水力学,渗流正常水深h0和单宽流量q关系
土木工程师-专业基础(水利水电)-水力学-明渠恒定非均匀流动
土木工程师-专业基础（水利水电）-水力学-明渠恒定非均匀流动[单选题]1.有一河道泄流时，流量Q＝120m3/s，过水断面为矩形断面，其宽度b＝60m，流速v＝5m/s，河道水流的（江南博哥）流动类型为()。
[2016年真题]A.缓流B.急流C.临界流D.不能确定正确答案：B参考解析：解法一：比较河流水深（h）与临界水深（hc）的关系。
根据题意有：h＝Q/（vb）＝120/（5×60）＝0.4m由于hc＞h，因此判断河道的流动类型为急流。
解法二：计算弗劳德数，因因此判断河道的流动类型为急流。
[单选题]2.满足dEs/dh＝0条件下的流动是()。
[2013年真题]A.缓流B.急流C.临界流D.均匀流正确答案：C参考解析：h表示水深，Es表示断面单位能量，dEs/dh＞0时，断面单位能量随水深增加而增加；dEs/dh＜0时，断面单位能量随水深增加而减小；dEs/dh＝0为断面比能最小的临界情况，此时弗劳德数Fr＝1，水流为临界流。
[单选题]3.下列哪种情况可能发生？()[2017年真题]A.平坡上的均匀缓流B.缓坡上的均匀缓流C.陡坡上的均匀缓流D.临界坡上的均匀缓流正确答案：B参考解析：A项，明渠均匀流只能发生在正坡渠道中，即i＞0；平坡（i＝0）不能产生均匀流。
正坡渠道中，按渠道的实际底坡i与临界底坡ic相比又分三种情况：①i＜ic为缓坡，此时，h0＞hc，均匀流是缓流；②i＞ic为陡坡或称急坡，此时h0＜hc，均匀流是急流；③i＝ic，为临界坡，此时h0＝hc，均匀流是临界流。
平坡和逆坡不可能发生均匀流；临界坡上的均匀流为临界流；当i＜iK时，可发生均匀流态为缓流，底坡为缓坡的情况。
[单选题]4.水跃跃前水深h′和跃后水深h″之间的关系为()。
[2014年真题]A.h′越大则h″越大B.h′越小则h″越小C.h′越大则h″越小D.无法确定正确答案：C参考解析：水跃是明渠水流从急流状态（水深小于临界水深）过渡到缓流状态（水深大于临界水深）时，水面骤然跃起的局部水流现象。
水力学第15章渗流基础2 (4)
上式可用于计算逆坡地下河槽中渐变渗流的浸润曲线。
如果将过水断面宽度b、A=bh、 ，以 代入式（15-25）积分得
（15.32）
（15.33）
15.1.6承压含水层中渗流的稳定运动
当底板水平时和底板倾斜角 ＜10 时的承压含水层
（15.34）
总流量为 （15.35）
式中b为渗流的宽度；M为含水层厚度；H1和H2为两个观测断面的总水头；L为两断面之间的距离。
15.1.3渗流的基本定律－达西定律
1.达西定律
达西定律的实验仪器如图15-1所示。达西分析了大量的实验资料表明，渗流量Q与圆筒断面面积A及水头损失hw=h1-h2成正比，与断面间距L成反比，并和土壤的透水性有关。达西定律可表示为
图15-1达西渗流实验装置
(15.3)
(15.4)
式中v为渗流简化模型的断面平均流速；J为水力坡度， ；k为渗透系数。
第15章 渗流基础
15.1知识要点
15.1.1渗流的Байду номын сангаас本概念
流体在孔隙介质中的流动称为渗流。流体包括水、石油及天然气等各种流体；孔隙介质包括土壤、岩层等各种多孔介质和裂隙介质。
地下水渗流分为无压渗流和有压渗流。位于不透水地基上的孔隙区域内具有自由表面的渗流，称为无压渗流。渗流与大气相接触的自由表面称为浸润面。无压渗流主要是解决渗透流量和浸润线的计算。位于不透水层下面的渗流称为有压渗流。有压渗流主要是计算渗流量和水工建筑物底板所受的扬压力，以及底板下游出口处的流速分布，校核土壤的渗透稳定性。
当承压含水层的厚度M是变化的，如图15-3所示。单宽流量的近似解为
图15-3
（15.36）
15.1.7地下水向集水建筑物---井的运动
水力学-渗流可编辑全文
2.3lg
a0 H 2 a0
浸润曲线：
y
x
L L m2hk
H12 hk 2
hk 2
15.7 渗流场的基本微分方程式及 其解法简介
为了解渗流的区内各点的渗流流速和动 水压强，进行渗流场的求解
渗流场的连续性方程：
ux uy ux 0 x y z
运动方程：
ux
k
H x
uy
k
渗流的类型： 恒定渗流和非恒定渗流 均匀渗流及非均匀渗流 渐变渗流及急变渗流 有压渗流和无压渗流
15.2 渗流的基本定律—达西定律
达西定律：均质孔隙 介质中渗流流速与水 力坡度的一次方成比 例并与土的性质有关
v Q kJ A
或 v k dH
ds
适用条件：
适用于层流渗流，水利工程中绝大多 数 渗流属于层流范围
CH15 渗流
渗流常出现在：经过挡水建筑物中、水 工建筑物地基中、集水建筑物中、水库 及河道
本章研究渗流的流速、压强分布、渗流 的流量、渗流的水面线等
15.1 渗流的基本概念
渗流是水在土中的存在形式：汽态水、 吸着水、薄膜水、毛细水、重力水
假定：渗流是在均质各向同性土中的
渗流模型—认为渗流是充满了整个孔隙 介质区域的连续水流 模型取代真实渗流的原则： 1、流量相等 2、确定作用面动水压强相等 3、阻力相等即水头损失相等
渗流的临界雷诺数为：
Re
1
vd
0.75n 0.23
非层流渗流，其流动规律为：
v kJ 1m
渗透系数 k 的确定
主要取决于颗粒形状、大小、不均匀系 数及水温
经验法、室内测定法、野外测定法
15.3 地下河槽中恒定均匀渗流和 非均匀渐变渗流
水力学试题
河海大学2003 年攻读硕士学位研究生入学考试试题考试科目名称：水力学一、是非题（每题2分，共20 分）1．紊流过渡粗糙区的沿程水头损失系数与雷诺数。
（错）2．断面单位能量E s 沿流程总是减小的。
（错）3．计算消力池池深和池长时，设计流量一般选择使池深和池长最大的流量。
（）4．渗流的达西定律既适用于层流也适合于紊流。
（错）5．在恒定均匀流中，沿程水头损失与速度的平方成正比。
（）6．两个液流在重力作用下的动力相似条件是它们的弗劳德数F r 相等。
（对）7．因为各并联支管的长度、直径及粗糙度可能不同，因此在各支管的水头损失也不同。
（错）8．均匀流可以是恒定流，也可以是非恒定流。
（错）9．流体质点做圆周运动不一定是有旋运动。
（对）10．相对压强可以大于、等于或小于零。
（对）二、选择题（每题2分，共20 分）1．当水流流态从层流转变为紊流后，过水断面上水流动能校正系数和动量校正系数将（B ）（1）均增大（2）均减小（3）增大、减小（4）减小、增大2．溢流坝下泄水流收缩断面水深的跃后水深为，此时下游水深为，则形成远离水跃的条件是（C ））h t h co2 （2）h t h co2（1（）h t h co2 （4）无法确定33．渗流模型流速与实际渗流流速相比较（1）前者大于后者（2）二者相等（3）前者小于后者（4）无法比较4．明渠的临界水深决定于（1）流量和底坡 （ 2）断面形状、尺寸和底坡 （3）流量和糙率（ 4）流量和断面形状、尺寸5．均匀流断面和渐变流断面上的动水压强（ A）（1）均按静水压强规律分布（2）前者按静水压强规律分布，后者不静水压强规律分布 （3）前者不静水压强规律分布，后者静水压强规律分布 （4）均不按静水压强规律分布6．下列哪个条件满足时， 明渠水流是缓流 （ C ） 1) F r 1( 2) F r 1（3） F r 1（ 4）无法确定7．毕托管可以用来测（ B ）（1）脉动流速（ 2）时均流速（ 3）脉动流速（ 4）脉动压强8．满足dE s / ds 0 条 件的流动是（ C ）（1）非均匀渐变缓流（2）非均匀渐变急流（3）均匀流（4）临界流9．有压管流， 管轴线水平， 管径逐渐增大且通过的流量不变，其总水头线沿流向应 （B )（1）逐渐升高 （ 2 ）逐渐降低（3）与管轴线平行（ 4）无法确定10 ．雷 诺数的物理意义是三、作图题（每题 5分，共 10 分）1．绘出下列两段不同糙率棱柱形渠道的水面曲线。
第九章渗流
§9.2
三、渗流模型
渗流的基本概念
1、对于同一过水断面，假想渗流的流量等于真实渗 流的流量; 2、作用于任意面积上的假想渗流的压力等于真实渗 流的压力; 3、假想渗流在其任意体积内所受的阻力和同体积真 实渗流所受的阻力相等，也就是水头损失相等。
由于采用了渗流模型，使得渗流模型的流速 v 与真实渗流流速 v′并不相等
dH
H1h1
浸润线
h2 H 2
ds z 不透水层 01 0 z02
0
§9.5无压恒定缓变渗流的基本方程及其
浸润线
二、浸润线形状分析及浸润线方程 1、正坡(i>0)
正坡上如作均匀渗流，此时水深沿程不变，用h0表示，也称为正常水 深。则任意断面的水深h均等示h0，因此有
dh ds dh 0 ds
代入缓变渗流的基本微分方程
0
Q kh 0 iB
kh 0 iB Bhk ( i
dh ds i (1
dh ds 1
)
)
令
h h0
§9.5无压恒定缓变渗流的基本方程及其
浸润线
二、浸润线形状分析及浸润线方程 1、正坡(i>0)
dh ds i (1 1
)
在渗流区内，作正常水 N 深N-N，将渗流区域划 分为a、b两个区域，在 N-N线以上为a区，h＞ h0，在N-N线以下为b区， h＜h0
i>0
) h0 i ( 2 1 2 . 3 lg
2 1 1 1
2 1 1 1
)
§9.5无压恒定缓变渗流的基本方程及其
浸润线
二、浸润线形状分析及浸润线方程 1、平坡(i=0)
在平坡上没有正常水深线，或者可以说h0→∞，所以只有一个b区。 缓变渗流的基本微分方程可写为 ：
水力学八套模拟题库
水力学模拟题第一套一、单项选择题。
1.下列物理量中，有量纲的数为（）A.佛汝德数FrB.沿程阻力系数C.滲流系数kD.堰流阻力系数 m2.缓坡明渠中的均匀流是（）A.缓流B.急流C.临界流D.可以是急流或缓流3.管流的负压区是指测压管水头线（）A在基准面以下的部分 B.在下游由水曲以下的部分C.在管轴线以下的部分D.在基准面以上的部分4.有两条梯形断面渠道1和2，己知其流量、边坡系数、糙率和底坡相同，但底坡,则其均匀流水深,和的关系为（）A. B. C. D.无法确定5.对于并联长管道，每根管道的（）相等。
A.流量B.切应力C.沿程水头损失D.水力坡度6.平衡液体的等压面必为（）A.水平面B.斜平面C.旋转抛物面D.与质量力正交的面7.理想液体恒定有势流动，当质量力只有重力时，（）A整个流场内各点的总水头()相等B只有位于同一流线上的点，总水头()相等C沿流线总水头()沿程减小D沿流线总水头()沿程增加8.有一溢流堰，堰顶厚度为2m，堰上水头为2m，则该堰流属于（）A.薄壁堰流B.宽顶堰流C.实用堰流D.明渠水流9.同一管道中，当流速不变，温度上升时，则雷诺数（）A.增大B.减小C.不变D.不一定10.一段直径不变管道的流速从2m s增加到4m s时，在水流都处于紊流粗糙区时，沿程水损失是原来的（）倍A. 1B.C. 2D.4二、填空题。
1.有一明渠均匀流，通过流量Q = 55，底坡i= 0.0004,则其流量模数k= 。
2.水泵进口真空计的读数为=24.5KN,则该处的相对压强水为 m。
3.矩形断而渠道，水深h=lm，单宽流量q1，则该水流的佛汝德数Fr= 。
4.宽顶堰的总水头=2m，下游水位超过堰顶的高度=1.4m，此时堰流为出流。
5.渗流杜比公式表明，在渐变渗流中过水断面的流速分布为。
6.已知谢才系数C=100,则沿程阻力系数= 。
7.当液流为流时，流线与迹线重合。
8.直径为lm的管道中的水流，其水力半径为。
水力学教材习题解答习题解答7
第 七 章 习 题 解 答7-1 梯形断面壤土渠道，已知通过流量Q = 10.5 m 3/s ，底宽b = 8.9 m ，边坡系数m = 1.5，正常水深h 0= 1.25 m ，糙率 n = 0.025，求底坡i 和流速v 。
解： A = 1.25×(8.9+1.5×1.25) = 13.47 m 2，χ= 8.9+2×1.25×25.11+= 13.41 m ， R = A /χ=1.005 m ，C = 1.0051/6/0.025 = 40.03 m 1/2·s ， K = ACR 1/2=540.57 m/3si = (Q /K )2 = 0.000377，v = Q /A = 0.78 m/s7-2 有一灌溉干渠，断面为梯形，底宽b = 2.2 m ，边坡系数m = 1.5，实测得流量Q = 8.11 m 3/s 时，均匀流水深h 0 = 2 m ，在1800m 长的顺直渠段水面落差Δh = 0.5 m ，求渠道的糙率n 。
解：i = J = J P = △h /L =1/3600，A = 2×(2.2+1.5×2 ) = 10.4 m 2， χ= 2.2+2×2×25.11+= 9.41 m ， R = A /χ= 1.105 mn = AR 2/3i 1/2/Q = 0.02287-3 一石渠的边坡系数m = 0.1，糙率n = 0.020，底宽b = 4.3 m ，水深h = 2.75 m ，底坡i = 1/2000，求流量和流速。
解：A = 2.75×(4.3+0.1×2.75 ) = 12.58 m 2，χ= 4.3+2×2.75×21.01+= 9.83 m R = A /χ= 1.28 m ，v = n i R 32=1.318 m/s ， Q = vA =16.58 m 3/s7-4 直径为d 的圆形管道中的明槽均匀流动，试根据式（7-2-5）导出Q/Q 1~h/d 的关系式（Q 1为h/d = 1时的流量），并论证当充满度h/d 为多大时Q/Q 1达到最大值。
流体力学讲义 第十二章 渗流
第十二章渗流概述一、概念1.渗流（Seepage Flow）：是指流体在孔隙介质中的流动。
2.地下水流动：在土建工程中，渗流主要是指水在地表以下的土壤和岩石层中的流动，简称为地下水流动。
判断：地下水的流动与明渠流都是具有自由液面的流动。
错二、渗流理论的应用1.生产建设部门；如水利、化工、地质、采掘等部门。
2.土建方面的应用给水方面排灌工程方面水工建筑物建筑施工方面三、渗流问题确定渗流量：如确定通过闸坝地基或井等的渗流流量。
确定渗流浸润线的位置：如确定土坝坝体内的浸润线以及从井中抽水所形成的地下水面线的位置。
确定渗流压力：如确定渗流作用于闸坝底面上的压力。
估计渗流对土壤的破坏作用：计算渗流流速，估计发生渗流破坏的可能性，以便采取防止渗流破坏的措施。
四、土壤的水力特性不均匀系数：（12-1）式中：d60，d10——土壤颗粒经过筛分时分别有60%，10%重的颗粒能通过筛孔直径。
孔隙率n：是指单位总体积中孔隙所占的体积，。
沙质土：n=0.35~0.45；天然粘土、淤泥：n=0.4-0.6。
1.透水性透水性（hydraulic permeability）：是指土或岩石允许水透过本身的性能。
通常用渗透系数k来衡量，k值越大，表示透水性能越强。
均质土壤（homogeneous soil）：是指渗流中在同一方向上各处透水性能都一样的土壤。
非均质土壤（heterogeneous soil）：是指渗流中在同一方向上各处透水性能不一样的土壤。
各向同性土壤（isotropic soil）：是指各个方向透水性都一样的土壤。
各向异性土壤（anisotropic soil）：是指各个方向透水性不一样的土壤。
2.容水度容水度（storativity）：是指土壤能容纳的最大水体积与土壤总体积之比，数值与土壤孔隙率相等。
3.持水度持水度（retention capacity）：是指在重力作用下仍能保持的水体积与土的总体积之比。
V a:土中的气体体积V w:土中水体积V s:土颗粒体积V:土的总体积4.给水度给水度（storativity of free water）：是指存在于土壤中的水，在重力作用下能释放出来的水体积与土的总体积之比。
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h1h2i L0k340.0025500m0.05 h0过渡L 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