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1、,流 体 力 学,教研室：环境与市政工程系水力水文教研室,重点学习内容：,简介：,（1）渗流流体在多孔介质中的流动。,地下水流动是一种复杂的运动，与水在土壤中的存在状态（例气态水、附着水、薄膜水、毛细水、重力水）有关，也与土壤介质的渗流特性有关。,（2）多孔介质由固体骨架分隔成大量密集成群 的微小空隙所构成 的物质。,（3）地下水流动水在土壤或岩石的空隙中流动， 称地下水流动。,（4）,等向土壤各方向渗流特性相同的土壤。,（5） 渗 流,（6）渗透理论的意义：,（7）本章将讨论重力水在均质、同向土壤中的渗流问题。,渗流理论被广泛用于环境工程、给排水工程、石油、地质等工程中。,k,k,101 渗
2、流模型,1、渗流模型,把整个渗流区域设想为没有土壤颗粒存在，而是 充满了水，渗流是在边界条件、流量、阻力及压力 都和此区内实际情况完全一样的一种连续运动，只 是渗流模型中的流速与实际渗流中的流速不同。,2、渗流模型应遵循的原则：,3、渗流模型中渗流的速度：,4、真实渗流流速：,u 只是一 种假想的流速， 可使复杂的问题 简单化。,引进渗流模型后，可将渗流视作连续介质，故可将渗流分为恒定流与非恒定流；均匀流与非均匀流；有压流与无压流；渐变流与非渐变流。,本章仅研究 恒定渗流。,一、达西定律,1、装置（如图所示）：,开口直立的圆筒中，液面保持恒定， 经一段时间后，注入的流量与流出的 流量相同时，筒
3、中的渗流为恒定出流。,102 渗流基本定律达西定律,筒壁上各测压管的液面随位置的降低而降低。,2、观测现象：,3、达西定律：,即：,由于渗流流速较小，故可将测管液面差看作是两断面的水头损失。 可将水头损失看作均匀分布。,达西定律：,k渗透系数。表示土壤 在透水方面的物理性质。,（1） 对于恒定、均匀流 ：,（2）恒定渐变流一般式：,渗流速度与 水力坡度的一次 方成正比，故地 下水遵循层流运 动。,二、达西定律的适用范围,1、一般认为只适用于层流；也有人认为适用于平 均粒径在 0.013mm 的土壤。,2、对于渗流运动，由实验知道，层流与紊流的判 别标准是：,Recr=110,工程中常用的渗流问
4、题大多属线性渗流，只有在 砾石、碎石等大空隙介质中，才不符合线性渗流定 律。临界雷诺数不是一个固定常数，而是随粒径、 孔隙等因素而变化。,3、渗流水力坡度的一般表达式福希海梅公式。,J=au+bu2,e,e,e,e,三、渗透系数 k 及确定方法,k 是达西定律中的重要参数，反映了孔隙介质的透水性能，也称导水率。,本章仅研究 符合达西定律的 渗流,本节所讨论的是不透水层上部均质土壤中的无压渗流。,1、浸润面 与大气相接触的自由表面。,2、地下明渠分类：,同地上 明渠。,103 地下明渠恒定渗流,一、地下明渠恒定均匀渗流,二、恒定渐变渗流,1、图示参见 p 264图102,2、特点：,3、裘皮幼公
5、式：,建立渐变渗流基本微分方程的基本公式。,（1）同一过流断面上各点渗流流速：,（2） 裘皮幼公式（断面平均流速）：,b,b,b,4、对恒定渐变渗流，裘皮幼公式 v = u = k J 中，,1、微分方程：,了解,一、渐变渗流基本微分方程,利用 裘皮幼公式,也适用于平坡、逆坡时 的地下明渠渐变渗流。,104 棱柱型地下明渠恒定渐变 渗流浸润曲线分析计算,二、渐变渗流浸润曲线的型式分析与计算,E与 h 大约是线性关系，无 hcr (Emin0 )，即 不分缓坡、急坡、临界坡，只有实际水深与正常水 深h0的关系对比。,1、渐变渗流的特点：,微分方程：,两条曲线，有 h0 存在。,2、浸润曲线型式：
6、,（1）i 0 （顺坡）：,1 h h0 ：,2 h h0 ：,（2）i= 0 （平坡）：,一条曲线，无 h0 存在,（3） i 0 （逆坡）：,一条曲线，无h0存在,可用 i / = i 代入原式,1、井的类型：,135 井的渗流,（3） 完全井（完整井）,井底直达不透水层的井。,（4） 不完全井（不完整井）,井底未达不透水层的井。,一、完全普通井,1、图示：,当井中抽水时，会造成井中液面下降，四周的地下水便会向井中集流。若抽水量不太大，则可将含水层的厚度视为不变，从而可按恒定流处理。抽水一段时间后，将形成对称于井轴的漏斗形浸润曲线，其过流断面为一系列圆柱面，除了井周围的区域外，其它的浸润曲线的曲率半径很大，可视为恒定渐变渗流，适用裘皮幼公式。,2、分析：,3、渗流计算：,（2）流量：,从理论上讲，浸润曲线应以天然水面为渐 近线，但实际工程中常常认为井的渗流区是 在一影响半径 R 内，R 外不受影响。,（3） 完全普通井方程：,（4）方程分析：,井的渗流量：,二、完全自流井,1、图示：,含水层,3、渗流计算：,（2）方程：,2、分析：,（1）流量：,R参照完全井,（3）引入R：,r =R， z =H,流量：,1020式,
