流体力学教学课件chapter 11 渗流

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1、1第十一章渗流•概述第一节渗流基本定律第二节恒定渐变渗流第三节集水廊道的渗流第四节井的渗流第五节潜水层中建筑物的垂向水压力•本章小结2概述一、概念1.渗流（SeepageFlow）：是指流体在孔隙介质中的流动。2.地下水流动：在土建工程中，渗流主要是指水在地表以下的土壤和岩石层中的流动，简称为地下水流动。二、渗流理论的应用渗流理论广泛应用于水利、土木、石油、矿产等许多领域，如土木工程中基坑降水、软土地基排水、隧道防水、防洪工程设计以及渗流压力作用下建筑物受力分析等，都离不开渗流理论。3三、渗流问题•确定渗流量：如确定通过闸坝地基或井等的渗流流量。•确定渗流

2、浸润线的位置：如确定土坝坝体内的浸润线以及从井中抽水所形成的地下水面线的位置。•确定渗流压力：如确定渗流作用于闸坝底面上的压力。•估计渗流对土壤的破坏作用：计算渗流流速，估计发生渗流破坏的可能性，以便采取防止渗流破坏的措施。4四、土壤的水力特性d60不均匀系数：。d，d——土壤颗粒经过筛分时，分别有60%，d60101010%重的颗粒能通过筛孔直径。V孔孔隙率n——单位总体积中孔隙所占的体积，nV总沙质土：n=0.35~0.45；天然粘土、淤泥：n=0.4~0.6。1、透水性透水性（HydraulicPermeability）：是指土或岩石允许水透过本

3、身的性能。通常用渗透系数k来衡量，k值越大，表示透水性能越强。均质土壤（HomogeneousSoil）：是指渗流中在同一方向上各处透水性能都一样的土壤。非均质土壤（HeterogeneousSoil）：是指渗流中在同一方向上各处透水性能不一样的土壤。各向同性土壤（IsotropicSoil）：是指各个方向透水性都一样的土壤。各向异性土壤（AnisotropicSoil）：是指各个方向透水性不一样的土壤。概述52、容水度Va容水度（Storativity）：是指土壤能容纳的最大水体积与VVw土壤总体积之比，数值与土壤孔隙率相等。VVawV容水度sV3、持水

4、度持水度（RetentionCapacity）：是指在重力作用下仍能保持的水体积与土的V总体积之比。持水度wV4、给水度给水度（StorativityofFreeWater）：是指存在于土壤中的水，在重力作用下能释放出来的水体积与土的总体积之比。数值上等于容水度与持水度之V差。给水度a，粗颗粒松散土壤的给水度接近容水度；细颗粒粘V土的给水度很小。概述6五、地下水的状态•气态水：以蒸汽状态散逸于土壤孔隙中，数量极少，不需考虑。•附着水：以最薄的分子层吸附在土壤颗粒表面，呈固态水的性质，数量很少。•薄膜水：以厚度不超过分子作用半径的薄层包围土壤颗粒，性质与液

5、态水近似，数量很少。•毛细水：因毛细管作用保持在土壤孔隙中，除特殊情况外，一般也可忽略。•重力水：在重力作用下在土壤孔隙中运动的那部分水，是渗流理论研究的对象。判断：地下水的流动与明渠流都是具有自由液面的流动。选择题：在研究宏观运动的水力学中，主要研究的运动。A、气态水；B、吸着水；C、毛细水；D、重力水。7第十二章渗流•概述第一节渗流基本定律第二节恒定渐变渗流第三节集水廊道的渗流第四节井的渗流第五节潜水层中建筑物的垂向水压力•本章小结8第一节渗流的基本定律一、渗流简化模型（渗流模型假设）1、渗流简化模型的定义：•忽略土壤颗粒的存在，认为水充满整个渗流

6、空间，且满足：（1）对同一过水断面，模型的渗流量等于真实的渗流量。（2）作用于模型任意面积上的渗流压力，应等于真实渗流压力。（3）模型任意体积内所受的阻力等于同体积真实渗流所受的阻力。2、模型渗流流速与真实渗流流速qq模型渗流流速V小于真实VVVVVV模AnA实渗流流速V'VnVAA——过水断面面积；A´——孔隙面积；n1A9二、渗流的基本定律——达西定律2v02gBhHHJw1211hllw实验发现：vAJl引入渗透系数k：H122HvkJkdH2dsq滤层V对均匀渗流：dHukJkds达西定律说明：在某一物质

7、介质的孔隙中，渗流的水力坡度与渗流流速的一次方成正比，因此亦称渗流线性定律。达西定律适用范围：达西定律只适用于层流渗流。vd即：10Re1~10d——颗粒的有效直径，即筛分时，占10%重的颗粒所通过筛孔直径。10第一节渗流的基本定律10三、渗透系数1.渗透系数k（CoefficientofPermeability）：是与土或岩石透水性大小有关的指标，为反映土壤透水性的一个综合系数。它可理解为单位水力坡度下的渗流流速，其量纲为[LT-1]。其数值取决于土壤的特性和水的特性。细砂：k=110-3cm/s~610-3cm/s。2.确定渗透系数的方法：经验

8、公式法；实验室测定法；现场测定法。选择