(8.3.1)--地下水的渐变渗流.pdf

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1、8.3 地下水的渐变渗流【学习目标】了解均匀渗流、渐变渗流的定义，掌握裘皮幼公式，理解其与达西公式的区别。工程中渗流含水层以下的不透水地基表面一般假定为一倾斜平面，并以 表示其坡度，称为底坡，底坡值为倾斜面与水平面夹角的正弦值。不透水层地基上的无压渗流与地面明渠流有相似之处，渗流含水层的上表面称为浸润面，其上各点处压强相等，这一压强值可认为等于大气压，这是无压渗流这一概念的来源。如果渗流流域广阔，过水断面（近似取为铅垂面）成为宽阔的矩形，这种渗流是二维的。顺流所作铅垂面与浸润面的交线称为浸润线，如图 8-2。图 8-2 渗流浸润线 无压渗流可以分为均匀流与非均匀流，非均匀流又可以分成渐变渗流与

2、急变渗流。均匀渗流指渗流水深、流速、过水断面面积形状与大小顺流不变的渗流。本节只介绍比较简单的渗流的一些特征。8.3.1 无压均匀渗流 在均匀渗流中，地下水从上游断面流动到下游断面时，单位重量的水的位能沿程下降，其值等于水力损失，因此，均匀渗流的水力坡度必然等于底坡。在渗流方向上应用达西定理，可以计算各断面的平均流速 vkJki (8-12)渗流流量 Q 为 00QvAkiA (8-13)式中0A为地下渗流过水断面面积。8.3.2 裘皮幼公式 图 8-3 所示为一渐变渗流。由于水深沿程变化，渗流的浸润线不再与不透水层上表面相平行。取两个距离为 ds 的过水断面，和明渠渐变流一样，两断面之间流线

3、基本平行，长度基本相等，流线大体为直线，且沿同一流线水力损失相等。现水力坡度中两要素，即流程长ih0NN浸润线ji度和沿程水力损失在不同流线上基本相等，因而水力坡度 J 基本为常数。达西定律显然也适合同一流线，因而同一断面上各点速度也相等，这种条件下，各点值显然等于由达西式决定的断面速度平均值：uvkJ (8-14)式(8-14)即为裘皮幼公式。图 8-3 渐变渗流 裘皮幼公式(8-14)和达西公式(8-5)形式上相同，但它们是有区别的。达西公式适用均匀流，裘皮幼公式则用于渐变渗流。达西式决定的速度指断面平均流速，裘皮幼公式决定的流速既指断面平均速度，也指断面各点速度。与均匀流情况不同，在渐变渗流中，虽然在同一断面上水力坡度为常量，但不同断面的水力坡度是不一样的，即各断面上的流速大小及断面平均流速是沿程变化的。渐变流的两个距离较大的过水断面上速度分布剖面均为矩形，但由于水深不等，为通过同一流量，水深较小的断面上速度比较大，矩形较宽，如图 8-3 所示。uuvvuv1H浸润线00H21122dsu12u