《水文地质学基础教学课件》第五章包气带水的运动

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1、FundamentalsofHydrogeoloy水文地质学基础第五章包气带水的运动主讲教师：张卫民本章内容5.1毛细负压与毛细压力水头5.2毛细压力水头的测定方法5.3毛细上升高度与速度5.4包气带岩石的渗透系数5.5包气带水的下渗运动www.themegallery.comCompanyLogo5.1毛细负压与毛细压力水头包气带特点——复习①岩石空隙未被水充满②是固、液、气三相介质并存介质在毛细水中：讨论过毛细现象、毛细力、毛细水的存在形式毛细负压与毛细压力水头液体表面有一个张力，将液体表面看成一个拉紧的弹性薄膜，表层分子间则以一种弹性力相连，这种

2、弹性力就相当于表面张力，大小：f=α·Lα-表面张力系数（单位dyn/cm，1dyn=10-5N)L—液面线段长度方向：平行液面，垂直L—线段www.themegallery.comCompanyLogo5.1毛细负压与毛细压力水头毛细负压与毛细压力水头表面张力使液面发生弯曲，当弯曲呈半圆球形时（细小）弯液面上产生毛细力，表面张力的合力称为毛细力（f）毛细力作用在弯液面（半圆球）上，称为毛细压强α-为液体的表面张力系数R-半圆球曲率半径fwww.themegallery.comCompanyLogo5.1毛细负压与毛细压力水头任意弯曲液面，表面压强：α

3、为液体的表面张力系数，R1与R2为弯曲液面的2个曲率半径当弯曲液面为半圆球时R1=R2＝R，D＝2R，D为直径毛细压强是有方向的，对液面来说（是水），这是个负压强——又称毛细负压（pc）压强转化为水柱高度表示（hc）毛细负压www.themegallery.comCompanyLogo压强转化为水柱高度表示（hc）ρ-水的密度，取1g/cm3;g-重力加速度，取981cm/s2；α-表面张力系数，取74dyh/cm=74×10-3N/mD——毛细管直径（用mm表示）hc——毛细压力水头（m）又称毛细压头与毛细管直径成反比5.1毛细负压与毛细压力水头毛细

4、压头www.themegallery.comCompanyLogo毛细压力水头，又称毛细压头PcHA=ZA+hAHB=ZB+hBHA=0＋0＝0HB=0-hc＝-hcHC=hc-hc＝0基准面P0P0www.themegallery.comCompanyLogo5.2毛细压力水头的测定方法：在饱水带中：测量任一点的压力水头—用测压管（压力计）HA=ZA+hA在包气带中（测负压）：张力计（tensionmeter）前端装上多孔陶瓷头（捧）；插入土中；张力计管中充满了水，在非饱和土中，空隙中的负压与张力计液面高度平衡后，张力计形成的负压与所测点B相等时，张

5、力计上的-hBc即为测点的负压例：HB=ZB-hBcHC＝ZC-hCc（图示）如果测得包气带中HB﹥HC，其意义如何（与水力学水头概念一致），水流运动方向为B→C，入渗水流如果测得包气带中HB

6、中水的运动毛细上升高度1）插入水中初始：瞬时刻HA=ZA+0=0HB=ZB+(-hc)=-hcHC=ZC+(-hc)=02）最后：HA=HC（管中水不运动—静止液体）此时毛细管中的最大上升高度hc称为毛细上升高度,它在数值上等于该管所具有的毛细压力水头值毛细水上升高度转下页www.themegallery.comCompanyLogoB′OO′HA=0HB=-hCHA=ZA+hAHB=ZB+hBHA=0HB′=ZB′-hCVB′=IB′KIB′=(HA-HB′)/LB~B′=-(ZB′-hC)/ZB′=hc/ZB′–1毛细水运动推导ZB′www.the

7、megallery.comCompanyLogo5.3.2毛细上升速度毛细上升速度用达西定律分析：水由B→B′毛细水的运动VB′=IB′KA点水头？HA=ZA+0=0，B′点水头？HB′=ZB′-hCIB′=(HA-HB′)/LB~B′＝hc/ZB′–1讨论VB′=IB′K=(hc/ZB′–1)K，假设K不变①ZB′→0时，毛细上升刚开始，hc/ZB′→∞，IB′→∞，VB′→很大②ZB′逐渐增大时，IB′变小，上升速度变慢③IB′→hc时，hc/ZB′→1，IB′→0，VB′→0,上升停止毛细水可以上升的最大高度hmax，就等于该毛细管可以产生的最大

8、毛细压力水头hc毛细水上升速度www.themegallery.comCompanyLogo5