第8章渗流

渗流是流体通过多孔介质的流动，渗流力学就是研究流体在多孔介质中运动规律的科学。渗流力学是流体力学的一个分支，是流体力学与介质理论、表面物理、物理化学以及生物学交叉渗透而发展起来的一门边缘学科。渗流现象普遍存在于自然界和人造材料中。如地下水、热水和盐水的渗流；石油、天然气和煤层气的渗流；动物体内的血液微循环和微细支气管的渗流；植物体内水分、气体和糖分的输送；陶瓷、砖石、砂模、填充床等人造多孔材料中的渗流等。8.1概述8.1.1渗流理论的实用意义渗流力学在很多应用科学和工程技术领域有着广泛的应用。如土壤力学、地下水文学、石油工程、地热工程、给水工程、环境工程、化工和微机械等等。此外，在国防工业中，如航空航天工业中的发热冷却，核废料的处理以及诸如防毒面罩的研制等都涉及渗流力学问题。渗流的特点在于：第一，多孔介质单位体积空隙的表面积较大，表面作用明显，任何时候都必须考虑粘性作用；第二，在地下渗流中往往压力较大，因而通常要考虑流体的压缩性；第三，孔道形状复杂、阻力大、毛细作用较普遍，有时还要考虑分子力；第四，往往伴随有复杂的物理化学过程。渗流力学是一门既有较长历史又年轻活跃的科学。从达西定律的出现到现在已过去一个半世纪。20世纪石油工业的崛起极大地推动了渗流力学的发展。随着相关科学技术的发展，如高性能计算机的出现，核磁共振、CT扫描成像以及其他先进实验方法用于渗流，又将渗流力学大大推进了一步。近年来，随着非线性力学的发展，将分叉、混沌理论以及分形理论用于渗流，其他诸如格气模型的建立等等，更使渗流力学的发展进入一个全新的阶段。8.1.2水在岩土中的状态气态水附着水薄膜水重力水8.1.3岩土的渗流性能透水性------岩土允许水透过的性能-------渗透系数容水度------岩土所能容纳的最大水体积与岩土体积之比持水度------在重力作用下仍能保持的水体积与岩土总体积之比给水度-----在重力作用下能释放出来的水体积与岩土总体积之比