達(dá)西滲透實驗指導(dǎo)書

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1、達(dá)西滲透實驗1實驗?zāi)康模?）測定均質(zhì)沙的滲透系數(shù)k值；（2）測定通過沙體的滲透流量與水頭損失的關(guān)系，驗證達(dá)西定律。（3）通過試驗，確定水流通過沙體的雷諾數(shù)，判別達(dá)西定律的適用范圍。2.實驗設(shè)備與儀器實驗設(shè)備由活動盛水容器、溢流板、進(jìn)水管、濾板、盛沙桶、溢流管和測壓管組成。測量儀器為量筒、秒表、溫度計。3.實驗原理液體在空隙介質(zhì)中流動時，由于液體具有粘性，在液體流動中會引起水頭損失1856年法國工程師H.Darcg在裝滿沙的圓筒中進(jìn)行實驗。因為滲流流速極為微小，所以流速水頭可以忽略不計。因此總水頭H可以用測壓管水頭h來表示。水頭損失hw可以用測壓管水頭差來表示，即（1）（2）

2、水力坡度可用測壓管水頭坡度來表示，即達(dá)西分析了大量的實驗資料表明，滲流量Q與圓筒斷面面積A及水頭損失hw成正比，與斷面間距L成反比，并和土壤的透水性有關(guān)，達(dá)西得到了如下基本關(guān)系式（3）（4）（5）式中，v為滲流的斷面平均流速；，，k為反映孔隙介質(zhì)透水性能的一個綜合系數(shù)，即滲透系數(shù)。式（3）~（5）所表示的關(guān)系稱為達(dá)西定律，它是滲流的基本定律。由式（4）可以看出，滲透速度V與水力坡度J成線性關(guān)系，所以達(dá)西定律又稱為線性滲流定律。滲透系數(shù)k是反映土壤透水性的一個綜合指標(biāo)，其大小主要取決于土壤顆粒的形狀、大小、均勻程度以及地質(zhì)構(gòu)造等孔隙介質(zhì)的特性，同時也和流體的物性如粘滯性和重度

3、等有關(guān)。因此k值將隨孔隙介質(zhì)的不同而不同；對于同一介質(zhì)，也因流體的不同而有差別；即使同一流體，當(dāng)溫度變化時重度和粘滯系數(shù)也有所變化，因而k值也有所變化。4滲流流態(tài)的判別地下水的運(yùn)動也存在層流和紊流兩種流態(tài)。判別滲流流態(tài)的方法很多，但常用的還是用雷諾數(shù)（Reynolds）來判別，最常用的公式為（6）ν=nμ（7）式中，d為代表顆粒的“有效”直徑，有的取含水層顆粒的平均粒徑，有的取d10，d10為直徑比它小的顆粒占全部土重的10%時的土壤粒徑；γ為水的運(yùn)動粘滯系數(shù)。n為孔隙率。如果求得的雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)，則滲流運(yùn)動處于層流狀態(tài)；若大于臨界雷諾數(shù)則為紊流狀態(tài)。對于滲流，用實驗

4、方法求臨界雷諾數(shù)比較困難，不同作者的結(jié)果也不盡相同，有的作者求得臨界雷諾數(shù)為150~300，有的求得該值為60~150，有的認(rèn)為雷諾數(shù)的上限值是100，但巴甫洛夫求得的臨界雷諾數(shù)為7~9。為安全起見，一般可按Re＝1.0作為滲流線性定律適用范圍的上限值。5.實驗方法和步驟（1）記錄已知數(shù)據(jù)，如盛沙圓筒的直徑D、測壓孔間距L、沙樣的粒徑或d10、土壤孔隙率n等。（2）將盛水盒放在適當(dāng)位置，打開水泵，使盛水盒盛滿水，并保持溢流狀態(tài)。（3）打開通往盛沙圓桶的閥門，使水流通過盛沙桶，并保持盛沙桶上部的溢水管有少量水溢出，待水流穩(wěn)定后用測壓管測量兩測壓管的壓差，用量杯測量溢水管的流量

5、。用溫度計測量水溫。（4）調(diào)節(jié)通往盛沙圓桶的閥門，改變流量，重復(fù)以上實驗步驟N次。6.實驗中注意的事項（1）當(dāng)滲流量為零時，兩測壓管水面應(yīng)保持水平，如不水平，可能是測壓管中有空氣或測壓管漏水，應(yīng)排除空氣或排除漏水后再實驗。（2）實驗時流量不能過大，流量過大可能會使沙土浮動，也可能使雷諾數(shù)較大而超出達(dá)西實驗的范圍。（3）實驗時要始終保持盛水容器中的溢流板上有水流溢出，以保證水頭為恒定流。7.數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析實驗設(shè)備名稱儀器編號同組學(xué)生姓名已知數(shù)據(jù)：盛沙圓通直徑D=cm；面積A=cm2；測壓管距離L=cm水溫T=°粘滯系數(shù)ν=cm2/s；孔隙率n=。1.實驗數(shù)據(jù)及計算成果測次

6、h1h2差壓體積時間vcmcmcmcm3scm3/scm3/sm/sm/s指導(dǎo)教師簽名實驗日期2.成果分析（1），，，體積/時間，，，用式（5）或式（6）計算。注意計量單位。（2）滲透系數(shù)用式（5）計算。（3）點繪的關(guān)系曲線，其斜率即為滲透系數(shù)。（4）求雷諾數(shù)，判斷滲流是否符合達(dá)西滲透定律。思考題1.如何通過實驗判別達(dá)西定律的適用范圍。2.達(dá)西定律適用的雷諾數(shù)范圍是多少。3.為什么說達(dá)西定律為線性定律。