非稳定流达西实验

3.2变水头达西流渗流实验一、实验目的通过非稳定流条件下的渗流实验，加深对达西定律的理解。从而认识到达西定律既适用于稳定流条件也适用于非稳定流条件。二、实验装置如图1－1所示，圆管A下段装有待测定的砂样，底端为铜丝网，砂样表层铺放薄层细砾。实验开始时，圆管上部装满水，水便通过砂样渗流，圆管上部水位则逐渐下降。圆管下端放在盛水器皿B中，通过砂样渗流到器皿中的水会自动溢出，以固定渗流段下游水位。排水容器E通过排水管随时排走盛水器皿溢出的水。三、实验原理利用达西定律和水均衡原理可以证明图1－1所示的装置中，水头H与时间呈半对数关系（详见《地下水动力学》第一章），即HKLHKLHKLHKLtlg3.2lg3.2lnln00式中：t－时间；0H－实验的初始水头（即当t＝0时的水头）；H－对应不同时间t的水头；K－渗透系数。因此，实验过程中，可测定对应不同时间的水头值，作出t～Hlg直线关系图（图3－3）。利用该直线的斜率m求渗透系数K。四、实验步骤（1）熟悉仪器结构以及秒表操作方法与读数。进行实验分工，建议一人观察水头变化，一人看秒表，一人记录。（2）将盛水器皿充满水，并将渗透管的下端放入盛水器皿B的水面之下约1cm。（3）用量杯对试样充水，使其自由渗透2～3次，以饱和砂土，排除空气。（4）记下初始水头0H，对透明管充水到渗透管零点上方。待水位下降至零刻度，开动秒表记时。（5）水位下降到预先设计的降深值（1，2，3，……，10cm）时，记录对应的时间（表3－2）。（6）重复实验步骤（4）～（5）1～2次，进行核对。（7）改变渗透管下端没入盛水器皿的深度（离器皿底部约1cm）进行同样实验，记录读数。（8）与不同砂样的小组交换仪器重复上述步骤（4）～（7）的实验，做好记录。图3－3实验装置图A－带刻度的透明圆管（下部装有砂样）；B－盛水皿；C－支架；D－排水管口；E－排水容器五、实验成果1．提交实验数据记录（表3－2）。2．数据处理（1）在坐标纸上绘制两种砂样的t～Hlg曲线。图3－4t～Hlg直线关系图（2）计算渗透系数K(表3－2)。表3－2渗透系数计算简表砂样Ⅰ砂样Ⅱ名称计算公式K值（)/dm3．问题讨论（1）达西定律的应用条件是什么？（2）渗透管出口端放在盛水器皿不同深度时，渗流速度有何变化？为什么？（对比实验资料说明）（3）本实验中测定水位H的基准面在何处？表3－3实验数据记录仪器编号：砂样名称：砂样Ⅰ砂样长L＝初始水头01H＝02H＝仪器编号：砂样名称：砂样Ⅰ砂样长L＝初始水头01H＝02H＝渗透管出口端放在盛水器皿浅处渗透管出口端放在盛水器皿浅处渗透管出口端放在盛水器皿浅处渗透管出口端放在盛水器皿浅处计算降深S水头SHH01时间t水头SHH02时间t计算降深S水头SHH01时间t水头SHH02时间t第一次12345678910第二次12345678910