十章滲流pp課件

1、第十章第十章 滲滲 流流水可以不同的狀態(tài)存在于土壤中，有氣態(tài)水、吸著水、毛細水和重力水。本章僅指重力水，沿用地下水的名稱。101 概概 述述一、定義：滲流水在多孔介質中的流動。如：水在土壤孔隙或巖層裂隙中的運動。生物滲流：血液通過細胞壁的流動。二、滲流的應用1、在農(nóng)田水利中的打井灌溉 2、在給排水工程中的應用 3、在建筑施工方面 101 概概 述述三、滲流分類 間改變。內(nèi)有一個運動要素隨時非恒定滲流：滲流區(qū)域時間而改變。任意點的運動要素不隨恒定滲流：滲流區(qū)域內(nèi)面的滲流。無壓滲流：具有自由液自由液面）。在兩隔水層中間時（無有壓滲流：透水層包含102 滲流模型，滲流流速滲流模型，滲流流速 一、土壤

2、對滲流的影響 土壤的顆粒不同，具有不同的滲透性質。了解土壤的成分（級配、顆粒的大小、排列情況等）是十分重要的。 102 滲流模型，滲流流速滲流模型，滲流流速 102 滲流模型，滲流流速滲流模型，滲流流速 級配曲線： 橫坐標為篩孔的直徑（mm），縱坐標為小于和等于該直徑各級顆粒的全部重量占試驗土樣總重量的百分數(shù)p.dp%10de有效直徑（de）：相應于p=10%的顆粒直徑. 102 滲流模型，滲流流速滲流模型，滲流流速 土壤的粒徑大，構成的孔隙也大，則透水性能強。 土壤顆粒的大小越不均勻，孔隙率越小，透水性能弱。 根據(jù)實例：滲流速度 10米/晝夜。屬于層流。 二、 滲流模型 如果追蹤每一液體質點

3、來分析，就會使?jié)B流變成復雜而困難。 滲流模型乃是這樣一種連續(xù)水流，它充滿整個滲流區(qū)域。（包括空隙和骨架所占的空間），沿著實際滲流的主要方向流動。除過水斷面的平均流速外，其它運動要素均與實際滲流相同。102 滲流模型，滲流流速滲流模型，滲流流速 三 滲流流速 可以假定滲流是由許多微小流束構成，則：udadq 對滲流總流來講： aavaudadqq式中：a 包括土壤空隙所占面積 ap 和顆粒骨架所占的面積 as 的設想的過水斷面積。aqv 稱為滲流流速。（假想的流速）我們假定：“滲流模型”的流量與實際滲流的流量相同。 實際平均流速為:paqv paavv102 滲流模型，滲流流速滲流模型，滲流流速

4、 10-3 滲流基本定律滲流基本定律 滲透系數(shù)滲透系數(shù)k一、 滲流基本定律（達西定律） 001p1z2p2zlhl斷面積為a 的圓管內(nèi)部充滿土壤試樣 則有 lhjl流速很小 022gv測 管水頭與總水頭相同 phh 為均勻流 pjj 根據(jù)試驗： kajlhkaql k-滲透系數(shù)10-3 滲流基本定律滲流基本定律 滲透系數(shù)滲透系數(shù)k則滲流流速 kjaqv（達西定律） 上式說明滲流流速與j的一次方成比例，達西定律亦稱為層流滲流定律或線性滲流定律。二 確定滲流系數(shù)k的方法 k=f（顆粒的大小形狀，不均勻性，結構排列，孔隙率，成分等） 1 、經(jīng)驗公式和經(jīng)驗數(shù)據(jù) 柯茲尼公式 2231edppcgk運動粘

5、性系數(shù)(cm2/s) p孔隙率de有效粒徑（cm）c與砂粒形狀有關的常數(shù) c=0.0030.005510-3 滲流基本定律滲流基本定律 滲透系數(shù)滲透系數(shù)k 赫生公式 20ecdaka0系數(shù)，若單位以米計，則a0=1c系數(shù)，對潔凈的砂，c=1000700對摻雜有污泥、粘土的砂 c=700500溫度改正數(shù) t03. 070. 0t攝氏溫度2 試驗室的方法 定水頭法： hlaq試樣測量：滲流量q、水位差h 知道了q、h、l、a hlaqajqk10-3 滲流基本定律滲流基本定律 滲透系數(shù)滲透系數(shù)k注意：不能進入空氣，用于透水性強的砂。 變水頭法 dtdhalhkaq00hlaq試樣dh0adt 秒

6、后 水位降落分離變量，初始條件 t=0時，h=h0taalkhh00lnhhtlaak00lnhhtldd022lg30. 2用于透水性弱的細砂。10-3 滲流基本定律滲流基本定律 滲透系數(shù)滲透系數(shù)k10-4 地下水的漸變滲流地下水的漸變滲流 10-4 地下水的漸變滲流地下水的漸變滲流 無壓滲流相當于透水地層中的明渠流動，水面曲線稱為浸潤線。 無壓滲流也可能有流線是平行直線、等深、等速的均勻滲流， 均勻滲流的水深稱為滲流正常水深（ ）。 0h但由于受自然水文 地質條件的影響，無壓滲流更多的是運動要素沿程緩慢變化的非均勻漸變滲流。 通過對漸變滲流的分析，可以得出地下水位變化規(guī)律，地下水的動向和補

7、給情況，作為工程建設的依據(jù)。 10-4 地下水的漸變滲流地下水的漸變滲流 10-4.1 漸變滲流的基本公式漸變滲流的基本公式杜比（杜比（dupit） 公式公式如圖所示為非均勻漸變滲流， 取相距為ds的過水斷面1-1和2-2， 則1-1、2-2斷面之間任一流線上的水頭損失相同 dhhh21過水斷面上各點的水力坡度相等 dsdhj根據(jù)達西定律： dsdhkkjuv（法國學者杜比在1857年首先提出的）。 公式的形式雖然和達西定律一樣，但含義已是漸變滲流過水斷面上平均流速與水力坡度的關系。 10-4.2 漸變滲流基本方程漸變滲流基本方程 10-4.2 漸變滲流基本方程漸變滲流基本方程 設無壓非均勻漸

8、變滲流，不透水地層坡度為 ， i取相距為ds的過水 斷面1-1和2-2，水深和側壓管水頭的變化分別為dh和dh。1-1斷面的水力坡度 dsdhjdsdhdsdzdsdhi將j 代入達西公式， 得1-1斷面的平均滲流速度 dsdhikv滲流量 dsdhikaq上式是無壓恒定漸變滲流的基本方程，是分析和繪制的漸變滲流浸潤曲線的理論依據(jù)。10-4.3 漸變滲流浸潤曲線的分析漸變滲流浸潤曲線的分析 10-4.3 漸變滲流浸潤曲線的分析漸變滲流浸潤曲線的分析 浸潤線既是測壓管水頭線，又是總水頭線。 浸潤線也只能沿程下降，不可能水平，更不可能上升，這是浸潤線的主要幾何特征。 只有順坡滲流存在均勻流，有正常

9、水深。滲流無臨界水深及緩流、急流的概念，因此浸潤線的類型大為簡化。 1、順坡滲流 對順坡滲流，以均勻流正常水深 線將滲流區(qū)分為上、下兩個區(qū)域。 滲滲流區(qū)不透水基底的坡度分為順坡（ 0），平坡（ ），逆坡（ 0）三種。 0iii10-4.3 漸變滲流浸潤曲線的分析漸變滲流浸潤曲線的分析 如圖所示。 由漸變滲流基本方程式得 kaqidsdh為便于同正常水深比較，式中流量用均勻流計算式 ikaq0代入，得 aaidsdh01即順坡滲流浸潤線微分方程。 式中 均勻流時的過水斷面積； 實際滲流時的過水斷面積。 0aa1區(qū): 10-4.3 漸變滲流浸潤曲線的分析漸變滲流浸潤曲線的分析 （ ） h0h在上式

10、 中， ， ， ， h0ha0adsdh0浸潤線是滲流壅水曲線。 其上游端 0hh 0aa0dsdh以nn線為漸近線； 下游端 haidsdh浸潤線以水平線為漸近線。 在上式中， h0h a0adsdh 0浸潤線是滲流降水曲線。 其上游端 0hh 0aa0dsdh浸潤線以nn線為漸近線； 下游端 0h0adsdh浸潤線與基底正交。由于此處曲率半徑很小， 不再符合漸變流 條件， 已不在適用，這條浸潤線的下游 端實際上取決于具體的邊界條件。dsdhkkjuv2區(qū) ：0h（ ）h10-4.3 漸變滲流浸潤曲線的分析漸變滲流浸潤曲線的分析 設滲流區(qū)的過流斷面是寬度為b的寬矩形， ,bha 00bha

11、代入式 aaidsdh01并令 0hh得到 10ddhids將上式從斷面1-1到2-2進行積分，得 11lg3 . 212120hil式中 011hh022hh此式可用以繪制順坡滲流的浸潤線和進行水力計算。2、平坡滲流 平坡滲流區(qū)域如圖所示。 令式dsdhikaq中底坡 0i即得平坡滲流浸潤線微分方程 kaqdsdh10-4.3 漸變滲流浸潤曲線的分析漸變滲流浸潤曲線的分析 在平坡基底上不能形成均勻流。 上式中 akq、皆為正值， 故 dsdh0只可能有一條浸潤線， 為滲流的降水曲線。 其上端， h0dsdh以水平線為漸近線； 下游端 0hdsdh與基底正交。 10-4.3 漸變滲流浸潤曲線的

12、分析漸變滲流浸潤曲線的分析 設滲流區(qū)的過斷面是寬度為b的寬矩形，,bha qbq（單寬流量） 代入式 kaqdsdh整理得 hdhdlkq將上式從斷面1-1到2-2積分 )(212221hhkql 此式可用于繪制平坡滲流的浸潤曲線進行水力計算。 3、 逆坡滲流在逆坡基底上，也不可能產(chǎn)生均勻滲流。對于逆坡滲流也只可能產(chǎn)生一條浸潤線，為滲流的降水曲線，如圖所示。 10-4 井和井群井和井群 10-4.1 普通完整井 在具有自由水面的潛水層中鑿的井，稱為普通井或潛水井； 井貫穿整個含水層，井底直達不透水層者稱為完整井； 井底未達到不透水層者稱為不完整井。含水層位于兩個不透水層之間，含水層頂面壓強大于

13、大氣壓強，這樣的含水層稱為承壓含水層。汲取承壓地下水的井，稱為承壓井或自流井。 10-4.1 普通完整井 設含水層中地下水的天然水面為 aa，含水層的厚度為h，井的半徑為 。 0r 10-4.1 普通完整井 取距井軸為r，浸潤面高為z的圓柱形過水斷面，由杜比公式： dsdhkkjv將 zh drds代入上式 drdzkv 滲流量 avq drdzrzk2分離變量并積分 rdrkqzdzzhrr02 10-4.1 普通完整井 得到普通完整井浸潤線方程 022lnrrkqhz或022lg732. 0rrkqhz從理論上講，浸潤是以地下水天然水面為漸近線， 當r.hz 但從工程實用觀點來看，認為滲流

14、區(qū)存在影響半徑r，r以外的地下水不受影響， 即rr hz 代入式 022lg732. 0rrkqhz得022lg366. 1rrhhkq以抽水降深s代替井水深h， hhs上式整理得：hsrrkhsq21lg732. 20 10-4.1 普通完整井 當hs21， 上式可簡化為：0lg732. 2rrkhsq 式中： q產(chǎn)水量； h井水深； s抽水降深； r影響半徑； 井半徑。 0r影響半徑r可由現(xiàn)場抽水試驗測定， 也可估算：細砂r=100200m； 中等粒徑砂r=200500m ；粗砂r=7001000m 。經(jīng)驗公式 hksr575式中：k以m/s計，r、s和h均以m計。 10-4.2 自流完整

15、井 10-4.2 自流完整井 設底板與不透水層底面齊平，間距為t。未抽水時地下水位上升到h，井中水面高于含水層厚t。取距井軸r處，測壓管水頭為z的過水斷面，由杜比公式drdzkv 流量drdzrtkavq2分離變量積分rrzhrdrktqdz02 10-4.2 自流完整井 自流完整井水頭線方程為0lg366. 0rrktqhz引入影響半徑概念，當r=r時，z=h,代入上式解得自流完整井涌水量公式00lg732. 2lg732. 2rrktsrrhhktq 10-4.3 井群 10-4.3 井群 在工程了大量汲取地下水源或更有效地降低地下水位，常需要在一定范圍內(nèi)開多口井共同工作，這種情況稱為井群

16、。 井群的總產(chǎn)水量也不等于按單井計算產(chǎn)水量的總和。設由 n個普通完整井組成的井群， 各井的半徑、出水量、至某點a的水平距離分別為 、 ，01r02rnr0及nqqq21、.21nrrr、若各井單獨工作時， 它們的井水深分別為 ,21nhhh、在a點形成的滲流水位分別為 ,21nzzz、由式022lg732. 0rrkqhz則各自的浸潤面方程為： 10-4.3 井群 21011121lg732. 0hrrkqz22022222lg732. 0hrrkqz2202lg732. 0hrrkqznnnna1r2r3r4r各井同時抽水，在a點形成共同浸潤面高度z， 按勢流疊加原理， 其方程為 ：niizz122ni