渗流速度

如题所述

先讨论一般的情况。前面已提到,渗流是充满整个岩石截面的假想水流。在垂直于渗流方向取的一个岩石截面,称为过水断面。这里的过水断面的概念与水力学中过水断面的概念是有差别的。地下水的过水断面是整个岩石截面,既包括空隙面积也包括固体颗粒所占据的面积。当渗流平行流动时,过水断面为平面,弯曲流动时则为曲面(图1—6)。

图1—6 渗流过水断面

1—渗流方向(流线);2—过水断面

设通过过水断面A有一个渗流量Q,则溶流速度(或称渗透速度,比流量)为:

地下水动力学(第二版)

渗流速度代表渗流在过水断面上的平均流速。它不代表任何真实水流的速度,只是一种假想速度。假设整个过水断面都被水充满时,地下水就以这种速度流动。实际上,地下水仅仅在空隙中流动。在空隙中的不同地点,地下水运动的方向和速度都可能不同,平均速度

称为实际平均流速。速度v和地下水的实际平均流速

之间有下列关系:

地下水动力学(第二版)

式中,n为含水层的空隙度。和通常的流速相似,渗流速度v也是一个矢量。

仅仅这样定义渗流速度是不够的。我们还要知道某一点p的渗流速度。某一点p的渗流速度就是以p点为中心的典型单元体积的平均渗流速度矢量。设REV的体积为△V0,其中的空隙体积为(△Vv0。在空隙中的不同地点,流速矢量u是不同的,将流速矢量u在全部空隙体积(△Vv0中求积分,再除以典型单元体积△V0,即为渗流速度,即:

地下水动力学(第二版)

因为实际平均流速

为:

地下水动力学(第二版)

地下水动力学(第二版)

说明在微观情况下,式(1—16)仍然成立。

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