地下水动力学1.pptx
地下水动力学
GroundwaterDynamics
资源与安全工程学院：刘科伟
水的运动，常见的为地表径流或地下暗河，本身为一种集中水流。
例如：地表径流一般由大气降水或冰雪融水形成的，在重力作用下沿地表流动的水流，并通过不同地表路径流入河流、湖泊或海洋。
地表径流或暗河的特点：自身为水流、运动过程中无需在介质中穿行。
研究地下水在岩土体（多孔介质）中运动规律及其应用的科学，称为地下水动力学。
研究范畴：主要研究在水文地质、工程地质、环境地质、水文与水资源工程、地下水科学与工程、地质工程、农田水利、水利水电工程、岩土工程等领域中所涉及的渗流问题。
课程意义
可以为地下工程施工、城市生活和工业化、矿山开采中的防、给、排水等问题的评估和工程管理提供科学依据。
渗流可能引起流土、流砂、管涌、突涌，造成工程事故；
地下水流失、地下水位降低，还会引起地层固结、地表不均匀沉降、工程周围路面开裂、建筑物墙体折断等，从而影响周围建筑、构筑物及地下管线的正常使用，严重的可造成结构整体失稳、基坑踢脚隆起、锚撑失稳以及地下管线破坏等工程事故；
上述工程影响及事故均与地下水动力学紧密相关。
工程影响及事故
地面开裂
建筑物应力损伤
桩间流土
地面塌陷
降雨引起基坑内土体滑坡冲毁基坑内部支护
基坑底部管涌
承压水降水不当导致坑底突涌
地下水向井运动
渗透力作用
学习本课程的目的在于掌握地下水运动的基本理论，能初步运用这些理论分析地下工程中相关的水文地质问题，进而建立相应的数学模型并提出适当的计算方法。（重点掌握各种条件下地下水水流方程的构建原理，以及稳定流的原理和计算方法，理解其适用条件。）
学习“地下水动力学”需要有一定的理论基础知识，该学科涉及水文地质、高等数学、物理和流体力学等相关基础。
目录
CONTENTS
01
02
03
04
渗流理论基础
区域地下水流问题
地下水向完整井的非稳定运动
地下水向完整井的稳定运动
目录
CONTENTS
05
06
07
08
地下水向边界附近井的运动
地下水向不完整井的运动
地下水中的溶质（污染物）运移和热量运移
非饱和带的地下水运动
09
地下水运动的物理模拟方法
目录
CONTENTS
01
02
03
04
渗流理论基础
区域地下水流问题
地下水向完整井的非稳定运动
地下水向完整井的稳定运动
多孔介质的概念
多孔介质：在地下水动力学中，把具有空隙的岩（土）体称为多孔介质。根据岩（土）体中空隙的类型和研究问题的尺度大小，多孔介质又可分为孔隙介质和裂隙介质。
孔隙介质：介质中空隙与骨架颗粒呈随机散体状镶嵌分布，地下水以孔隙水形式存在的岩（土）层称为孔隙介质（如砂层或疏松砂岩等）；
裂隙介质：介质中空隙以线状或面状形态随机镶嵌于固体骨架内，地下水以裂隙水形式存在的岩层称为裂隙介质（如裂隙发育的花岗岩、石英岩等）。
1.多孔介质中的地下水
1-1渗流的基本概念
多孔介质的概念
可溶岩层（石灰岩或白云岩等），大多发育有溶洞、溶隙，是一种特殊的裂隙介质，又可称为溶穴介质。（尺度较大）
在地下水动力学中，问题研究的方式方法首先是依据多孔介质的类型来划分。
多孔介质的类型与空隙的尺寸大小密切相关。大尺度的裂隙介质在局部小尺度上也有可能是孔隙介质，因此，研究相应问题时首先要确定多孔介质的类型。
1.多孔介质中的地下水
1-1渗流的基本概念
多孔介质的概念
1.多孔介质中的地下水
1-1渗流的基本概念
深棕色为空隙通道，白色为固体骨架
孔隙介质
裂隙介质
溶穴介质
孔隙介质三维模型
储存于可溶性岩石溶穴中的地下水：岩溶水
储存于基岩裂隙中的地下水：裂隙水
储存于松散层中的地下水：孔隙水
层
1.多孔介质中的地下水
1-1渗流的基本概念
1.多孔介质中的地下水
1-1渗流的基本概念
在多孔介质中，固、液、气三相都可能存在。固态称为骨架；气相的空气主要存在于非饱和带中；液相可能是地下水，也可能是其他流体。液相的地下水：吸着水、薄膜水、毛管水和重力水等多种形式（吸着水和薄膜水的运动属于水力学的其他学科）。
地下水的运动分类：
I：地下水沿多孔介质的孔隙或遍布于介质中的裂隙、溶穴进行运动（特点：水流相对分散，但水流连通性较好）；
II：地下水沿大裂隙（断层带）和管道的流动，如岩溶区的地下暗河或地下水沿张开断层的流动（特点：在相当大的范围内只有一条或几条大裂隙或管道，水流集中、流量大、水流相对孤立，与其他裂隙或管道联系不紧密，集中水流非渗流，仅需考虑单条裂隙或管道中地下水运动的计算即可）。
1.多孔介质中的地下水
1-1渗流的基本概念
1）密度和黏性
密度：单位体积内水所具有的质量，以ρ表示。某点处水的密度，可以在该点周围取一