地下水的运动.ppt

第三章地下水的运动第一节重力水的运动一、概念2.层流和紊流对于孔隙岩土层用巴甫洛夫斯基公式：
vc=Rc(0.75n+0.23)v/d10
vc——临界渗透流速；Rc——临界雷诺数，对于同类结构的岩土层，其值相同，一般取7～9；n——岩土层的孔隙度；v粘滞运动系数；d10——土的有效直径。
当v<vc时，地下水呈层流状态；
当v>vc时，地下水呈紊流状态。
对于裂隙岩层，临界水力坡度Ic：
Ic=0.00252(1-0.96a0.4)(1+6a1.5)/b
b——裂隙宽度，cm；
a——裂隙相对粗糙度，a=e/b；
e——裂隙绝对粗糙度。3.稳定流和非稳定流4.地下水运动的空间变化类型4.地下水运动的空间变化类型空间流（三维流）达西H.Darcy是法国水力学家，1856年通过大量的室内实验得出的渗流定律.
实验条件：试验装置图
1）等径圆筒装入均匀砂样，断面为ω
2）上（下各）置一个稳定的溢水装置——稳定水流
3）实验时上端进水，下端出水测出水量Q——示意流线
4）砂筒中安装了2个测压管通过变水头，多次实验得出：出水端的流量Q与砂柱面积ω、测压管水头差h之间的关系为：
表达式（1）达西公式的另一种表达式
由Q=ωv
得v=KI=-KdH/dl
达西定律的实质：
实际上是能量守恒与能量转换定律在渗流中的表现形式。

因为

思考：曲线中1与2号样品，是什么式样？岩性特征如何？过水断面（ω）实际过断面（ω’）2、水力坡度I有些教科书中也称为水力传导率
定义：水力梯度为I＝1时的渗透流速（v＝K.I）
渗透系数具有速度量纲
由公式v＝K.I分析：
当I一定时，岩层的K愈大，则V也愈大，Q也大。
因此，渗透系数K是表征岩石透水性的定量指标。3、渗透系数K3、渗透系数K松散岩石名称3、渗透系数K4.达西定律适用范围5.达西定律应用三、非线性渗透定律渗流场：地下水流动（运动）的空间流网是描述渗流场中地下水流动状况的有效工具
流网：是由一系列等水头线与流线组成的网格，称流网。
流线：某时刻在渗流场中画出的一条空间曲线，该曲线上各个水质点的流速方向都与这条曲线相切（某时刻各点流向的连线）（迹线：流体水质点在渗流场中某一时间段内的运动轨迹）
等水头线：在某时刻，渗流场中水头相等各点的连线（水势场的分布）常见的二维流网图：
平面流网：潜水等水位线图，承压水等测压水位线图
剖面流网：含水量厚度较大时，常需要刻画剖面的水流
流网特点：
①在各向同性介质中，流线与等水头线正交；在各向异性介质中，流线与等水头线斜交
②是按一定规则绘制的，等水头线（等水头差绘制），流线（等流量宽，单宽流量相等）定性流网的绘制——（各向同性介质中）
在许多实际工作中，绘制定性流网分析问题很重要
精确流网受许多条件（资料不足等）制约，很难办到
思考：——绘制流网需要考虑渗流场的哪些条件？
绘制步骤（简要）：
①寻找已知边界（湿周，隔水边界，水位线）
②分水线、源、汇的确定
③画出渗流场周边流线与条件
④中间内插
流量等单宽量流量控制流线根数
确定等水头差间隔定性流网绘制定性流网绘制流网的意义流网的应用A第二节结合水的运动规律粘性土渗透流速V与水力梯度I主要存在三种关系：
(1)V—I关系为通过原点的直线，服从达西定律；
(2)V—I曲线不通过原点，水力梯度小于某一值I0时无渗透；大于I0时，起初为一向I轴凸出的曲线，然后转为直线；
(3)V—I曲线通过原点，I小时曲线向I轴凸出，I大时为直线。一、结合水运动基本规律二、结合水抗剪强度的分布二、结合水抗剪强度的分布三、结合水运动与越流渗透第三节包气带水的运动规律将细小的玻璃管插入水中，水会在管中上升到一定高度才停止，这便是固、液，气三相界面上产生的毛细现象。
毛细现象的产生，与表面张力有关。半圆球状凸形弯液面产生的附加表面压力实际上，任何形状的弯液面所产生的附加表面压力Pa都可以用拉普拉斯方程式表示：

当液面为凸形时，附加表面压力是正的。此时，实际表面压力P＝Pc+Pa；如液面为凹形时，附加表面压力是负的；故实际表面压力P＝Pc—Pa。平的液面，不产生附加表面压力，故实际表面压力P＝Pc。两个玻璃圆球保持一定间隙，然后向此间隙滴水，可看到两个圆球接触处形成孔角毛细水，并立即贴紧。(1)附加表面压力
当R1=R2=r时(r—毛细管半径)，
Pa=2a/r或

将Pa换算为以m为单位的水柱高度，以Po表示
Po=Pa/(ρg)=4a/(ρgD)≈0.03/D
Po—毛细力；D—毛细管直径
(2)最大毛细上升高度ho
ho=Po≈0.03/D毛细压力水头，又称毛细压头2.包气带中的毛细水运动2.包气带中的毛细水运动毛细上升高度用达西定律分析：水由B→B′毛细水的运动VC＝IK
A点水头HA＝ZA＋0＝0B’点水头:

VC＝K