注冊(cè)結(jié)構(gòu)專業(yè)根蒂根基滲流講義

PAGEPAGE7頁第七節(jié)滲流一、概述流體在孔隙介質(zhì)中的流動(dòng)稱為滲流，流體主要是水、石油、天然氣等，孔隙介質(zhì)是指土、巖石等各類的多孔介質(zhì)和裂隙介質(zhì)。在土建工程中，滲流主要是指水在地表以下土和巖層中的流動(dòng)，所以滲流又稱地下水流動(dòng)。滲流理論除了應(yīng)用于水利、石油、地質(zhì)等部門外，土建方面有：地下水是給水的水源之一，它涉及到水井涌水量和集水廊道等設(shè)計(jì)和計(jì)算；在排灌工程中地下水的變動(dòng)、渠道的滲漏及壩的穩(wěn)定等問題；在建筑施工中需要確定圍堰或基坑排水量和水位降低等問題。水在巖層和土孔隙中存在的狀態(tài)有：汽態(tài)水、附著水、薄膜水、毛細(xì)水和重力水。重力水在介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)是受重力作用的結(jié)果。本節(jié)研究的對(duì)象是重力水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。地下水的運(yùn)動(dòng)除與水的物理性質(zhì)有關(guān)外、巖土的特性對(duì)水的滲透性質(zhì)有很大的影響。一般可將巖土分類為：(一)均質(zhì)巖土滲透性質(zhì)與滲流空間的位置無關(guān)。均質(zhì)巖土又分成：(1)各向同性巖土，其滲透性質(zhì)與滲流的方向無關(guān)，例如沙土。(2)各向異性巖土，滲透性質(zhì)與滲流方向有關(guān)，例如黃土、沉積巖等。(二)非均質(zhì)巖土滲透性質(zhì)與滲流場(chǎng)空間點(diǎn)位置有關(guān)。下面討論以均質(zhì)各向同性巖土中的重力水的恒定流二、滲流的達(dá)西定律達(dá)西在1856年對(duì)具有矩形橫截面、中間裝滿砂的容器中水流進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究(圖6-7—1)，得到滲流基本定律。如圖6-7-1所示，H表示上下游水位差，則滲流的水力坡度為J=H/l從上可知，達(dá)西定律避免了滲流微觀的流動(dòng)現(xiàn)象而用宏觀統(tǒng)計(jì)的平均概念。第一，它設(shè)想一虛構(gòu)的滲流流速，包括土顆粒在內(nèi)的整個(gè)斷面上的流速，而不是通過土顆粒與顆粒間孔隙斷面的實(shí)際流速；第二，達(dá)西定律用平均的滲流運(yùn)動(dòng)要素(如流速、壓強(qiáng))代替局部空間點(diǎn)上的運(yùn)動(dòng)要素；從而把實(shí)際上很不規(guī)則的流動(dòng)，概括成滲流模型，便于處理。（二）滲透系數(shù)滲流系數(shù)k是達(dá)西公式中的重要參數(shù)。k值的確定關(guān)系到滲流計(jì)算的精確性。是值的大小取決于多孔介質(zhì)本身粒徑大小、形狀、分布情況以及水的溫度等，因此要準(zhǔn)確地確定其數(shù)值是比較困難的。以下簡(jiǎn)述測(cè)量方法和常見土的有關(guān)參數(shù)值。1．經(jīng)驗(yàn)公式法這一方法根據(jù)土顆粒粒徑大小、形狀、結(jié)構(gòu)、孔隙率和水溫等參數(shù)所組成的經(jīng)驗(yàn)公式來估算滲流系數(shù)k。這類公式很多，這里不作介紹。2．實(shí)驗(yàn)室方法這一方法是在實(shí)驗(yàn)室利用圖6-7—1的類似裝置，并通過式(6-7-2)計(jì)算k。3．現(xiàn)場(chǎng)方法在現(xiàn)場(chǎng)利用鉆井或原有井作抽水或灌水，根據(jù)井的公式[見后面四單井(一)段中式(b)]計(jì)算k。作近似計(jì)算時(shí)，可采用表6-7—1中的k值。川（二）穗集水廊曾道那圖默6-7璃-折2球所示，趨不透水公層頂割部維(忌或含水帳層底薯板周)枕水平。筍地下水家面稀(守包括無犧壓水的崖自由表寄面及有框壓水的跌測(cè)壓管萍水頭罩面餃)摟在集水儲(chǔ)廊道未糠排水或宿抽水前檔的水面躍稱地下趟水靜水拴面，排挪入后到浴達(dá)恒定振狀態(tài)的腐水面稱布動(dòng)水面垂，動(dòng)水云面的水復(fù)面線也外叫浸潤(rùn)脫曲線。聯(lián)還假定伏集水廊誤道開挖豎到不透老水層，舟于是集魚水廊道翻底面不暗進(jìn)水。扎集水廊刑道垂直競(jìng)于底面臟方向單螞位寬回度寄(匠B丙＝林1蒙)車的單寬尤流過量歉q=v毯z=k望J就z羽，根據(jù)問裘布依罰，鹿J=s睡i報(bào)n始θ?！盅纓坐g纏θ腥=dz垃/d秩l秩，商q=k卡zt所g兵θ飽=kz底·dz夸/d禿l摸，令距嬸離廊知道拘l(wèi)傳1聰和宅l筒2爬的地下亡水深分選別大為鉗h秤1主和俗h濫2元，將上跳式分離沙變量，帥積分之娘，得斗上式為訊集水廊毛道浸潤(rùn)纏曲線方考程。設(shè)稠集水廊彈道中的紐動(dòng)水位清為將h膊0史，含水況層在集互水廊道桶未工作陸前的厚沖度脊H泳，按上舟式，有眾式菠中明剖l驢稱為集咳水廊道各的影響葡范圍，括在此范留圍以外業(yè)，靜水肥位不下釋降，即森不受影宰響。若渡引入浸上潤(rùn)曲線搜的平均回坡度燥這一概這念，則藥上式可器改寫成救為這一公駛式可用動(dòng)來初步返估零算帥q傷。不同橫的土的辜值，大查致為：前極粗的煩砂及卵湊石，炮=棟0陸．愁00棒3盞～仆0顫．午00方6淋；砂土嫁=汪0棄．桶00輕6欲～承0播．它0奉2堵；砂質(zhì)讀巖層亞=寫0尾．透0孫2菌～灑0支．益0過5崇；砂粘半土俯=叼0漆．虧0印5暑～凡0廊．冊(cè)1足0版；腔粘土抖為庭0乏．竹1梳0重～融0慎．護(hù)2陜0艇。蠅式倚(6-擾7-3挽)因也可改職寫成回四、單進(jìn)井棟潛水井惡涌水量獄些療在具有晉自由表個(gè)面的無倚壓含水脹層中打市出的井坐，稱為缺潛水井脫。一種杠是井底圣深達(dá)不慎透水層塊，如初圖反6非—巨7上－釘3沙所示稱峽完全井息。另一降種是抽妨水時(shí)地略下水從測(cè)四周軸掏向?qū)ΨQ弱地流入紀(jì)管井；話過流斷虜面是一詞圓柱面懶，面積倍；流速徒為資kJ=宜k·d買z/d洋r獎(jiǎng)，所以縮流量毅，分離該變量得幅積分后盲可得屢在距井識(shí)軸仙心曲r桐2沫和斃r菌1吉的地方妄各打一旦個(gè)觀測(cè)劑地下水擇水位的柴鉆孔，正求得與危抽水量剃相應(yīng)的低水悄位咱z喇2車和飲z趙1娘，利用軌上式可退求滲流奉系數(shù)是頌值。牽為了計(jì)帝算井的疾涌水棗量齊Q飽，引入蓄井的影賢響半羞徑懷R渠的概念量：在浸點(diǎn)潤(rùn)漏斗績(jī)上，有愿一半刺徑倒r=嫂R雜的一個(gè)立圓，匹在揭R坡范圍以河外，浸辭潤(rùn)漏斗輪的下荒降燈H磨—虎z煉趨于零嬌，即天早然地下敏水位不熄受影響掩，距離赤尺稱為織井的影瞞響半徑槽。如果擦對(duì)翠式墊(a塘)慨積分時(shí)缺，芒取饅r=r她0寒和咸r=墾R傳及復(fù)z=h見0炒和買z=搬H握為積分百上下限廁，得或討可用經(jīng)敬驗(yàn)公式鋸估算影摘響半通徑炸R終，各種悉經(jīng)驗(yàn)公葛式出入蝦較大，己用得較蒸多的求議潛水井鄉(xiāng)影響半暈徑的經(jīng)叔驗(yàn)公式坦有：照（二）策自流井節(jié)含水層菌位于兩棄不透水塞層之間品，其中狹滲流所童受的壓起強(qiáng)大于驚大氣壓唯。這樣阿的含水鏈層稱自趨流層，憲由自流爺層供水隊(duì)的井稱垃自流井般，如啄圖來6稍—輪7吵—壯4續(xù)所示。州如底層族和復(fù)蓋思層均為俗水平，床兩層間盈的距離新一定，攤井為完店全井，阿鑿井穿況過復(fù)蓋戒在含水厭層上的歡不透水侍層時(shí)，斜地下水扇位將升闖到高鉆度話H蘿。若從豆井中抽鄭水，井辜中水深暫由虧H術(shù)降憂至績(jī)h綢，形成逆一個(gè)以厲井軸為秩中心的邀軸對(duì)稱挎漏斗形懂測(cè)壓管頸水頭面紛