最新十章渗流ppt课件精品课件.ppt

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1、三、渗流分类 间改变。内有一个运动要素随时非恒定渗流：渗流区域时间而改变。任意点的运动要素不随恒定渗流：渗流区域内面的渗流。无压渗流：具有自由液自由液面）。在两隔水层中间时（无有压渗流：透水层包含102 渗流模型，渗流流速渗流模型，渗流流速 一、土壤对渗流的影响 土壤的颗粒不同，具有不同的渗透性质。了解土壤的成分（级配、颗粒的大小、排列情况等）是十分重要的。 102 渗流模型，渗流流速渗流模型，渗流流速 赫生公式 20ecdAkA0系数，若单位以米计，则A0=1c系数，对洁净的砂，c=1000700对掺杂有污泥、粘土的砂 c=700500温度改正数 T03. 070. 0T摄氏温度2 试验室的

2、方法 定水头法： hLAQ试样测量：渗流量Q、水位差h 知道了Q、h、L、A hLAQAJQk10-3 渗流基本定律渗流基本定律 渗透系数渗透系数k注意：不能进入空气，用于透水性强的砂。 变水头法 dtdhALhkAQ00hLAQ试样Dh0Adt 秒 后 水位降落分离变量，初始条件 t=0时，h=h0tAALkhh00lnhhtLAAk00lnhhtLDd022lg30. 2用于透水性弱的细砂。10-3 渗流基本定律渗流基本定律 渗透系数渗透系数k10-4 地下水的渐变渗流地下水的渐变渗流 10-4 地下水的渐变渗流地下水的渐变渗流 无压渗流相当于透水地层中的明渠流动，水面曲线称为浸润线。 无

3、压渗流也可能有流线是平行直线、等深、等速的均匀渗流， 均匀渗流的水深称为渗流正常水深（ ）。 0h但由于受自然水文 地质条件的影响，无压渗流更多的是运动要素沿程缓慢变化的非均匀渐变渗流。 通过对渐变渗流的分析，可以得出地下水位变化规律，地下水的动向和补给情况，作为工程建设的依据。 10-4 地下水的渐变渗流地下水的渐变渗流 10-4.1 渐变渗流的基本公式渐变渗流的基本公式杜比（杜比（Dupit） 公式公式如图所示为非均匀渐变渗流， 取相距为ds的过水断面1-1和2-2， 则1-1、2-2断面之间任一流线上的水头损失相同 dHHH21过水断面上各点的水力坡度相等 dsdHJ根据达西定律： ds

4、dHkkJuV（法国学者杜比在1857年首先提出的）。 公式的形式虽然和达西定律一样，但含义已是渐变渗流过水断面上平均流速与水力坡度的关系。 10-4.2 渐变渗流基本方程渐变渗流基本方程 10-4.2 渐变渗流基本方程渐变渗流基本方程 设无压非均匀渐变渗流，不透水地层坡度为 ， i取相距为ds的过水 断面1-1和2-2，水深和侧压管水头的变化分别为dh和dH。1-1断面的水力坡度 dsdHJdsdhdsdzdsdhi将J 代入达西公式， 得1-1断面的平均渗流速度 dsdhikV渗流量 dsdhikAQ上式是无压恒定渐变渗流的基本方程，是分析和绘制的渐变渗流浸润曲线的理论依据。10-4.3

5、渐变渗流浸润曲线的分析渐变渗流浸润曲线的分析 10-4.3 渐变渗流浸润曲线的分析渐变渗流浸润曲线的分析 浸润线既是测压管水头线，又是总水头线。 浸润线也只能沿程下降，不可能水平，更不可能上升，这是浸润线的主要几何特征。 只有顺坡渗流存在均匀流，有正常水深。渗流无临界水深及缓流、急流的概念，因此浸润线的类型大为简化。 1、顺坡渗流 对顺坡渗流，以均匀流正常水深 线将渗流区分为上、下两个区域。 渗渗流区不透水基底的坡度分为顺坡（ 0），平坡（ ），逆坡（ 0）三种。 0iii10-4.3 渐变渗流浸润曲线的分析渐变渗流浸润曲线的分析 如图所示。 由渐变渗流基本方程式得 kAQidsdh为便于同正

6、常水深比较，式中流量用均匀流计算式 ikAQ0代入，得 AAidsdh01即顺坡渗流浸润线微分方程。 式中 均匀流时的过水断面积； 实际渗流时的过水断面积。 0AA1区: 10-4.3 渐变渗流浸润曲线的分析渐变渗流浸润曲线的分析 （ ） h0h在上式 中， ， ， ， h0hA0Adsdh0浸润线是渗流壅水曲线。 其上游端 0hh 0AA0dsdh以NN线为渐近线； 下游端 hAidsdh浸润线以水平线为渐近线。 在上式中， h0h A0Adsdh 0浸润线是渗流降水曲线。 其上游端 0hh 0AA0dsdh浸润线以NN线为渐近线； 下游端 0h0Adsdh浸润线与基底正交。由于此处曲率半径

7、很小， 不再符合渐变流 条件， 已不在适用，这条浸润线的下游 端实际上取决于具体的边界条件。dsdHkkJuV2区 ：0h（ ）h10-4.3 渐变渗流浸润曲线的分析渐变渗流浸润曲线的分析 设渗流区的过流断面是宽度为b的宽矩形， ,bhA 00bhA 代入式 AAidsdh01并令 0hh得到 10ddhids将上式从断面1-1到2-2进行积分，得 11lg3 . 212120hil式中 011hh022hh此式可用以绘制顺坡渗流的浸润线和进行水力计算。2、平坡渗流 平坡渗流区域如图所示。 令式dsdhikAQ中底坡 0i即得平坡渗流浸润线微分方程 kAQdsdh10-4.3 渐变渗流浸润曲线

8、的分析渐变渗流浸润曲线的分析 在平坡基底上不能形成均匀流。 上式中 AkQ、皆为正值， 故 dsdh0只可能有一条浸润线， 为渗流的降水曲线。 其上端， h0dsdh以水平线为渐近线； 下游端 0hdsdh与基底正交。 10-4.3 渐变渗流浸润曲线的分析渐变渗流浸润曲线的分析 设渗流区的过断面是宽度为b的寬矩形，,bhA qbQ（单宽流量） 代入式 kAQdsdh整理得 hdhdlkq将上式从断面1-1到2-2积分 )(212221hhkql 此式可用于绘制平坡渗流的浸润曲线进行水力计算。 3、 逆坡渗流在逆坡基底上，也不可能产生均匀渗流。对于逆坡渗流也只可能产生一条浸润线，为渗流的降水曲线

9、，如图所示。 10-4 井和井群井和井群 10-4.1 普通完整井 在具有自由水面的潜水层中凿的井，称为普通井或潜水井； 井贯穿整个含水层，井底直达不透水层者称为完整井； 井底未达到不透水层者称为不完整井。含水层位于两个不透水层之间，含水层顶面压强大于大气压强，这样的含水层称为承压含水层。汲取承压地下水的井，称为承压井或自流井。 10-4.1 普通完整井 设含水层中地下水的天然水面为 AA，含水层的厚度为H，井的半径为 。 0r 10-4.1 普通完整井 取距井轴为r，浸润面高为z的圆柱形过水断面，由杜比公式： dsdHkkJV将 ZH drds代入上式 drdzkV 渗流量 AVQ drdz

10、rZk2分离变量并积分 rdrkQzdzzhrr02 10-4.1 普通完整井 得到普通完整井浸润线方程 022lnrrkQhz或022lg732. 0rrkQhz从理论上讲，浸润是以地下水天然水面为渐近线， 当r.Hz 但从工程实用观点来看，认为渗流区存在影响半径R，R以外的地下水不受影响， 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 当Hs21， 上式可简化为：0lg732. 2rRkHsQ 式中： Q产水量； h井水深； s抽水降

11、深； R影响半径； 井半径。 0r影响半径R可由现场抽水试验测定， 也可估算：细砂R=100200m； 中等粒径砂R=200500m ；粗砂R=7001000m 。经验公式 HksR575式中：k以m/s计，R、s和H均以m计。 10-4.2 自流完整井 10-4.2 自流完整井 设底板与不透水层底面齐平，间距为t。未抽水时地下水位上升到H，井中水面高于含水层厚t。取距井轴r处，测压管水头为z的过水断面，由杜比公式drdzkV 流量drdzrtkAVQ2分离变量积分rrzhrdrktQdz02 10-4.2 自流完整井 自流完整井水头线方程为0lg366. 0rrktQhz引入影响半径概念，当

12、r=R时，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，常需要在一定范围内开多口井共同工作，这种情况称为井群。 井群的总产水量也不等于按单井计算产水量的总和。设由 n个普通完整井组成的井群， 各井的半径、出水量、至某点A的水平距离分别为 、 ，01r02rnr0及nQQQ21、.21nrrr、若各井单独工作时， 它们的井水深分别为 ,21nhhh、在A点形成的渗流水位分别为 ,21nzzz、由式022lg732. 0rrkQhz则各自的浸润面方程为：

13、10-4.3 井群 21011121lg732. 0hrrkQz22022222lg732. 0hrrkQz2202lg732. 0hrrkQznnnnA1r2r3r4r各井同时抽水，在A点形成共同浸润面高度z， 按势流叠加原理， 其方程为 ：niizz122niiiiihrrkQ120lg732. 0 10-4.3 井群 当各井抽水状况相同， ,21nQQQ,21nhhh 则：200201212lglg732. 0nhrrrrrrkQznn井群也具有影响半径R，若A点处于影响半径处， 可认为 Rrrr021而Hz 得2002012lglg732. 0nhrrrRnkQHn上面两式相减，得井群的浸润面方程 nrrrRnkQz212lglg732. 0nrrrRkQH2102lglg732. 0式中HksR575 s井群中心水位降深，以m计；nQQ 0总出水量