地下水运动与动态ppt课件.ppt

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1、第六章地下水运动与动态本堂课教学目的及要求：讲解线性和非线性渗透定律，地下水完整井稳定流运动方程及其应用。区分地下水渗透流速与实际流速，掌握Darcy定律适用范围，潜水完整井和承压水完整井Dupuit公式及推导。通过作业掌握达西定律重点：Darcy定律，地下水渗透流速与实际流速的区别，Darcy定律的适用范围及其应用。难点：达西公式推导，潜水和承压水完整井流Dupuit公式及其推导。作业：有关Darcy定律。基坑渗流问题紫坪铺导流洞堵头渗流计算大渡河沙湾水电站一期基坑右侧山体及堰肩三维渗流场分析及渗控措施右岸无防渗帷幕基坑开挖至388m3030.60m3/h基坑开挖至384m3

2、998.23m3/h基坑开挖至376m3892.45m3/h基坑开挖至368m4213.76m3/h基坑开挖至368m3731.55m3/h地下水运动的特点曲折复杂的水流通道—用直线管道流反映复杂的空隙网络水流假设条件通过任意断面的流量等于实际水流通过同一断面的流量水流在任意断面的水头等于实际水流在同一断面的水头水流通过岩石受到的阻力等于实际水流受到的阻力地下水运动的特点迟缓的水流—渗流地下水在曲折的网络通道里流动时，受摩阻力的影响（重力水的粘滞性，结合水的抗剪性），流速较河流和管道流缓慢。层流和紊流水质点有秩序地呈现相互平行而不混杂的运动称为层流；水质点相互混杂而无序的运动称

3、为紊流。非稳定、缓变流运动渗流场内各运动要素不随时间变化的的地下水运动称为稳定流；反之，与时间有关则为非稳定流。空间地下水流运动的计算一般按照平面问题（二维流）考虑，因为地下水流一般具有缓变流特征。一、线性渗透定律－通过Darcy试验获得数学表达式中：Q-渗透流量，（m3/d）F-渗流过水断面面积（m2）ΔH-渗流路径L长度上的水头损失（ΔH=H1-H2）L-渗透路径长度i-水力梯度（I=ΔH/L，无量纲）K-渗透系数（m/d）一、线性渗透定律－Darcy定律法国水力学家达西（HenriDarcy）于1852～1856年进行了大量的试验，得到了重力水运动的线性渗透定律。一、线性

4、渗透定律－Darcy定律渗透流速与达西定律的关系据水力学上式代入达西定律可写成一、线性渗透定律－Darcy定律（一）渗透流速渗透流速V与实际流速U的区别一、线性渗透定律－Darcy定律（一）渗透流速渗透流速V与实际流速U的区别考虑到空隙表面结合水的存在，渗透流速与实际流速应用给水度反映对于大空隙岩石，给水度u与空隙度n相当；对于细小空隙的岩石，则需用给水度反映一、线性渗透定律－Darcy定律（二）水力坡度I水流沿渗透路径的水头降落值与相应渗透途径的长度（三）渗透系数K表示岩土透水性的指标，是含水层重要的水文地质参数之一，可以通过达西试验或渗透试验来确定一、线性渗透定律－Darc

5、y定律推导如图所示土柱单元流向作用流体上的力有三个两端的孔隙水压力孔隙水流的自重水流受到颗粒孔隙壁的摩阻力根据土柱方向流体的三力平衡关系一、线性渗透定律－Darcy定律推导流向根据土柱方向流体的三力平衡关系由于代入后一、线性渗透定律－Darcy定律推导根据土柱方向流体的三力平衡关系推求的基本关系引用司托克斯单颗粒层流阻力公式拖曳力系数粘滞性直径流速设土柱中颗粒数为N隙壁的摩阻力，并用球体系数总阻力F由于一、线性渗透定律－Darcy定律推导得到达西定律公式表达式即多孔介质结构流体性质达西渗透系数决定于多孔介质结构（颗粒的大小、形状、排列）和流体性质有关一、线性渗透定律－Darcy

6、定律（四）达西定律适用范围式中：Re-雷诺系数U-地下水实际流速（m/d）d-孔隙周围颗粒的直径u-地下水的运动粘滞系数（m2/d）课堂作业练习：设地下水在孔隙介质中的渗流流速V=10m/d，对应孔隙介质中颗粒直径为d=3mm，孔隙比e=0.667，当地下水温度为15℃时的运动粘滞系数u=0.1m2/d，问地下水的的运动是否满足Darcy定律二、非线性渗透定律紊流运动的计算公式——哲才公式混合流运动的计算公式——斯姆莱公式（1＜m＜2）三、地下水流向流速的测定（一）地下水流向的野外测定三点法（二）地下水流速的测定示踪剂法四、地下水向完整井的稳定运动地下水取水构筑物的基本类型垂直

7、取水构筑物潜水完整井潜水非完整井承压水完整井承压水非完整井水平取水构筑物渗水管、渗渠等四、地下水向完整井的稳定运动（一）潜水完整井公式－Dupuit公式假设条件天然条件I=0，抽水时用流线倾角的正切代替正弦，则井附近I≤1/4含水层均质各向同性，底板是隔水的影响半径R内无渗入、无蒸发；影响半径R外，Q=0；影响半径R处，H=const抽水井内及附近可看作二维流推导公式以Darcy定律为基础（一）潜水完整井公式－Dupuit公式式中：Q-井的流量(m3/d)K-渗透系数(m/d)H-潜水含水层