,所以渗流速度v一 般很缓慢,通常以每日(昼夜)米(m/d)为单位.天然条件下,地下水在 孔隙或裂隙中的渗流速度一般只有几m/d,甚至小于1m/d. 由于渗 流速度很小,在计算渗流总水头时,可以忽略流速水头.即在地下水 渗流中,测压管水头就是总水头,它总是沿流程下降的.这是地下水 渗流的主要特点之一. （2）非恒定的渐变流运动 由于受气候及自然水文地质条件的
该方法简单方便,但天然砂土并非完全是均质土,而且在取样及试 验的操作过程中,砂土的结构状态往往受到扰动,因此测得的k值不
能完全反映真实情况.为提高所测k值的可靠性,一方面在取样及试
验操作过程中要尽量避免砂土的结构被扰动;另一方面,应选取较 多的有代表性的砂土样进行测试.当以砂土作为建筑物材料(如土
岩石渗透系数参考值
土 粘 名 （m/d） 土 <0.005 0.005～0.1 0.1～0.5 0.25～0.5 0.5～1.0 1.0～5.0 5.0～20.0 35～50 亚 粘 土 轻亚粘土 黄 粉 细 中 土 砂 砂 砂 渗透系数 k （cm/s） < 6 106 粗
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土
名 （m/d） 砂 砾 石 20～50 60～75 50～100 100～500 500～1000 20～60 >60
三、含水层与隔水层的概念 含水层是指岩石空隙中充满水并能给出水，具有统一水力联 系的岩层，即是能够富集重力水的饱水岩层；隔水层则是不透 水或透水性相对很弱的岩层。 构成含水层的基本条件：岩层具有良好的透水性，有利的储存
和聚集重力水的地质条件，充足的重力水补给来源。 四、潜水与承压水的概念 根据埋藏条件,可将地下水分为潜水和承压水. 潜水是位于地面以下第一个稳定的隔水层之上，具有自由水面 的含水层中的重力水.
过水断面的流量及压力与实际渗流对应相等;渗流的阻力也与实
际渗流对应相等. 根据上述渗流模型的定义，若设渗流模型中通过某过水断面面 积ΔA的流量为ΔQ，则渗流模型在ΔA上的断面平均流速（常简称 ΔQ 为渗流速度）为 v
ΔA
实际渗流仅在岩石的空隙中流动，它在上述断面的平均流速为
v ΔQ vΔA 1 v v ΔA ΔA n
坝、反滤层等)时,常用此法测定k值.
2．现场测定法 利用钻井的现场抽水或注水试验资料,再根据相应的理论公式 反算渗透系数.这种方法一般能获得较符合实际的大范围的平均 渗透系数值,但该方法设施规模一般较大,费用较高. 3．经验估算法
这种方法是根据手册或规范中给出的各种岩石渗透系数k的经 验值或经验公式确定k值.该方法只能用于初步估算.各类岩石渗透 系数的参考值见表
数.很多学者进行过这方面的试验,虽然所得的结果不尽相同,但 大多数试验表明该值在150～300的范围内。
达西定律中,渗流速度与水力坡度的一次方成正比表明,达西定 律应该适用于描述作层流运动的渗流规律.但由于地下水渗流的 特殊性,二十世纪四十年代以来,很多试验证明,并不是所有的层 流渗流都服从达西定律,达西定律的适用范围仅为Re≤1～10.可 见,实际上达西定律的适用范围要较层流渗流的范围小得多.
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无填充物卵石 稍有裂隙岩石 裂隙多的岩石
均质的砂进行了大量的试验研究,总结出渗流速度与渗流水头损 失之间的基本关系式,后人称之为达西定律.
达西的渗流试验装置如图所示.该装置 为上端开口的直立圆筒,筒中装有均匀的
砂.筒的上部有进水管A和保持恒定水位的 溢流管B,筒的侧壁在相距l的两过水断面11与2-2处分别装有测压管,距筒底不远处设 有滤板D,筒的出口处设有计量筒C.当水自 上而下形成恒定渗流后,两侧压管的水头 差ΔH即为渗流在l流程上的水头损失,并可 通过计量筒C测得相应的渗流流量Q.
n ΔA 称为岩石在该断面上的平 ΔA
式中ΔA′为ΔA中的空隙面积； 均空隙度，显然n<1。 渗流模型将渗流视为连续的介质运动，其运动要素是空间位 置和时间的连续函数，这使前面建立的描述液体运动的基本概 念，可直接应用于渗流，为理论上研究渗流问题成为可能。本 章中提到的地下水渗流都是指符合渗流模型的渗流。
在不同尺寸的圆筒和不同类型的均质砂中反复进行这一试验,结果 表明:通过圆筒的渗流量Q与圆筒的横截面积A及水力坡度 J hw L 成正比，并与砂的透水性能有关，即
Q kJA
或
Q v kJ A
式中k为反映岩石透水性能的比例系数,称为渗透系数.它具有流速 的量纲,物理意义是,水力坡度J=1时的渗流速度.k的数值愈大,岩石 的透水性愈好. 上式即为著名的达西定律。它指出，渗流速度v与水力坡度J的 一次方成正比，故又称为线性渗流定律。它是渗流的基本定律。 达西定律是在均质的砂中进行均质渗流试验得到的,式中的水力 坡度 J hw L ΔH L 一般的地下水渗流并非都是均匀渗流，所以 达西定律常用更一般的形式表示为
力是承压水的重要特征。
当钻孔打穿隔水顶板后,承压水就会沿钻孔上升到隔水顶板之上, 并停留在一定的高度上.承压水位到隔水顶板底面之间的铅直距离 (h)称为承压水头;隔水顶、底板间的距离(M)称为承压含水层厚度. 承压含水层埋深一般相对较大,根据水文地质条件的不同,其上部 可以有或没有潜水含水层.承压含水层埋深较大,并存在稳定的隔 水顶板,所以与地表水的联系相对较弱. 五、渗流模型 由于岩石空隙的形状、大小和连通性极其复杂，要详细确定 每个岩石空隙通道中的渗流情况十分困难。况且从应用角度讲， 也不必要。工程中所关心的往往是渗流的宏观平均效果，为此 引入一种简化的渗流模型来代替实际渗流。 渗流模型是一种假想的流场,它认为流场中的渗流性质(如密 度、粘滞性等)与真实渗流相同,但它连续地充满着包括岩石的 骨架和空隙所占据的全部空间.同时,还要求在该假想流场中各
则该断面上的单宽流量为dldhkhhv对上式分离变量并从图中的断面11到22积分dhdlkh近似代替并积分后整理得由于其中z为距断面11的距离为x的任意过水断面xx处隔水底板的标高如图则上式也可表示为可见当隔水底板倾斜时也可通过计算两断面间含水层的平均厚度和平均水力坡度并结合含水层的渗透系数由上式近似计算单宽流量
本章以地下水渗流为代表，讨论渗流的基本规律及其一些实 际应用。下面先介绍一些与地下水渗流有关的基本概念. 一、水在岩石中的存在形式 这里所说的岩石是具有空隙（孔隙、裂隙或溶隙）的松散岩 石和坚硬岩石的统称。水在岩石中的存在形式有：气态水、吸 着水、薄膜水、重力水和毛细水
气态水以水蒸汽形式存在于岩石的空隙中，数量极微，在渗流 中可以不考虑。 吸着水和薄膜水又统称为结合水，它们都是由于岩石颗粒表 面与水分子间的静电引力作用而被束缚在岩石颗粒表面的。 其中吸着水以极薄的若干水分子层厚度被吸附在岩石颗粒表面, 吸附力极强,具有固态水的性质;薄膜水以不超过分子作用半径的 膜层包围着岩石颗粒,性质与液态水相近.在含水层中结合水含量 相对很少，而且不参与地下水渗流，在渗流中一般也不考虑。 重力水就是重力作用下能够在岩石空隙中自由运动的水.重力 水可以传递静水压力,并且在无压渗流中可以形成自由水面.通常 所说的地下水就是指重力水,它可供开采利用,是地下水的主要部 分,也是地下水渗流研究的主要对象. 毛细水是在地下自由水面以上,由于毛细作用而保持在岩石毛 细管中的水.这种水可以随地下水面的变化而上下运动,除特殊情 况外,渗流中一般也不考虑.
第34讲
第一节 概述
第十章
渗流
流体在多孔介质中的流动称为渗流。水在松散岩石颗粒间的孔
隙或坚硬岩石内纵横交错的裂隙及溶隙中的流动即地下水的渗流， 是自然界最常见的渗流现象。渗流理论广泛应用于水利、给水排 水、土建、石油及矿藏开采等领域。例如，地下水资源的堪察与 开采、为局部降低地下水位而进行的基坑排水及输水渠道渗漏量 的确定等，都将涉及渗流问题。
潜水上部没有连续完整的隔水层,通过透水层可与大气相通,潜 水面为自由水面.潜水面到下部隔水层(隔水底板)的距离(h)称为潜 水含水层厚度.潜水含水层是自然界中埋深相对最浅、与地表水联 系相对最密切的含水层. 承压水是充满于两个稳定的隔水层之间的含水层中的重力水
其上、下隔水层分别称为承压含水层的隔水顶、底板。承受压
当渗流的雷诺数超出上述范围时,渗流速度与水力坡度为非线 性关系.比较常用的的非线性关系是1901年由福希海梅提出的公 式,即
J av bv2
式中的a和b为待定常数。当a =0时，上式可表示为
v kJ1 2
式中k的为渗透系数.该式称为谢才公式,它与明渠流的谢才公式类 似,表明渗流速度与水力坡度的1/2次方成正比. 虽然达西定律的适用范围很小,但由于自然界中地下水的渗流 速度一般Байду номын сангаас很小.实际上,绝大多数的地下水渗流都是呈雷诺数 很小(一般Re＜1)的层流运动,只有在溶隙十分发育的可溶性岩 石区和在取水构筑物附近才能出现Re＞10的渗流.因此,达西定 律对绝大多数的自然渗流都是适用的,它是渗流的基本定律.
透水岩石是指颗粒较粗的松散砂砾石堆积物及裂隙或溶隙发育 的坚硬岩石等透水性良好的岩石；
不透水岩石是颗粒极细小的粘土及质地致密、裂隙和溶隙很 少的坚硬岩石等透水性极差的岩石；
半透水岩石的透水性介于上述两种岩石之间，如亚砂土、裂 隙不太发育的黄土及泥灰岩等。 根据岩石透水的均匀性和方向性,又可将岩石分为均质岩石和 非均质岩石及各向同性岩石和各向异性岩石.均质岩石是透水性 均匀,即透水性与位置无关的岩石;反之,若透水性与位置有关,就 是非均质岩石.各向同性岩石是岩石中任一点处的透水性都与方 向无关的岩石;反之,若透水性与方向有关,则称为各向异性岩石. 均质各向同性的岩石只是一种理想化的岩石模型.实际中,对于 某一类松散岩石而言,往往都可近似按均质各向同性岩石考虑,而 坚硬的裂隙或溶隙岩石则往往是非均质的,甚至是各向异性的.本 章只讨论最简单的在均质各向同性岩石中的渗流规律,它是渗流 的基础。
dh w dH uk k dL dL
式中u为渗流场中某点的渗流速度。 二、达西定律的适用范围 与管流类似,渗流的流动型态仍可用雷诺数
Re vd
来判别。
这时,式中的v为渗流在计算断面上的平均流速;d为岩石介质颗粒 的平均粒径;ν为渗流液体的运动粘滞系数。 可用试验方法求得地下水渗流由层流转变为紊流时的临界雷诺
影响,地下水渗流多是呈非恒定渐变流运动的.但地下水非恒定渗 流的特点是,在渗流场空间点上的渗流运动要素不仅随时间变化 幅度小,而且变化速度也很缓慢.因此,在一般情况下,地下水渗流 都可近似按恒定渐变流来处理。
第二节
渗流的基本定律——达西定律
一、达西定律 为研究渗流的基本规律,法国工程师达西在1852～1856年,利用
二、岩石按透水性的分类 岩石的透水性是指其允许重力水通过的能力。所有岩石都具有 一定的透水性，但不同的岩石透水性不同 岩石的透水性主要取决于岩石中空隙的大小、多少及其连通性。 例如,在颗粒较粗的松散岩石和裂隙或溶隙发育的坚硬岩石中, 空隙大而多,连通性也好,所以透水性强;细颗粒的松散岩石,虽然 单位体积岩石内的空隙量(称为空隙度)可以很大,但颗粒间的空 隙较小,结合水还要占据一部分,使重力水的有效通道更窄小,所 以阻力较大,透水性较差.颗粒愈细小,其透水性愈差,甚至几乎不 透水. 在实用中,根据岩石透水性的强弱,常将岩石分为透水岩石,半 透水岩石和不透水岩石。
本章仅限于讨论符合达西定律的地下水的渗流。 三、渗透系数的确定 渗透系数k是反映岩石透水性的指标,是分析计算渗流问题的重
要参数.k与岩石的性质(如颗粒的大小、成分、排列方式、充填 状况,裂隙的性质及其发育程度等)和渗流液体的物理性质(如容量、 粘滞性等)有关.准确的k值一般不易确定,目前常采用以下三种方 法确定. 1．室内测定法 可采用达西渗流试验装置,通过实测水头损失hw 和流量Q,按下 式即可求得筒内土样的渗透系数
渗透系数 k （cm/s）
6 106 ～ 1104
均质粗砂 圆 卵
2 102 ～ 6 102 7 102 ～ 8 102 6 102 ～ 1101 1101 ～ 6 101
110 ～ 6 10 3 104 ～ 6 104
6 10 ～ 110
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六、地下水渗流的特点
实际渗流具有曲折复杂的渗流通道,在渗流模型中,地下水渗 流还具有以下两个特点. （1）迟缓的渗流速度 地下水因渗流阻力很大,所以渗流速度v一 般很缓慢,通常以每日(昼夜)米(m/d)为单位.天然条件下,地下水在 孔隙或裂隙中的渗流速度一般只有几m/d,甚至小于1m/d. 由于渗 流速度很小,在计算渗流总水头时,可以忽略流速水头.即在地下水 渗流中,测压管水头就是总水头,它总是沿流程下降的.这是地下水 渗流的主要特点之一. （2）非恒定的渐变流运动 由于受气候及自然水文地质条件的