达西渗流实验.doc

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达西渗流实验
一、实验目的和要求
1．测量样砂的渗透系数k值，掌握特定介质渗透系数的测量技术。
2．通过测量透过砂土的渗流流量和水头损失的关系，验证达西定律。
二、 实验原理
1．渗流水力坡度J
由于渗流流速很小，故流速水头可以忽略不计。因此总水头H可用测压管水头h来表示，水头损失hw可用测压管水头差来表示，那么水力坡度J可用测压管水头坡度来表示：

式中：l为两个测量断面之间的距离〔测点间距〕；h1与h2为两个测量断面的测压管水头。
2．达西定律
达西通过大量实验，得到圆筒断面积A和水力坡度J成正比，并和土壤的透水性能有关，即

或
式中：v —— 渗流断面平均流速；
k —— 土质透水性能的综合系数，称为渗透系数；
—— 渗流量；
A —— 圆桶断面面积；
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hw —— 水头损失。
上式即为达西定律，它说明，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，因此也称为渗流线性定律。
3．达西定律适用范围
达西定律有一定适应范围，可以用雷诺数来表示。其中v为渗流断面平均流速；d10为土壤颗粒筛分时占10%重量土粒所通过的筛分直径；为水的运动粘度。一般认为当Re<1~10时〔如绝大多数细颗粒土壤中的渗流〕，达西定律是适用的。只有在砾石、卵石等大颗粒土层中渗流才会出现水力坡度与渗流流速不再成一次方比例的非线性渗流〔Re>1~10〕，达西定律不再适应。
三、 实验内容
按照根本操作方法，改变流量2~3次，测量渗透系数k，实验数据处理与分析参考第五局部
四、数据处理及成果要求
1．记录有关信息及实验常数
实验设备名称： 达西渗流实验仪 实验台号：
实 验 者：____________A1组7人___ 实验日期：_5月10日_
砂土名称： 人工粗砂 ； 测点间距l = ´10-2m；
砂筒直径 d = ´10-2m； d10= ´10-2m
2．实验数据记录及计算结果〔参表1〕
3．成果要求
完成实验数据记录及计算表。校验实验条件是否符合达西定律适用条件。
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五、分析思考题
1．不同流量下渗流系数k是否一样，为什么？
答：不同流量下渗流系数k一样，渗流系数大小取决于很多因素，主要取决于土的颗粒形状、大小、不均匀系数以及水温等，一旦这些因素确定，那么k也确定，因此k的大小与流量无关
2．装砂圆筒垂直放置、倾斜放置时，对实验测得的、v、J与渗透系数k值有何影响？
答：装砂圆筒垂直放置、倾斜放置，对测得的、v、J有影响，这是因为在整个系统到达渗流以后，装砂圆筒垂直放置、倾斜放置，相当于改变了砂桶溢流水面的高度，也就是改变了供水箱水头和砂桶溢流水面水头高度差，这样的话，渗流系数k就会改变，从而、J也会相应的改变。但是装砂圆筒垂直放置、倾斜放置时，对实验测得的渗透系数k值没有影响，因为渗透系数k是砂子的内在属性。
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