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第一章渗流理论基础§1—1渗流的基本概念一、地下水在含水岩石中的运动1多孔介质：具有孔隙的岩石。含水介质一般分为三类：孔隙介质：含有孔隙水的岩层。裂隙介质：含裂隙水的岩层。岩溶（Karst）介质：含岩溶水的岩层。二、地下水和多孔介质的性质1地下水的状态方程地下水的状态方程：实际上是地下水的体积和密度随压力变化的方程。等温条件下，水的压缩系数为：??设初始压强p0时，水的体积为V0，当压强变到p时，体积变为V，由上式得：2多孔介质的某些性质（1）多孔介质的孔隙性孔隙度：指孔隙体积和多孔介质总体积之比。有效孔隙：互相连通的、不为结合水所占据的那一部分孔隙。有效孔隙度：指有效孔隙体积和多孔介质总体积之比。死端孔隙：一端与其它孔隙连通，另一端是封闭的，其中的地下水是相对停滞的。（2）多孔介质的压缩性天然条件下，一定深度处的多孔介质，要受到上覆岩层荷重的压力。荷重增加，将引起多孔介质的压缩。多孔介质的压缩系数：多孔介质的压缩包括固体颗粒的压缩和孔隙的压缩。即：Vb=Vs+Vv上式令上式变为：α=（1-n）αs+nαp固体骨架的压缩性比孔隙的压缩性小的多，上式变为：α=nαp三、贮水率和贮水系数1.水位变化对含水层厚度的影响设A=1，按Terzaghi的观点:令λσs=σ`,称为有效应力，有：-------地下水位下降，水压力减小，有效应力增大，多孔介质被压缩。多孔介质的压缩包括固体颗粒的压缩和孔隙的压缩。但固体颗粒的压缩忽略不计。即(1-n）Vb=常数，故：此二式厚度变化和孔隙度变化与水的压强变化的关系2.贮水率和贮水系数贮水率：面积为1单位面积，厚度为1单位的含水层，当水头降低1单位时所能释出的水量。用μs表示。弹性释水：由于水头降低引起的含水层释水现象称为弹性释水。贮水系数：面积为1单位面积，厚度为含水层全厚度M的含水层柱体中，当水头改变一个单位时弹性释放或贮存的水量。用μ*表示。二者关系：μ*=μsM四、渗流1渗流渗流是一种假想水流。假想水流应有以下特点：（1）假想水流的性质（如密度、粘滞性等）和真实地下水相同；（2）假想水流充满含水层的整个空间；（3）假想水流运动时，在任意岩石体积内所受的阻力等于真实水流所受的阻力；（4）通过任断面的流量及任一点的压力或水头均和实际水流相同。渗流区或渗流场：假想水流所占据的空间。2典型单元体（REV）五、渗流速度过水断面：垂直于渗流方向的一个岩石截面。渗流速度：通过单位面积的渗流量。v=Q/A渗流速度与地下水的实际平均流速有如下关系：v=nu六、地下水的水头和水头坡度1地下水的水头式中：Z——位置水头；P/γ——承压水头；二者之和为测压管水头。u2/2g——流速水头（很小忽略不计）。我们所说的水位就是测压管水头，这是基准面取的是海平面。2等水头面和水力坡度等水头面：渗流场内水头值相同的各点连成的面。等水头面各点的水头值相同。等水头线：等水头面与某一平面的交线。水力坡度：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。梯度的大小为：矢量J在空间坐标系中的三个分量为：水文地质学基础中，水力坡度定义为：沿渗流途径水头损失与相应渗透途径长度的比值。七、地下水运动特征的分类1.按地下水运动要素（渗流量、渗流速度、压强、水头）将地下水分为稳定流和非稳定流。稳定流：地下水运动要素不随时间变化。非稳定流：地下水运动要素随时间变化。2.根据地下水的运动方向与空间坐标轴的关系分为一维运动、二维运动和三维运动。地下水的一维运动：地下水的渗透速度只沿一坐标轴的方向有分速度，其余坐标轴方向的分速度均为零。地下水的二维运动：地下水的渗透速度沿二个坐标轴的方向有分速度，仅在一个坐标轴方向的分速度均为零。地下水的三维运动：地下水的渗透速度沿空间三个坐标轴的分量均不