第10章_流体力学课件.ppt

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1、第十章渗流§10.1概述§10.2渗流的达西定律§10.3地下水的渐变渗流§10.4井和井群§10.5渗流对建筑物安全的影响§10.1概述渗流：液体在孔隙介质(PorousMedia)中的流动。10.1.1水在土中的状态汽态水：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：受表面张力作用在土隙间运动；重力水：受重力作用在土隙间流动1.水在土中的状态2.土壤的渗流特性土壤的渗流特性是指土壤通过水的能力。它与土壤的孔隙大小、形状、分布等因素有关，还与土壤中水的储量有关。①透水性指土壤允许水流通过的能力，主要与如下因素有关

2、：孔隙率n:n=w/W,w为孔隙体积；W为土样体积。n愈大，透水性愈好。不均匀系数η:η=d60/d10,d60和d10分别为能通过60%和10%土重的筛孔直径。η愈大，愈不均匀。3.土壤分类均质土：渗透性质与空间位置无关。非均质土：渗透性质与空间位置有关。等向土：渗透性质与方向无关。非等向土：渗透性质与方向有关。本章仅讨论均质等向土壤中的恒定渗流。10.1.2渗流模型渗流模型是渗流区域（流体和孔隙介质所占据的空间）的边界条件保持不变，略去全部土颗粒，认为渗流区连续充满流体，而流量与实际流量相同，压强和渗流阻力也与实际流体相同的替

3、代流场。渗流速度实际平均速度：中的孔隙面积n：土的孔隙度渗流模型将渗流作为连续空间内连续介质的运动，使得前面基于连续介质建立起来的描述流体运动的方法和慨念，能直接应用于渗流中。使得在理论研究渗流问题成为可能。10.1.3渗流分类1）按参数随时间变化分：恒定和非恒定渗流；2）按参数沿流程变化分：均匀和非均匀渗流；3）按参数的自变量个数：一元、二元、三元渗流；4）按有无自由水面分：无压和有压渗流；5）按水头损失与流速的关系分：线性和非线性渗流10.1.4不计流速水头渗流速度很小，流速水头更小。忽略不计，则过流断面总水头等于测压管水头，

4、即或者说，渗流的测压管水头等于总水头，测压管水头差就是水头损失，测压管水头线的坡度就是水力坡度，Jp=J。§10.2渗流的达西定律10.2.1达西定律由法国工程师达西在沙质土壤中进行了大量实验，总结出了渗流流速与渗流能量损失之间的基本关系式，称为达西定律。实验装置如图。一直立圆筒上端开口，内装有均质砂土，筒侧壁两根侧压管，圆筒上部有一进水管，并设有溢流管以保持圆筒内水位恒定。圆筒底部附近安有一滤板C，圆筒上部的水透过砂土，通过滤板，经短管T流入容器V中，测出Δt时间内流入容器中的水的体积，得到渗流流量。对1-1、2-2断面列能量方

5、程，因为渗流流速很小，故忽略渗流流速水头，则测压管水头就是水头损失，即相应的水力坡度为采用不同尺寸、不同类型的均质砂土，经大量实验后发现以下规律：Q—通过圆筒砂土的渗流量；A—圆筒过水断面面积；k—渗透系数，m/s过水断面的平均流速（1）（2）（3）（4）达西实验是在等直径圆筒内均质砂土中进行的，属于均匀渗流，可以认为各点的流动状况相同，各点的速度等于断面平均流速。平均流速的速度公式又可写为上式称为达西定律，该定律表明渗流的水力坡度．即单位距离上的水头损失与渗流速度的一次方成比例，因此也称力渗流线性定律。达西定律推广到非均匀，非恒

6、定渗脆中，其表达式为达西定律表示的渗流水头损失与流速的一次方成正比，因此仅适用于服从线性渗流规律的范围。当流速达到一定值后，水头损失J与流速1-2次方成比例，不满足线性关系。10.2.2达西定律的使用范围关于达西定律的适用范围，可用雷诺数进行判别，因为土孔隙的大小．形状扣分布在很大的范围内变化．相应的判别雷诺数为式中v——渗流断面平均流速；d——土颗粒的有效直径；——水的运动粘度。10.2.3渗透系数的确定多用于重要的大型工程，一般采用钻孔抽水或注水方法测得流量和水头，再根据相应公式反算k。渗透系数k是反映土壤特性的一个综合性指标

7、，受多种因素影响，如孔隙介质的特性、液体的物理特性等。确定k值有3中方法：1.实验室测定法利用达西实验装置，实测水头损失hw和流量Q，求得3.经验方法2.现场测定法各类土的渗透系数见下表土名k/m/dk/cm/s粘土<0.005<6×10-6亚粘土0.005～0.1006×10-6～1×10-4轻亚粘土0.100～0.5001×10-4～6×10-4黄土0.250～0.5003×10-4～6×10-4粉砂0.500～1.0006×10-4～1×10-3细沙1.000～5.0001×10-3～6×10-3中砂5.000～20.000

8、6×10-3～2×10-2均质中砂35.000～50.0004×10-2～6×10-2粗砂20.000～50.0002×10-2～6×10-2均质粗砂60.000～75.0007×10-2～1×10-1圆砾50.000～100.0006×10-2～