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滲流速度（流體通過(guò)巖層橫截面積的速度）

次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-19

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滲流速度

流體通過(guò)巖層橫截面積的速度

多孔介質(zhì)中，流體通過(guò)整個(gè)巖層橫截面積的流動(dòng)速度叫做滲流速度；或滲流速度代表單位橫截面積通過(guò)的比流量。滲流速度等于連續(xù)流體真實(shí)速度與孔隙度的乘積。由于流體在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)非常復(fù)雜，細(xì)致地研究流體在其中的流動(dòng)是非常復(fù)雜、非常困難的，因此當(dāng)前普遍的研究方法都是假想流體充滿整個(gè)多孔介質(zhì)的空間，包括固體骨架所占據(jù)的空間，通過(guò)定義滲透率、孔隙率來(lái)表達(dá)其與真正純流體特征的區(qū)別。這時(shí)，這種假想的流體通過(guò)整個(gè)過(guò)流截面的流速就被稱為滲流速度。

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(dòng)。由于組成多孔介質(zhì)的裂縫和孔隙的微觀結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜而又很不規(guī)則，通常在研究滲流問(wèn)題時(shí)只是從宏觀上采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，即主要研究滲流截面（與流體流動(dòng)方向垂直的地層截面）上流體流動(dòng)的平均流速和壓力，而不是研究個(gè)別裂縫和孔隙中流動(dòng)的情況。

滲流速度是滲流流量與過(guò)水?dāng)嗝婷娣e的比值。計(jì)算時(shí)，把在巖土空隙中運(yùn)動(dòng)的真實(shí)水流假想為充滿整個(gè)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(guò)同一斷面空隙的真實(shí)水流的流量相等，它在斷面上的水頭和阻力與真實(shí)水流的水頭和阻力相等。可以通過(guò)以下公式計(jì)算：

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(guò)截面的體積流量。滲流速度V是一假想速度，它相當(dāng)于地層內(nèi)沒(méi)有孔隙介質(zhì)，流體充滿整個(gè)地層周界流動(dòng)時(shí)得到的速度。實(shí)際上，流體流動(dòng)時(shí)僅通過(guò)截面A的孔隙部分φA（φ為孔隙度）。真實(shí)速度應(yīng)為：

滲流速度

有關(guān)術(shù)語(yǔ)

滲透系數(shù)

滲透系數(shù)又稱水力傳導(dǎo)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(guò)孔隙骨架的難易程度，表達(dá)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(guān)，κ為滲透系數(shù)；η為動(dòng)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(qiáng)。強(qiáng)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(jiàn)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(gè)指標(biāo)，其數(shù)值的正確確定對(duì)滲透計(jì)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(jì)算滲透系數(shù)k的精確理論公式比較困難，通?？赏ㄟ^(guò)試驗(yàn)方法，包括實(shí)驗(yàn)室測(cè)定法和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定法或經(jīng)驗(yàn)估算法來(lái)確定k值。

水力坡度

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(yùn)動(dòng)過(guò)程中要克服摩擦阻力，不斷消耗機(jī)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(yuǎn)是一條下降的曲線，水頭線上某點(diǎn)的曲率，即為該點(diǎn)的水力梯度?；蛘哒f(shuō)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(xué)或水力學(xué)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(guān)聯(lián)。

滲流速度對(duì)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(kuò)散、核廢料處置、石油開(kāi)采、地下水回灌和水工結(jié)構(gòu)的內(nèi)部侵蝕破壞等方面有很重要的研究意義。過(guò)去人們認(rèn)為，在地下滲流環(huán)境中污染物只能通過(guò)液體和氣體進(jìn)行傳輸，近幾十年的研究發(fā)現(xiàn)污染物也可吸附在細(xì)小顆粒上隨水流進(jìn)行流動(dòng)。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(xì)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(qiáng)、對(duì)化學(xué)和物理環(huán)境敏感等）引起了學(xué)術(shù)界廣泛的關(guān)注。細(xì)小顆粒對(duì)污染物有強(qiáng)烈的吸附作用，并且可以隨水流進(jìn)行流動(dòng)，從而加速了污染物的擴(kuò)散。滲流速度是影響懸浮顆粒遷移的重要因素，當(dāng)滲流速度增大時(shí)，作用于懸浮顆粒的水動(dòng)力隨之增大，同時(shí)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(jī)會(huì)增多，與每次試驗(yàn)時(shí)的水流速度相比的懸浮顆粒相對(duì)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(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)的回收率隨之減小，此時(shí)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(duì)應(yīng)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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