第一章我们讲过,地下水存在于岩石和土壤的孔隙、裂隙和溶隙中,并在其中运动。赋存地下水的岩石、土壤为多孔介质或裂隙介质。地下水在多孔介质或裂隙介质中的运动称为渗透。岩石、土壤中的结合水是不参与这种运动的,毛细水的运动属于专门研究的课题。我们一般重点讨论重力水在多孔介质和裂隙介质中的运动。
岩土中或者说多孔介质中孔隙、裂隙的大小、形状与连通性等各不相同,它们是一些形状复杂、大小不一、弯弯曲曲的通道,就单个空隙而言是难以数清的。这种差异性极大地影响着地下水运动的特征,因而在不同的空隙中或同一空隙的不同部位,地下水的运动状况各不相同,这就给微观的研究带来极大的困难。所以,研究个别孔隙或裂隙中的地下水运动特征十分困难而且不切实际。
要研究地下水流动规律,我们必须引入一个假想的水流代替真实的地下水流。这种假想水流是:充满整个多孔介质(包括全部的空隙空间和岩石颗粒所占据的空间)的连续体;而且这种假想水流的阻力与实际水流在空隙中所受的阻力相同;它通过任一断面的流量应与真实水流通过同一断面的流量相等,它在某断面上的压力或水头应等于真实水流的压力或水头,这种假想水流便是我们所说的渗透水流,简称“渗流”,它所占据的空间称“渗流场”。这样渗流就可以当做连续水流来研究。
我们将垂直于地下水流向的含水层断面称为过水断面,把由空隙与固体骨架构成的含水层断面视为一个统一的连续过水断面,这是假想的过水断面,而实际上的过水断面则是空隙中的透水部分。把渗透流量平均到整个过水断面上,所得的流速便是渗透流速:
基坑降水设计
式中:V—渗透流速;
Q—渗透流量,单位时间内通过实际过水断面的水体积;
F—过水断面面积。
如果让同等渗透流量的渗透水流通过实际的过水断面(有效孔隙面积),所得到的流速即为实际流速,或叫做实际平均流速。即:
基坑降水设计
式中:V′——地下水流动的实际流速;
F′——实际过水断面面积。
因为F>F′,所以渗透流速总是小于实际流速。