渗流的基本概念

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渗流的基本概念

渗流的基本概念

渗流的基本概念
渗流,听起来是不是有点神秘呢?嘿,其实它就在我们身边呢!渗流呀,就好比是水流在土壤、岩石这些奇妙的介质中悄悄地穿梭、涌动。

你想想看,水在地下可不是毫无规律地乱跑哦,它有着自己的路径和节奏。

就像我们走路一样,会选择最适合的道路。

渗流也是这样,它会沿着那些微小的缝隙、孔洞,一点一点地渗透、前进。

比如说,我们常见的地下水,那可就是渗流的杰作呀!地下水是怎么形成的呢?不就是水通过各种缝隙慢慢渗流聚集起来的嘛。

这就好像是一场无声的旅行,水在地下世界中探索、前行,最终汇聚成我们所需要的资源。

再看看那些大坝,为什么要那么精心地设计和建造呢?还不是为了防止水的渗流嘛!要是不重视渗流,水就可能悄悄地从大坝的缝隙中溜过去,那可不得了啦!这就好像一个小漏洞,如果不及时堵住,可能会引发大问题呢。

还有石油的开采,这也和渗流息息相关呀!石油藏在地下的岩石中,要想把它弄出来,就得了解渗流的规律,让石油顺着我们设计的通道乖乖地流出来。

在自然界中,渗流的影响可真是无处不在呢!它能影响土壤的湿度,决定植物能不能得到足够的水分;它能改变地质结构,引发一些奇妙的地质现象。

渗流不就是大自然的一种神奇力量吗?它默默地发挥着作用,却常常被我们忽视。

我们应该好好去研究它、利用它,让它为我们的生活带来更多的好处呀!难道不是吗?渗流虽然看不见摸不着,但它的重要性绝对不容小觑啊!。

渗流力学知识点总结

渗流力学知识点总结

渗流力学知识点总结一、渗流基本理论1.渗流的基本概念渗流是指流体在多孔介质中的流动现象。

多孔介质是由孔隙和固体颗粒组成的介质,流体可以通过孔隙和固体颗粒之间的空隙进行流动。

渗流现象在自然界和工程领域都有着广泛的应用,如地下水的运移、石油的开采、地下储层的注水等。

2.渗透性与渗透率渗透性是指单位压力下单位面积介质对流体的渗透能力,通常用渗透率来描述。

渗透率是介质内渗流速度与流体粘滞力之比。

一般来说,渗透性越大,渗透率越高,介质对流体的渗透能力越强。

3.渗透压力与渗透率渗透压力是指多孔介质内部由于孔隙中流体分布不均匀而产生的压力。

渗透压力的大小与介质的孔隙结构、流体的性质、地下水位等因素有关,它是影响渗流速度和方向的重要因素。

4.达西定律达西定律是描述渗透性与渗流速度之间关系的定律,它指出在流体粘滞力不考虑的条件下,渗透速度与渗透压力成正比,与渗透率成反比。

达西定律为渗流理论研究提供了重要的基础。

二、多孔介质渗流规律1.多孔介质的渗流特性多孔介质是由孔隙和固体颗粒组成的介质,它具有复杂的微观结构和介质性质。

渗流在多孔介质中受到许多因素的影响,如介质的孔隙度、渗透率、渗透性等,这些因素决定了渗流规律的复杂性和多样性。

2.渗流方程渗流方程是描述多孔介质中流体运移规律的方程,它通常由渗流方程和质量守恒方程两部分组成。

渗流方程描述了流体在多孔介质中的流动规律,它是渗流力学研究的核心内容。

3.多孔介质的稳定性多孔介质中的渗流现象可能受到介质本身的稳定性限制。

孔隙结构、流体的性质以及渗透压力等因素都会影响介质的稳定性,这对渗流速度和方向产生重要影响。

4.非均质多孔介质中的渗流非均质多孔介质中的渗流现象通常较为复杂,其渗透率、孔隙度、渗透性等参数都可能在空间上呈现非均匀性。

对非均质多孔介质中渗流规律的研究对于实际工程应用具有重要意义。

三、非线性渗流1.非线性渗流模型非线性渗流模型是描述介质非线性渗流现象的数学模型。

1地下水渗流基本概念与基本定律

1地下水渗流基本概念与基本定律

(4)实际平均流速(Mean actual velocity)是多孔介质中地下水通过空隙面积 的平均速度;地下水流通过含水层过水断面的平均流速,其值等于流量除以过水断 面上的空隙面积,量纲为L/T。记为。它描述地下水锋面在单位时间内运移的距离
,是渗流场空间坐标的离散函数。表示为:
渗流速度 = n 实际平均流速
包括两大类,运动特点各不相同,分别满足于孔隙水和裂隙 岩溶水的特点。 (1) 第一类为地下水在多孔介质的孔隙或遍布于介质中的裂 隙运动,具有统一的流场,运动方向基本一致; (2) 另一类为地下水沿大裂隙和管道的运动,方向没有规律 ,分属不同的地下水流动系统。
地下水动力学
安徽理工大学 地球与环境学院 水资源与规划系
Ch1 地下水渗流基本概念与基本定律
(2) 连通性:封闭和畅通,有效和无效。
(3) 压缩性:固体颗粒和孔隙的骨架具有压缩性。 (4) 多相性:固、液、气三相可共存。其中固相的成为骨架,气相主要分
布在非饱和带中,地下水可以吸着水、薄膜水、毛管水和重力水等形式
存在。 固相—骨架 matrix
气相—空气,非饱和带中
地下水动力学
安徽理工大学 地球与环境学院 水资源与规划系
Ch1 地下水渗流基本概念与基本定律
2、水力坡度[水力梯度](hydraulic gradient):在渗流场中大小等于梯 度值,方向沿等水头面的法线并指向水头下降方向的矢量,用J表示。
式中 分别为:
——法线方向单位矢量。在空间直角坐标系中,其三个分量
2、层流与紊流 层流(laminar flow):水流流束彼此不相混杂、运动迹线呈近似 平行的流动。 紊流(turbulent flow):水流流束相互混杂、运动迹线呈不规则 的流动。

渗流力学要点整理

渗流力学要点整理
2.研究各物理量的条件和状况
过程状况:是等温过程还是非等温过程;
系统状况:是单组分系统还是多组分系统,甚至是凝析系统;
相态状况:是单相还是多相甚至是混相;
流态状况:是服从线性渗流规律还是服从非线性渗流规律,是否物理化学渗流或非牛顿液体渗流。
3.确定未知数和其它物理量之间的关系
运动方程:速度和压力梯度的关系
岩石的状态方程
质量守恒方程(单相渗流的连续性方程、两相渗流的连续性方程)
单相渗流
=
div F=▽·F在矢量场F中的任一点M处作一个包围该点的任意闭合曲面S,当S所限定的区域直径趋近于0时,比值∮F·dS/ΔV的极限称为矢量场F在点M处的散度,并记作div F
两相渗流
油相
=
水相
油、气两相渗流
油相
=
油相
状态方程:物理参数和压力的关系
连续性方程:渗流速度v和坐标及时间的关系或饱和度与坐标和时间的关系:
确定伴随渗流过程发生的其它物理化学作用的函数关系(如能量转换方程、扩散方程等等)
4.写出数学模型所需的综合微分方程(组)
用连续性方程做为综合方程,把其它方程都代入连续性方程中,最后得到描述渗流过程全部物理现象的统一微分方程或微分方程组。
建立数学模型的步骤
1.确定建立模型的目的和要求
解决的问题:①压力P的分布②速度v的分布(包括求流量)③饱和度S的分布④分界面移动规律。
自变量:空间和时间,(x,y,z)或(r,θ,z)和时间t
因变量:压力P和速度v;两相或多相流S分布
其它参数:地层物性参数(如渗透率K、孔隙度ф、弹性压缩系数C、导压系数æ等)和流体的物理参数(如粘度μ、密度ρ、体积系数Bபைடு நூலகம்)

水力学第15章渗流基础2 (4)

水力学第15章渗流基础2 (4)
(15.31)
上式可用于计算逆坡地下河槽中渐变渗流的浸润曲线。
如果将过水断面宽度b、A=bh、 ,以 代入式(15-25)积分得
(15.32)
(15.33)
15.1.6承压含水层中渗流的稳定运动
当底板水平时和底板倾斜角 <10 时的承压含水层
(15.34)
总流量为 (15.35)
式中b为渗流的宽度;M为含水层厚度;H1和H2为两个观测断面的总水头;L为两断面之间的距离。
15.1.3渗流的基本定律-达西定律
1.达西定律
达西定律的实验仪器如图15-1所示。达西分析了大量的实验资料表明,渗流量Q与圆筒断面面积A及水头损失hw=h1-h2成正比,与断面间距L成反比,并和土壤的透水性有关。达西定律可表示为
图15-1达西渗流实验装置
(15.3)
(15.4)
式中v为渗流简化模型的断面平均流速;J为水力坡度, ;k为渗透系数。
第15章 渗流基础
15.1知识要点
15.1.1渗流的Байду номын сангаас本概念
流体在孔隙介质中的流动称为渗流。流体包括水、石油及天然气等各种流体;孔隙介质包括土壤、岩层等各种多孔介质和裂隙介质。
地下水渗流分为无压渗流和有压渗流。位于不透水地基上的孔隙区域内具有自由表面的渗流,称为无压渗流。渗流与大气相接触的自由表面称为浸润面。无压渗流主要是解决渗透流量和浸润线的计算。位于不透水层下面的渗流称为有压渗流。有压渗流主要是计算渗流量和水工建筑物底板所受的扬压力,以及底板下游出口处的流速分布,校核土壤的渗透稳定性。
当承压含水层的厚度M是变化的,如图15-3所示。单宽流量的近似解为
图15-3
(15.36)
15.1.7地下水向集水建筑物---井的运动

水力学-渗流可编辑全文

水力学-渗流可编辑全文

2.3lg
a0 H 2 a0
浸润曲线:
y
x
L L m2hk
H12 hk 2
hk 2
15.7 渗流场的基本微分方程式及 其解法简介
为了解渗流的区内各点的渗流流速和动 水压强,进行渗流场的求解
渗流场的连续性方程:
ux uy ux 0 x y z
运动方程:
ux
k
H x
uy
k
渗流的类型: 恒定渗流和非恒定渗流 均匀渗流及非均匀渗流 渐变渗流及急变渗流 有压渗流和无压渗流
15.2 渗流的基本定律—达西定律
达西定律:均质孔隙 介质中渗流流速与水 力坡度的一次方成比 例并与土的性质有关
v Q kJ A
或 v k dH
ds
适用条件:
适用于层流渗流,水利工程中绝大多 数 渗流属于层流范围
CH15 渗流
渗流常出现在:经过挡水建筑物中、水 工建筑物地基中、集水建筑物中、水库 及河道
本章研究渗流的流速、压强分布、渗流 的流量、渗流的水面线等
15.1 渗流的基本概念
渗流是水在土中的存在形式:汽态水、 吸着水、薄膜水、毛细水、重力水
假定:渗流是在均质各向同性土中的
渗流模型—认为渗流是充满了整个孔隙 介质区域的连续水流 模型取代真实渗流的原则: 1、流量相等 2、确定作用面动水压强相等 3、阻力相等即水头损失相等
渗流的临界雷诺数为:
Re
1
vd
0.75n 0.23
非层流渗流,其流动规律为:
v kJ 1m
渗透系数 k 的确定
主要取决于颗粒形状、大小、不均匀系 数及水温
经验法、室内测定法、野外测定法
15.3 地下河槽中恒定均匀渗流和 非均匀渐变渗流

第十一部分 渗流

第十一部分 渗流
1)第一类边界条件:已知部分边界上的水头。 第一类边界条件:已知部分边界上的水头。
H ( x, y, z) Γ1 = ϕ1 ( x, y, z ),
( x, y, z ) ∈ Γ1
2)第二类边界条件:已知部分边界上的流速。 第二类边界条件:已知部分边界上的流速。
k ∂H ∂n = q( x, y, z ),
p1 p2 hf = hw = z1 + − z2 + γ γ
2)达西定律
经大量反复试验发现:Q∝ AJ 经大量反复试验发现:
(J= hf / l )
kJ v==
引入比例系数k : Q = k A J 称为渗流系数, 式中 k 称为渗流系数,反映土壤对水流运动的 综合作用。 综合作用。 断面平均流速 V = Q / A V = kJ = - k dH / ds 这就是著名的达西定律。 这就是著名的达西定律。它说明均匀渗流的流速 与水头损失的一次方成正比,也称线性渗流。 与水头损失的一次方成正比,也称线性渗流。
2 2
式中 J
与土壤结构有关: 与土壤结构有关:
J
粗砂及卵石 砂土 亚砂土 亚粘土 粘土
0.003-0.005 0.005-0.015 0.03 0.05-0.10 0.15
2 、井
1)井的分类
①潜水井(普通井):完全井和不完全井 潜水井(普通井) 自流井(承压井) ②自流井(承压井):完全井和不完全井
水力学
第十一部分 渗流
Seepage Flow
Chapter 11 Seepage Flow
11-1 渗流基本概念 111111-2 渗流的达西定律 1111-3 渗流基本方程 1111-4 一维恒定渐变渗流 1111-5 井和集水廊道 1111-6 渗流的流网解

地下水的渗流运动

地下水的渗流运动
雷 诺 数 ( Re ) 为 1-10 的 层 流 才 符合达西定律。
天然条件下地下水的渗流速度通 常很缓慢,绝大部分为层流运动, 一般可用线性定律描述其运动规 律。
19
10.2 地下水运动的基本定律
二、非线性渗透定律
➢ 紊流:
哲才公式
v Kc i
➢ 混合流:介于层流与紊流之间的水流。
斯姆莱盖尔公式 v K c m i
三、水力坡度
指沿渗透途径上的水头降低值(损失)与相应的渗流长度之
比。
IH1H2 Hh
L12
LL
物理含义:代表渗流过程中,单位渗透途径上机械能的损 失。
渗流过程中总机械能的损耗原因(与水力学相近):液体的粘 滞性(水质点间的摩檫阻力)及固体颗粒表面对水流的反作用力 (水与隙壁间的阻力)。
8
10.1 渗流的基本概念
11
10.1 渗流的基本概念
四、流线与流网
流网:渗流场某一典型剖面或切面上,由一系列等水头 线与流线组成的正交网格。(剖面流网、平面流网)
流 网 示 意 图
平行流网
辐射流网
12
10.1 渗流的基本概念
四、流线与流网
流网特点:
1. 流线与等水头线垂直(正交); 2. 相邻两条等势线间的势差为常量,相邻两条流线
3
概化后的理想渗流
ห้องสมุดไป่ตู้
图1-1-0b 在一般管道中的普通水流
颗粒
孔隙
A
图1-1-3a 地下水实际流线
颗粒
孔隙
B
4
10.1 渗流的基本概念
二、过水断面和渗透速度 ➢ 过水断面
指含水层中水与渗流流向垂直的的断面,包括骨架和空 隙在内的断面。可以是平面,也可是曲面,其大小可随渗 流方向变化。

水文地质学基础:渗流的基本概念

水文地质学基础:渗流的基本概念

7 地下水运动规律地下水在岩石空隙中的运动,可以在饱水的岩层中或非饱水的岩层中进行。

实际生产中提出不少课题,都涉及地下水的运动规律。

地下水运动是发生在岩石或土体空隙中的。

它和地表水流不同,其主要区别是地下水的运动缓慢,运动空间既有水流又有岩土颗粒存在,运动的阻力很大,地下水流在岩土空隙中作弯弯曲曲的复杂运动,研究地下水每个质点的运动情况即不可能又没必要。

地表水流中水质点充满于整个流速场,水流是连续的。

7.1 渗流的基本概念地下水在岩石空隙(孔隙、裂隙及溶隙)中的运动称为渗流。

研究渗流具有以下几方面的应用:(1)在生产建设部门:如水利、化工、地质、采掘等部门。

(2)土建方面:如给水、排灌工程、水工建筑物、建筑施工。

(3)合理开发利用地下水资源(地下水回灌)防止水污染方面。

(4)保持路基处于干燥稳固状态并防止冻害—降低地下水水位。

(5)涉及地下水流动的集水或排水建筑物—单井、井群、集水廊道、基坑、机井、坎儿井。

7.1.1 水在土壤中的状态水在土壤中的状态可以分为汽态水,附着水,薄膜水,毛细水和重力水等类型,其中对渗流起主导作用的是重力水与毛细水。

(1)重力水(Gravitational water):指在重力及液体动水压强作用下流动的水,是本章主要研究的对象。

重力水与毛细水的界面为潜水面,浸润面(Water table)。

(2)毛细水(capillarywater):指的是地下水受土粒间孔隙的毛细作用上升的水分。

毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水。

7.1.2 土的渗流特性透水性指土壤允许水透过的性能,用渗透系数k的大小表示其透水强弱。

土壤透水性能不随地点改变的土称为均质土(Homogeneous soil);否则为非均质土(Heterogeneous soil)。

土壤在同一地点的各个方向的透水性能都相同(各个方向的渗透系数相同)的土为各问同性土(Isotropic soil),否则为各向异性土(Anisotropic soil)。

渗 流

渗    流

由此可见,达西定律有一定的适用范围。不过,大多数
工程中的渗流问题均可用达西渗流定律来解决。
Q
B
1
1
l
2 C
2 T
0
hw h1
H1 H2
V 0
渗流
1.2 渗流基本定律
【例6-2】在实验室用达西实验装置测定土样的渗透系数k。圆筒直径d=20cm,土 层厚度l=40cm,通过实验测的渗透流量Q=100ml/min,其测压管水头差△h=20cm, 求该土样的渗透系数k。(实验符合达西线性定律)
而水在孔隙中的实际平均速度为
Q A
(6-7)
Q A 1
式由中于n△—土A—壤’—土孔—壤隙△孔度A隙n<中度1孔,,隙n所面以AA积渗;1流A速度A小 于n土壤孔隙中的实际速度。
引入渗流模型后,可将渗流场中的水流看作是连续介质的运动,因此,以前关于
流体运动的各种概念均可应用于渗流。
渗流
Q
B
1
1
l
2 C
2 T
0
hw h1
H1 H2
V 0
渗流
1.2 渗流基本定律
由于渗流不计流速水头,实际测量的测压管水头差 即为两断面之间的水头损失,即
水力坡度
hl H1 H2
J hl H1 H2
l
l
Q B 1
1 hw h1
l
2 C
2 T
0
H1
H2
V 0
渗流
1.2 渗流基本定律
达西根据实验数据发现,圆筒内的渗流量Q与过流
【解】渗透流量 Q 100mL / min 0.1103 =1.67 10-6m3 / s 60
实验符合达西线性定律,所以

流体力学讲义 第十二章 渗流

流体力学讲义 第十二章  渗流

流体力学讲义第十二章渗流第十二章渗流概述一、概念1.渗流(Seepage Flow):是指流体在孔隙介质中的流动。

2.地下水流动:在土建工程中,渗流主要是指水在地表以下的土壤和岩石层中的流动,简称为地下水流动。

判断:地下水的流动与明渠流都是具有自由液面的流动。

错二、渗流理论的应用1.生产建设部门;如水利、化工、地质、采掘等部门。

2.土建方面的应用给水方面排灌工程方面水工建筑物建筑施工方面三、渗流问题确定渗流量:如确定通过闸坝地基或井等的渗流流量。

确定渗流浸润线的位置:如确定土坝坝体内的浸润线以及从井中抽水所形成的地下水面线的位置。

确定渗流压力:如确定渗流作用于闸坝底面上的压力。

估计渗流对土壤的破坏作用:计算渗流流速,估计发生渗流破坏的可能性,以便采取防止渗流破坏的措施。

四、土壤的水力特性不均匀系数:(12-1)式中:d60,d10——土壤颗粒经过筛分时分别有60%,10%重的颗粒能通过筛孔直径。

孔隙率n:是指单位总体积中孔隙所占的体积,。

沙质土:n=0.35~0.45;天然粘土、淤泥:n=0.4-0.6。

1.透水性透水性(hydraulic permeability):是指土或岩石允许水透过本身的性能。

通常用渗透系数k来衡量,k值越大,表示透水性能越强。

均质土壤(homogeneous soil):是指渗流中在同一方向上各处透水性能都一样的土壤。

非均质土壤(heterogeneous soil):是指渗流中在同一方向上各处透水性能不一样的土壤。

1各向同性土壤(isotropic soil):是指各个方向透水性都一样的土壤。

各向异性土壤(anisotropic soil):是指各个方向透水性不一样的土壤。

2.容水度容水度(storativity):是指土壤能容纳的最大水体积与土壤总体积之比,数值与土壤孔隙率相等。

3.持水度持水度(retention capacity):是指在重力作用下仍能保持的水体积与土的总体积之比。

渗流的基本概念和基本规律

渗流的基本概念和基本规律

第一章渗流的基本概念和基本规律内容概要:油气渗流是在地下油层中进行的,因此学习渗流力学首先需了解油气储集层和多孔介质的概念;流体在地下渗流需要里的作用,故还要了解流体受到哪些力的作用、地层中有哪些能量;然后学习渗流的基本规律-达西定律;流体渗流不总是遵循达西定律,就有了非达西渗流或称非线性渗流;对于地层中有多相流体同时参与流动的情况就是两相或多相渗流了,在本章也做一简单介绍。

第一节油气储集层及渗流过程中的力学分析内容概要:油气渗流是在地下油层中进行的,因此学习渗流力学首先需了解油气储集层和多孔介质的概念;掌握他们的特点。

流体在地下渗流需要力的作用,本节应掌握流体受到哪些力的作用,其中哪些是动力、哪些是阻力;地层中有哪些能量为地层流体流入井底提供动力,理解油藏的驱动方式,了解各种驱动方式下油藏的生产特点。

课程讲解:讲解ppt教材自学:油气储集层本节导学油气渗流是在地下油层中进行的,因此学习渗流力学首先需了解油气储集层和多孔介质的概念;掌握他们的特点。

本节重点1、油气层的概念★★★★★2、油气层的分类和特点★★★3、多孔介质的概念★★★4、多孔介质的表征参数★★★一、油气层的概念油气层是油气储集的场所和流动空间,在其中油气水构成一个统一的水动力学系统,包括含油区、含水区、含气区及它们的过渡带。

在一个地质构造中流体是相互制约、相互作用的,每一局部地区的变化都会影响到整体。

可分为:层状和块状 1.层状油藏往往存在于海相沉积和内陆盆地沉积中,厚度较小,分布面积大、多油层、多旋回。

水动力特点:流动只在平面进行,忽略垂向上流体的运动和物质交换。

按边界类型可分为:封闭边界油藏: 边界为断层或尖灭,没有边水供给定压边界油藏:层体延伸到地表,有边水供给区,在边界上保持一个恒定的压头。

定压边界油藏 封闭式油藏1-供给边缘;2-含油边缘;3-含气边缘 1-封闭边缘;2-含油边缘;3-含气边缘特点:边界压力保持不变。

渗流的基本概念8

渗流的基本概念8

三 渗透系数
是反映土壤特性的一个综合性指标, 渗透系数 k 是反映土壤特性的一个综合性指标,受多 种因素影响,如孔隙介质的特性、液体的物理特性等。 种因素影响,如孔隙介质的特性、液体的物理特性等。确 中方法: 定 k 值有 3 中方法: 经验公式估算, 1. 经验公式估算,作粗略估算用 实验室测定法,取天然的土样, 2. 实验室测定法,取天然的土样,利用达西实验装置 QL 测定 k, k = Ah ,其中的 Q 和 hw 由试验测得 , 现场测定法,多用于重要的大型工程, 3. 现场测定法,多用于重要的大型工程,一般采用钻 孔抽水或注水方法测得流量和水头, 孔抽水或注水方法测得流量和水头, 再根据相应公式 计算 k。 。
设渗流模型微小过水断面面积 ∆A,通过的流量 ∆Q 则 , 渗流流速 U 为 ∆Q (3) U= ∆A 由于在实际渗流区域内有一部分面积被土壤颗粒所占 据 , 所 以 , 实 际 渗 流 的 过 水 断 面 面 积 ∆A 小 于 ∆A, ∆A' = n⋅ ∆A ,那么土壤孔隙中正是渗流流速为 ∆Q ∆Q U (4) U = = =
三 渗流模型
水在土壤孔隙中的运动是极不规则的复杂运动, 水在土壤孔隙中的运动是极不规则的复杂运动,要了解每个孔隙 内的流动状况相当困难。从工程角度看,只需了解宏观的平均效应, 内的流动状况相当困难。从工程角度看,只需了解宏观的平均效应, 宏观的平均效应 因此为了研究方便,采用简化的渗流模型取代实际的渗流运动。 因此为了研究方便,采用简化的渗流模型取代实际的渗流运动。 渗流模型:不考虑地下水的流动区域内土壤颗粒的结构, 渗流模型:不考虑地下水的流动区域内土壤颗粒的结构,设想水 作为连续介质连续地充满渗流区域的空间, 作为连续介质连续地充满渗流区域的空间,从而将流动视为连续介质 流动,所有水力要素可看作随空间点是连续变化的, 流动,所有水力要素可看作随空间点是连续变化的,可以用连续函数 的基本性质来研究渗流运动。 的基本性质来研究渗流运动。 以渗流模型取代实际渗流,满足下列条件: 以渗流模型取代实际渗流,满足下列条件: ① ② ③ 通过渗流模型某一断面的渗流量等于实际渗流通过相应断面的 渗流模型某一确定作用面上渗流压力与实际渗流在该作用面上 渗流模型某一确定作用面上渗流压力与实际渗流在该作用面上 渗流模型的阻力与是渗流的阻力相等 真实渗流量 的真实压力相等

水力学第8章 渗流

水力学第8章  渗流

u kJ
断面平均流速: v u kJ
因此,渐变渗流过流断面上各点流速或断面平均流速可表示为:
dH v u k 杜比公式 ds
实质:是达西渗流定律由 均匀渗流推广到渐变渗流
第8章
8.1 8.2 概述
渗流
渗流的达西定律
8.3
8.4
地下水渐变渗流
井和井群
井是汲取地下水的集水构筑物。
自流完整井浸润线方程
ktS Q 2.732 R lg r0
自流完整井 产水量公式
三、井群

井群指相互影响的联合工作的多个井的组合。 根据单井的类型,井群也分为潜水井群和承压井群。 设由n个普通完整井组成的井群,各井的半径、产水量、 到某点的距离分别为 r01、r02…r0n;Q1、 Q2 …Qn; r1、 r2…rn。 各井单独工作时,井内水深分 r1 别为 h1、h2…hn,在A点的水头 r01 A r2 分别为 z1、z2…zn,于是各单井 r02 的浸润线方程为: r
实验设计:
①均质砂土 ②恒定均匀渗流
hl
1
L
1
均质砂土
H1
③体积法测定流量Q
Q
V T
v
Q A
H2
2
0
2
0
④由于不计流速水头,因此测压管 液面差即为水头损失 p p hl ( z1 1 ) ( z2 2 ) H1 H 2 g g
hl H1 H 2 J l l
渗流的流速水头可忽略不计:
p u2 p 总水头: H z z g 2g g
H Hp
hl hpl
J Jp
渗流的流速水头可以忽略不计,因此测压管水头近似等 于总水头,测压管水头差就是水头损失,测压管水头线 的坡度就是水力坡度。

渗流的名词解释

渗流的名词解释

渗流的名词解释渗流指的是液体或气体在多孔介质中通过毛细力而发生的流动现象。

多孔介质可以是岩石、土壤、纸张等具有较大孔隙度的材料。

一、渗流的基本原理渗流的基本原理是由两部分组成:一是液体或气体通过毛细力在多孔介质中产生的流动,二是通过毛细管、裂缝和孔隙等介质内的传质作用实现物质的传递。

1. 毛细力毛细力是指在一根细管或毛细孔道中,液体表面张力作用下产生的力。

液体分子在细孔或细管中的表面张力使其向内收缩,从而对液体产生一个向内的垂直力,即毛细力。

毛细力越大,液体在孔道或管道中的上升高度就越高。

2. 多孔介质多孔介质具有很多微小孔隙或裂缝,这些孔隙或裂缝可以形成一条通道,使液体或气体通过。

多孔介质的孔隙度越大,液体或气体渗流的速度就越快。

3. 渗流速度渗流速度指的是液体或气体通过多孔介质的速度。

渗流速度与介质孔隙度、毛细力、介质厚度等因素有关。

通常情况下,渗流速度随着孔隙度和毛细力的增加而增加。

二、渗流的应用领域渗流在许多领域都有广泛的应用,包括地质勘探、土壤水分管理、水资源管理等。

1. 地质勘探渗流在地质勘探中发挥着重要的作用。

地质勘探是通过分析地下渗流的特性来研究地质结构、寻找矿藏和石油等资源。

通过渗流模拟和采集渗流数据,地质学家可以更好地了解地下的水文地质特征和地下水资源的分布情况。

2. 土壤水分管理渗流在农业生产中的应用十分重要。

合理管理土壤水分可以提高农作物的生长和产量。

渗流理论和模型可以帮助农民确定灌溉和排水的最佳方案,从而优化土壤水分管理,提高农田的水分利用效率。

3. 水资源管理渗流理论和模型在水资源管理中也起着关键作用。

通过分析地下水渗流的特性和规律,水资源管理者可以有效地制定水资源的开发和利用策略。

此外,渗流模拟也能帮助预测水源地的水资源供应情况,为水资源调度和规划提供科学依据。

三、渗流过程中的影响因素在渗流过程中,有许多因素会对渗流速度和渗流路径产生影响。

1. 孔隙度孔隙度是指多孔介质中孔隙的相对大小和数量。

渗流基本知识

渗流基本知识

第十二章渗流流体在孔隙介质中的运动称为渗流。

流体包括水、石油、天然气等。

孔隙介质是指由颗粒或碎块材料组成的内部包含许多互相连通的孔隙和裂隙的物质。

常见的孔隙介质包括土壤、岩层等多孔介质和裂隙介质。

有些水工建筑物本身就是由孔隙介质构成的,如土坝、河堤等。

研究渗流的运动规律及其工程应用的一门科学便是渗流力学。

在水利工程中,渗流主要是指水在地表以下土壤或岩层孔隙中的运动,这种渗流也称为地下水运动。

研究地下水流动规律的学科常称为地下水动力学,是渗流力学的一个分支。

在社会的许多部门都会遇到渗流问题。

例如,石油开采中油井的布设,水文地质方面地下水资源的探测,采矿、化工等。

在水利部门常见的渗流问题有以下几方面:(1)经过挡水建筑物的渗流,如土坝、围堰等。

(2)水工建筑物地基中的渗流。

(3)集水建筑物的渗流,井、排水沟、廊道等。

(4)水库及河渠的渗流。

上述几方面的渗流问题,就其水力学内容来说,归纳起来不外乎是要求解决以下几方面的问题:(1)确定渗流量;(2)确定浸润线位置;(3)确定渗流压力;(4)估计渗流对土壤的破坏作用。

第一节渗流的基本概念渗流既是水在土壤孔隙中的流动,其运动规律当然与土壤和水的特性有关。

一、土壤的分类一切土壤及岩层均能透水,但不同的土壤或岩层的透水能力是不同的,有时甚至相差很大。

这主要是由于各种土壤的的颗粒组成不同而引起的。

此外,在低水头下不透水的材料,在高水头作用下仍可能透水。

本章重点研究的土壤中的渗流,故可以根据土壤的透水能力在整个流动区内有无变化对土壤进行分类。

任一点处各个方向的透水能力相同的土壤称为各向同性土壤,否则称为各向异性土壤。

所有各点在同一方向上透水能力都相同的土壤称为均质土壤,否则称为非均质土壤。

显然,均质土壤可以是各向同性土壤,也可以是各向异性土壤。

均质且各向同性的土壤就透水能力而言是一种最为简单的土壤。

严格说来,只有当土壤由等直径的圆球颗粒组成时,其透水能力才不随空间位置及方向变化,才符合均质及各向同性条件。

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a 区 : 实 际 水 深 h > h 0, A > A 0, 那 么 dh 0, 浸 润 曲 线 为 壅 水 曲 线 , 曲
dl
线 上 游 端 当 h h0 , AA0 , dh 0, 以 N -N 为 渐 近 线 ; 下 游 端

h

A,
dh
i
dl
,以


线



线

dl
b 区 : 实 际 水 深 h<h0, A <A 0, 那 么
渗 流 模 型 :不 考 虑 地 下 水 的 流 动 区 域 内 土 壤 颗 粒 的 结 构 ,设 想 水 作 为 连 续 介 质 连 续 地 充 满 渗 流 区 域 的 空 间 ,从 而 将 流 动 视 为 连 续 介 质 流 动 ,所 有 水 力 要 素 可 看 作 随 空 间 点 是 连 续 变 化 的 ,可 以 用 连 续 函 数 的基本性质来研究渗流运动。
2020/6/30
将 达 西 定 律 应 用 于 渐 变 渗 流 ,过 水 断 面 上 任 意 点 的
流速为
ukJk(z2p 2)(z1p 1)kdH
(4)
dl
dl
过水断面的平均流速为
v1 AA ud 1 A A Akd dH d l A kd dH l
(5)
上 式 称 为 D u p u it 公 式 。该 式 说 明 在 非 均 匀 渐 变 渗 流 中 ,
η通常大于1,η越大,土壤颗粒越不均匀,土壤透水能力越差。
均匀颗粒组成的土壤,η=1,其透水能力强于不均匀土壤。
实际土壤的孔隙形状和分布相当复杂,根据渗流特性将土壤分
类:
各向同性— 土 土壤 壤的渗流特性 向各 相个 同方 各向异性— 土 土壤 壤的渗流特性 向各 不个 同方
严格来说,天然土壤都是各向异性,在实际处理问题时,将渗 流地区各处土壤的级配基本接近,各方向透水性能基本相同的土壤 作为各向同性土壤。本章只讨论各向同性均匀土壤的渗流问题。
作 AB 微元面积,把该渗流看作是棱柱体地下明渠的渐变渗流,
如 忽 略 很 小 的 速 度 水 头 ,则 总 水 头 与 测 压 管 水 头 相 等 ,此 时 可 用 测 压
管坡度代替水力坡度,
JdH (d zd)hidh dl dldl dl
上 式 中 测 压 管 水 头 Hzh , h 为 水 深 。
1. 正 坡 地 下 明 渠 渐 变 渗 流 的 浸 润 曲 线
如 图 在 i>0 的 地 下 明 渠 中 有 可 能 形 成 均 匀 渗 流 ,
均 匀 渗 流 的 水 深 为 h 0,相 应 均 匀 流 的 水 力 坡 度 J0= i。 假 设 非 均 匀 渐 变 渗 流 的 水 深 为 h, 相 应 的 水 力 坡 度
分为:恒定渗流和非恒定渗流,均匀渗流和非均匀渗 流。非均匀渗流又可分为渐变渗流和急变渗流。本章 只讨论恒定渗流。
2020/6/30
第二节 渗流基本定律
一 达西定律
— 达西定律
由 法 国 工 程 师 达 西 在 沙 质 土 壤 中 进 行 了 大 量 实 验 ,总 结 出 了 渗 流 流速与渗流能量损失之间的基本关系式,称为达西定律。
为 J dH , 由 达 西 定 律 , 得 到 任 一 流 线 上 的 流 速 为
dl
ukJk dH
(1)
dl
2020/6/30
根据均匀流特性,同一过水断面上的测压管水

z p const
,所以两过水断面间的水头损失
为 dH H 1H 2(z2p 2)(z1p 1) , 该 式 对 两 断 面 间 任 一 流 线
都 适 用 , 即 在 各 流 线 上 通 过 dl 流 段 的 水 头 差 为 dH, dH
为 常 数 , 由 (1)式 知 断 面 各 点 的 流 速 必 为 常 数 。 断 面 平 均
流速为
1
1 dH dH
vAA ud A A Akdd l A kdl
(2)
uvk dH dl
(3)
说明过水断面上任意一点的流速等于断面平均流速,又
渗流流速 U 为
U Q
( 3)
A
由于在实际渗流区域内有一部分面积被土壤颗粒所占
据 , 所 以 , 实 际 渗 流 的 过 水 断 面 面 积 A' 小
于 A, A' nA , 那 么 土 壤 孔 隙 中 正 是 渗 流 流 速 为
U' Q QU A' nA n
( 4)
因 为 孔 隙 率 n < 1 , 所 以 U' U 渗流分类方法类似于前面有关水流的研究,可划
因 为 均 匀 流 沿 程 的 水 力 坡 度 JdH常数 , 所 以 任 意 一 dl
点的流速和断面平均流速沿程都不变。整个均匀渗流流
场中,各点流速相等,流速呈矩形分布。
2020/6/30
二 恒定非均匀渐变渗流的流速分布
如图,在一底坡为 i的地下河槽中为非均匀渐变渗 流 ,取 相 距 很 近 的 两 断 面 1-1、2-2,间 距 为 dl,由 于 渐 变渗流的流线近似平行,两断面间每根流线长都可近 似 看 成 dl。 根 据 渐 变 流 的 特 性 , 同 一 断 面 上 的 所 有 点 的测压管水头等于常数。
4. 毛 细 水 — 毛 细 管 作 用 保 持 在 土 壤 毛 细 管 中 的 水
5. 重 力 水 — 由 于 重 力 作 用 在 土 壤 孔 隙 中 运 动 的 水 ,在 地 下 水 中 所 占 比 例 最 大 ,是 渗 流 运 动 研 究 的主要对象。
2020/6/30
三 渗流模型
水 在 土 壤 孔 隙 中 的 运 动 是 极 不 规 则 的 复 杂 运 动 ,要 了 解 每 个 孔 隙 内的流动状况相当困难。从工程角度看,只需了解宏观的平均效应, 因此为了研究方便,采用简化的渗流模型取代实际的渗流运动。
由达西定律,断面平均流速为
vkJk(idh) dl
断面流量为
QvAkA(idh) dl
(1)
上 式 为 渐 变 渗 流 的 基 本 微 分 方 程 ,这 里 的 水 深 h 随 沿 程 的 变 化 曲 线 称
202作0/6/浸30 润 曲 线 , 只 要 找 到
dh dl
的关系式就可做出浸润曲线。
二 渐变渗流的浸润曲线
也 2叫020/做6/30层 流 渗 流 。
三 渗透系数
渗透系数 k 是反映土壤特性的一个综合性指标,受多
种因素影响,如孔隙介质的特性、液体的物理特性等。确
定 k 值有 3 中方法:
1. 经验公式估算,作粗略估算用
2. 实 验 室 测 定 法 ,取 天 然 的 土 样 ,利 用 达 西 实 验 装 置
测定
k,
k
QL Ah w
,其中的
Q

hw
由试验测得
3. 现 场 测 定 法 ,多 用 于 重 要 的 大 型 工 程 ,一 般 采 用 钻
孔抽水或注水方法测得流量和水头, 再根据相应公式
计算 k。
2020/6/30
第三节 恒定渗流的流速分

一 恒定均匀渗流的流速分布
如 图 为 均 匀 渗 流 , 取 微 元 流 段 dl, 水 力 坡 度
第八章 渗流
定义:流体在孔隙介质中的流动称为渗流。 孔 隙 介 质 包 括 了 多 孔 介 质 和 裂 隙 介 质 ,这 类 介 质 有 土壤、堆石和具有较多孔隙的岩层等。当流体是水, 孔隙介质是土壤或岩石时的渗流称为地下水流。 本章研究的是以地下水流为代表的渗流运动规律 及在工程中的应用。
2020/6/30
以渗流模型取代实际渗流,满足下列条件: ① 通过渗流模型某一断面的渗流量等于实际渗流通过相应断面的
真实渗流量 ② 渗流模型某一确定作用面上渗流压力与实际渗流在该作用面上
的真实压力相等 ③ 渗流模型的阻力与是渗流的阻力相等
2020/6/30
设 渗 流 模 型 微 小 过 水 断 面 面 积 A, 通 过 的 流 量 Q, 则
2020/6/30
二 水在土壤中的存在形式
1. 气 态 水 — 以 蒸 汽 的 状 态 存 在 于 土 壤 孔 隙 中 的 水
2. 附 着 水 — 以 极 薄 的 分 子 层 吸 附 在 土 壤 颗 粒 周 围的水
3. 薄 膜 水 — 以 厚 度 在 分 子 作 用 半 径 内 的 膜 层 包 围着的土壤颗粒的水
Vh和 土 壤 总 体 积 V 的 比 值 , 即
n Vh V
(1)
n越大,土壤的透水能力越强。
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土壤颗粒的均匀程度用土壤的不均匀系数η表示,即
d 60
d 10 (2)
d60—土壤经过筛分后,占60%重量的土粒所能通过的筛孔直径 d10—土壤经过筛分后,占10%重量的土粒所能通过的筛孔直径
实验装置如图。一直立圆筒上端开口, 内装有均质砂土,筒侧壁两根侧压管,圆筒 上部有一进水管,并设有溢流管以保持圆筒 内 水 位 恒 定 。 圆 筒 底 部 附 近 安 有 一 滤 板 C, 圆筒上部的水透过砂土,通过滤板,经短管 T 流 入 容 器 V 中 , 测 出 Δt 时 间 内 流 入 容 器 中的水的体积,得到渗流流量。
2020/6/30
对 1-1、 2-2 断 面 列 能 量 方 程 , 因 为 渗 流 流 速 很 小 , 故 忽 略 渗 流 流 速 水头,则测压管水头就是水头损失,即
相应的水力坡度为
hw h1h2 J hw h1 h2
LL
( 1) ( 2)
采用不同尺寸、不同类型的均质砂土,经大量实验后发现以下规律:
第一节 渗流的基本概念
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