第15章

滲流

流體在孔隙介質(zhì)中的流動稱為滲流。常見的滲流問題有以下幾方面：

1、經(jīng)過擋水建筑物的滲流

2、水工建筑物地基中的滲流

3、集水建筑物的滲流

4、水庫及河渠的滲流15.1滲流的基本概念水在土中的存在形式

水在土中有以下幾種存在形式：汽態(tài)水、吸著水、薄膜水、毛細水、重力水。重力水是指重力作用下在土壤孔隙中運動的水，它在工程實踐中具有重要意義。土的滲流特性孔隙率：土的不均勻系數(shù)：

滲流模型

所謂滲流模型，乃認為滲流是充滿了整個孔隙介質(zhì)區(qū)域的連續(xù)水流，包括土粒骨架所占據(jù)的空間在內(nèi)，均由水所充滿，似乎無土粒存在一樣。滲流模型的實質(zhì)在于，把實際上并不充滿全部空間的液體運動，看作是連續(xù)空間內(nèi)的連續(xù)介質(zhì)運動。這樣就可以把研究水力學的理論和方法應用到滲流中。根據(jù)滲流模型的概念，某一微小過水斷面上的滲流流速定義為：

式中：為通過微小過水斷面的滲流流量；為包括土粒骨架所占橫截面積在內(nèi)的假想過水面積。很顯然，真實的過水面積比小。若土系均質(zhì)土，其孔隙率為n

，真實的過水面積應為n

，故通過該斷面孔隙內(nèi)的真實流速應為

以滲流模型取代真實的滲流，必須遵守以下幾個原則：

(1)通過滲流模型的流量必須和實際滲流的流量相等。

(2)對某一確定的作用面，從滲流模型所得出的動水壓力，當和真實滲流的動水壓力相等。

(3)滲流模型的阻力和實際滲流應當相等，也就是說水頭損失應當相等。滲流類型恒定滲流及非恒定滲流，均勻滲流及非均勻滲流，漸變滲流及急變滲流，有壓滲流和無壓滲流等等。15.2滲流的基本定律－達西定律達西定律式中：k

為反映土的透水性質(zhì)的比例系數(shù)，稱為滲透系數(shù)。滲透系數(shù)具有流速的量綱。達西公式表明在均質(zhì)孔隙介質(zhì)中滲流流速與水力坡度的一次方成比例并與土的性質(zhì)有關，此即為著名的達西定律。達西實驗裝置

若滲流的水力坡度J以微分形式表示，則，H為滲流的總水頭。由于一般滲流流速很小，其流速水頭可以不計，所以總水頭H可用測壓管水頭來代替。即由此可知均勻滲流斷面平均流速為則滲流場中任意點流速為圖15.3

達西定律的適用條件

水頭損失和流速一次方成比例，乃是液體作層流運動所遵循的規(guī)律，由此可見達西定律只能適用于層流滲流。滲透系數(shù)

滲透系數(shù)k值是反映土的滲流特性的一個綜合指標，常用以下幾種方法：

1、經(jīng)驗法

2、室內(nèi)測定法

3、野外測定法15.3地下河槽中恒定均勻滲流和非均勻漸變滲流地下河槽中的均勻滲流按照達西定律，斷面平均流速為通過過水斷面的滲流流量為通過地下河槽的單寬流量則為

地下河槽中非均勻漸變滲流的基本公式－杜比（J.Dupuit）公式微小流束的A點處流速1-1斷面平均流速上式就是著名的杜比公式，系法國學者杜比于1857年首先推導出來。

杜比公式表明，在漸變滲流中，過水斷面上各點的流速相等，等于端面平均流速。但不同過水斷面上的流速大小則是不相等的。15.4棱柱體地下河槽中恒定漸變滲流的浸潤曲線基本微分方程式

1-1斷面和2-2斷面間測壓管水頭差為故在微分流段內(nèi)平均水力坡度為根據(jù)杜比公式，斷面平均流速為滲流流量為

正坡（i>0）地下河槽中浸潤曲線

平底（i=0）地下河槽中浸潤曲線利用上式可進行平底地下河槽浸潤曲線及其他有關的計算。

逆坡（i>0）地下河槽中浸潤曲線

利用上式可進行逆坡地下河槽浸潤曲線及其他有關的水力計算。15.5普通井及井群的計算普通井：在地表的無壓透水層中所開掘的井。普通完全井：井底直達不透水層的普通井。不完全井：井底沒有達到不透水層的普通井。普通完全井浸潤線計算公式恒定最大供水流量為影響半徑R15.8用流網(wǎng)法求解平面滲流平面有壓滲流流網(wǎng)的繪制利用流網(wǎng)進行滲流計算1、滲流流速的計算所求網(wǎng)格處的滲流流速為2、滲流流量的計算