1、第十章 滲流 重點(diǎn)內(nèi)容 授課內(nèi)容 思考題 作業(yè)重點(diǎn)內(nèi)容掌握滲流基本概念和滲流達(dá)西定律。了解井和井群的流量計(jì)算公式。思考題1、什么是滲流模型？它與實(shí)際滲流有什么區(qū)別？2、試分析滲流達(dá)西定律與裘布依公式的相同和不同之處以及應(yīng)用條件。3、 滲透系數(shù)k與哪些因素有關(guān)，如何確定？第十章 滲流 第一節(jié) 滲流基本概念 第二節(jié) 滲流的達(dá)西定律 第三節(jié) 井和井群作業(yè) P273-10.9、10.10 流體在孔隙介質(zhì)中的流動(dòng)稱為流體在孔隙介質(zhì)中的流動(dòng)稱為滲流滲流。流體包括水、石油及天然氣等各種氣體。流體包括水、石油及天然氣等各種氣體。孔隙孔隙介質(zhì)包括土壤、巖石等各種多孔介質(zhì)和裂隙介質(zhì)。介質(zhì)包括土壤、巖石等各種多孔介

2、質(zhì)和裂隙介質(zhì)。水在孔隙中的流動(dòng)即水在孔隙中的流動(dòng)即地下水流動(dòng)地下水流動(dòng)。10.1 10.1 概述概述 水在巖土中的狀態(tài)水在巖土中的狀態(tài)氣態(tài)水、結(jié)合水（附著水和薄膜水）、毛細(xì)水和重力水氣態(tài)水、結(jié)合水（附著水和薄膜水）、毛細(xì)水和重力水重力水是滲流理論的研究對(duì)象。重力水是滲流理論的研究對(duì)象。巖土的滲流性能巖土的滲流性能1 1）透水性：透水性是指巖土允許水透過的性能。）透水性：透水性是指巖土允許水透過的性能。 滲透系數(shù)越大，表示透水性能越強(qiáng)。滲透系數(shù)越大，表示透水性能越強(qiáng)。均質(zhì)巖土、非均質(zhì)巖土；各項(xiàng)同性巖土、各項(xiàng)異性巖土均質(zhì)巖土、非均質(zhì)巖土；各項(xiàng)同性巖土、各項(xiàng)異性巖土2 2）容水度：巖土能容納的最大的

3、水體積和巖土總體積之比，）容水度：巖土能容納的最大的水體積和巖土總體積之比，數(shù)值上等于巖土的孔隙度。數(shù)值上等于巖土的孔隙度。3 3）持水度：在重力作用下仍能保持的水體積和巖土總體積之）持水度：在重力作用下仍能保持的水體積和巖土總體積之比。巖土顆粒愈細(xì)，持水度愈大。比。巖土顆粒愈細(xì)，持水度愈大。4 4）給水度：在重力作用下能釋放出來的水體積和巖土總體積）給水度：在重力作用下能釋放出來的水體積和巖土總體積之比。給水度容水度持水度之比。給水度容水度持水度 滲流模型滲流模型 由于土壤孔隙的形狀、大小及分布情況及其復(fù)雜，由于土壤孔隙的形狀、大小及分布情況及其復(fù)雜，要詳細(xì)地確定滲流在土壤孔隙通道中的流動(dòng)情

4、況極其困要詳細(xì)地確定滲流在土壤孔隙通道中的流動(dòng)情況極其困難，也無必要，工程中關(guān)心滲流的宏觀平均效果，為此難，也無必要，工程中關(guān)心滲流的宏觀平均效果，為此引入滲流模型引入滲流模型。 滲流的簡化模型：滲流的簡化模型：滲流區(qū)域（流體和土壤顆粒所占據(jù)的空間）滲流區(qū)域（流體和土壤顆粒所占據(jù)的空間）邊界條件保持不變，略去全部土壤顆粒，認(rèn)邊界條件保持不變，略去全部土壤顆粒，認(rèn)為滲流區(qū)連續(xù)充滿流體，而滲流模型中的滲為滲流區(qū)連續(xù)充滿流體，而滲流模型中的滲透流量、滲流阻力和滲透壓力與實(shí)際滲流完透流量、滲流阻力和滲透壓力與實(shí)際滲流完全相同。全相同。 滲流模型將滲流簡化為連續(xù)空間內(nèi)連續(xù)介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，使?jié)B流模型將滲流簡化

5、為連續(xù)空間內(nèi)連續(xù)介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，使得前面基于連續(xù)介質(zhì)建立起來的描述流體運(yùn)動(dòng)的概念和方法得前面基于連續(xù)介質(zhì)建立起來的描述流體運(yùn)動(dòng)的概念和方法，能直接應(yīng)用于滲流，為理論上研究滲流問題成為可能。，能直接應(yīng)用于滲流，為理論上研究滲流問題成為可能。滲流模型中：任一過水?dāng)嗝鏉B流模型中：任一過水?dāng)嗝?通過流量通過流量 ，則，則AQuQAA A而孔隙面積而孔隙面積 小于小于 ，水在孔隙中實(shí)際流速為：，水在孔隙中實(shí)際流速為：uunAAuAQu1AAn為土壤的孔隙度，為土壤的孔隙度，n1n1 通過在沙質(zhì)巖土中進(jìn)行通過在沙質(zhì)巖土中進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究，總結(jié)出滲了大量實(shí)驗(yàn)研究，總結(jié)出滲流能量損失與滲流速度之間流能量損失與滲

6、流速度之間的基本關(guān)系。的基本關(guān)系。10.2.1 10.2.1 達(dá)西定律達(dá)西定律10.2 10.2 滲流的達(dá)西定律滲流的達(dá)西定律lhhlhJw21達(dá)西由實(shí)驗(yàn)得出，滲流量達(dá)西由實(shí)驗(yàn)得出，滲流量Q Q與過流斷面面積與過流斷面面積A A，水力坡，水力坡度度J J成正比，并和土壤的透成正比，并和土壤的透水性能有關(guān)，得到關(guān)系式：水性能有關(guān)，得到關(guān)系式：kAJQ k k，滲透系數(shù)，綜合反映孔隙介質(zhì)透水性能的系數(shù)。，滲透系數(shù)，綜合反映孔隙介質(zhì)透水性能的系數(shù)。kJAQvv v，斷面平均滲流速度。，斷面平均滲流速度。 均質(zhì)沙層中的滲流是均勻滲流，任一點(diǎn)滲流速均質(zhì)沙層中的滲流是均勻滲流，任一點(diǎn)滲流速度均等于斷面平均

7、流速。度均等于斷面平均流速。kJvu（8-7)8-7)達(dá)西定律式可以用于其他孔隙介質(zhì)的非均勻滲流，達(dá)西定律式可以用于其他孔隙介質(zhì)的非均勻滲流，其表達(dá)式為：其表達(dá)式為：dsdhkkJu10.2.2 10.2.2 達(dá)西定律的適用范圍達(dá)西定律的適用范圍 滲流的沿程水頭損失和流速的關(guān)系，與管滲流的沿程水頭損失和流速的關(guān)系，與管流和明渠流動(dòng)的情況類似。流和明渠流動(dòng)的情況類似。達(dá)西定律的適用范圍達(dá)西定律的適用范圍101Revd10.2.3 10.2.3 滲透系數(shù)及其確定方法滲透系數(shù)及其確定方法 滲透系數(shù)滲透系數(shù)k k的物理意義是單位水力坡度下的水力的物理意義是單位水力坡度下的水力流速，是反映巖土滲流特性的

8、一個(gè)綜合指標(biāo)。流速，是反映巖土滲流特性的一個(gè)綜合指標(biāo)。滲透系數(shù)的量綱：滲透系數(shù)的量綱： ；單位：；單位：cm/scm/s，m/d m/d 1LT常用方法有三種常用方法有三種（1 1）經(jīng)驗(yàn)估算法，（）經(jīng)驗(yàn)估算法，（2 2）實(shí)驗(yàn)室測定法；）實(shí)驗(yàn)室測定法；（3 3）現(xiàn)場測定法）現(xiàn)場測定法10.2.4 10.2.4 裘布依假設(shè)和裘布依公式裘布依假設(shè)和裘布依公式 受自然水文地質(zhì)條件的影響，無壓滲流多為非均受自然水文地質(zhì)條件的影響，無壓滲流多為非均勻漸變滲流。在漸變滲流里，可近似認(rèn)為流線是互相勻漸變滲流。在漸變滲流里，可近似認(rèn)為流線是互相平行的直線，裘布依于平行的直線，裘布依于18631863年提出如下假

9、設(shè)：年提出如下假設(shè)：（1 1）各點(diǎn)滲流方向水平；）各點(diǎn)滲流方向水平；（2 2）在同一過水?dāng)嗝嫔希鼽c(diǎn)滲流流速相等。）在同一過水?dāng)嗝嫔希鼽c(diǎn)滲流流速相等。dsdHkkJu裘布依公式是漸變滲流的流速公式；裘布依公式是漸變滲流的流速公式；達(dá)西公式是均勻滲流的流速公式。達(dá)西公式是均勻滲流的流速公式。裘布依公式裘布依公式 漸變滲流同漸變滲流同一過水?dāng)嗝嫔细饕贿^水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的流速相等并點(diǎn)的流速相等并等于斷面平均流等于斷面平均流速，流速分布為速，流速分布為矩形，但不同過矩形，但不同過水?dāng)嗝嫔系牧魉偎當(dāng)嗝嫔系牧魉俅笮t是不相等大小則是不相等的。的。井和集水廊道是汲取地下水或排水用的集水構(gòu)井和集水廊道是汲取地下

10、水或排水用的集水構(gòu)筑物。井的種類：筑物。井的種類：具有自由水面的地下水稱為無壓地下水或潛水。具有自由水面的地下水稱為無壓地下水或潛水。潛水井、無壓井潛水井、無壓井如含水層位于兩不透水層之間，其中滲水所承如含水層位于兩不透水層之間，其中滲水所承受的壓強(qiáng)大于大氣壓，這樣的含水層稱為自流受的壓強(qiáng)大于大氣壓，這樣的含水層稱為自流層。承壓井、自流井層。承壓井、自流井井底深達(dá)不透水層的稱為完整井；井底深達(dá)不透水層的稱為完整井；井底未達(dá)不透水層的稱為非完整井。井底未達(dá)不透水層的稱為非完整井。10.3 10.3 井和井群井和井群10.3.1 10.3.1 集水廊道集水廊道在集水廊道抽水前的地下水水面稱為地下水天然水面，在集水廊道抽水前的地下水水面稱為地下水天然水面，抽水后達(dá)到恒定狀態(tài)時(shí)的水面稱為浸潤面（浸潤曲線）。抽水后達(dá)到恒定狀態(tài)時(shí)的水面稱為浸潤面（浸潤曲線）。zd