水力学堰流及闸孔出流

9.2 渗流的基本定律
一.渗流模型 假定渗流区是流体在充满包括土粒骨架在内的整个空间内的连续流动. 此种虚拟的渗流,称为渗流模型.
Q u mA 其中: ΔQ – 微小过流断面的流量.
实际渗流中平均流速
'
m -- 孔隙率
ΔA -- 由骨架和孔隙组成的微小过水断面面积
按渗流模型概念,将渗流视为流体在包括骨架在内的整个空间的连续流动. 则渗流流速 u 因此
二. 侧收缩宽顶堰 (B>b) 1.自由出流 2. 淹没出流
2 Q mb 2 g H 0 / 3
ε -- 侧收缩系数
2 Q mb 2 g H 0 / 3 ζ - 淹没系数(与hs/H0有关见表8-1)
ε 与堰宽和渠(槽)宽的比值b/B、边墩的形状、进口形式有关.见(8-23)
8.6 闸孔出流
流量
0.67
Q mb 2 g H 3 2
m -- 流量系数
曲线形堰 m= 0.45~0.52
折线形堰 m= 0.35~0.42
曲线形堰又分为
真空堰—坝面曲线与水舌间有一定空间形成一定真空度 非真空堰-- 坝面曲线深入水舌内部
坝面曲线与水舌间有一定空间形成一定真空度，其目的是提高过流能力。
8.2. 恒定均匀流
9.3 恒定均匀渗流与非均匀渐变渗流
v=u=kJ -- 裘皮幼公式(杜比公式) v -- 平均流速 u -- 点流速
裘皮幼公式与达西公式形式虽然相同,但仍有以下不同: 1.达西公式用于均匀流,裘皮幼公式适用于渐变流 2.在均匀渗流场内,渗流区内任意点的渗流速相等.在渐变流中,只是同一过流 断面上的各点渗流速度相等.
hs 0.8H 0 3 Q mb 2 g H 0 2
( 必要条件)
( 充分条件)
m值采用式(8-19) 、式(8-20)计算;ζ 为淹没系数,根据表 8-1 选取.
ΔZ
H
K
hk
hs P2
K
P1
宽顶堰淹没出流与自由出流的水力特征不同: 当下游水位继续升高,堰顶上水流受顶托作用,堰顶水流呈缓流,水位超 过K—K线,在跌坎以下过水断面变大,流速变小动能变化为压能.出现 动能恢复ΔZ.此时才是典型的宽顶堰淹没出流现象.
其流量
Q 1.343 H
2.47
(L / S )
三角形堰所测量的流量一般要小于0.05 m3/s 2. 梯形堰 对流量略大,三角堰不适用时采用梯形堰 其流量
Q m0b 2 g H 1.5 MH 2.5

2.5
为矩形堰与三角堰流量之和.
8.3 实用断面堰
H 水流量较大,因结构要求将堰加厚做成折线形堰和曲线形堰称为实用断面堰.
水闸的作用是通过闸门开启来控制流
量及水位. 闸门部分开启部分的孔口出流称为闸
H
e hc
孔出流.
闸孔出流的特征量
e -- 闸门开度
hc -- 收缩断面水深
0
-- 收缩断面的收缩系数 ( 见表8-4 )
当 e/ H
0.75
时，闸孔出流转化为堰流。
闸孔出流分为自由出流和淹没出流.闸孔出流为急流,当下游水流为缓流时发
0
P2
P1 – 上游堰高 h1-- 下游水深
hs – 下游水深超过堰顶的高度 hs =h1-P2 可以大于0,也可以小于0.
二.堰的类型 1.薄壁堰 2.实用断面堰

H
0.67 H 2 .5
δ– 堰的厚度 H– 堰上水头
0.67 2 .5
3.宽顶堰
三.堰流的基本公式
H
10
堰流种类多，但水力特征相似可统一用一个基本公式. 0V02 32 Q mb 2 g H 0 其中 H 0 H 为作用水头或总水头
2g
m -- 流量系数 m=f (φ,k,ξ) 为流速系数，水舌垂直收缩系数,修正系数的.
函数.
8.2 薄壁堰
H– 堰上水头
( H 0.67) (常用于做量水工具)
H 一. 无侧收缩宽顶堰 (b=B)
(2.5

10)
1.自由出流 特征:水面二次跌落
Q mb 2 g H
2.淹没出流 条件:
3/ 2
P 1 3 H P 1 3 H
时 直角进口 m=0.32 圆角进口 m=0.36
时 直角进口 (8-19) 圆角进口 (8-20)
hs 0
则计算公式
一. 矩形薄壁堰 堰口为矩形的堰称为矩形堰.它又分为完全堰和侧收缩堰.
1.完全堰 (B=b)
无侧收缩,渠宽等于堰宽.则流量
m0为流量系数 m0 0.403 0.053 P1 为上游堰高 2. 侧收缩堰
Q m0b 2 g H 3 2
H 0.0007 P H 1
δ
H V0
(b B)
第八章
堰流及闸孔出流
堰流—在明渠中,无压缓流从建筑物障壁顶部溢流至下游,上游水位壅高, 而后水面跌落的局部水力现象. 闸孔出流—闸门部分开放,水流从建筑物与闸门下缘间的孔口流出的水力现象. 堰流与闸孔出流在边界条件上的区别在于闸孔上下游水面线是不连续的. δ 8.1 堰的类型及堰流的基本公式 H 一.堰流的特征量 堰流的特征量如下: B – 渠宽 P2-- 下游堰高 δ-- 堰顶厚度 b – 堰宽 H – 堰上水头 V-- 行进流速 P1 V
流
孔隙介质是指由固体颗粒构成具有无数孔隙的物质.
9.1 岩土渗流特性
一. 岩土的分类 1. 均质岩土 – 指渗流性质和渗流场与空间点的位置无关,即岩土的组成在空 间点上分布相同. 按渗流性质均质岩土又分为:
(1) 各向同性岩土,即渗流性质与方向无关,如沙土.
(2) 各向异性岩土,即渗流性质与方向有关,如黄土、沉积岩等。 2. 非均质岩土 –指岩土的组成在空间上的分布不相同，其渗流性质和渗流 场与空间点的位置有关。
3. 几何参数 （1）骨架 –土壤颗粒组成的结构。 （2）孔隙率 m
V 1.0 V0
即孔隙所占的体积V与岩土总体积V0之比。
孔隙率反映岩土的密实程度，土壤孔隙率越大，透水性越好。 d （3）不均匀系数 η 60 d10 d 60 占60%重量的土粒能通过的筛孔孔径。
d10 占10%重量的土粒能通过的筛孔孔径。
水流产生侧面收缩 Q mc b 2 g H 3 2
mc -- 侧收缩系数 由（8-9)式确定
在b、P和H相同的情况下,流量要小于完全堰流量. 二. 三角堰与梯形堰 (堰口的形状为三角形或梯形) 1.三角堰 采用
P1
15 ~ 90
0
2.5
0
θ θ
流量公式 Q MH
M值查手册
最常用的H为 0.05 ~ 0.25m, 90 0
生水跃.形成远趋式水跃为自由出流,形成淹没式水跃为淹没出流. 闸孔自由出流的水利计算
1 Q be 2 g H 0 / 2
μ – 流量系数
0.60 0.176 e / H
闸孔淹没出流的水利计算
s

Qs s be 2gH0
-- 淹没系数(查资料确定)
第九章 渗
液体在孔隙介质中的流动称为渗流
一般η 值大于1.0，η 值越大，表示土粒越不均匀。
二. 岩土的渗流特性
1。透水性 – 指岩土的透水能力。 2。容水度 – 岩土能容纳最大水体与岩土总体积之比。（数值上与m相等）
3. 持水度 – 在重力作用下岩土仍能保持的水体与岩土总体积之比.
4. 给水度 --在重力作用下岩土能释放的水体与岩土总体积之比.在数值上它等 于容水度减去持水度.
Q A
u mu '
m 1, u u
'
二.渗流达西定律
k -- 渗流系数( 量纲 LS 渗流流量 Q kA
1
)
H kAJ l
A -- 过水断面面积 J -- 水力坡度
则平均流速V=kJ
.渗流达西定律的适用范围:
1.
Re 1 ~ 10
v – 渗流流速 cm/s
渗流雷诺数 Re d 取 d10