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1、第十一章 渗流（Seepage） 液体在孔隙介质（Porous medium）中的流动 地下水（Groundwater）第一节 渗流的基本概念 一、水在土壤中的状态： 汽态水，附着水，薄膜水，毛细水和重力水（）。重力水（Gravitational water）：指在重力及液体动水压强作用下流动的水，本章研究的对象。 重力水与毛细水的界面：潜水面，浸润面(Water table) 二、土的渗流特性透水性：土壤允许水透过的性能，浚透系数均质土（Homogeneous soil）：土壤透水性能不随地点改变；否则为非均质土（Heterogeneous soil） 各问同性土（Isotropic soi
2、l） ：土壤在同一地点的各个方向的透水性能都相同（各个方向的渗透系数相同）否则为各向异性土（Anisotropic soil） 。本章限于讨论均质各向同性土的渗流问题。土壤的透水性能的与土壤的密实程度、土壤颗粒的均匀程度、土的矿物成分和水温等有关。土壤的孔隙率(Porosity)： 三、渗流模型对复杂的渗流问题进行的简化，称为渗流模壁：设想整个渗流区的全部空间是被水所充满的连续流动 1渗流流速设土体有与渗流流速正交的断面面积dA，通过的渗流流量为dQ渗流流速（Seepage velocity, Darcy velocity） dA上实际的孔隙面积= ndA实际流速( Pore velocity
3、) u0 = u/n 或u = n u0 0）（1） 均匀渗流：dh/ds = 0, q = kh0ih正常水深 h0 = q/ki 浸润线为平行于槽底的直线（2）非均匀渗流当 h h0时（a区）：dh/ds0，为壅水曲线，以正常水深线和水平线为渐近线。当 h h0时（b区）：dh/ds0，为降水曲线，与正常水深线为渐近线，趋于与槽底正交（实际上趋于某个特定的水深）令 h= h/h0 从断面1至2积分，得 或 正坡地下明槽的浸润线方程2平坡（i = 0）dh/ds 0 恒为降水曲线。积分，得 平坡地下明槽的浸润线方程 或 3逆坡（i 0）： 恒为降水曲线 令 z = h/h0有 从断面1至断面
4、2积分或 逆坡地下明槽的浸润线方程例114 设某河槽剖面地层情况如图所示，左岸透水层中有地下水渗入河槽。河槽中水深1.0 m，在距离河道1000m处的地下水深度为2. 5m 。当在此河槽下游修建水库后，此处河槽水位抬高了4m。如离左岸1000m处的地下水位不变，试问在修建水库后单位长度河岸上渗入流量将减少若干？透水层的渗透系数k = 0.002 cm/s。解：未建水库前 h1 = 2.5 m，h0 = 1 m，降水曲线 试算求解得 h 0 =2.64 m， q1 = kh0i = 0.000022.640.005 = 2.6410 -7 m3/sm = 2.6410 -4 L/sm = 22.
5、81 L/dm建水库后 h1 = 2.5 m，h0 = 5 m，壅水曲线， 试算求解得 h 0 =1.73 m， q2 = 1.7310 -7 m3/sm = 14.95 L/dm减少的单宽渗透流量 Dqq1q2 = 7.86 L/dm例：图示某水平不透水层上的集水廊道长b = 100 m，水深 h 0= 3.6 m，排水流量Q = 1.5 L/s，距廊道l = 1500 m 处透水层水深H = 7.6 m，试确定透水层的渗透系数k。解：渗透单宽流量q = Q/2b = 7.510 -6 m-3/s 第五节 均质土坝的渗流 不讲第六节 水工建筑物透水地基中的渗流是有压渗流。它对建筑物的底板有向
6、上的压力作用扬压力（Uplift force），影响到建筑物的稳定。底板上的渗透压强 p = g ( h+y)单宽扬压力 g A1+ g A2 = 单宽渗透压力单宽浮托力坝体内部的渗流也会产生扬压力，对坝体应力产生不利影响减少扬压力的措施：（1）防渗帷幕和排水（2）坝体设缝或空腹，减少扬压力的作用面积，同时有排水作用。怎样确定底板上水头H和渗透压强p的分布？ 均质各向同性土中的恒定渗流的基本微分方程， 或 j = kH 为流速势函数在一定的边界条件下求解以上方程得到H = H(x, y, z) 或 j = j (x, y, z) p = g (H z )并且渗流流速 ， ， 渗流流量均质各向同
7、性土中的恒定平面渗流问题：H = H(x,y) j = j (x,y) 或 ， 又 因为平面渗流问题满足连续性方程 所以还存在流函数y(x, y) ，满足 （流动有势）且 ， 等势线 H(x,y) = 常数 或 j (x,y) = 常数 与流线 y(x, y) = 常数 正交，形成流网一、流网法求解透水地基的渗流问题：1绘制流网原则：流线与等势线正交；等势线不透水边界正交，后者本身是一流线；网格尽可能为正方形（检验：看对角线是否构成正方形），在流动为渐变流的区域，流线之间的间距基本相等，等势线之间的间距也基本相等。2设流网共有n条等势线（含入流和出流边界）， m条流线（含底板和不透水层上边界），两条等势线之间的水头降 Dh H/(n 1)，从入流边界开始的第i条等势线的水头 hi = h1-H/(n-1) 底板上的渗流压强。3DlDs任取一个网格，水力坡度 流速 网格单宽流量 4总的单宽渗流流量 二、实验法研究透水地基中的渗流：电拟法，水电比拟法 导电介质（水，）中稳恒电流场与渗流流场具有相似性测等电位线等水头线，流线与之正交。三、数值解法求解拉普拉斯方程，得H的数值解：有限元法等
