《包气带水运动》PPT课件.ppt

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1、,Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地质学基础,Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地质学基础,第五章 包气带水的运动,西北农林科技大学水利与建筑工程学院,Company Logo,本章内容,5.1 毛细负压与毛细压力水头,5.2 毛细压力水头的测定方法,5.3 毛细上升高度与速度,5.4 包气带水的下渗运动,5.5 包气带岩石的渗透系数,Company Logo,5.1 毛细负压与毛细压力水头,包气带特点复习 毛细水中：讨论过 毛细现象、毛细力、毛细水的存在形式 毛细负压（毛细水头），毛细上升高度，毛细上升速度 毛细负压与毛细压力水头 液体表

2、面有一个张力（相互吸引，如同一个薄薄的膜）液面就会发生弯曲，当弯曲呈半圆形时（细小）弯液面上，表面张力的合力称为毛细力（f）作用在弯液面（半圆）上，称为毛细压强,Company Logo,当弯曲液面为半圆时（湿润角=0），R1=R2 为液体的表面张力系数，R1与R2为弯曲液面的2个曲率半径 毛细压强是有方向的，对液面来说（是水），这是个负压强又称毛细负压（pc）压强转化为水柱高度表示（hc）(下面继续介绍),5.1 毛细负压与毛细压力水头,毛细负压,Company Logo,压强转化为水柱高度表示（hc）取 1g/cm3;g=981cm/s2,=74dyh/cm=7410-3N/m D毛细管直

3、径（用mm表示）hc毛细压力水头（m）又称毛细压头,5.1 毛细负压与毛细压力水头,毛细压头,Company Logo,HA=0 HB=？HC=？,HA=ZA+hA HB=ZB+hB,毛细压力水头，又称毛细压头,Company Logo,5.2 毛细压力水头的测定方法：,在饱水带中（用水力学原理）：测量任一点的压力水头用测压管（压力计）HA=ZA+hA 在包气带中（测负压）：张力计（tensionmeter）前端装上多孔陶瓷头（捧）；插入土中；张力计管中充满了水，在非饱和土中，空隙中的负压与张力计液面高度平衡后，张力计形成的负压与所测点B相等时，张力计上的-hBc即为测点的负压 例：HB=ZB

4、+hBc=ZB+(-hBc)=HB（图示）如果测得包气带中HBHC，其意义如何（与水力学水头概念一致），水流运动方向为BC，入渗水流 如果测得包气带中HB HC，水流运动方向为CB,水流？,张力计,Company Logo,负压测量仪张力计,。C,。B,。B,水,陶土头,土体,Company Logo,5.3 毛细上升高度与上升速度,5.3.1 毛细上升高度与毛细上升速度 毛细压力水头与毛细压强的概念，观察毛细管中水的运动 1）插入水中初始：瞬时刻 HA=ZA+0=0 HB=？HB=ZB+pc/g HB=ZB+(-hc)=-hc HC=?=ZC+(-hc)=0 2）最后：HA=HC（管中水不运

5、动静止液体）此时毛细管中的最大上升高度hc 称为毛细上升高度,它在数值上等于该管所具有的毛细压力水头值,毛细水上升高度,转下页,Company Logo,B,O,O,HA=0 HB=-hC,HA=ZA+hA HB=ZB+hB,HA=ZA+hA HB=ZB+hB,VB=IBK IB=(HA-HB)/LAB=-(ZB-hC)/ZB=hc/ZB 1,毛细水运动推导,ZB,Company Logo,5.3.2 毛细上升速度,用达西定律分析：水由 BB 毛细水的运动 VC=I K A点水头？HA=ZA+0=0 B点水头？VC=I K IC=(hc/ZB-1)假设K不变，讨论VC，VC=f(IC)ZB0时

6、，毛细上升刚开始，hc/ZB I V 很大 ZB 逐渐增大时，I变小，上升速度变慢 ZBhc 时，hc/ZB1，I0 V0,上升停止 毛细水可以上升的最大高度hmax，就等于该毛细管 可以产生的最大毛细压力水头hc,毛细水上升速度,Company Logo,5.4 包气带水的下渗运动,包气带水的下渗运动（自学P48最后两个自然段P49第一自然段）上面讨论的是毛细水上升运动的情况 在毛细力的作用，毛细水向下运动时，情况也是一样，请大家试推导 毛细管的毛细压力水头为hc，当下渗深度L小于hc时，某点水下渗速度有毛细力作用,Company Logo,5.5 包气带中岩石的渗透系数,包气带中岩石的渗透

7、系数K 由于没有完全饱水，水流仅在饱水的空隙中运动，因此 K（包）=f（）为土层含水率 包气带中K不是常数；K包小于饱水带中的K；随含水量增高K包K 毛细上升特点与空径沿程变化有关：当为层状非均质土层时，上升高度？沿孔隙，呈“跳跃”式前进 吸水时由毛细上升的土层含水量曲线，土层含水量较低 退水时由下渗形成土层含水量曲线，土层含水量较高,包气带岩石含水量曲线,小结,Company Logo,5.5 包气带中岩石的渗透系数,包气带中岩石的渗透系数K 由于没有完全饱水，水流仅在饱水的空隙中运动，因此 K（包）=f（）为土层含水率 包气带中K不是常数；K包小于饱水带中的K；随含水量增高K包K 毛细上升特点与空径沿程变化有关：当为层状非均质土层时，上升高度？沿孔隙，呈“跳跃”式前进 吸水时由毛细上升的土层含水量曲线，土层含水量较低 退水时由下渗形成土层含水量曲线，土层含水量较高,包气带岩石含水量曲线,小结,Company Logo,小结,包气带水的运动与饱水带的运动相比，有三点不同：饱水带重力势；包气带重力势+毛细势 饱水带任一点水头随水位变化；包气带水头则是含水量的函数 饱水带的渗透系数是个定值；包气带渗透系数随含水量的降低而变小,