非稳定流达西实验

3.2 变水头达西流渗流实验

一、实验目的

通过非稳定流条件下的渗流实验，加深对达西定律的理解。从而认识到达西定律既适用 于稳定流条件也适用于非稳定流条件。 二、实验装置

如图1－1所示，圆管A下段装有待测定的砂样，底端为铜丝网，砂样表层铺放薄层细 砾。实验开始时，圆管上部装满水，水便通过砂样渗流，圆管上部水位则逐渐下降。

圆管下端放在盛水器皿B中，通过砂样渗流到器皿中的水会自动溢出，以固定渗流段下游水位。排水容器E通过排水管随时排走盛水器皿溢出的水。 三、实验原理

利用达西定律和水均衡原理可以证明图1－1所示的装置中，水头H与时间呈半对数关 系（详见《地下水动力学》第一章），即 t?LKlnH0?LKlnH?2.3LKlgH0?2.3LKlgH

式中：t － 时间；

H0－ 实验的初始水头（即当t＝0时的水头）； H－ 对应不同时间t的水头； K－ 渗透系数。

因此，实验过程中，可测定对应不同时间的水头值，作出t～lgH直线关系图（图3－3）。利用该直线的斜率m求渗透系数K。 四、实验步骤

（1）熟悉仪器结构以及秒表操作方法与读数。进行实验分工，建议一人观察水头变化，一人看秒表，一人记录。

（2）将盛水器皿充满水，并将渗透管的下端放入盛水器皿B的水面之下约1cm。 （3）用量杯对试样充水，使其自由渗透2～3次，以饱和砂土，排除空气。

（4）记下初始水头H0，对透明管充水到渗透管零点上方。待水位下降至零刻度，开动秒表记时。

（5）水位下降到预先设计的降深值（1，2，3，……，10cm）时，记录对应的时间（表3－2）。

（6）重复实验步骤（4）～（5）1～2次，进行核对。

（7）改变渗透管下端没入盛水器皿的深度（离器皿底部约1cm）进行同样实验，记录读数。

（8）与不同砂样的小组交换仪器重复上述步骤（4）～（7）的实验，做好记录。

图3－3 实验装置图

A － 带刻度的透明圆管（下部装有砂样）；B － 盛水皿； C － 支架；

D － 排水管口； E － 排水容器

五、实验成果

1．提交实验数据记录（表3－2）。 2．数据处理

（1）在坐标纸上绘制两种砂样的t～lgH曲线。

图3－4 t～lgH直线关系图

（2）计算渗透系数K(表3－2)。

表3－2 渗透系数计算简表

名 称 计算公式 K值（m/d) 砂样Ⅰ 砂样Ⅱ

3．问题讨论

（1）达西定律的应用条件是什么？

（2）渗透管出口端放在盛水器皿不同深度时，渗流速度有何变化？为什么？（对比实验资料说明）

（3）本实验中测定水位H的基准面在何处？

表3－3 实验数据记录

仪器编号： 砂样名称： 砂样Ⅰ 砂样长L＝ 初始水头H01＝ H02＝ 渗透管出口端 放在盛水器皿浅处 计算 降深 S 仪器编号： 砂样名称： 砂样Ⅰ 砂样长L＝ 初始水头H01＝ H02＝ 渗透管出口端 放在盛水器皿浅处 计算降深 S 渗透管出口端 放在盛水器皿浅处 时间 t 水头H?H02渗透管出口端 放在盛水器皿浅处 时间 t 水头 H?H02?S 水头H?H01?S 时间 t ?S 水头H?H01?S 时间 t 1 2 第 一 次 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 第 二 次 3 4 5 6 7 8 9 10

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