工程流體力學(xué)第章滲流

第8章滲流學(xué)習(xí)重點(diǎn)§8-1概述§8-2滲流基本定律§8-3恒定非均勻流漸變滲流§8-4水平集水構(gòu)筑物的滲流§8-5井的滲流§8-6滲流對建筑物安全穩(wěn)定的影響滲流模型及滲流基本定律集水廊道和單井的水力計算返回學(xué)習(xí)重點(diǎn)滲流：流體在多孔介質(zhì)中的流動稱為滲流。一.滲流理論的實(shí)用意義給水工程中井、集水廊道等集水構(gòu)筑物的設(shè)計計算蓄水和排灌工程中渠道的滲流損失、側(cè)坡的穩(wěn)定等公路工程中路基排水、透水路堤的設(shè)計與施工建筑施工中圍堰或基坑的排水和水位的下降等水工建筑物方面（壩身的穩(wěn)定、壩身及壩下的滲漏損失、建筑物的抗?jié)B和抗浮等的計算及浸潤線的確定等?！?-1概述二、水在巖土中的狀態(tài)汽態(tài)水：以蒸汽狀態(tài)存在于土壤孔隙中結(jié)合水（吸著水和薄膜水）：受分子力作用吸附于土粒表面；自由水：包括毛細(xì)水：通過毛細(xì)作用保持在土壤縫隙中；重力水：在重力作用下，可在土壤顆粒孔隙中運(yùn)動。是滲流理論研究的對象固態(tài)水

三、巖土的滲流特性巖土的孔隙率不均勻系數(shù)K601、均質(zhì)巖土：各向同性各向異性2.非均質(zhì)巖土本章只研究均質(zhì)各向同性巖土中重力水的恒定流動。四、滲流模型將滲流看作是連續(xù)介質(zhì)流體充滿全部滲流空間假定：滲流是一個連續(xù)體，地下水充滿了整個滲流空間地下水沿主流方向運(yùn)動四、滲流模型根據(jù)滲流模型的定義，滲流流速u＝ΔQ/Δω，實(shí)際滲流流速u′＝ΔQ/mΔω，u＝mu′

m<1，u′>u引入滲流模型后，按歐拉法，滲流可分為：恒定滲流與非恒定滲流；一元、二元、三元滲流；均勻滲流與非均勻滲流；或漸變滲流與急變滲流；無壓滲流與有壓滲流等。曲折復(fù)雜的水流通道遲緩的滲流速度非恒定的漸變流運(yùn)動五、地下水運(yùn)動的特點(diǎn)§8-2滲流基本定律一、達(dá)西滲流定律：試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：Q∝AJ,(J=hf/l)一、達(dá)西滲流定律

Q=kAJ

或

v=kJ

k：滲流系數(shù)，反映土壤對水流運(yùn)動的綜合作用;

v：斷面平均流速,即滲流模型速度A。達(dá)西實(shí)驗(yàn)是在等直徑圓筒內(nèi)的均質(zhì)砂質(zhì)中進(jìn)行的，屬于均勻滲流，斷面上各點(diǎn)運(yùn)動相同。即也稱為滲流線性定律。實(shí)際上，大部分地下水屬非均勻漸變滲流

。u=kJ

二、達(dá)西滲流定律的適用范圍實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)Re=＜l～10，J=u/k，

當(dāng)Re>10時，J＝au＋bu2本章僅討論符合達(dá)西定律的滲流問題。三、滲流系數(shù)與巖土的性質(zhì)（如顆粒的大小、成分、排列方式、充填狀況，裂隙的性質(zhì)及其發(fā)育程度）和滲流流體的物理性質(zhì)（如容重、粘滯性）有關(guān)量綱為[LT-1]，常用單位cm/s或m/d表示確定方法：實(shí)驗(yàn)室測定法現(xiàn)場測定法經(jīng)驗(yàn)公式法:一、杜比公式

1857年，法國學(xué)者杜比在達(dá)西定律的基礎(chǔ)上提出了漸變滲流的滲流定律—杜比公式相距ds的兩過流斷面測壓管水頭H1與H2，則由于是漸變流，過流斷面上各點(diǎn)的水力坡度近似相等，即§8-3恒定非均勻漸變滲流一、杜比公式根據(jù)達(dá)西定律漸變滲流過流斷面上各點(diǎn)流速可表示為——杜比公式注意：杜比公式與達(dá)西公式的不同二、漸變滲流基本微分方程如圖示為無壓恒定漸變滲流。兩斷面間的測壓管水頭差為-dH=[(z+dz)+(h+dh)]-(z+h)=dz+dh

J=

=(-i+)=根據(jù)杜比公式，有三、漸變滲流浸潤曲線的分析沒有急流、緩流，陡坡、緩坡之分，因此，滲流浸潤線分析，只分正坡、平坡和負(fù)坡。1、順坡（i＞0）存在均勻流，其流量為

積分即可得到浸潤線方程。①

a區(qū)：

h>h0(A>A0)dh/ds>0，a1壅水曲線。②b區(qū)：h<h0(A<A0)dh/ds<0b2降水曲線。2.平坡（i=0）（h12-h22）3.逆坡（i＜0）滲流三、漸變滲流浸潤曲線的分析§8-4水蔑平集監(jiān)水構(gòu)地筑物氧的滲胖流1、水平集水構(gòu)凝筑物如集水厚廊道、風(fēng)滲水管皮及滲渠器等2、垂直集水構(gòu)筑汽物：潛水戲完整貿(mào)井潛水西非完命整井承壓襯水完禮整井承壓水副非完整內(nèi)井水平集水構(gòu)漲筑物設(shè)集水兇廊道橫扯斷面為巾矩形，寬為b,i=0。取鋪廊道棉右側(cè)屢分析夕，如睡圖示謙，L是影響列范圍。拴在oZ處，積分捷得浸征潤線欲方程將x＝住L，z恭=磚H代入堆得單寬流肯量水平集水構(gòu)筑珠物一、潛水膀完整秒井一、潛水少完整居井取距井份軸為r，浸潤孩面高為z的圓柱揭形過水呼斷面，希根據(jù)杜梨比公式分離訊變量池，積董分得普寶通完迅整井雜浸潤饒線方角程一、潛水頂完整湖井當(dāng)r=R時，z=H。代入駐上式得勇井的產(chǎn)薄水量把h=片H-S代入央上式上并整棒理可綱得Q=1垮.3熄66R主要取媽決于土仆壤性質(zhì)儉，一般尋由現(xiàn)場首抽水試勸驗(yàn)或用厭經(jīng)驗(yàn)公遲式計算或設(shè)承宣壓含丑水層挪厚度掠為t同理，日可推出浸潤面翁方程最大慚恒定網(wǎng)抽水獲量二、承壓畝完整歇井三、大口井1、見假設(shè)含水層述厚度很暖大，地葵下水從濤半球形陜的底部療沿半球深半徑方油向流入獲，過水瓶斷面為澆與井底跡同心的閑半球面窄，Q＝2πkr0S適用于書含水層腳厚度很樹大2、平底傍不完附整大最口井剝，其直過流膨斷面抽為半萄橢球鑼面，臟滲流泡流線丑為雙驕曲線井。Q＝4kr0S適用于榴含水層娘厚度較漢小四、井群勢流疊派加原理（一泰）潛報水完精整井辨井群設(shè)在水拿平不透帆水層上澤有n口潛羨水完啊整井來。A搏為各表井影超響范齡圍內(nèi)事的一云點(diǎn)，弄它距仙各井濫的距昆離分落別為r1、r2、…記、rn，各井澆的半徑兔分別為r01、r02、…角、r0n。各井鵲單獨(dú)抽崇水時井侄中水深追分別為h1、h2、…伏、hn，它們沒在A點(diǎn)處的宜地下水租位分別派為z1、z2、…zn。若各井覽抽水量埋相等，步即Q1=Q2=僵…辯=Qn=Q0/n=Q浸潤面驕方程：總抽水太量四、井群（二翼）承壓完越整井井友群若各漂井抽翼水量趣相等搶，即Q1=Q2=鮮…宗=Qn=Q0/n=Q浸潤籠面方煙程：z=H-[lgR-lg（r1·r2·…怕·rn）]總抽水瞇量Q0=2肢.7覆32四、井考群§8.6拐滲流對濫建筑物拿安全穩(wěn)姥定的影零響一、揚(yáng)壓力滲流作剛用在建捎筑物基貢底上的因壓力稱煉為揚(yáng)壓奏力利：能減輕忘地基的榴荷載，錄形成所子謂的“竹浮基礎(chǔ)松”；可失以用人呈為控制鍬揚(yáng)壓力恰的方法憶，使建共筑物初孤期沉降僅加快，名縮短地伴基的不已穩(wěn)定期賠。弊：地下水秀位變動飾時，由華于基礎(chǔ)態(tài)的荷載魄隨揚(yáng)壓榮力變化錢而變化首，常使督基礎(chǔ)受紛力失去疼平衡而萬致使建愉