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實驗指導(dǎo)書 一、實驗?zāi)康?（一）測定均質(zhì)砂的滲透系數(shù)K值。 （二）測定滲透砂體的滲流量與水頭損失的關(guān)系，驗證滲流的達西定律。 二、實驗原理 液體在孔隙介質(zhì)中流動時，由于粘滯性作用將產(chǎn)生能量損失。達西（Henri Darcy）在1852-1855年間通過實驗，總結(jié)得出滲流能量損失與滲流速度成一次方的線形規(guī)律，后人稱為達西定律。 由于滲流速度很小，故流速水頭可以忽略不計。因此總水頭H可用測管水頭h來表示，水頭損失hw可用測管水頭差來表示，即 則水力坡度J可用測管水頭坡度來表示： （1） 式中： 為二個測壓孔之間距離；h1與h2為二個測壓孔的測管水頭。 達西通過大量實驗，得到圓筒內(nèi)滲流量Q與圓筒斷面積A和水力坡度J成正比，并和土壤的透水性能有關(guān)，所建立基本關(guān)系式如下： （2） （3） 式中：υ為滲流簡化模型的斷面平均流速；系數(shù)K為反映孔隙介質(zhì)透水性能的綜合系數(shù)，稱為滲透系數(shù)。 實驗中的滲流區(qū)為一圓柱形的均質(zhì)砂體，屬于均勻滲流，可以認為各點的流動狀態(tài)是相同的，任一點的滲流速度u等于斷面平均滲流流速，因此達西定律也可表示為： （4） 上式表明，滲流的水力坡度，即單位距離上的水頭損失與滲流流速的一次方成正比，因此稱為滲流線形定律。 三、實驗設(shè)備 在直立圓筒中裝入均質(zhì)砂，底部裝一塊濾板，實驗用水由帶溢水裝置的穩(wěn)壓水箱供給，恒定水流由砂體下部進入，滲過砂體的水由圓筒***溢出，用計量水箱與停表測定滲流量Q，在圓筒側(cè)壁上裝兩支測壓管，以測定滲流水頭損失。調(diào)整供水閥門可改變實驗水頭與流量。 四、實驗步驟 （一）記錄基本常數(shù)，包括實驗圓筒內(nèi)徑D、測孔間距ι以及砂樣有效粒徑d、孔隙率n與水溫。參見附錄表格。 （二）開啟供水管注水，讓水浸透圓筒內(nèi)全部砂體并使圓筒充滿水，一般按流量從大到小順序進行實驗。將供水水頭調(diào)節(jié)到大，待水流穩(wěn)定后，即可測量兩個測壓管的水頭，并用體積法測定滲流量。 （三）依次降低水頭，待水流穩(wěn)定后進行上述測量，共測10次。 五、成果要求與分 （一）將實測數(shù)據(jù)列入記錄表。并按式（1）***（2）計算各組次的 與滲透系數(shù)K值。 （二）給出 關(guān)系曲線與 關(guān)系曲線。 （三）求出滲流線形定律的適用范圍與相應(yīng)的臨界雷諾數(shù)Re。 六、注意事項 （一）實驗開始前要浸透圓筒內(nèi)砂體，使不留空氣，兩測壓管內(nèi)也不存留氣泡，Q為零時，兩個測壓管內(nèi)水面應(yīng)保持齊平。 （二）每次實驗時，穩(wěn)壓水箱水應(yīng)保持溢流，以使實驗水頭恒定。實驗流量不能過大，以免砂樣向上浮涌。 七、思考問題 （一）當砂樣有效粒徑dc不變時，流量Q為多少即為滲流實驗上限？反過來當流量Q不變時，dc等于多大時為實驗上限？若要確定達西定律的適用范圍，實驗應(yīng)如何進行？ （二）盛砂樣的圓筒垂直放置，傾斜放置或水平放置對實驗測得的Q、υ、J與滲透系數(shù)K值有無影響？如將圓筒倒置，上述各值是否改變？ 八、實驗記錄參考表格 基本常數(shù)：筒徑D= cm ，測孔間距= cm，砂樣平均粒徑 dc= cm，孔隙率n= ，滲透水溫度t= ℃，v= cm3 外形尺寸：550mm×320mm×600mm； 容器高度精度為1mm，容器高度為400mm。 （2）達西儀， 分別裝有不同粒徑的均質(zhì)試樣： ①礫石（粒徑5~10mm）； ②粗砂（粒徑0.6~0.9mm）； ③砂礫混合（①與②的混合樣）。 （3）秒表。 （4）量筒（10、50、100、200、500mL，各5只，1000 mL10只）。