水文地质学实验讲义-地质

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

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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。

1 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

14、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（Henri Darcy）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来表示，水头损失

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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：

J?hwh1?h2?h?? lll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：

v?khw?kJ l qV?kAJ

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；

qV—— 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：

u?kJ

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 ~ 3 cm，每加一层，用压砂杆适当压实，装砂量以高出上测压点6 ~ 7 cm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。需检查

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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，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 = cm 2． 记录及计算（见表2-1） 表2-1 渗流实验测记表

序次 测点间距(cm) 1 32 3 4 h1 测点压差(cm) h2 ?h 水力坡度J 体积(cm) 流量qV 时间(s) 流量(cm/s) 砂筒直径d(cm) 面积Acm 流速v(cm /s) 渗透系数k(cm/s) 备注

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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qV、v、J与渗透系数k值有何影响？

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，并对本系统进行评定!

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mqah.html