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土木吧丨水压力到底是多少?

土木吧丨水压力到底是多少? 土木吧
2020-07-20
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导读:多层地下水的水压力

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多层地下水的水压力
顾宝和
浮力是水压力的一种表现。
争议较多的是多层地下水的水压力如何计算?
除了岩石,第四纪土都有一定的渗透性,含水层和隔水层是相对的,完全不透水的隔水层基本不存在,上下含水层之间可以越流渗透,虽然速度非常慢。
勘察报告提供的潜水的水位、承压水的水头,都是水力学的总水头,亦即测压水头。总水头包括压力水头、位置水头和速度水头三部分,但地下水稳定渗流时流速非常小,速度水头可以忽略不计。
(1)总水头上下相同
上下含水层虽然可以越流渗透,但如果补给和排泄条件都很稳定,最终会达到平衡状态,这时勘察报告提供的上下各含水层的水位(水头)相同,沿深度方向上下各点的总水头(测压水头)相同,压力水头呈正三角形分布,位置水头呈倒三角形分布,总水头呈矩形分布,见图1。


(2)总水头上下不同
如果上下含水层的总水头存在差异,就会产生越流渗透。渗流产生水头损失,含水层渗透性强,可忽略不计,隔水层渗透性弱,水头损失明显。可能有两种情况:一种是上层水头高于下层,上层水向下渗透,地下水受大气降水补给的平原地区一般如此(图2)。另一种是下层水头高于上层,向上越流渗透,这种情况在自流盆地中常见,水头分布见图5。
层间水一般是承压水,如果长期超采地下水,使被采含水层的水头不断降低,原来的承压水可能变成了层间潜水。当下层水为层间潜水时,相对隔水层底至层间潜水位之间为非饱和带,其水头分布见图3。当下层水位刚好位于相对隔水层底与下部含水层顶时,其水头分布见图4。
   含水层的水头可以分层测定,隔水层的水头不好测,可根据上下含水层的水头计算。





如果两含水层之间的确有个完全不透水的隔水层,那就不存在越流渗透,隔水层中也不存在水压力,上下含水层完全独立,其水头分布见图6,自然界罕见。


潜水和承压水的差别在于,潜水有一个自由的水面,没有顶板约束;承压水有顶板约束,测压水头高于含水层顶面。抽水时潜水的流线和等势线比承压水复杂。但两者的水头和水压力是相通的,必须统一考虑,不存在独立的承压水压力。
顺便提一句,钻孔中上下含水层串通后的混合水位,没有明确的物理意义,不能用于任何科学计算。应分别测定各层地下水的稳定水位,再根据地下结构底板底面位置计算浮力。
其实,更为复杂的问题是如何确定抗浮设防水位。
顾宝和
2020.7.20


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