《土中的水及其流動(dòng)》PPT課件

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1、第二章土中的水及其流動(dòng)2.1概述2.2達(dá)西定律2.3滲透系數(shù)2.4地下水的流動(dòng)2.5具有浸潤(rùn)面的地下水的流動(dòng)2.6水井的穩(wěn)定滲流問題2.7流沙、管涌2.8非飽和土的問題1土中水結(jié)合水自由水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合自由水重力水毛細(xì)水自由水地下水位以下，土顆粒電分子引力范圍以外，僅在本身重力作用下運(yùn)動(dòng)的水2.1概述2地下水按埋藏條件分為：潛水：埋藏在地表以下第一個(gè)穩(wěn)定隔水層以上的具有自由水面的地下水。上層滯水：埋藏在地表淺處，局部隔水透鏡體上部，且具有自由水面的地下水。承壓水：是指充滿于兩個(gè)穩(wěn)定隔水層之間的含水層中的地下水。2.1概述3不飽

2、和土上層滯水潛水承壓水毛細(xì)水（地下水位以上)地下水位(潛水）飽和土2.1概述42.2達(dá)西定律一、伯努里定理（能量守恒原理）（位置水頭）（壓力水頭）（總水頭）位置水頭：從基準(zhǔn)面到計(jì)算點(diǎn)的高度。壓力水頭：測(cè)壓管中水位高。總水頭：從基準(zhǔn)面到測(cè)壓管上部水位高。水頭損失=h1-h252.2達(dá)西定律二、達(dá)西定律(土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律）v=Ki式中：i—水力坡度（水頭梯度）K—滲透系數(shù)，cm/s，表示水通過的難易程度，可由試驗(yàn)確定。v—水在土中的滲透速度，cm/s，是在單位時(shí)間內(nèi)通過單位土截面(cm2)的水量（cm3)。62.3滲透系數(shù)確定滲透

3、系數(shù)K的方法室內(nèi)滲透試驗(yàn)變水頭滲透試驗(yàn)常水頭滲透試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)值：各種土的滲透系數(shù)參考值72.3滲透系數(shù)一、常水頭滲透試驗(yàn)常水頭滲透試驗(yàn)所以式中：Q—單位時(shí)間的透水量,cm3/sV—透水量,cm3t—透水時(shí)間,sv—滲流速度,cm/sA—透水?dāng)嗝娣e,cm2h—水位差，cml—滲流路線長(zhǎng),cmK—滲透系數(shù),cm/sI—水力坡度82.3滲透系數(shù)二、變水頭滲透試驗(yàn)變水頭滲透試驗(yàn)所以土試料的透水量=測(cè)壓管中水下降的體積9地下水位≈測(cè)壓管水面井抽水量Qr1Rr2dhdrh1hh2不透水層觀察井2.3滲透系數(shù)三、現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)所以現(xiàn)場(chǎng)

4、抽水試驗(yàn)102.3滲透系數(shù)某水平堆積而成的成層土的層厚自上而下分別為H1、H2、…、Hn，垂直透水系數(shù)分別是kz1、kz2、…、kzn，水平透水系數(shù)分別是kx1、kx2、…、kxn，如果上下面的總水頭差是Δh試根據(jù)圖（a）試根據(jù)圖（b）求垂直透水時(shí)總垂直透水系數(shù)kz提示：求水平透水時(shí)總水平透水系數(shù)kx提示：HH1HiHnKz1KziKznqz1qziqzn(a)HH1HiHnKx1KxiKxnqx1qxiqxn(b)例題112.3滲透系數(shù)HH1HiHnKz1KziKznqz1qziqzn(a)1、求垂直透水時(shí)總垂直透水系數(shù)kz

5、解：因?yàn)榱鬟^各層的垂直流量相等，則通過單位面積的垂直流量為：對(duì)于整個(gè)透水層，根據(jù)達(dá)西定律所以122.3滲透系數(shù)HH1HiHnKx1KxiKxnqx1qxiqxn(b)解：2、求水平透水時(shí)總水平透水系數(shù)kx因?yàn)楦鲗拥乃ζ露认嗟仍O(shè)單位厚度的水平流量為qx，則由達(dá)西定律因?yàn)樗?32.4地下水的流動(dòng)一、拉普拉斯方程微元體中水的流動(dòng)xyz01、連續(xù)方程（連續(xù)方程）142.4地下水的流動(dòng)一、拉普拉斯方程2、拉普拉斯方程設(shè)土中水的流動(dòng)各項(xiàng)同性（Kx=Ky=Kz=K)且K為常數(shù)，得（拉普拉斯方程）152.4地下水的流動(dòng)二、等勢(shì)線和流線對(duì)于

6、x-z平面，可得到二維拉普拉斯方程設(shè)復(fù)變函數(shù)根據(jù)正則條件得即滿足二維拉普拉斯方程162.4地下水的流動(dòng)二、等勢(shì)線和流線所以同理兩式相乘得即流線與等勢(shì)線正交。17二、等勢(shì)線和流線2.4地下水的流動(dòng)與等勢(shì)線類似的山的等高線等勢(shì)線與流線正交182.4地下水的流動(dòng)三、流網(wǎng)——二維拉普拉斯方程的圖解法1、正方形流網(wǎng)的性質(zhì)通過正方形網(wǎng)格A、B的滲流量相等，為：得性質(zhì)1即表示各方格網(wǎng)水頭損失相等，或各等高線上水位相等。比較通過正方形網(wǎng)格A、C的滲流量得得性質(zhì)2表示通過各流管的流量相等流線、等勢(shì)線正交19三、流網(wǎng)—二維拉普拉斯方程的圖解法2.

7、4地下水的流動(dòng)根據(jù)流網(wǎng)求滲流量設(shè)：流入的總水頭為H1流出的總水頭為H2流網(wǎng)數(shù)(流管數(shù))為Nf,圖中Nf=5等勢(shì)線間隔數(shù)為Nd,圖中Nd=8由性質(zhì)1得由性質(zhì)2得所以（單位厚度流量）202.4地下水的流動(dòng)三、流網(wǎng)—二維拉普拉斯方程的圖解法2、流網(wǎng)的繪制方法確定邊界條件：mb面是一條等勢(shì)線,壓力水頭是H1jn面是一條等勢(shì)線,壓力水頭是H2ff’面是對(duì)稱面,壓力水頭是(H1-H2)/2,也是一條等勢(shì)線.沿板樁的bfj面是一條流線不透水的m’n’面也是一條流線按正交的原則繪流網(wǎng)繪“正方形”網(wǎng)格21三、流網(wǎng)—二維拉普拉斯方程的圖解法2.4

8、地下水的流動(dòng)圖中:H1=10m,H2=2m,板樁入土深4.3m,k=10-3cm/s求:1.設(shè)基準(zhǔn)面為mn,求各等勢(shì)線的總水頭.2.繪出板樁兩側(cè)水壓力分布圖3.求1m寬板樁一天的滲流量.例題2.122解:1.九條等勢(shì)線,每?jī)蓷l間水位差總水頭=位置水頭+壓力水頭測(cè)壓管10:位置