第十章 流体力学 渗流.ppt

第十章 流体力学 渗流
本讲稿第一页，共四十七页
第十章
渗 流
本讲稿第二页，共四十七页
重点学习内容：
对渐变渗流水面曲线的定性分析作一 般了解。
渗流定律及井的水力计算；
本讲稿第三页，共四十七页
b=0时，达西定律；
a=0时， 阻力平方区；
a 、b≠0时，非线性渗流。
其中：
e
e
e
e
本讲稿第十八页，共四十七页
其确定方法有：
（1）经验公式估算；
（3）现场测定。
（2）实验室测定：
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
本讲稿第十九页，共四十七页
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。
在此将讨论
（1）恒定均匀渗流；
（2）恒定非均匀渐变渗流。
§10—3 地下明渠恒定渗流
本讲稿第二十页，共四十七页
一、地下明渠恒定均匀渗流
特点：
（1）流线是相互平行的直线；
（2）J=i；
（3）整个渗流区内 J =常数。
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二、恒定渐变渗流
1、图示参见 p 264图10—2
2、特点：
（1）流线近似平行直线，过流断面近似平面；
（2）过流断面上动水压强分布符合静水压强分
布，各点的测压管水头相同；
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（3）同一过流断面上各点总水头相等（∵u≈0）；
（4）两断面间任一条流线上水头损失相等；
（6）渐变渗流流速分布图为矩形。
（5）同一过流断面上各点水力坡度相等：
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3、裘皮幼公式：
dH——相邻两断面1—1，2—2
间的水头差；
dS——相邻两断面1—1，2—2
之间的间距。
建立渐变渗流基本微分方程的基本公式。
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（1）同一过流断面上各点渗流流速：
u = k J =
=常数
- k
ds
dH
（2） 裘皮幼公式（断面平均流速）：
v = u =
- k
dH
ds
b
b
b
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4、对恒定渐变渗流，裘皮幼公式 v = u = k J 中，
J 表示：
断面上的水力 坡度；
浸润曲线坡度；
流程中测压管水头线坡度；
流程中总水头线坡度。
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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。
§10—4 棱柱型地下明渠恒定渐变 渗流浸润曲线分析计算
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二、渐变渗流浸润曲线的型式分析与计算
h
g
v
h
E
≈
+
=
2
2
a
由于渗流的流速很小，可忽略不计，
故渐变渗流的断面单位能量为：
E与 h 大约是线性关系，无 hcr (∵Emin≈0 )，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。
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1、渐变渗流的特点：
（1）
（2） 只有实际水深 h 与正常水深 h0 ；
（3） 浸润曲线只有四种型式。
本讲稿第二十九页，共四十七页
微分方程：
)
(
0
ds
dh
i
kA
kiA
-
=
\
)
(
ds
dh
i
kA
Q
-
=
Q
两条曲线，有 h0 存在。
2、浸润曲线型式：
（1）i > 0 （顺坡）：
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微分方程：
1> h > h0 ：
壅水型曲线；
a 区，
> 0
dh
ds
，以N—N 线为渐进线。
dh
ds
→ 0
上游端：
下游端：
dh
ds
→ i
，以水平线为渐进线。
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微分方程：
2> h< h0 ：
dh
ds
< 0
b 区，
降水型曲线
上游端： 以 N—N 线为渐进线。
下游端： 与不透水层正交（趋势），取决于边界条件。
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（2）i= 0 （平坡）：
微分方程：
-
=
kA
Q
ds
dh
)
(
-
=
ds
dh
i
kA
Q
一条曲线，无 h0 存在
0
<
ds
dh
Q
降水型曲线。
∴
上：以水平