工程流体力学第章渗流

第8章渗流学习重点§8-1概述§8-2渗流基本定律§8-3恒定非均匀流渐变渗流§8-4水平集水构筑物的渗流§8-5井的渗流§8-6渗流对建筑物安全稳定的影响渗流模型及渗流基本定律集水廊道和单井的水力计算返回学习重点渗流：流体在多孔介质中的流动称为渗流。一.渗流理论的实用意义给水工程中井、集水廊道等集水构筑物的设计计算蓄水和排灌工程中渠道的渗流损失、侧坡的稳定等公路工程中路基排水、透水路堤的设计与施工建筑施工中围堰或基坑的排水和水位的下降等水工建筑物方面（坝身的稳定、坝身及坝下的渗漏损失、建筑物的抗渗和抗浮等的计算及浸润线的确定等。§8-1概述二、水在岩土中的状态汽态水：以蒸汽状态存在于土壤孔隙中结合水（吸着水和薄膜水）：受分子力作用吸附于土粒表面；自由水：包括毛细水：通过毛细作用保持在土壤缝隙中；重力水：在重力作用下，可在土壤颗粒孔隙中运动。是渗流理论研究的对象固态水

三、岩土的渗流特性岩土的孔隙率不均匀系数K601、均质岩土：各向同性各向异性2.非均质岩土本章只研究均质各向同性岩土中重力水的恒定流动。四、渗流模型将渗流看作是连续介质流体充满全部渗流空间假定：渗流是一个连续体，地下水充满了整个渗流空间地下水沿主流方向运动四、渗流模型根据渗流模型的定义，渗流流速u＝ΔQ/Δω，实际渗流流速u′＝ΔQ/mΔω，u＝mu′

m<1，u′>u引入渗流模型后，按欧拉法，渗流可分为：恒定渗流与非恒定渗流；一元、二元、三元渗流；均匀渗流与非均匀渗流；或渐变渗流与急变渗流；无压渗流与有压渗流等。曲折复杂的水流通道迟缓的渗流速度非恒定的渐变流运动五、地下水运动的特点§8-2渗流基本定律一、达西渗流定律：试验发现：Q∝AJ,(J=hf/l)一、达西渗流定律

Q=kAJ

或

v=kJ

k：渗流系数，反映土壤对水流运动的综合作用;

v：断面平均流速,即渗流模型速度A。达西实验是在等直径圆筒内的均质砂质中进行的，属于均匀渗流，断面上各点运动相同。即也称为渗流线性定律。实际上，大部分地下水属非均匀渐变渗流

。u=kJ

二、达西渗流流定律的适用用范围实验表明：当Re=＜l～10，J=u/k，当Re>10时，J＝au＋bu2本章仅讨论符符合达西定律律的渗流问题题。三、渗流系数与岩土的性质质（如颗粒的的大小、成分分、排列方式式、充填状况况，裂隙的性性质及其发育育程度）和渗渗流流体的物物理性质（如如容重、粘滞滞性）有关量纲为[LT-1]，常用单位位cm/s或或m/d表示示确定方法：实验室测定法法现场测定法经验公式法:一、杜比公式式1857年，，法国学者杜杜比在达西定定律的基础上上提出了渐变变渗流的渗流流定律—杜比比公式相距ds的两过流断面面测压管水头H1与H2，则由于是渐变流流，过流断面上各各点的水力坡坡度近似相等等，即§8-3恒定非均匀渐渐变渗流一、杜比公式式根据达西定律律渐变渗流过流流断面上各点点流速可表示为——杜比公式注意：杜比公式与达达西公式的不同二、渐变渗流基本本微分方程如图示为无压压恒定渐变渗渗流。两断面面间的测压管管水头差为-dH=[(z+dz)+(h+dh)]-(z+h)=dz+dhJ==(-i+)=根据杜比公式式，有三、渐变渗流浸润曲线的分析没有急流、缓缓流，陡坡、、缓坡之分，，因此，渗流流浸润线分析析，只分正坡坡、平坡和负负坡。1、顺坡（i＞0）存在均匀流，，其流量为积分即可得到到浸润线方程程。①a区：h>h0(A>A0)dh/ds>0，a1壅水曲线。②b区：h<h0(A<A0)dh/ds<0b2降水曲线。2.平坡（i=0）（h12-h22）3.逆坡（i＜0）渗流流三、渐变渗流浸润曲线的分析§8-4水平集水构构筑物的渗流流1、水平集水构筑物如集水廊道、、渗水管及渗渗渠等2、垂直集水构筑物：潜水完整井潜水非完整井井承压水完整井井承压水非完整整井水平集水构筑物设集水廊道横横断面为矩形形，宽为b,i=0。取廊道右侧侧分析，如图图示，L是影响范围。。在oZ处，积分得浸润线线方程将x＝L，z=H代入得单宽流量水平集水构筑物一、潜水完整井一、潜水完整井取距井轴为r，浸润面高为为z的圆柱形过水水断面，根据据杜比公式分离变量，积积分得普通完整井井浸润线方程程一、潜水完整井当r=R时，z=H。代入上式得得井的产水量量把h=H-S代入上式并整整理可得Q=1.366R主要取决于土土壤性质，一一般由现场抽抽水试验或用用经验公式计计算或设承压含水层层厚度为t同理，可推出出浸润面方程最大恒定抽水水量二、承压完整井三、大口井1、假设含水层厚度很很大，地下水水从半球形的的底部沿半球球半径方向流流入，过水断断面为与井底底同心的半球球面，Q＝2πkr0S适用于含水层层厚度很大2、平底不完整大大口井，其过过流断面为半半椭球面，渗渗流流线为双双曲线。Q＝4kr0S适用于含水层层厚度较小四、井群势流叠加原理理（一）潜水完完整井井群设在水平不透透水层上有n口潜水完整井井。A为各井井影响范围内内的一点，它它距各井的距距离分别为r1、r2、…、rn，各井的半径径分别为r01、r02、…、r0n。各井单独抽抽水时井中水水深分别为h1、h2、…、hn，它们在A点处的地下水水位分别为z1、z2、…zn。若各井抽水水量相等，，即Q1=Q2=…=Qn=Q0/n=Q浸润面方程程：总抽水量四、井群（二）承压完整井井井群若各井抽水水量相等，，即Q1=Q2=…=Qn=Q0/n=Q浸润面方程程：z=H-[lgR-lg（r1·r2·…·rn）]总抽水量Q0=2.732四、井群§8.6渗流流对建筑物物安全稳定定的影响一、扬压力渗流作用在在建筑物基基底上的压压力称为扬扬压力利：能减轻地基基的荷载，，形成所谓谓的“浮基基础”；可可以用人为为控制扬压压力的方法法，使建筑筑物初期沉沉降加快，，缩短地基基的不稳定定期。弊：地下水位变变动时，由由于基础的的荷载随扬扬压力变化化而变化，，常使基础础受力失去