水文地质学实验讲义-地质

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1、资环学院《水文地质学》实验讲义适用专业：地质工程河南理工大学二〇一一年三月10实验一达西渗流实验实验类型：综合实验学时：2实验要求：必修一、实验目的1、测量样砂的渗透系数k值，掌握特定介质渗透系数的测量技术。2、通过测量透过砂土的渗流流量和水头损失的关系，来验证达西定律。二、实验内容通过测渗流筒两测点间的压差，求出流量、流速和渗透系数。三、仪器设备本实验装置图如图所示。达西渗流定律实验仪装置示意图1、恒压水箱2、进水阀3、输水管4、进水管5、试验筒6、试验砂7、下过滤网8、下稳水室9、放空阀10、水质过滤器11、蓄水箱12、水泵13、排气嘴1

2、4、上稳水室15、上过滤网16、溢流管17、出水阀18、排气嘴19、U型差压计四、所需耗材样砂、自来水五、实验原理、方法和手段液体在孔隙介质中流动时，由于粘滞性作用将产生能量损失。达西（HenriDarcy）在1852—1855年间通过实验，总结出渗流能量损失与渗流速度成一次方的线性规律，后人称为达西定律。由于渗流流速很小，故流速水头可以忽略不计。因此总水头H可用测管水头h来表10示，水头损失hw可用测管水头差来表示，则水力坡度J可用测管水头坡度来表示：式中：l为两个测量管孔之间距离；h1与h2为两个侧压孔的测管水头。达西通过大量实验，得到圆

3、筒断面积A和水力坡度J成正比，并和土壤的透水性能有关，所建立基本关系式如下：式中v——渗流断面平均流速；k——土质透水性能的综合系数，称为渗透系数；——渗流量；A——圆桶断面面积；hw——水头损失；l——测孔间距。当实验中的渗流区为一圆柱形的均质砂体时，属于均匀渗流，可以认为各点的流动状态是相同的，任一点的渗流流速u等于断面平均渗流流速，因此达西定律也可以表示为：上式表明，渗流的水力坡度，即单位距离上的水头损失与渗流流速的一次方成正比，因此称为渗流线性定律。六、实验步骤1、准备熟悉实验装置各部分结构特征、作用性能，认识装砂圆筒内砂的种类，记录

4、圆桶直径D、测压孔间距l等常数。下一步，若实验从新装干砂开始则转入步骤2，若仪器已装砂充水则转入步骤4。2、安装试验砂将干燥的试验砂分层装入筒内，每层2~3cm，每加一层，用压砂杆适当压实，装砂量以高出上测压点6~7cm为宜。装砂完毕，在实验砂上部加装过滤网15及玻璃球。最后在试验筒上部装接恒压水箱1，并在两法兰盘之间衬垫两面涂抹凡士林的橡皮垫，注意拧紧螺丝以防漏气漏水。3、新装干砂加水旋开试验桶顶部排气嘴13及进水阀2，关闭出水阀17、放空阀9，开启水泵对恒压水箱1供水，恒压水箱1中的水通过进水管4进入下稳水室8，如若进水管4中存在气柱，可

5、挤压其软管予以排除。继续进水，待水慢慢浸透装砂圆筒内全部砂体，并且使上稳水室完全充水之后，旋紧排气嘴13及进水阀2，待接上测压计，并排气后即可试验。4、测压架排气待试验筒内加水完成之后，把测压架顶部排气嘴旋开，用吸气球放在排气嘴抽吸气体排除连通管与测压管内气体，使测压管保持一半空气段，并及时旋紧气嘴。关闭出水阀17，静置数分钟，检查两测压管水位是否与装砂圆筒内的水面齐平，如不齐平，说明仪器有集气或漏气10。需检查原因或重新排气。5、开启进水阀2、出水阀17，待出水流量恒定后，用重量法或体积法测量流量；测读U型差压计水位差。6、调节出水阀17，

6、改变流量，重复实验过程5，再次测量。7、试验结束，关闭进水阀门2、出水阀17，如果短期内做该实验，为便于下次试验开启，关闭进水阀2、出水阀17、排气嘴13、放空阀9，（防止试验筒内进气）再关闭水泵。如果长期不做该实验，可将出水阀17、放空阀9（在水箱内）开启，关闭水泵，水体由放空阀9流回蓄水箱。七、实验结果处理1．记录有关常数。实验台号：砂土名称：测点间距l=cm砂筒直径d=cm2．记录及计算（见表2-1）表2-1渗流实验测记表序次1234测点间距(cm)测点压差(cm)h1h2Dh水力坡度J流量qV体积(cm3)时间(s)流量(cm3/s)

7、砂筒直径d(cm)面积Acm2流速v(cm/s)渗透系数k(cm/s)备注10八、实验注意事项1、实验中不允许气体渗入砂土中。若在实验中，下稳水室8中有气体滞留，应关闭出水阀17，打开排气嘴18，排除气体。2、实验停泵后，再次启动时，应使上水箱水位淹没进水口后，方可打开进水阀2。否则，气体将进入进水管。若进水管4进气，应予排除，方法是：在上水箱正常溢流情况下，关阀9、17，开启阀13、2，将洗耳球充满水后，通过阀13口向上压力水箱加压注水，则可使进水管倒流排气。九、预习与思考题1装砂圆筒垂直放置、倾斜放置时，对实验测得的、v、J与渗透系数k值

8、有何影响？2砂桶的试验段滞留大量气泡后，对实验结果的渗流系数k有何影响？3若要确定达西定律的适用范围，如何验证本实验装置的最大流量下是否在适用范围？绘制V-J曲线图