1-1渗流基本概念
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第⼀章渗流的基本概念和基本规律第⼀章渗流的基本概念和基本规律内容概要:油⽓渗流是在地下油层中进⾏的,因此学习渗流⼒学⾸先需了解油⽓储集层和多孔介质的概念;流体在地下渗流需要⾥的作⽤,故还要了解流体受到哪些⼒的作⽤、地层中有哪些能量;然后学习渗流的基本规律-达西定律;流体渗流不总是遵循达西定律,就有了⾮达西渗流或称⾮线性渗流;对于地层中有多相流体同时参与流动的情况就是两相或多相渗流了,在本章也做⼀简单介绍。
渗流的基本规律和渗流⽅式内容概要:地层流体渗流规律复杂,但⼀般情况下符合渗流的基本规律,即达西定律;渗流的⽅式也是多种多样的,我们可以对各种渗流⽅式进⾏归类、化简,变成三种基本的渗流⽅式,复杂渗流再由这三种⽅式进⾏组合。
本节应牢固掌握达西定律,真实流速与渗流速度的概念及其关系,掌握三种基本渗流的⽅式。
课程讲解:讲解ppt教材⾃学:第三节渗流的基本规律和渗流⽅式本节导学地层流体渗流规律复杂,但⼀般情况下符合渗流的基本规律,即达西定律;渗流的⽅式也是多种多样的,我们可以对各种渗流⽅式进⾏归类、化简,变成三种基本的渗流⽅式,复杂渗流再由这三种⽅式进⾏组合。
本节重点1、达西定律★★★★★2、真实流速与渗流速度的关系★★★★★3、单向流★★★4、平⾯径向流★★★5、球⾯向⼼流★★★⼀、渗流的基本规律—达西定律多孔介质组成复杂,流体渗流规律复杂。
⼈们最初研究渗流规律是以实验为基础的宏观研究⽅法。
1.达西定律实验步骤:(1)、调节⼊⽔阀,保持⼀定的进⽔⽔位(2)、调节出⽔阀门,得⼀流量Q ;(3)、流动稳定后测流量和压差。
a:出⽔⼝(稳定⽔位) b:滤⽹E:阀门,控制流量和⽔头压差 D:量杯,测流量达西实验装置图做多组实验:不同砂层横截⾯积、L 、流量、砂粒⼤⼩、液体、压差。
1-1截⾯总⽔头⾼度2-2截⾯总⽔头两截⾯⽔头差其折算压差为⼤量实验研究表明,流量Q 与折算压⼒差△Pr 、岩⼼截⾯积A 成正⽐,与液体粘度µ、测压管两截⾯距离△L 成反⽐,其⽐例常数与填砂粒径有关,砂粒粒径越⼤,流量越⼤,反之流量越⼩。
7 地下水运动规律地下水在岩石空隙中的运动,可以在饱水的岩层中或非饱水的岩层中进行。
实际生产中提出不少课题,都涉及地下水的运动规律。
地下水运动是发生在岩石或土体空隙中的。
它和地表水流不同,其主要区别是地下水的运动缓慢,运动空间既有水流又有岩土颗粒存在,运动的阻力很大,地下水流在岩土空隙中作弯弯曲曲的复杂运动,研究地下水每个质点的运动情况即不可能又没必要。
地表水流中水质点充满于整个流速场,水流是连续的。
7.1 渗流的基本概念地下水在岩石空隙(孔隙、裂隙及溶隙)中的运动称为渗流。
研究渗流具有以下几方面的应用:(1)在生产建设部门:如水利、化工、地质、采掘等部门。
(2)土建方面:如给水、排灌工程、水工建筑物、建筑施工。
(3)合理开发利用地下水资源(地下水回灌)防止水污染方面。
(4)保持路基处于干燥稳固状态并防止冻害—降低地下水水位。
(5)涉及地下水流动的集水或排水建筑物—单井、井群、集水廊道、基坑、机井、坎儿井。
7.1.1 水在土壤中的状态水在土壤中的状态可以分为汽态水,附着水,薄膜水,毛细水和重力水等类型,其中对渗流起主导作用的是重力水与毛细水。
(1)重力水(Gravitational water):指在重力及液体动水压强作用下流动的水,是本章主要研究的对象。
重力水与毛细水的界面为潜水面,浸润面(Water table)。
(2)毛细水(capillarywater):指的是地下水受土粒间孔隙的毛细作用上升的水分。
毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水。
7.1.2 土的渗流特性透水性指土壤允许水透过的性能,用渗透系数k的大小表示其透水强弱。
土壤透水性能不随地点改变的土称为均质土(Homogeneous soil);否则为非均质土(Heterogeneous soil)。
土壤在同一地点的各个方向的透水性能都相同(各个方向的渗透系数相同)的土为各问同性土(Isotropic soil),否则为各向异性土(Anisotropic soil)。
第一章 渗流理论基础§1-1 渗流的基本概念一、渗流及连续介质假说1 多孔介质(porous medium)与连续介质(continuous medium)多孔介质很难给出其精确定义,在地下水动力学中,把具有孔隙的岩石称为多孔介质。
它包括孔隙介质和裂隙介质。
一般来说,具有以下特点的物质就称为多孔介质。
(1)该物体为多相体:固体相-骨架,流体相-空隙;(2)固体相的分布遍及整个多相体所占据的区域;(3)空隙空间具有连通性。
多孔介质由连续分布的多孔介质质点(图1-2)组成—多孔连续介质.此时孔隙度的表示公式为:--为数学点P 处多孔介质的表征体积元(简称为表征体元-REV ),将其所包含的所有流体质点与固体颗粒0v ∆的总体称为多孔介质质点.将其所包含的所有流体质点称为多孔介质流体质点。
图1-2 REV 的定义及孔隙度随体积的变化多孔介质的性质:1)孔隙性2) 压缩性2 渗透(seepage )渗透:地下水受重力作用在岩石空隙中的实际运动称为渗透。
由于岩石空隙结构极为复杂,空隙的大小、延伸方向、形状无一定规律。
渗透具有如下特征:(1)运动途径复杂多变;(2)状态函数非连续;(3)只有平均性质的渗透规律(图1-1),研究地下水质点的运动特征比较困难。
因此,在当前经济技术条件下研究单个孔隙中的水或单个水质点的运动是十分困难的,也没有必要。
vv p n v v v ∆∆=∆→∆0lim)(图1-2岩石中地下水的渗透针对这种极为复杂的地下水运功,在地下水动力学中一般可采用两种研究方法。
1) 研究微观情况下的运动,即研究地下水在以孔隙介质中的骨架为边界孔隙或裂隙中的运动。
由于空隙介质的结构具有随机性,所以用统计平均方法来确定地下水运动的宏观规律性;2) 从宏观角度出发,采用试验及数学分析方法,对大量微观运动进行宏观研究得出各种运动条件下地下水运动的基本规律。
3 渗流(seepage flow)前面已经提到,要研究实际的渗透十分困难,因此,我们用一种假想水流来代替真实水流,这种假想水流是在连续介质的基础上通过概化得出的:(1)假定水流充满整个含水层空间(既包括空隙所占据的空间,也包括颗粒/骨架所占据的空间);(2)只考虑水流运动的总体方向,不考虑水流实际运动途径的复杂变化.将通过上述概化后所得到的假想水流—渗流。
第一章渗流理论基础一、名词解释1. 渗透速度:表示水流在过水断面上的平均流速,不能代表任何真实水流的速度。
2. 实际速度:表示地下水在孔隙中的真实速度。
3. 水力坡度:把大小等于梯度值,方向沿着等水头面的法线,指向水头降低方向的矢量称为水力坡度。
4. 贮水系数:当水头变化1m时,从单位水平面积,高度为承压含水层厚度的柱体中释放或贮存的水量。
5. 贮水率:当水头下降1m时,单位体积承压含水层释放出来的水量。
6. 渗透系数:也称水力传导系数,当水力坡度J=1时,渗透系数在数值上等于渗透速度。
7. 渗透率:表示多孔介质能使气体或液体通过介质本身的能力,只与岩石性质有关,与液体性质无关。
8. 导水系数:T=KM,是一个水文地质参数,即水力坡度J=1时,通过整个含水层厚度上的单宽流量。
二、填空题1.地下水动力学是研究地下水在、、和中运动规律的科学。
(孔隙岩石、裂隙岩石、岩溶岩石)2.通常把具有连通性的孔隙岩石称为多孔介质,而其中的岩石颗粒称为。
(骨架)3.地下水在多孔介质中存在的主要形式有、薄膜水、毛管水和重力水,而地下水动力学主要研究的运动规律。
(吸着水、重力水)4.在多孔介质中,不连通的或一端封闭的孔隙对地下水运动来说是,但对贮水来说却是。
(无效、有效)5.地下水的过水断面包括空隙和固体颗粒所占据的面积,渗透流速是上的平均速度,而实际速度是的平均速度。
(过水断面、空隙面积)6.在渗流场中,把大小等于,方向沿着的法线,并指向水头降低方向的矢量,称为水力坡度。
(梯度值、等水头面)7.渗流运动要素包括流量Q、、压强p和等。
(渗流速度v、水头H)8.根据地下水与的关系,将地下水运动分为一维、二维和三维运动。
(运动方向、空间坐标轴)9.渗透率是表征的参数,而渗透系数是表征岩层的参数。
(岩层渗透性能、透水能力)10.影响渗透系数大小的主要因素是以及。
(岩石性质、渗透液体的物理性质)11.导水系数是描述含水层的参数,它是定义维流中的水文地质参数。
流体力学讲义第十二章渗流第十二章渗流概述一、概念1.渗流(Seepage Flow):是指流体在孔隙介质中的流动。
2.地下水流动:在土建工程中,渗流主要是指水在地表以下的土壤和岩石层中的流动,简称为地下水流动。
判断:地下水的流动与明渠流都是具有自由液面的流动。
错二、渗流理论的应用1.生产建设部门;如水利、化工、地质、采掘等部门。
2.土建方面的应用给水方面排灌工程方面水工建筑物建筑施工方面三、渗流问题确定渗流量:如确定通过闸坝地基或井等的渗流流量。
确定渗流浸润线的位置:如确定土坝坝体内的浸润线以及从井中抽水所形成的地下水面线的位置。
确定渗流压力:如确定渗流作用于闸坝底面上的压力。
估计渗流对土壤的破坏作用:计算渗流流速,估计发生渗流破坏的可能性,以便采取防止渗流破坏的措施。
四、土壤的水力特性不均匀系数:(12-1)式中:d60,d10——土壤颗粒经过筛分时分别有60%,10%重的颗粒能通过筛孔直径。
孔隙率n:是指单位总体积中孔隙所占的体积,。
沙质土:n=0.35~0.45;天然粘土、淤泥:n=0.4-0.6。
1.透水性透水性(hydraulic permeability):是指土或岩石允许水透过本身的性能。
通常用渗透系数k来衡量,k值越大,表示透水性能越强。
均质土壤(homogeneous soil):是指渗流中在同一方向上各处透水性能都一样的土壤。
非均质土壤(heterogeneous soil):是指渗流中在同一方向上各处透水性能不一样的土壤。
1各向同性土壤(isotropic soil):是指各个方向透水性都一样的土壤。
各向异性土壤(anisotropic soil):是指各个方向透水性不一样的土壤。
2.容水度容水度(storativity):是指土壤能容纳的最大水体积与土壤总体积之比,数值与土壤孔隙率相等。
3.持水度持水度(retention capacity):是指在重力作用下仍能保持的水体积与土的总体积之比。
渗流是指流体在孔隙介质中的流动。
这种流动通常发生在由颗粒状或碎块材料组成的孔隙介质中,这些材料含有许多孔隙或裂隙。
在地表面以下的土壤或岩层中的渗流称为地下水运动,是自然界最常见的渗流现象。
渗流在许多领域都有广泛的应用,如水利、地质、采矿、石油、环境保护、化工、生物、医疗等。
此外,在土木工程中,最常见的渗流现象是水在土体中的流动。
流体力学中的达西定律可以解决大部分简单的渗流问题,但如果把实际工程中的温度和应力因素也纳入考虑的话,温度-渗流-应力场耦合问题就变成一个值得深入研究的课题。
以上内容仅供参考,如需更全面准确的信息,可以查阅渗流相关的资料,或者咨询地质学家等专业人士。
1.渗流:流体在多孔介质中流动叫做渗流。
渗透率为压力梯度为1时,动力黏滞系数为l的液体在介质中的渗透速度。
是表征土或岩石本身传导液体能力的参数。
其大小与孔隙度、液体渗透方向上空隙的几何形状、颗粒大小以及排列方向等因素有关,而与在介质中运动的液体性质无关。
渗透率(k)用来表示渗透性的大小。
在一定压差下,岩石允许流体通过的性质称为渗透性;在一定压差下,岩石允许流体通过的能力叫渗透率。
2.开敞式油藏:如果油气藏外围与天然水源相连通,可向油气藏供液就是开敞式油气藏。
如果外围封闭且边缘高程与油水界面高程一致则称为封闭式油藏。
3.原始地层压力:油气藏开发以前,一般处于平衡状态,此时油层的流体所承受的压力叫原始地层压力。
4.供给压力:油气藏中存在液源供给区时,在供给边缘上的压力称为供给压力。
5.驱动方式可分为:水压驱动,弹性驱动,溶解气驱动和重力驱动。
6.在渗流过程中,如果运动的各主要元素只随位置变化而与时间没有关系,则称为稳定流。
反之,若各主要元素之一与时间有关,则称为非定常渗流或者不稳定渗流。
7.渗流的基本方式:平面一维渗流,平面径向渗流,和球面渗流。
8.绘制渗流图时规定这样的原则:任何相邻两条等压线之间的压差必须相等,同时,任何两条流线之间的流量必须相等。
9.井底结构和井底附近地区油层性质发生变化的井称为渗流不完善井。
不完善井可以分为打开程度不完善,打开性质不完善,双重不完善井。
10.试井:直接从实测的产量压力数据反求地层参数,然后用求得的地层参数来预测新的工作制度下的产量。
11.井间干扰:油水井工作制度的变化以及新井的投产会使原来的压力分布状态遭受到破坏引起整个渗流场发生变化,自然会影响到邻井的产量,这种井间相互影响的现象称为井间干扰。
12.压降叠加原理:多井同时工作时,地层中任一点外的压降等于各井以各自不变的产量单独工作时在该点处造成的压降代数和。
13.势的叠加原理:如果均质等厚不可压缩无限大底层上有许多点源,点汇同时工作,我们自然会想到地层上任一点的势应该等于每个点源点汇单独工作时在该点所引起的势的代数和,这就是势的叠加原理。
第十二章渗流流体在孔隙介质中的运动称为渗流。
流体包括水、石油、天然气等。
孔隙介质是指由颗粒或碎块材料组成的内部包含许多互相连通的孔隙和裂隙的物质。
常见的孔隙介质包括土壤、岩层等多孔介质和裂隙介质。
有些水工建筑物本身就是由孔隙介质构成的,如土坝、河堤等。
研究渗流的运动规律及其工程应用的一门科学便是渗流力学。
在水利工程中,渗流主要是指水在地表以下土壤或岩层孔隙中的运动,这种渗流也称为地下水运动。
研究地下水流动规律的学科常称为地下水动力学,是渗流力学的一个分支。
在社会的许多部门都会遇到渗流问题。
例如,石油开采中油井的布设,水文地质方面地下水资源的探测,采矿、化工等。
在水利部门常见的渗流问题有以下几方面:(1)经过挡水建筑物的渗流,如土坝、围堰等。
(2)水工建筑物地基中的渗流。
(3)集水建筑物的渗流,井、排水沟、廊道等。
(4)水库及河渠的渗流。
上述几方面的渗流问题,就其水力学内容来说,归纳起来不外乎是要求解决以下几方面的问题:(1)确定渗流量;(2)确定浸润线位置;(3)确定渗流压力;(4)估计渗流对土壤的破坏作用。
第一节渗流的基本概念渗流既是水在土壤孔隙中的流动,其运动规律当然与土壤和水的特性有关。
一、土壤的分类一切土壤及岩层均能透水,但不同的土壤或岩层的透水能力是不同的,有时甚至相差很大。
这主要是由于各种土壤的的颗粒组成不同而引起的。
此外,在低水头下不透水的材料,在高水头作用下仍可能透水。
本章重点研究的土壤中的渗流,故可以根据土壤的透水能力在整个流动区内有无变化对土壤进行分类。
任一点处各个方向的透水能力相同的土壤称为各向同性土壤,否则称为各向异性土壤。
所有各点在同一方向上透水能力都相同的土壤称为均质土壤,否则称为非均质土壤。
显然,均质土壤可以是各向同性土壤,也可以是各向异性土壤。
均质且各向同性的土壤就透水能力而言是一种最为简单的土壤。
严格说来,只有当土壤由等直径的圆球颗粒组成时,其透水能力才不随空间位置及方向变化,才符合均质及各向同性条件。