水文地质实验指导书

水文地质实验指导书

中国矿业大学资源与地球科学学院

2009年2月

目 录

实验一 孔隙与水 实验二 达西渗流实验

实验三 砂土中水的毛细运动

实验规则

1．实验前必须认真预习，明确目的、要求，了解内客、步骤及有关原理、方

法。

2．实验中听从教师指导。认真操作，细心观察，及时记录；积极思考，主动讨论，培养综合分析问题的能力。

3．实验结束后，按要求整理好仪器和样品。实事求是地整理原始资料，按时完成并提交实验(实习)报告。

实验一 孔隙与水

一、实验目的

1．加深理解松散岩石的孔隙度、给水度和持水度的概念。 2．熟练掌握实验室测定孔隙度、给水度和持水度的方法。 二、实验内容

1．熟悉给水度仪并对仪器进行标定。

2．测定三种松散岩石试样的孔隙度、给水度和持水度。 三、实验仪器和用品 1．给水度仪见图。

2．十二指肠减压器，用以抽吸气体。 3．量筒(25m1)和胶头滴管。

4．松散岩石试样：砾石(粒径为5—10mm，大小均匀，磨圆好)；砂(粒径为0.25一0.50mm)；砂砾混合样(把上述砂样完全充填进砾石样的孔隙中得到的一种新试样)。

砂样筒 进 水 管 出水管

A B

四、实验步骤

1.调整出水管，使得侧管与隔离板上平面水平。

2.打开A、B开关，从进水管进水，让漏斗和隔离板充满水（出水管有水排出即可）。

3.孔隙度测量：关闭A、B开关，砂样筒装砂并量体积V。打开A开关，给砂样筒补水，直到砂样饱和为至，记录进水量V1，即为砂样中孔隙的体积。

孔隙度（n）=

4.给水度测量：关闭开关A,打开开关B,饱和砂样的重力水会从出水管流出，水流停止即可。出水量V2即为排出的重力水。

给水度（= 5.持水度：孔隙度与给水度之差。 6.重复上述步骤，做另外两种砂样。 五、实验成果

1．完成实验报告表(表1-1)。 2．思考题：

(1)从试样中退出的水是什么形式的水?退水结束后，试样中保留的水是什么形式的水?

(2)根据实验结果，分析比较松散岩石的孔隙度、给水度、持水度与粒径和分选性的关系。

表1-1 孔隙与水实验报告表

砂 样 名 称 粒 径 (mm) 进水量 (ml) 累计饱水时间(min) 仪器编号： 砂样体积 cm 3 退水量 (ml) 累计退水时间 (min) 孔隙度 （%） 给水度 （%） 持水度 （%） 备 注 透水石选用负压值： cm

报告人： 班级： 同组成

员：

实验日期： 年 月 日

实验二 达西渗流实验

一、实验目的

1.通过稳定流条件下的渗流实验，进一步理解渗流基本定律—达西定律

2.加深理解渗流速度、水力梯度、渗透系数之间的关系，并熟悉实验室测定渗透系数的方法。 二、实验内容

1.了解达西实验装置。

2.根据达西公式： 测定不同试样的渗透系数．

Q—渗透流量；ω—过水断面面积：△H一上下游过水断而的水头,L渗透途径，I--水力梯度。 三、实验仪器及用品 1.达西仪 如图2-1

2.试样粒径 粗砂(粒径0.5__1.0 mm)。

中砂(粒径0.25__0.5mm)。 细砂(粒径0.10__0.25mm)

3.秒表、量筒、直尺等。

图2-1 达西实验装置示意图

四、实验步骤

1.测量仪器的几何参数：分别测量过水断面面积、测压管a、b的间距或渗透路径(L)：记入表2-1。

2.调试仪器：打开进水开关，待水缓慢充满整个试样，且出水管有水流出后，慢慢拧动开关，调节进水量，使a、b两测压管读数之差最大。同时.打开排气口排尽试样中的气泡。

3.测定水头：待a、b测压管读数稳定后．读出各测压管的水头值，记入表2-1中。

4.测定流量：在进行步骤3的同时，利用秒表和量筒测量t时间内水管流出的水体积，及时计算流量Q。连测两次，使流量的相对误差小于5％，取平均值记入表2-1中。

5.由大往小调节进水量．改变a、b测压管的读数，重复步骤3和4，取得3-5组数据。

6.按记录表计算实验数据，并抄录其它小组另外两种不同试样的实验数据(有条件的，可分别做不同的试样)。 注意：

(1)实验过程中要及时排除气泡。

(2)为使渗透流速一水力梯度(V一I)曲线的测点分布均匀，流量(或水头差)的变化要控制合适。 五、实验成果

1.提交实验报告表(表2-1)．

2.在同一坐标系内绘出三种试样的V一I曲线，并分别用这些曲线求渗透系数K值,与直接据附表中实验数据计算结果进行对比。 3.思考题

(1)为什么要在测压管水位稳定后测定流量?

(2)比较不同试样的K值，分析影响渗透系数K值的因素。 (3)讨论三种试样的V—I曲线是否符合达西定律?试分析原因。

表2-1 达西渗流实验报告表

仪器编号：过水断面面积(ω) cm 渗流途径（L） cm 2

土 样 名 称 实 验 次 数 H1(cm) 测压管水头 水力梯度（I） 水头差(cm) △H=H1-H2 水力梯度 渗透时间 t(s) 渗透速度(V) 渗透体积 V(cm) 3渗透流量(cm/s) 3渗透流速(cm/s) H2(cm) cm/1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 实验日期 报告人 组号 同组成员

实验三 砂土中水的毛细运动

一、实验目的

了解包气带中水毛细水的贼存与运动特征。 二、实验内容

1.观测、比较不同粒径砂样的毛细上升速度。

2.观测砂土毛细饱和带水的运移。 三、实验仪器及用品

1.观测砂土中水的毛细上升速度装置。

2.底部包铜丝网的长、短玻璃管(长度分别为：30--50cm、5—8cm)。长管上标有刻度。

3.砂样：①粗砂 粒径0.5—1.0mm

②中砂 粒径0.25—0.5mm ③细砂 粒径0.1—0.25mm

4.秒表。

5.方格纸(25×25cm)。 6.量杯(25mL)。 四、实验步骤

甲、观测砂土中水的毛细上升速度 1.装样

选择一种砂样，均匀密实地装入长玻璃管内。

2.观测毛细上升速度

将装有试样的玻璃管放入水槽内的透水石上，使玻璃管的下端紧贴水面，同时起动秒表。迅速准确地记录对应不同毛细上升高度的时间记入表3-1。初期每上升1cm观测一次时间，2分钟后每上升0.5cm观测一次时间。也可记录对应不同时刻的毛细上升高度。总之，初期观测频率应尽可能密，后期适当变疏。 注意：进行此步骤时，小组成员应配合好。

3.重复步骤1和2，做另外两种不同粒径的试样。

乙、毛细饱和带水的运移实验 1.测量短管的容积V1，记入表3-2。

2.装样

分别把同一种砂样均匀密实地装入短管中，并使砂样与管口平齐。(所选砂样不宜过细，其最大毛细上升高度应小于长管长度，毛细饱和带高度应大于或等于短管长度)。 3.长管饱水

将长管垂直缓慢地浸入水中，饱水后提起用干布擦干外壁，手持长管使其在重力作用下滴水，直至重力水排完。 4.短管饱水

将短管垂直缓慢地浸入颜色水中，使其充分饱水后提起。用干布擦干外壁。观察此时短管饱水情况及短管是否滴水,并比较长、短管的颜色。 5.测定长、短管相接后的给水体积V2

待长管停止滴水后，将长管下端紧压在短管上端使二者密接，并用量杯承按滴出的水。滴水停止后，将流出的水体积V2记入表3-2，同时观察短管饱水情况及颜色，对比流出的水与塑料杯中水的颜色是否不同。 五、实验成果

1.提交甲、乙两实验报告表(表3-1和表3-2)。

2.在同一坐标系内分别作出三种砂样的毛细上升高度(cm)与时间(s)的关系曲线。

3.思考题

(1)比较甲实验得出的三种砂样的毛细上升高度与时间关系曲线。指出初期及后期三种砂样的毛细上升速度自大而小的顺序，并分析其原因。

(2)长短管相接后滴出的水相当于原先存在于管中的哪一部分水?V2／V1×100％这一数值表征什么?

(3)在实验乙中，短管饱水后提起为什么不滴水?而与长管相接后为什么又滴水?

表3-1 砂土中水的毛细上升速度实验报告表 岩性： 岩性： 岩性： 累积 毛细上升累积 毛细上升累积 毛细上升序号 时间 （s） 高度 (cm) 序号 时间 （s） 高度 (cm) 序号 时间 （s） 高度 (cm) 备注

实验日期 报告人 同组成员

表3-2 毛细饱和带水的运移实验报告表 短管 岩性 长度 (cm) 短管 高度 (cm) 短管 长短管相接体积 后滴水体积V1(cm) V2(cm) 33 备注

实验日期 报告人 同组成员

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