实验指导书 一、实验目的 （一）测定均质砂的渗透系数K值。 （二）测定渗透砂体的渗流量与水头损失的关系，验证渗流的达西定律。 二、实验原理 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，总结得出渗流能量损失与渗流速度成一次方的线形规律，后人称为达西定律。 由于渗流速度很小，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hw可用测管水头差来表示，即 则水力坡度J可用测管水头坡度来表示： （1） 式中： 为二个测压孔之间距离；h1与h2为二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： （2） （3） 式中：υ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，任一点的渗流速度u等于断面平均渗流流速，因此达西定律也可表示为： （4） 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，因此称为渗流线形定律。 三、实验设备 在直立圆筒中装入均质砂，底部装一块滤板，实验用水由带溢水装置的稳压水箱供给，恒定水流由砂体下部进入，渗过砂体的水由圆筒顶溢出，用计量水箱与停表测定渗流量Q，在圆筒侧壁上装两支测压管，以测定渗流水头损失。调整供水阀门可改变实验水头与流量。 四、实验步骤 （一）记录基本常数，包括实验圆筒内径D、测孔间距ι以及砂样有效粒径d、孔隙率n与水温。参见附录表格。 （二）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。将供水水头调节到大，待水流稳定后，即可测量两个测压管的水头，并用体积法测定渗流量。 （三）依次降低水头，待水流稳定后进行上述测量，共测10次。 五、成果要求与分 （一）将实测数据列入记录表。并按式（1）至（2）计算各组次的 与渗透系数K值。 （二）给出 关系曲线与 关系曲线。 （三）求出渗流线形定律的适用范围与相应的临界雷诺数Re。 六、注意事项 （一）实验开始前要浸透圆筒内砂体，使不留空气，两测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。 （二）每次实验时，稳压水箱水应保持溢流，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、思考问题 （一）当砂样有效粒径dc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，dc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？ （二）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、υ、J与渗透系数K值有无影响？如将圆筒倒置，上述各值是否改变？ 八、实验记录参考表格 基本常数：筒径D= cm ，测孔间距= cm，砂样平均粒径 dc= cm，孔隙率n= ，渗透水温度t= ℃，v= cm3 外形尺寸：550mm×320mm×600mm； 容器高度精度为1mm，容器高度为400mm。 （2）达西仪， 分别装有不同粒径的均质试样： ①砾石（粒径5~10mm）； ②粗砂（粒径0.6~0.9mm）； ③砂砾混合（①与②的混合样）。 （3）秒表。 （4）量筒（10、50、100、200、500mL，各5只，1000 mL10只）。
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