达西实验报告

1 / 7达西实验报告水文地质学基础实验报告 实验名称：达西定律实验实验人： 实验日期： 一、实验目的1、测定渗透砂体的渗透量与水头损失的关系，验证渗流的达西定律。2、测定均质砂的渗透系数 K 值; 二、实验设备：1.供水器装置：以法国物理学家 Mariotte 的马利奥特瓶装置，是一种能控制水位又能自动连续补给水的量测装置。2.渗透装置：有机玻璃圆筒，上部设有进水孔，底部装有过滤板，下端有出水孔，供测量渗流量用。侧面有三个测压孔。3.测压装置：在测压板上装有三根 58mm 带刻度的玻璃管，分别与试样筒上的三个测压孔连接，用于测定三个断面上的测压水位。三个测压管用胶管分别与试样筒相应的管孔连结。4.排水装置：在测压板上均匀分布有一系列的圆孔，用于调节排水水位。其它设备有：100m1 的量筒、水槽、漏斗、捣捧、装样杯、秒表、温度计、管夹、胶皮管及吸气球等。 三、实验原理：2 / 7达西通过大量实验，得到圆筒过水断面的渗流量 Q与圆筒断面 F 和水力坡度 I 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-为渗流简化模型的断面平均流速；K-为岩石的渗透系数，反映了孔隙介质透水性能。四、实验步骤：1.检查仪器设备是否齐全、完好。胶管与仪器连结处是否漏气漏水或堵塞。2.装样：岩样有两种，即原状样和扰动样。原状样就是在野外取来土柱直接装到渗透装置内；扰动样则要按天然容重分层捣实，尽量接近天然状态，否则就没有实验意义了。装样前，在过滤筛板上放二层铜丝网，然后装样，每装 35cm 厚时，用捣捧轻击数次，并测定试样的孔隙度或容重，使其结构尽量符合实际状态。重复上述过程，直至试样超过最上一个测压孔以上 5cm 为止。3.饱和试样：先将排水水位调节高于试样水面，饱和试样时要自上而下进行注水，打开供水管夹，待试样表面出现水膜时，立即关闭供水夹，观察试样筒及三个侧压管水位是否在同一水平面上，如果测压管水位不在同一水平面上，则说明有气泡存在或测压管被堵塞，这时需要排气，排气的方法有两种，即将测压板倾斜或用吸耳气球从3 / 7偏高或偏低水位的管中吸出气泡，达到水平，各测压管水位差 4.实验测定：打开供水管夹，调节排水水位，当测压管水位稳定后，记录各侧压水位值，同时测定在时间t 秒钟内流出排水管的渗透量及水温 t。重复测定二次取其平均值。然后再调节二次排水水位，如同前述测得二次调节后的各值。调节时应逐级上升或依次下降，不要跳跃式的上升或下降，以免装置内的渗透压变化剧烈，冲坏试样原有结构。 五、实验记录及结果： 实验记录仪器内径 D cm；渗透土柱断面面积 F cm2；测压间距 L cm。实验记录表格绘制 v 与 I 关系图：实验结论：达西定律验证实验报告一、实验目的通过进行本实验，测定均质砂的渗透系数 K 值以及渗过砂体的渗流量与水头损失的关系，验证渗流的达西定律。二、实验类型验证型三、实验仪器在直立圆筒中装入均质砂，底部装一块滤板，实验4 / 7用水由带溢水装置的供水桶供给，恒定水流由砂体下部进入，渗过砂体的水由圆筒顶溢出，用量筒与停表测定渗流量 Q；在圆筒侧壁上装两只测压管，以测定渗流水头损失。供水桶可上下移动以改变实验水头与流量。四、实验原理液体在孔隙介质中流动时，由于粘滞性作用将会产生能量损失。达西在 1852-1855 年间通过实验，总结得出渗流能 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。由于渗流速度很小，故速度水头可以忽略不计。因此总水头 H 可用测管水头 h 来表示，水头损失 hw 可用测管水头差来表示，即H?h?z?p/?，hW?H?h1?h2于是，水力坡度 J 可用测管水头坡度来表示J?hW/L?H/L式中：l 为两个测压管孔之间距离；h1 与 h2 为两个测压孔的测管水头。达西通过大量实验，得到圆筒内渗流量 Q 与圆筒断面积 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：Q?kAJv?Q/A?kJ5 / 7式中 v 为渗流简化模型的断面平均流速；系数 K 为反映孔隙介质透水性能的综合系数，称为渗透系数。实验中的渗流区为一圆柱形的均质砂体，属于均匀渗流，可以认为各点的流动状态是相同的，任意点的渗流流速 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渗流雷诺数用下列经验公式求：Re?vde1?式中 de 为砂样有效粒径、n 为孔隙率。五、实验内容和要求实验内容1记录基本常数，包括实验圆筒内径 D、测孔间距l 及砂样有效粒径 de、孔隙率 n 与水温。2开启供水管注水，让水浸透圆筒内全部砂体并使圆筒充满水；一般按流量从大到小顺序进行实验。将调节水头的供水桶升到最高位置，待水流稳定后，即可量测两个测压管的水头，并用体积法测定渗流量。3依次降低水头，待水流稳定后进行上述测量，6 / 7共测 10 次。实验要求1计算各组次的 hw、v、J 与渗透系数 K 值。2给出 vJ 关系曲线与 Qhw 关系曲线。3求出渗流线性定律的使用范围与相应的临界雷诺数 Re。六、注意事项1实验开始前要浸透圆筒内砂体，使不留空气；两侧压管内也不存留气泡；Q 为零 时，两个测压管内水面应保持齐平。2每次实验时，供水桶应保持溢流，以使实验水头恒定。实验流量不能过大，以免砂样向上浮涌。七、实验数据处理八、思考题1当砂样有效粒径 de 不变时，流量 Q 为多少即为渗流实验上限？反过来当流量 Q 不变时，de 等于多大时为实验上限？若要确定达西定律的适用范围，实验应如何进行？2盛砂样的圆筒垂直放置、倾斜放置或水平放置，对实验测得的 Q、v、J 与渗透系数 K 值