流体力学讲义 第十二章 渗流

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1、第十二章渗流概     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。   判断：地下水的流动与明渠流都是具有自由液面的流动。错二、渗流理论的应用 1.生产建设部门；如水利、化工、地质、采掘等部门。 2.土建方面的应用 给水方面 排灌工程方面 水工建筑物 建筑施工方面三、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。 确定渗流浸润线的位置：如确定土坝坝体内的浸润线以及从井中抽

2、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。四、土壤的水力特性 不均匀系数：        （12-1） 式中：d60，d10——土壤颗粒经过筛分时分别有60%，10%重的颗粒能通过筛孔直径。 孔隙率n：是指单位总体积中孔隙所占的体积，。 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

3、指土或岩石允许水透过本身的性能。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。14 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。 2.容水度 容水度（storativity）：是指土壤能容纳的最大水体积与土壤

4、总体积之比，数值与土壤孔隙率相等。3.持水度 持水度（retentioncapacity）：是指在重力作用下仍能保持的水体积与土的总体积之比。Va:土中的气体体积Vw:土中水体积Vs:土颗粒体积V:土的总体积 4.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差。，粗颗粒松散土壤的给水度接近容水度；细颗粒粘土的给水度很小。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

5、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。  问题：在研究宏观运动的水力学，主要研究     的运动。 A.气态水； B.吸着水； C.毛细水； D.重力水。    第一节 渗流的基本定律14一、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

6、为水充满整个渗流空间，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 (12-2) 既：模型渗流流速υ小于真实渗流流速υ'。 A——过水断面面积；A´——孔隙面积；  。     问题：渗流模型与实际模型相比较： A.流量相同； B.流速相同； C.各点压强不同； D.渗流阻力不同。        二、渗流的基本定律——达西定律图12-1图12-

7、1） 由于渗流流速很小，所以流速水头忽略不计。图12-1  列1，2断面能量方程(4-15)：14   实验发现： 引入渗透系数k，可得达西定律的一般表达式： （12-3） 达西定律说明：在某一物质介质的孔隙中，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。  判断：渗流在层流状态时一定可以运用达西定律。错 实验发现：渗流水头损失与流速之间关系为：J=au+bu2随流速的加大，水头损失与流速的1~2次方成比例。 达西定律上限值的变化范围：。 d10——颗

8、粒的有效直径，即筛分时，占10%重的颗粒所通过筛孔直径。三、渗透系数    例：如图12-2所示两水库A,B间为一座山，经地质勘探查明有一透水层，其厚度a=4m，宽度b=500m，长度l=2000m。前段为细沙k1=0.001cm/s，后段为中砂k2=0.01cm/s。A,B水库水位分别为130m,100m。试求由A水库向B水库渗透的流量Q。解：设透水层前后段流速分别为υ