水文地质实验指导

1、水文地质学基础实验水文地质学基础实验 实验一实验一 孔隙与水孔隙与水 实验二实验二 达西渗流实验达西渗流实验实验三实验三 砂土中水的毛细运动砂土中水的毛细运动 实验一实验一 孔隙与水孔隙与水 一、实验目的一、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。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。熟练掌握实验室测定孔隙度、给水度和持水度的方法。 二、实验内容二、实验内容 1熟悉给水度仪并对仪器进行标定。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、给水度和持水度测定三种松散岩石试样的孔隙度、给水度和

2、持水度 v孔隙度（n）=) 1vv砂样体积（孔隙体积（)2vv砂样体积（重力水（给水度（=持水度：孔隙度与给水度之差。 三、仪器设备三、仪器设备给水度仪、量筒给水度仪、量筒(25ml)和胶头滴管。和胶头滴管。 松散岩石试样：松散岩石试样： 砾石（粒径为砾石（粒径为510mm）；）； 粗砂粗砂 （25mm) 砂砂 （粒径为（粒径为0.25mm0.5mm） 砂砾混合样砂砾混合样(上述砂样完全充填进砾石样的孔隙中上述砂样完全充填进砾石样的孔隙中) 给水度仪装置给水度仪装置砂样筒进水管出水管ab四、实验步骤四、实验步骤 1. 连接：连接：将试样筒与滴定管装满水，同时打开将试样筒与滴定管装满水，同时打开

3、a、b两两开关，在两管口同时流水的情况下连接塑料管。开关，在两管口同时流水的情况下连接塑料管。 2. 检查：检查：检查仪器底部漏斗是否有气泡。检查仪器底部漏斗是否有气泡。 3. 装样：装样：装样前，将装样前，将a滴定管液面调到零刻度，关闭滴定管液面调到零刻度，关闭a、b开关，用干布把试样筒内壁擦干（注意不要将干布接触透开关，用干布把试样筒内壁擦干（注意不要将干布接触透水石）。水石）。注意注意:装砂砾混合样时，先把砾石装满，再安装装样筛，将装砂砾混合样时，先把砾石装满，再安装装样筛，将砂样从装样筛中漏入，直至完全充填砾石样孔隙。砂样从装样筛中漏入，直至完全充填砾石样孔隙。 4.测定孔隙度：测定孔

4、隙度： 打开打开a、b开关开关(同时用手表计时同时用手表计时)，用，用b开关控制进水开关控制进水速度。试样饱水后立即关闭速度。试样饱水后立即关闭b开关。记下开关。记下a滴定管进水量及滴定管进水量及饱水累计时间，填入（表饱水累计时间，填入（表1-1）。进水量）。进水量(体积体积)与试样筒与试样筒容积之比即为孔隙度。容积之比即为孔隙度。 5.测定给水度：测定给水度： 将滴定管初始刻度调至将滴定管初始刻度调至50ml处。降低滴定管后，同处。降低滴定管后，同时打开时打开a、b开关，使从试样中退出的水进入滴定管。退开关，使从试样中退出的水进入滴定管。退水过程中，滴定管液面到透水石底面的距离不得大于透水水

5、过程中，滴定管液面到透水石底面的距离不得大于透水石的选用负压值。退水终止后，将退水量和累计退水时间石的选用负压值。退水终止后，将退水量和累计退水时间记入表记入表1-1。退水量。退水量(体积体积)与试样体积之比就是试样的给与试样体积之比就是试样的给水度。水度。 6. 重复上述重复上述3、4、5步骤，步骤，测定另两种试样的孔隙度和测定另两种试样的孔隙度和给水度（也可以分组测定不同试样，各组交换实验记录）。给水度（也可以分组测定不同试样，各组交换实验记录）。 五、实验成果五、实验成果 1. 完成实验报告表完成实验报告表(表表1-1)。 2. 思考题：思考题： (1)从试样中退出的水是什么形式的水从试

6、样中退出的水是什么形式的水?退水结束后，试样中退水结束后，试样中保留的水是什么形式的水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、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。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报告人： 班级： 同组成员： 实验日期： 年 月 日仪器编号：砂样体积 cm3砂 样名 称粒 径(mm)进水量(ml) 退水量(ml) 孔隙度（%）给水度（%）持水度（%）备 注实验二实验二 达西渗流实验达西渗流实验一、实验目的一、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通过稳定流

7、条件下的渗流实验，进一步理解渗流基本定律定律达西定律。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，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。并熟悉实验室测定渗透系数的方法。二、实验内容二、实验内容 1.了解达西实验装置。了解达西实验装置。 2.根据达西公式：根据达西公式： 测定不同试样的渗透系数测定不同试样的渗透系数iklhkq三、实验仪器三、实验仪器1.达西仪达西仪(装有不同粒径的砂样装有不同粒径的砂样) 2.试样粒径试样粒径: 粗砂粗砂(粒径粒径0.5_1.0 mm)。 中砂中砂(粒径粒径0.25_0.5mm)。 细砂细砂(粒径粒径

8、0.10_0.25mm) 3.秒表、量筒、直尺等。秒表、量筒、直尺等。达西实验装置示意图1试样；2进水开关；3出水管；4测压管；5仪器架；6排气管四、实验步骤四、实验步骤 1.测量仪器的几何参数：测量仪器的几何参数：分别测量过水断面面积、测压管分别测量过水断面面积、测压管a、b的间距或渗透路径的间距或渗透路径(l)：记入表：记入表2-1。 2.调试仪器：调试仪器：打开进水开关，待水缓慢充满整个试样，且出打开进水开关，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，使水管有水流出后，慢慢拧动开关，调节进水量，使a、b两测压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。

9、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：待测定水头：待a、b测压管读数稳定后读出各测压管的水测压管读数稳定后读出各测压管的水头值，记入表头值，记入表2-1中。中。 4.测定流量：测定流量：在进行步骤在进行步骤3的同时，利用秒表和量筒测量的同时，利用秒表和量筒测量t时时间内水管流出的水体积，及时计算流量间内水管流出的水体积，及时计算流量q。连测两次，使流量。连测两次，使流量的相对误差小于的相对误差小于5，取平均值记入表，取平均值记入表2-1中。中。 5.由大往小调节进水量由大往小调节进水量改变改变a、b测压管的读数，重复步骤测压管的读数，重复步骤3和和4，取得，取得3-5

10、组数据。组数据。 6.按记录表计算实验数据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并抄录其它小组另外两种不同试样的实验数据的实验数据(有条件的，可分别做不同的试样有条件的，可分别做不同的试样)。五、实验成果五、实验成果 1.提交实验报告表提交实验报告表(表表2-1) 2.在同一坐标系内绘出三种试样的在同一坐标系内绘出三种试样的v一一i曲线，并分别用这些曲线，并分别用这些曲线求渗透系数曲线求渗透系数k值值,与直接据附表中实验数据计算结果进行对与直接据附表中实验数据计算结果进行对比。比。 3.思考题思考题 (1)为什么要在测压管水位稳定后测定流量为什么要在测压管水位稳定后测定流量? (

11、2)比较不同试样的比较不同试样的k值，分析影响渗透系数值，分析影响渗透系数k值的因素。值的因素。 表2-1 达西渗流实验报告表仪器编号： 过水断面面积() cm2 渗流途径（l） cm 土样名称实验次数水力梯度（i）渗透速度(v)渗透系数备注测压管水头水头差(cm)h=h1-h2渗透时间t(s)渗透体积w(cm3)h1(cm)h2(cm)cm/scm/d123451234512345lhitwq qv ivk 实验三实验三 砂土中水的毛细运动砂土中水的毛细运动一、实验目的一、实验目的 了解包气带中毛细水的贼存与运动特征。了解包气带中毛细水的贼存与运动特征。二、实验内容二、实验内容 1.观测、比

12、较不同粒径砂样的毛细上升速度。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。观测砂土毛细饱和带水的运移。三、实验仪器及用品三、实验仪器及用品1.观测砂土中水的毛细上升速度装置。观测砂土中水的毛细上升速度装置。2.底部包铜丝网的长、短玻璃管底部包铜丝网的长、短玻璃管(长度分别为：长度分别为：30-50cm、 58cm)。长管上标有刻度。长管上标有刻度。3.砂样：砂样：粗砂粗砂 粒径粒径0.51.0mm 中砂中砂 粒径粒径0.250.5mm 细砂细砂 粒径粒径0.10.25mm4.秒表。秒表。5.方格纸方格纸(2525cm)。6.量杯量杯(25ml) 四、实验步骤四、实验

13、步骤甲、观测砂土中水的毛细上升速度甲、观测砂土中水的毛细上升速度 1.装样装样:选择一种砂样，均匀密实地装入长玻璃管内。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升高度的时间记入表3-1。初期每上升。初期每上升1cm观测一次时间，观测一次时间，2分分钟后每上升钟后每上升0.5cm观测一次时间。观测一次时间。 3.重复步骤重复步骤1

14、和和2，做另外两种不同粒径的试样。，做另外两种不同粒径的试样。 乙、毛细饱和带水的运移实验乙、毛细饱和带水的运移实验 1.测量短管的容积测量短管的容积v1，记入表，记入表3-2。 2.装样装样 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。平齐。 3.长管饱水长管饱水 将长管垂直缓慢地浸入水中，手持长管使其在重力作用下滴将长管垂直缓慢地浸入水中，手持长管使其在重力作用下滴水，直至重力水排完。水，直至重力水排完。 4.短管饱水短管饱水 将短管垂直缓慢地浸入颜色水中，使其充分饱水后提起。观将短管垂直缓慢地浸入颜色水中，使其充分饱水后提

15、起。观察此时短管饱水情况及短管是否滴水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。并比较长、短管的颜色。 5.测定长、短管相接后的给水体积测定长、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，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记入记入表表3-2，同时观察短管饱水情况及颜色，对比流出的水与塑料，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。杯中水的颜色是否不同。五、实验成果五、实验成果 1.提交甲、乙两实验报告表提交甲、乙两实验报告表(表表3-1和表和表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在同一坐标系内分别作出三种砂样的毛细上升高度(cm)与与时间时间(s)的关系曲线。的关系曲线。 3.思考题思考题 (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。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分水