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滲流速度
流體通過巖層橫截面積的速度
基本信息
| 外文名 | seepage velocity |
基本介紹
滲流是指流體在多孔介質(zhì)（如巖層）中的流動。由于組成多孔介質(zhì)的裂縫和孔隙的微觀結(jié)構極其復雜而又很不規(guī)則，通常在研究滲流問題時只是從宏觀上采用統(tǒng)計學方法，即主要研究滲流截面（與流體流動方向垂直的地層截面）上流體流動的平均流速和壓力，而不是研究個別裂縫和孔隙中流動的情況。
滲流速度是滲流流量與過水斷面面積的比值。計算時，把在巖土空隙中運動的真實水流假想為充滿整個滲流區(qū)（包括空隙和巖土顆粒）的連續(xù)穩(wěn)定和均勻的水流。它的流量與通過同一斷面空隙的真實水流的流量相等，它在斷面上的水頭和阻力與真實水流的水頭和阻力相等。可以通過以下公式計算：
滲流速度
滲流速度
式中：滲流截面積A包括孔隙面積和顆粒面積；Q為通過截面的體積流量。滲流速度V是一假想速度，它相當于地層內(nèi)沒有孔隙介質(zhì)，流體充滿整個地層周界流動時得到的速度。實際上，流體流動時僅通過截面A的孔隙部分φA（φ為孔隙度）。真實速度 應為：
滲流速度
有關術語
滲透系數(shù)
滲透系數(shù)又稱水力傳導系數(shù)（hydraulic conductivity)。在各向同性介質(zhì)中，它定義為單位水力梯度下的單位流量，表示流體通過孔隙骨架的難易程度，表達式為：κ=kρg/η，式中k為孔隙介質(zhì)的滲透率，它只與固體骨架的性質(zhì)有關，κ為滲透系數(shù)；η為動力粘滯性系數(shù)；ρ為流體密度；g為重力加速度。在各向異性介質(zhì)中，滲透系數(shù)以張量形式表示。滲透系數(shù)愈大，巖石透水性愈強。強透水的粗砂礫石層滲透系數(shù)>10米/晝夜；弱透水的亞砂土滲透系數(shù)為1～0.01米/晝夜；不透水的粘土滲透系數(shù)<0.001米/晝夜。據(jù)此可見土壤滲透系數(shù)決定于土壤質(zhì)地。滲透系數(shù)K是綜合反映土體滲透能力的一個指標，其數(shù)值的正確確定對滲透計算有著非常重要的意義。影響滲透系數(shù)大小的因素很多，主要取決于土體顆粒的形狀、大小、不均勻系數(shù)和水的粘滯性等，要建立計算滲透系數(shù)k的精確理論公式比較困難，通常可通過試驗方法，包括實驗室測定法和現(xiàn)場測定法或經(jīng)驗估算法來確定k值。
水力坡度是指沿水流方向上單位滲透途徑上的水頭損失。地下水在運動過程中要克服摩擦阻力，不斷消耗機械能，產(chǎn)生水頭損失，沿流線方向水頭損失最大，水頭值下降最快，水頭線永遠是一條下降的曲線，水頭線上某點的曲率，即為該點的水力梯度。或者說水力梯度就是沿地下水流方向上單位滲透途徑上的水頭損失。在土力學或水力學中，滲透系數(shù)、潛蝕破壞等都與水力梯度有著十分密切的關聯(lián)。
滲流速度對多孔介質(zhì)中懸浮顆粒影響
多孔介質(zhì)中懸浮顆粒遷移特性的研究在地下污染物擴散、核廢料處置、石油開采、地下水回灌和水工結(jié)構的內(nèi)部侵蝕破壞等方面有很重要的研究意義。過去人們認為，在地下滲流環(huán)境中污染物只能通過液體和氣體進行傳輸，近幾十年的研究發(fā)現(xiàn)污染物也可吸附在細小顆粒上隨水流進行流動。地下環(huán)境中大量賦存的黏土礦物、氧化物和腐殖質(zhì)等細小顆粒（直徑<1 μm）由于其特殊的性質(zhì)（比表面積大、吸附特性強、對化學和物理環(huán)境敏感等）引起了學術界廣泛的關注。細小顆粒對污染物有強烈的吸附作用，并且可以隨水流進行流動，從而加速了污染物的擴散。滲流速度是影響懸浮顆粒遷移的重要因素，當滲流速度增大時，作用于懸浮顆粒的水動力隨之增大，同時多孔介質(zhì)中懸浮顆粒的沉積作用逐漸減少，從土柱底部流出的懸浮顆粒的數(shù)量增多，所以流出液中懸浮顆粒的濃度峰值逐漸增大。但是，在較大的滲流速度下，懸浮顆粒和孔隙碰撞的機會增多，與每次試驗時的水流速度相比的懸浮顆粒相對速度逐漸減小，表現(xiàn)為較大的滲流速度下的懸浮顆粒的濃度峰值所對應的孔隙體積較大。在同一滲流速度下，隨著懸浮顆粒中位粒徑的增大，其對應的回收率隨之減小，此時懸浮顆粒在多孔介質(zhì)中的沉積量逐漸增多。其次，在同一粒徑條件下，滲流速度越大，回收率越大，對應的沉積量越小。但是，滲流速度越小，回收率隨顆粒粒徑的變化范圍越大。
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