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渗流与网流

/seepage flow and flow net/
条目作者杨仲轩

杨仲轩

最后更新 2022-12-23
浏览 130
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渗流问题边界条件往往较为复杂,多为二维或三维渗流,求解较难,通常采用图解法绘制流网求得问题的近似解。

英文名称
seepage flow and flow net
所属学科
土木工程

实际工程中的渗流很多是平面问题,如堤防、大坝、水闸及输水渠系等。由于土中各点的流动特性不同,通常以微分方程的形式表示,然后根据边界条件进行求解。

根据不可压缩流体的假设和水流连续性条件,在体积不变条件下,饱和土体单位时间内流入单元体的水量必等于流出的水量(图1)。根据达西定律可得二维各向异性土体稳定渗流场水头分布的拉普拉斯方程,其计算公式为:


式中分别为水平向及竖直向渗透系数;为渗流场水头。

拉普拉斯方程表明,渗流场内任一点的水头是其坐标的函数,求解出各点的水头即可确定渗流场的渗透速度、渗流量及孔隙水压力等特征。

图1 二维渗流单元图1 二维渗流单元

由于渗流场边界条件较为复杂,实际工程渗流问题通常难以求得严密的解析解,采用图解法绘制流网求得问题的近似解,简便、快速,在工程中应用较为广泛。流网是由流线和等势线所组成的曲线正交网络。流线表示水质点的运动路线,流线上任一点的切线方向就是流速矢量的方向;等势线是渗流场中势能或水头的等值线,如坝基渗流流网(图2)。

图2 坝基渗流流网图2 坝基渗流流网

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