水文地质学基础第5章_地下水运动的基本定律

均质各向同性介质中的流网
河间地块流网图及其画法
层状非均质介质中的流网
K1 K2 K2 = 3K1
K1
K2
K2wk.baidu.com= 3K1
流线在不同渗透性岩层界面上的折射
本节小结
渗流：概念、分类 达西定律：公式及参数含义、物理实质和适用范围 流网：概念、绘制原则
思考题
绘制河间地块流网
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渗透率（permeability） ：表征岩层对不同流体的固有渗透性能 仅取决与岩石性质 单位：一般采用m2或达西（D），1D≈0.987E-2 m2
达西定律的实质及应用范围
内摩擦阻力所致流体流速差异 水的流态及水与孔壁的作用
体现了地下水运动服从质量和能量守恒定律 适用范围：雷诺数Re小于1-10间某一数值的层流运动 参考文献：Alabi. 2011. Electronic Journal of Geotechnical
Engineering, 16: 27 – 40.
饱水粘性土中水的运动规律
粘性土渗透流速V 与水力梯度I 主要存在三种关系 非牛顿流体：介于固液之间的异常流体，外力需克服其抗剪 强度方能使其流动 隐渗流与显渗流
渗流的图示表达——流网
流网：在渗流场的某一典型剖面或切面上，由一系列等水头 线与流线组成的网格 流线：渗流场中某一瞬时的一条线，线上各水质点在此瞬时 的流向均与此线相切 迹线：渗流场中某一时间段内某一水质点的运动轨迹
渗流按流速变化与空间的关系情况分类
一维流：渗流场中任意一点流速变化只与空间坐标的一个方向有关 二维流：渗流场中任意一点流速变化与空间坐标的两个方向有关 三维流：渗流场中任意一点流速变化与空间坐标的三个方向有关
渗流的驱动力——能态差异（水头差）
位置水头
流速水头
（重力势） 压力水头 （动能）
（压力势）
水力梯度（hydraulic gradient）
重力势能参考面
水力梯度：沿渗透途径水头损失与相应渗透途径长度之比 对水力梯度的理解
水流通过单位长度渗透途径为克服摩擦阻力所耗失的机械能 驱动力，即克服摩擦阻力使水以一定速度流动的力
因为机械能消耗于渗透途径上，求算水力梯度 I 时，水头 差须与相应渗透途径对应
水文地质学基础第5章_地下水运动 的基本定律
提纲
渗流的基本概念 渗流的基本定律——达西定律 渗流的图示表达——流网
渗流的基本概念
何为渗流？
渗流（groundwater flow; seepage flow）：地下水在岩土空隙中的运动 渗流场：发生渗流的区域 渗流是一种假想的地下水运动，与实际流动不同
渗流的分类 渗流按水质点流态分类
层流
紊流
层流：水质点所作有秩序的、互不混杂的流动 紊流：水质点所作无秩序的、互相混杂的流动
渗流按运动要素随时间的变化情况分类
稳定流：水只在渗流场内运动，各运动要素（水位、流速、流向等）不随 时间改变 非稳定流：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非稳定流 为便于分析和运算，可将某些运动要素变化微小的渗流，近似看作稳定流
渗透系数与渗透率
渗透系数（水力传导度，hydraulic conductivity）：定量说明岩石 的渗透性能，渗透系数愈大，岩石的透水能力愈强
渗透系数数值上等于水力梯度为1时的渗透流速 单位：一般采用m/d 或cm/s 渗透系数与岩石空隙性质（大小、多少）和流体性质有关，随 流体粘滞性增大而变小
测压水头
地下水具有机械能 水头（hydraulic head）乃是地下水所具机械能的
一种表达形式
渗流的基本定律——达西定律
达西定律（Darcy’s law）表达式
A
渗透流速与水力梯度成正比
达西定律又称线性渗透定律
渗透流速与实际流速
A’ = A× ne
A
A’
过水断面：砂柱横断面积，为介质和空隙占据的总面积 实际过水断面：扣除结合水所占范围以外的孔隙面积 有效孔隙度：重力水流动的孔隙体积 渗透流速（达西流速）：为一假想流速，恒小于实际流速