流体力学 课件 齐清兰9第九章 渗流

渗流第九章本章纲要：第一节概述第二节渗流的基本定律第三节地下水的均匀流和非均匀流第四节集水廊道和井渗流:水流在多孔介质中的流动，又称地下水运动。

第一节概述一、渗流理论的实用意义

灌排工程方面：有地下水位的变动、渠道的渗漏损失以及堰、坝和渠道边坡的稳定等方面的问题。

给水方面：有水井和集水廊道等集水建筑物的设计计算问题。12345678NH1HH2hNM△su本章重点：渗流的运动规律井和集水廊道的水力计算二、地下水的形态汽态水：水蒸汽；附着水和薄膜水：受分子力作用吸附于土粒表面；毛细水：保持在土壤毛细管中的水，受表面张力作用在土隙间运动；重力水：重力作用下沿土壤孔隙运动的水，渗流运动的主要研究对象。

三、渗透性质与岩土分类

均质土各向同性土各向异性土非均质土本章仅讨论各向同性均质土中的重力水的恒定渗流。渗流特性是否随空间位置而变化土体透水性是否具有方向性均质土砂土沉积岩第二节渗流的基本定律一、渗透模型

实际渗流:（1）液体质点轨迹复杂。（2）为不连续流动。渗流模型是假想的渗流区，简化内容：只考虑主要流向认为渗流区域内的土壤不存在，都被水充满。可继续沿用恒定流、流线等水力学概念渗流模型（1）渗流边界相同原则（2）流量相等原则（3）对应点压强相同阻力相同。

(4)动水压力相等原则渗流模型满足下列条件:

Lhf二、达西渗流定律

渗流的达西定律k—反映土壤透水性能的综合性系数，称为渗透系数。量纲:[L]/[T]J—水力坡度v—断面平均渗透流速达西公式的推广——渗流流场中任意点的渗流流速在某一渗流场中，取一微小流束AB，A点处水力坡度A点的渗流流速00J∝u达西线性渗流定律适用范围层流渗流、渗流雷诺数n为土的孔隙率；d为土的有效粒径，以cm计有效粒径一般用d10表示d10表示筛分时占10%重量的土粒能通过的筛孔直径。无土体结构的渗透变形1）经验公式法：经验公式估算。2）室内测定法：取回天然土样，按达西定律装置测定。

k=QL/(Ahf)3）野外测定法：在野外钻井作抽水或注水试验，测定平均渗流系数。三、渗透系数

渗流系数k为土壤透水性与液体粘性的综合影响系数。水在土壤中渗透系数的概值

第三节地下水的均匀流与非均匀流若地下水表面为大气压强，这种渗流可称地下明渠流。

地球表面相对不透水层均匀流非均匀流渐变流A点处流速地球表面相对不透水层12H-dH001断面各点水力坡度相等同一断面各点流速相等——杜比公式无压非均匀流场12不同断面平均流速不等整个流场各点流速相等无压均匀流场渐变渗流的基本微分方程00根据杜比公式，断面平均流速渗流流量h+dh12恒定渐变渗流的基本微分方程渗流中由于不计流速水头，断面单位能量e=h，断面比能最小值对应的水深hk=0。因此地下河槽中的渗流均属缓流，同时缓坡、陡坡等概念也不存在。浸润线共有四中形式：正坡为a型和b型，平坡为b0型，负坡为型。水面曲线a型为壅水曲线，上游以N—N线为渐近线，下游趋于水平线。b型为降水曲线，上游以N—N线为渐近线，下游从理论上与槽底正交，由下游具体边界条件确定。b0和型为降水曲线，上游趋于水平线，下游从理论上与槽底正交，由下游具体边界条件确定。第四节集水廊道和井一、集水廊道

底坡i＝0,ds=-dx

单侧单宽渗流量从侧壁(0，h1)至(x，z)积分，得x=0,z=h1x=L,z=Hh1引入浸润曲线的平均水力坡度：

潜水井：在地下无压透水层中所开掘的井，井中的水为地下无压水。自流井：穿过一层或多层的不透水层，在地下有压透水层中开掘的井。二、潜水井（无压井）影响半径：浸润面不受井中抽水的影响，该处到井中心的距离称为井的影响半径，用R表示。令r=R，z=H，得：R的近似计算公式：

三、承压井（有压井）积分得：-------浸润线的计算公式-------渗流量的计算公式a.完全潜水井井群的浸润面方程