渗流课件

§7.2 渗流基本定律——达西定律
三、渗透系数
渗透系数k值是反映土的渗流特性的一个综合指标，主要取决 于土壤颗粒的形状、大小、均匀度以及孔隙介质的特性。不同孔隙 介质的渗透系数是不同的。
渗பைடு நூலகம்系数k 的确定方法： 1）经验法（教材p261，表7.1 土的渗透系数参考值） 2）室内测定法（达西实验装置，注意土样的扰动） 3）野外测定法（抽水或压水试验）
3. 土的分类
根据渗流特性
均质土：一块土体中各处渗流特性相同，不随 空间位置而变化。
非均质土：土体的渗流特性随空间位置而变化。
各向同性土：透水性在各方向均相同。 根据土体各方向透水性
各向异性土：透水性在各方向不相同。
§7.1 渗流的基本概念
三、渗流模型（Seepage model）
1. 渗流模型的假定条件、定义、实质 渗流模型的假定条件：用一种假想的渗流来代替实际渗流 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，
数量极小，运动困难，可忽略。 •毛细水： 受毛细作用而保持在土壤毛细孔隙中。
可传递静压力，在个别场合考虑。 • 重力水：在重力作用下，在土壤孔隙中运动的水。
它在工程中具有重要意义，渗流中主要考虑。
§7.1 渗流的基本概念
二、土的渗流特性
1. 土的密实度——孔隙率n 孔隙率是表示一定体积的土中，孔隙体积与土体总体
通过渗流模型的流量必须和实际渗流的流量相等。 对某一确定的作用面，从渗流模型所得出的动水压力，应当和 真实渗流的动水压力相等。 渗流模型的阻力和实际渗流应当相等，即水头损失应相等。
§7.1 渗流的基本概念
四、渗流类型
恒定渗流与非恒定渗流 均匀渗流与非均匀渗流 渐变渗流及急变渗流 有压渗流和无压渗流
u Q A
式中：ΔQ：通过微小过水断面ΔA的渗流流量； ΔA：包括土粒骨架在内的微小过水断面面积。
显然，真实过水面积比ΔA小。对均质土，真实过水断面面 积应为n ΔA ，故通过该断面孔隙内的真实流速应为：
u0
Q nA
§7.1 渗流的基本概念
三、渗流模型（Seepage model）
3. 渗流模型取代真实渗流必须遵循的原则
概述
3. 渗流应用 （1）水利工程方面 土坝内渗流的浸润线 透水地基上水工建筑物的扬压力 混凝土坝绕坝基和两岸地基渗透压力 水体－岩体相互作用力
因此,大坝设计与施工中必须预测可能的渗流，并准备相应的措施。
概述
3. 渗流应用
（2）城市的工农业用水和生活用水 地下水占有的比重 地下水允许的开采量 地下水开采中是否可能引起地面的沉降 地下水质的恶化 （3）农田水利方面 地下水资源的评价和合理开发 灌溉排水 防止土地盐碱化问题
§7.3 地下河槽中恒定均匀渗流和非均匀渐变渗流
一、地下河槽水流
渗流流速： v Q kJ A
达西定律
将水力坡度 J 以微分形式表示，则：
u k dH ds
式中： H z p g
§7.2 渗流基本定律——达西定律
二、达西定律的适用条件
• 均匀渗流； • 层流渗流： （水利工程中大多数情况下可满足该要求）
渗流类型的判别：注• 上意述：R对e层流R或e k非（层层流流规）律的讨论是针对土体
积的比值。
n
W
ω：土中孔隙的体积；
W：土体的总体积。
§7.1 渗流的基本概念
二、土的渗流特性
2. 土的均匀度——不均匀系数η
d60
d10
d60：占土体总重量60%的土粒所能通过的筛孔孔径； d10：占土体总重量10%的土粒所能通过的筛孔孔径。
η越大，土粒越不均匀。
§7.1 渗流的基本概念
二、土的渗流特性
包括土粒骨架所占据的空间在内均由水所充满， 似乎无土粒存在一样。 渗流模型的实质：把实际上并不充满全部空间的液体运动，看
作是连续空间内的连续介质运动。
§7.1 渗流的基本概念
三、渗流模型（Seepage model）
2. 渗流流速的定义（模型流速、真实流速） 根据渗流模型的概念，某一微小过水断面上的渗流流速定义：
概述
1. 渗流、流体、孔隙介质、渗流力学的定义 渗流（seepage）：流体在孔隙介质中的流动 流体：水、石油、天然气 孔隙介质（pore media）：土壤、岩层等多孔介质与裂隙介质 渗流力学：流体在多孔介质中的运动规律及其应用科学 2. 水利工程中常见的渗流问题 （1）经过挡水建筑物的渗流 （2）水工建筑物坝基中的渗流 （3）集水建筑物的渗流 （4）水库及河渠的渗流
渗流
主要内容
§ 7.1 渗流的基本概念 § 7.2 渗流的基本定律——达西定律 § 7.3 地下河槽中恒定均匀渗流和非均匀渐变渗流 § 7.4 棱柱体地下河槽中恒定渐变渗流的浸润曲线 § 7.5 普通井及井群的计算 § 7.6 水平不透水层上均匀土坝的渗流计算 § 7.7 渗流场的基本微分方程及其解法简介 § 7.8 用流网法求解平面渗流
概述
3. 渗流应用
（4）环境方面 生活污水排放 农药、化肥、杀虫剂、除草剂对地下水污染 防止土地盐碱化
§7.1 渗流的基本概念
水在土壤中的运动规律取决于： ✓ 液体（水）的物理力学性质 ✓ 土壤的制约 ✓ 水和土壤相互作用的结果
§7.1 渗流的基本概念
一、水在土中的存在形式
• 汽态水：以水蒸汽的形式存在于土壤孔隙中。数量甚微（可忽略） • 吸着水和薄膜水：受分子引力的作用而存在于土壤中。
§7.2 渗流基本定律——达西定律
一、达西定律
1856年，法国工程师达 西（H.Darcy）通过均质沙 土中的渗流实验提出了渗流 的基本规律（达西定律）。
该成果被推广到整个渗 流中。
§7.2 渗流基本定律——达西定律
一、达西定律
实验发现：通过沙土的渗流量Q与圆筒断面面积A及水力坡
度hw/L成正比，并与土的透水性有关。 Q kAhw kJA L
结构不R因e 渗 流Re而k被（破紊坏流（）渗透破坏）的情况。
R•上ek当述土结0体论.7结5不n构再1因适0渗.用2透3，v而该d发问生题7变属~形土9 （力破式 径学坏中，的），一研时d般究为，取范土d=的d1有0 效粒
畴。
对非层流渗流：
1
v kJ m
完全紊流时：m=2；层流时：m=1；过渡区：1<m<2。