6.6渗流、井、和集水廊道

理解渗流模型和达西渗流定律；

掌握集水廊道和单井产水量计算。

知识点一:概述（了解）

液体在孔隙介质中的流动称为渗流。在水利工程中，孔隙介质指的是土壤、沙石、岩基等多孔介质，水力学所研究的渗流，主要为水在土壤中的流动。地下水运动是常见的渗流实例。

渗流理论除了应用于水利、化工、地质、采掘等生产建设部门外，在土建方面的应用可列举以下几种：

（1）在给水方面，有井和集水廊道等集水建筑物的设计计算问题。

（2）在排灌工程方面，有地下水位的变动、渠道的渗漏损失以及坝体和渠道边坡的稳定等方面的问题。

（3）在水工建筑物，特别是高坝的修建方面，有坝身的稳定、坝身及坝下的渗透损失等方面的问题。

（4）在建筑施工方面，需确定围堰或基坑的排水量和水位降落等方面的问题。

根据水在岩土孔隙中的状态，可分为气态水、附着水、薄膜水、毛细水和重力水。气态水以水蒸汽的状态混合在空气中而存在于岩土孔隙内，数量很少，一般都不考虑。

附着水以分子层吸附在固体颗粒表面，呈现出固态水的性质。薄膜水以厚度不超过分子作用半径的膜层包围着土壤颗粒，其性质和液态水近似。

附着水和薄膜水都是在固体颗粒与水分子相互作用下形成的，其数量很少，很难移动，在渗流中一般也不考虑。毛细水由于毛细管作用而保持在岩土微孔隙中，除特殊情况外，一般也可忽略。当岩土含水量很大时，除少量液体吸附在固体颗粒四周和毛细区外，大部分液体将在重力作用下运动，称为重力水。本章研究的对象仅为重力水在土壤中的运动规律。

知识点二:渗流基本定律（掌握）

自然土壤的颗粒，在形状和大小上相差悬殊，颗粒间孔隙形成的通道，在形状、大小和分布上也很不规则，具有随机性质。渗流在土壤孔隙通道中的运动是很复杂的，在工程中常用统计的方法，采用某种平均值来描述渗流，即以理想的、简化了的渗流来代替实际的、复杂的渗流。

图为一渗流试验装置。竖直圆筒内充填沙粒，圆筒横断面面积为a，沙层厚度为l。沙层由金属细网支托。水由稳压箱经水管a流入圆筒中，再经沙层从出水管b流出，其流量采用体积法(量筒c)量测。

在沙层的上下两端装有测压管以量测渗流的水头损失，由于渗流的动能很小，可以忽略不计，因此测压管水头差h₁-h₂即为渗流在两断面间的水头损失。

由此实验看出，流经土壤空隙间的液体质点，虽各有其极不规则的形式，但就其总体而言，其主流方向却是向下的。

式(9-2-4)是以断面平均流速v表达的达西定律，为了分析的需要，将它推广至用渗流流速u来表达。图9-2-2表示处在两个不透水层中的有压渗流，ab表示任一元流，在m点的测压管坡度为

渗流系数k的大小对渗流计算的结果影响很大。以下简述其确定方法和常见土壤的概值。

(1)经验公式法这一方法是根据土壤粒径形状、结构、孔隙率和影响水运动粘度的温度等参数所组成的经验公式来估算渗流系数k。这类公式很多，可用以作粗略估算。

(2)实验室方法这一方法是在实验室利用类似图9-2-1所示的渗流实验装置，并通过式(9-2-4)来计算k。此法施测简易，但不易取得未经扰动的土样。

(3)现场方法在现场利用钻井或原有井作抽水或灌水试验，根据井的公式计算k。

近似计算时可以查下表

知识点三:单井（理解）