地下水的运动规律
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单位为m／d或cm／s
• 由公式V = K I 分析
– 当I一定时，岩层的 K 愈大，则 V 也愈大， Q 大
因此，渗透系数 K 是表征岩石透水性的定量指标
21
2.2.2 渗透试验与达西定律
（2） 达西定律（Darcy’s law）
达西定律—线性渗透定律（linear law）
• H.Darcy—
法国水力学家，1856年通过大量的室内实验得出的。
实验条件：
断面1
h
1）等径圆筒装入均匀砂样（uniform sand），L断面H为1A 2）上（下各）置一个稳定的断溢面水2 装置——保持稳H定2水流
主要难点
• 水头及水力坡降 • 二维流网及其应用 • 渗透力及其分析方法
4
2.1 基本概念与概述
2.1基本概念与概述
地下水以不同的形式（强结合水、弱结合水、毛细水和重力水 等）存在于岩土体的空隙中。我们的研究对象：重力水在岩石 空隙中的运动规律。
• 地下水运动的几个基本概念
（1）渗流与渗流场
渗流（渗透）：指地下水在岩石空隙中的运动。 渗流场：指发生渗流的区域。
A > Av
Av
Q＝vA ＝ vsAv
v v vs n
20
2.2.2 渗透试验与达西定律
渗透系数 K（coefficient of permeability） 在有些教科书中也称为水力传导系数 （hydraulic conductivity）
• 定义：水力梯度为 I =1 时的渗透流速 （V=KI）
（2）层流运动与紊流运动
层流运动：水的质点作有秩序的、互不混杂的流动。
紊流运动：水的质点无秩序地、互相混杂的流动。
从流态来看，地下水多为层流（除岩溶管道外）
5
2.1 基本概念与概述
• 地下水运动的几个基本概念
（3）稳定流与非稳定流 稳定流：指水在渗流场内运动，各个运动要
素(水位、水量、流速、流向等)不随时间变化的 水流运动。
u v2 hz
w 2g
z：位置水 头 u/γw：压力水 V头2/(2g)：流速水头≈0
总水头： h z u
w
uA w
h1 zA
0
A
B L
基准面
Δh
uB
w h2
zB 0
A点总水头：
h1
zA
uA w
B点总水头：
h2
zB
uB w
水头差：
h h1 h2
水力坡降：
i h L 16
2.2.2 渗透试验与达西定律
二、地下水的分类
地下水按埋藏条件可分为包气带水，潜水和层间水。
三、地下水的物理性质和化学成分
常见的地下水侵蚀作用有哪些？
四、岩土体中的水
结合水：吸附在土颗粒表面的水；强结合水、弱结合水 自由水：电场引力作用范围之外的水；重力水和毛细水 水理性质：孔隙度n; 孔隙比e；含水率(量)w; 饱和度Sr;
2
渗透定 律
vi
物理意义：水力坡降i＝1时的渗流速度 单位：mm/s, cm/s, m/s, m/day
在层流状态的渗流中，渗透速度v与水力坡降i 的一次方成正比，并与土的性质有关。
v ki
注意： v：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度
A
vs：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度
n Av A
第一讲 岩土工程地下水概论及基本性质
2012-5-7（星期一） 8:30—11:25 继教院231
第二讲 岩土工程地下水的运动规律
2012-5-21（星期一） 8:30—11:25 继教院231
第三讲 地层中土应力及压力计算
2012-6-4（星期一） 8:30—11:25 继教院231
第四讲 岩土工程地下水勘察技术和知识梳理
第二讲
地下水的运动规律
——土的渗透性和渗流问题 2.1 基本概念与概述 2.2 土的渗流规律-达西定律 2.3 二向渗流和流网的特征 2.4 渗流力及渗透稳定性
3
本章特点
• 有较严格的理论（水流的一般规律） • 有经验性规律（散粒体多孔介质特性）
学习要点
• 注重对物理概念百度文库意义的深入理解 • 注意土是散粒体（多孔介质）这一特点
非稳定流：指各个运动要素随时间变化的水 流运动。
严格地讲，自然界中地下水都属于非稳定流。
6
2.1 基本概念与概述
概述
碎散性 多孔介质
三相体系 能量差
孔隙流体流动
水、气等流体在土体等多孔介质 的孔隙中流动的现象 土体等多孔介质具有被水、气等 流体透过的性质
非饱和土的渗透性
饱和土的渗透性
渗流
渗透性
渗透特性 强度特性 变形特性
3）实验时上端进水，下端出水——示意流线
4）砂筒中安装了2个测压管 O
O’
5）下端测出水量（outflow）—Q
A
18
2.2.2 渗透试验与达西定律
（2） 达西渗透定律
v k h ki L
q vA kiA
19
2.2.2 渗透试验与达西定律
（2）达西定律
k: 反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数
13
2.2 土的渗流规律—达西定律
2.2 土的渗流规律-达西定律
2.2.1 渗流中的水头与水力坡降 2.2.2 渗透试验与达西定律 2.2.3 渗透系数的测定及影响因素 2.2.4 层状地基的等效渗透系数
14
2.2.1 渗流中的水头与水力坡降
2.2.1 渗流中的水头与水力坡降
A B
L
15
总水头－单位重量水体所具有的能量
2012-6-18（星期一） 8:30—11:25 继教院231
第五讲 岩土工程地下水处理技术和考试
2012-7-9（星期一） 8:30—11:25 继教院231
1
回顾：第一讲 岩土工程地下水概论 及其基本性质
一、地下水的形成及存在形式
地下水形成：渗透作用和凝结作用，还有极少量的原生水。 岩土体中的空隙是地下水赋存的空间：孔隙、裂隙和溶隙。
2.2.2 渗透试验与达西定律
（1）渗透试验
▪试验前提：层流 ▪试验装置：如图
▪试验条件: h1，A，L=const ▪量测变量: h2，V，T ▪试验结果
Δh=h1-h2
Q=V/T
Δh↑，Q↑ A↑，Q↑ L↑， Q↓
Q A h L
断面平均流速 v Q A
水力坡降 i h L
vi
17
2.2.2 渗透试验与达西定律
7
渗渗流透量变形
8
9
2.1 基本概念与概述
水井渗流
Q
天然水面
不透水层
透水层 渗流量
10
11
12
2.1 基本概念与概述
土的渗透性及渗流规律 二维渗流及流网
渗透力与渗透变形
渗流 扬量压 渗力水压 水位力
渗透变 渗形流滑
坡
挡水建筑物 集水建筑物 引水结构物 基坑等地下施工 多雨地区边坡
土坡稳定分析
• 由公式V = K I 分析
– 当I一定时，岩层的 K 愈大，则 V 也愈大， Q 大
因此，渗透系数 K 是表征岩石透水性的定量指标
21
2.2.2 渗透试验与达西定律
（2） 达西定律（Darcy’s law）
达西定律—线性渗透定律（linear law）
• H.Darcy—
法国水力学家，1856年通过大量的室内实验得出的。
实验条件：
断面1
h
1）等径圆筒装入均匀砂样（uniform sand），L断面H为1A 2）上（下各）置一个稳定的断溢面水2 装置——保持稳H定2水流
主要难点
• 水头及水力坡降 • 二维流网及其应用 • 渗透力及其分析方法
4
2.1 基本概念与概述
2.1基本概念与概述
地下水以不同的形式（强结合水、弱结合水、毛细水和重力水 等）存在于岩土体的空隙中。我们的研究对象：重力水在岩石 空隙中的运动规律。
• 地下水运动的几个基本概念
（1）渗流与渗流场
渗流（渗透）：指地下水在岩石空隙中的运动。 渗流场：指发生渗流的区域。
A > Av
Av
Q＝vA ＝ vsAv
v v vs n
20
2.2.2 渗透试验与达西定律
渗透系数 K（coefficient of permeability） 在有些教科书中也称为水力传导系数 （hydraulic conductivity）
• 定义：水力梯度为 I =1 时的渗透流速 （V=KI）
（2）层流运动与紊流运动
层流运动：水的质点作有秩序的、互不混杂的流动。
紊流运动：水的质点无秩序地、互相混杂的流动。
从流态来看，地下水多为层流（除岩溶管道外）
5
2.1 基本概念与概述
• 地下水运动的几个基本概念
（3）稳定流与非稳定流 稳定流：指水在渗流场内运动，各个运动要
素(水位、水量、流速、流向等)不随时间变化的 水流运动。
u v2 hz
w 2g
z：位置水 头 u/γw：压力水 V头2/(2g)：流速水头≈0
总水头： h z u
w
uA w
h1 zA
0
A
B L
基准面
Δh
uB
w h2
zB 0
A点总水头：
h1
zA
uA w
B点总水头：
h2
zB
uB w
水头差：
h h1 h2
水力坡降：
i h L 16
2.2.2 渗透试验与达西定律
二、地下水的分类
地下水按埋藏条件可分为包气带水，潜水和层间水。
三、地下水的物理性质和化学成分
常见的地下水侵蚀作用有哪些？
四、岩土体中的水
结合水：吸附在土颗粒表面的水；强结合水、弱结合水 自由水：电场引力作用范围之外的水；重力水和毛细水 水理性质：孔隙度n; 孔隙比e；含水率(量)w; 饱和度Sr;
2
渗透定 律
vi
物理意义：水力坡降i＝1时的渗流速度 单位：mm/s, cm/s, m/s, m/day
在层流状态的渗流中，渗透速度v与水力坡降i 的一次方成正比，并与土的性质有关。
v ki
注意： v：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度
A
vs：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度
n Av A
第一讲 岩土工程地下水概论及基本性质
2012-5-7（星期一） 8:30—11:25 继教院231
第二讲 岩土工程地下水的运动规律
2012-5-21（星期一） 8:30—11:25 继教院231
第三讲 地层中土应力及压力计算
2012-6-4（星期一） 8:30—11:25 继教院231
第四讲 岩土工程地下水勘察技术和知识梳理
第二讲
地下水的运动规律
——土的渗透性和渗流问题 2.1 基本概念与概述 2.2 土的渗流规律-达西定律 2.3 二向渗流和流网的特征 2.4 渗流力及渗透稳定性
3
本章特点
• 有较严格的理论（水流的一般规律） • 有经验性规律（散粒体多孔介质特性）
学习要点
• 注重对物理概念百度文库意义的深入理解 • 注意土是散粒体（多孔介质）这一特点
非稳定流：指各个运动要素随时间变化的水 流运动。
严格地讲，自然界中地下水都属于非稳定流。
6
2.1 基本概念与概述
概述
碎散性 多孔介质
三相体系 能量差
孔隙流体流动
水、气等流体在土体等多孔介质 的孔隙中流动的现象 土体等多孔介质具有被水、气等 流体透过的性质
非饱和土的渗透性
饱和土的渗透性
渗流
渗透性
渗透特性 强度特性 变形特性
3）实验时上端进水，下端出水——示意流线
4）砂筒中安装了2个测压管 O
O’
5）下端测出水量（outflow）—Q
A
18
2.2.2 渗透试验与达西定律
（2） 达西渗透定律
v k h ki L
q vA kiA
19
2.2.2 渗透试验与达西定律
（2）达西定律
k: 反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数
13
2.2 土的渗流规律—达西定律
2.2 土的渗流规律-达西定律
2.2.1 渗流中的水头与水力坡降 2.2.2 渗透试验与达西定律 2.2.3 渗透系数的测定及影响因素 2.2.4 层状地基的等效渗透系数
14
2.2.1 渗流中的水头与水力坡降
2.2.1 渗流中的水头与水力坡降
A B
L
15
总水头－单位重量水体所具有的能量
2012-6-18（星期一） 8:30—11:25 继教院231
第五讲 岩土工程地下水处理技术和考试
2012-7-9（星期一） 8:30—11:25 继教院231
1
回顾：第一讲 岩土工程地下水概论 及其基本性质
一、地下水的形成及存在形式
地下水形成：渗透作用和凝结作用，还有极少量的原生水。 岩土体中的空隙是地下水赋存的空间：孔隙、裂隙和溶隙。
2.2.2 渗透试验与达西定律
（1）渗透试验
▪试验前提：层流 ▪试验装置：如图
▪试验条件: h1，A，L=const ▪量测变量: h2，V，T ▪试验结果
Δh=h1-h2
Q=V/T
Δh↑，Q↑ A↑，Q↑ L↑， Q↓
Q A h L
断面平均流速 v Q A
水力坡降 i h L
vi
17
2.2.2 渗透试验与达西定律
7
渗渗流透量变形
8
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2.1 基本概念与概述
水井渗流
Q
天然水面
不透水层
透水层 渗流量
10
11
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2.1 基本概念与概述
土的渗透性及渗流规律 二维渗流及流网
渗透力与渗透变形
渗流 扬量压 渗力水压 水位力
渗透变 渗形流滑
坡
挡水建筑物 集水建筑物 引水结构物 基坑等地下施工 多雨地区边坡
土坡稳定分析