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1、第十章渗流第34讲第一节概述流体在多孔介质中的流动称为渗流。水在松散岩石颗粒间的孔隙或坚硬岩石内纵横交错的裂隙及溶隙中的流动即地下水的渗流，是自然界最常见的渗流现象。渗流理论广泛应用于水利、给水排水、土建、石油及矿藏开采等领域。例如，地下水资源的堪察与开采、为局部降低地下水位而进行的基坑排水及输水渠道渗漏量的确定等，都将涉及渗流问题。本章以地下水渗流为代表，讨论渗流的基本规律及其一些实际应用。下面先介绍一些与地下水渗流有关的基本概念.一、水在岩石中的存在形式这里所说的岩石是具有空隙（孔隙、裂隙或
2、溶隙）的松散岩石和坚硬岩石的统称。水在岩石中的存在形式有：气态水、吸着水、薄膜水、重力水和毛细水气态水以水蒸汽形式存在于岩石的空隙中，数量极微，在渗流中可以不考虑。吸着水和薄膜水又统称为结合水，它们都是由于岩石颗粒表面与水分子间的静电引力作用而被束缚在岩石颗粒表面的。其中吸着水以极薄的若干水分子层厚度被吸附在岩石颗粒表面,吸附力极强,具有固态水的性质;薄膜水以不超过分子作用半径的膜层包围着岩石颗粒,性质与液态水相近.在含水层中结合水含量相对很少，而且不参与地下水渗流，在渗流中一般也不考虑。重力水
3、就是重力作用下能够在岩石空隙中自由运动的水.重力水可以传递静水压力,并且在无压渗流中可以形成自由水面.通常所说的地下水就是指重力水,它可供开采利用,是地下水的主要部分,也是地下水渗流研究的主要对象.毛细水是在地下自由水面以上,由于毛细作用而保持在岩石毛细管中的水.这种水可以随地下水面的变化而上下运动,除特殊情况外,渗流中一般也不考虑.二、岩石按透水性的分类岩石的透水性是指其允许重力水通过的能力。所有岩石都具有一定的透水性，但不同的岩石透水性不同岩石的透水性主要取决于岩石中空隙的大小、多少及其连通
4、性。例如,在颗粒较粗的松散岩石和裂隙或溶隙发育的坚硬岩石中,空隙大而多,连通性也好,所以透水性强;细颗粒的松散岩石,虽然单位体积岩石内的空隙量(称为空隙度)可以很大,但颗粒间的空隙较小,结合水还要占据一部分,使重力水的有效通道更窄小,所以阻力较大,透水性较差.颗粒愈细小,其透水性愈差,甚至几乎不透水.在实用中,根据岩石透水性的强弱,常将岩石分为透水岩石,半透水岩石和不透水岩石。透水岩石是指颗粒较粗的松散砂砾石堆积物及裂隙或溶隙发育的坚硬岩石等透水性良好的岩石；不透水岩石是颗粒极细小的粘土及质地致
5、密、裂隙和溶隙很少的坚硬岩石等透水性极差的岩石；半透水岩石的透水性介于上述两种岩石之间，如亚砂土、裂隙不太发育的黄土及泥灰岩等。根据岩石透水的均匀性和方向性,又可将岩石分为均质岩石和非均质岩石及各向同性岩石和各向异性岩石.均质岩石是透水性均匀,即透水性与位置无关的岩石;反之,若透水性与位置有关,就是非均质岩石.各向同性岩石是岩石中任一点处的透水性都与方向无关的岩石;反之,若透水性与方向有关,则称为各向异性岩石.均质各向同性的岩石只是一种理想化的岩石模型.实际中,对于某一类松散岩石而言,往往都可近
6、似按均质各向同性岩石考虑,而坚硬的裂隙或溶隙岩石则往往是非均质的,甚至是各向异性的.本章只讨论最简单的在均质各向同性岩石中的渗流规律,它是渗流的基础。三、含水层与隔水层的概念含水层是指岩石空隙中充满水并能给出水，具有统一水力联系的岩层，即是能够富集重力水的饱水岩层；隔水层则是不透水或透水性相对很弱的岩层。构成含水层的基本条件：岩层具有良好的透水性，有利的储存和聚集重力水的地质条件，充足的重力水补给来源。四、潜水与承压水的概念根据埋藏条件,可将地下水分为潜水和承压水.潜水是位于地面以下第一个稳定的
7、隔水层之上，具有自由水面的含水层中的重力水.潜水上部没有连续完整的隔水层,通过透水层可与大气相通,潜水面为自由水面.潜水面到下部隔水层(隔水底板)的距离(h)称为潜水含水层厚度.潜水含水层是自然界中埋深相对最浅、与地表水联系相对最密切的含水层.承压水是充满于两个稳定的隔水层之间的含水层中的重力水其上、下隔水层分别称为承压含水层的隔水顶、底板。承受压力是承压水的重要特征。当钻孔打穿隔水顶板后,承压水就会沿钻孔上升到隔水顶板之上,并停留在一定的高度上.承压水位到隔水顶板底面之间的铅直距离(h)称为承
8、压水头;隔水顶、底板间的距离(M)称为承压含水层厚度.承压含水层埋深一般相对较大,根据水文地质条件的不同,其上部可以有或没有潜水含水层.承压含水层埋深较大,并存在稳定的隔水顶板,所以与地表水的联系相对较弱.五、渗流模型由于岩石空隙的形状、大小和连通性极其复杂，要详细确定每个岩石空隙通道中的渗流情况十分困难。况且从应用角度讲，也不必要。工程中所关心的往往是渗流的宏观平均效果，为此引入一种简化的渗流模型来代替实际渗流。渗流模型是一种假想的流场,它认为流场中的渗流性质(如密度、粘滞性等)与真实渗流相同
