地下水运动的基本规律课件.ppt

《地下水运动的基本规律课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第五章地下水运动的基本规律5.1重力水运动的基本规律5.2达西定律的应用5.3流网5.4饱水粘土中水的运动规律渗流––––地下水在岩石空隙中的运动称为渗流（渗透，地下径流）。渗流场––––发生渗流的区域。层流运动––––水的质点作有秩序的、互不混杂的流动。紊流运动––––水的质点无秩序的、互相混杂的流动。稳定流––––各个运动要素（水位、流速、流向等）不随时间改变的水流运动。非稳定流––––运动要素随时间变化的水流运动。渗流场中任意点的流速变化只与空间坐标一个方向有关的渗流，称为一维流，与空间坐标的两个和三个方向

2、有关的，分别称为二维或三维流。基本术语[★]5．1重力水运动的基本规律1．达西定律（Darcy’sLaw）1856年达西通过实验得到达西定律。实验在砂柱中进行（P33：图5—1），根据实验结果（流量）：式中：Q––––渗透流量；ω––––过水断面（包括砂砾和孔隙）；h––––水头损失h＝H1－H2（水头差）（H1断面1处的测压水位，H2断面2处的测压水位）；L––––渗透途径；(上下游过水断面的距离)I––––水力梯度（I=h/L，水头差除以渗透途径）；K––––渗透系数。（5-1）[★]进水管溢水管(控制水位)

3、基准面出水管(测流量)测压管由水力学：（5–2）即(对地下水也适用)达西定律也可以另一种形式表达（流速）：（5–3）式中：V––––渗透流速，m/d，cm/s；K––––渗透系数，m/d，cm/s；I––––水力梯度，无量纲（比值）。具体到实际问题：[★]计算流量：（单位一般为：m3/d，L/s）（5–4）[★]微分形式：（5–5）式中：负号表示水流方向与水力梯度方向相反，水流方向（坐标方向）：由水位高→低；而水力梯度方向：由等水位线低→高。在三维空间中（向量形式）：或，式中：K––––为渗透系数张量；[★]若用

4、标量表示，的三个分量分别为：[★]2．渗透流速（V）（seepagevelocity，Darcyvelocity）渗透流速––––水流通过整个过水断面（包括砂砾和孔隙）的流速。实验中过水断面ω1）颗粒––––无水通过；2）孔隙––––有水通过。水流实际流过的面积（扣除结合水）––––实际过水断面ω’：ω’=ωne（ne

5、水，所以＜ne；3）对于粘性土，空隙细小、结合水所占的比例大，所以ne很小，尽管n很大；4）对于空隙大的岩层（如大的溶隙、裂隙），ne≈≈n。∵由于ω不是实际过水断面，∴V不是真实流速（假设水流通过骨架与空隙在内的流速），虚拟流速––––渗透流速。[★]实际过水断面面积为ω’（孔隙面积），则渗透流速V与实际流速u之间的关系为：（）（因ne为<1的小数，故u>v）（4–5）也即渗透流速V是一个虚拟的流速。在国际学术刊物上：V（q）––––水流通量（waterfluxdensity），或达西流速（Darcyveloc

6、ity）；u（v）––––孔隙流速（porewatervelocity）。[★]1）隙壁与水的摩擦阻力；能量损失水头损失。2）水质点之间的摩擦阻力。3．水力梯度（I）（hydraulicgradient）水力梯度––––沿渗透途径水头损失与相应渗透途径长度的比值。式中：––––水头差（水头损失），或能量损失；L––––渗透途径长度。水在岩石空隙中运动需要克服2个阻力：[★]1）岩石的空隙性质；2）水的物理性质（如粘滞性），K仅与岩石性质有关。一般可忽略。与渗透性有关4．渗透系数（coefficientofperm

7、eability，hydraulicconductivity）渗透系数––––水力梯度等于1时的渗透流速。关系：1）I为定值时，K大，V大；K小，V小（V＝KI）；2）V为定值时，K大，I小等水位线疏；K小，I大等水位线密。渗透系数可定量说明岩石的渗透性：K大→渗透性强；K小→渗透性弱。一般，松散岩石，岩石颗粒愈粗，渗透系数K愈大。测定：a．室内土柱试验（达西试验）；b．野外抽水试验。[★]松散岩石名称渗透系数K（m/d）松散岩石名称渗透系数K（m/d）亚粘土亚砂土粉砂细砂0.001~0.100.10~0.5

8、00.50~1.01.0~5.0中砂粗砂砾石卵石5~2020~5050~150100~500表5-1松散岩石渗透系数参考值5．适用范围达西定律：V＝KI，V与I的一次方成正比→线性渗透定律。适用于层流：Re<1~10（详见地下水动力学）。绝大多数地下水的运动都服从达西定律。达西定律（小结）：1）水文地质定量计算的基础；2）定性分析水文地质问题的依据；3）深入掌握其实质，灵