水文地質(zhì)學基礎(chǔ)課程實驗

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1、,*,Company Logo,,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母版標題樣式,水文地質(zhì)學基礎(chǔ)課程實驗,實驗一、地表水流速量測（畢托管）實驗,實驗二、給水度、孔隙度、持水度測定實驗,實驗三、飽水帶地下水滲流實驗,-,達西實驗,實驗四、潛水模擬演示實驗,實驗五、承壓水模擬演示實驗,實驗一、地表水流速量測（畢托管）實驗,一、實驗目的,1,通過本次實驗，掌握基本的測速工具（畢托管）的性能和使用方法。,2,加深對明槽水流流速分布的認識，并繪制垂線流速分布圖，計算垂線平均流速。,二、儀器設(shè)備,畢托管、比壓計及水槽簡圖如圖。,三、實驗原理,畢托管是由兩根同心圓組成的管

2、體和,A,、,B,兩個引管所組成。引管,A,與畢托管頭部頂端小孔相連，引管,B,與離畢托管頭部頂端為,3d,的斷面上的環(huán)形孔相通。,A,、,B,引管與比壓計相連。由于環(huán)形孔與畢托管管體的表面垂直，因此它所測得的是不含水流動能的總勢能,z+p/,；而引管,A,連接的頂端小孔由于正對流向，此處為水流的駐點，它所測得的是包括水流動能在內(nèi)的總機械能,z+p/,+u,2,/2g,。當比壓計測壓牌垂直放置時，測壓牌上所反映的兩測壓管液面差 即為測點的流速水頭。,為了提高量測的精度，將測壓牌傾斜角，若兩測壓管液面之間的讀數(shù)差為,L,，則有,h,=,Lsin,，從而可以求得測點的流速表達式：,式中：,C,流速

3、修正系數(shù)，對不同結(jié)構(gòu)的畢托管，其值由實驗率定確定。本實驗使用的畢托管，經(jīng)率定,C=0.999,。,實驗一、地表水流速量測（畢托管）實驗,將所測得的同一垂線各點流速，按選定的比例尺畫在坐標紙上。槽底的流速為零，水面的流速矢端為水面以下各點流速矢端連線向上順延與水面相交的那一點。由水深線及各點流速矢端所圍成的矢量圖，即為垂線流速分布圖，如圖所示。顯然，流速分布圖的面積除以水深,h,，就是垂線的平均流速 ，其表達式為：,式中,垂線平均流速（,cm/s,）；,w,垂線流速分布圖的面積（,cm,2,）；,h,水深（,cm,）。,實驗一、地表水流速量測（畢托管）實驗,四、實驗步驟,1,確定全關(guān)閥門，然后接

4、通水泵和渦輪流量數(shù)字積算儀的電源。,2,緩慢打開水槽的進水閥門，調(diào)節(jié)尾門，將水深控制在,15,厘米左右。,3,用測針測得水深,h,。如圖所示，在斷面垂線上布置,5,個測點。畢托管最高點宜在水面以下,2,厘米，最低點為畢托管的半徑,(0.4,厘米,),，其余各點均分布在其中。,4,按所布置的垂線及測點位置逐步進行測量。例如：把畢托管放到槽底，同時測讀固定畢托管測桿標尺上的讀數(shù)，稍待穩(wěn)定后，再測讀比壓計上的讀數(shù) ，這就完成了第,1,個測點的工作。然后將畢托管依次提升，直至水面下,2,厘米那一點為止。,5,將測得的數(shù)據(jù)進行分析、整理，并按一定的比例在坐標紙上點繪垂線上流速分布圖。,實驗一、地表水流速

5、量測（畢托管）實驗,五、注意事項,1,測速之前，首先要對畢托管、比壓計進行排氣。排氣方法：將畢托管置于防氣盒中，從比壓計三通管注入有一定壓力的水流，使水和空氣由畢托管噴出，沖水約,3,分鐘左右并使畢托管淹沒于防氣盒中。然后打開三通管，在大氣壓強作用下比壓計測管中的水面下降，待降到便于測讀的位置時，用止水夾夾緊三通管。待靜止穩(wěn)定后比壓計兩測管中的水面應該齊平，否則要稍作整平或重新沖水排氣，直至兩管水面齊平后去掉防水盒方可進行測速工作。,2,實驗過程中，為防止進氣，畢托管不得露出水面。實驗結(jié)束后，將畢托管放入防氣盒靜水中，檢查是否進氣，若比壓計兩管水面不平，說明所測數(shù)據(jù)有誤差，應重新沖水排氣，重新

6、進行測量。,3,畢托管管體必須正對流向。,4,測讀時，視線應垂直于比壓計的傾斜面，讀取彎液面的最低點讀數(shù)，當測管中的水面上下脈動時，讀取平均值。,實驗一、地表水流速量測（畢托管）實驗,六、實驗成果,1,已知數(shù)據(jù),水槽寬度,B=10(cm),。畢托管直徑,d=0.8(cm),。比壓計傾斜角,30,。重力加速度,g=980(cm/s,2,),。,2,實測數(shù)據(jù)與計算,槽底測針讀數(shù),厘米；測針尖接觸水面時的讀數(shù),厘米；,測針量得水深,h=,厘米。,3,將所測得實驗數(shù)據(jù)填入實驗記錄表（,1-1,）中。,4,根據(jù)已知數(shù)據(jù)和實測與計算的數(shù)據(jù)在坐標紙上點繪垂線上流速分布圖。,實驗一、地表水流速量測（畢托管）實

7、驗,表,1-1,垂線流速分布測定表,實驗一、地表水流速量測（畢托管）實驗,L,=,測點,編號,畢托管測桿讀數(shù),（,cm,）,測點到槽底高度（,cm,）,斜比壓計讀數(shù),（,cm,）,（,cm,）,測點,流速,u,（,cm/s,）,垂線平均流速,（,cm/s,）,A,（,cm,）,B,（,cm,）,1,2,3,4,5,水面,實驗一、地表水流速量測（畢托管）實驗,七、思考問題,1,畢托管、比壓計排氣不凈，為什么會影響量測精度？,2,為什么必須將畢托管正對來流方向？如何判斷畢托管是否正對了流向？,3,比壓計安放位置的高低，是否影響量測數(shù)據(jù)？為什么？,實驗二 給水度、孔隙度、持水度測定實驗,一、實驗目的

8、,1,加深理解松散巖石的孔隙度、給水度和持水度的概念。,2,熟練掌握實驗室測定孔隙度、給水度和持水度的方法。,3,熟悉給水度儀并對儀器進行標定。,4,測定三種松散巖石試樣的孔隙度、給水度和持水度。,二、儀器設(shè)備,1,給水度儀。,2,十二指腸減壓器，或大號吸耳球，用以抽吸氣體。,3,量筒,(25ml),和膠頭滴管。,4,松散巖石試樣：礫石（粒徑為,510mm,，大小均勻，磨圓好）；砂（粒徑為,0.45mm0.6mm,）；砂礫混合樣（指把上述砂樣完全充填進礫石樣的孔隙中得到的一種新試樣）。,實驗二 給水度、孔隙度、持水度測定實驗,1,裝樣篩；,2,篩板；,3,試樣筒；,4,透水石；,5,固定連接板

9、；,6,試樣筒底部漏斗；,7,彈簧夾；,8,硬塑料管；,9,滴定管；,10,三通管,1H,為三通管液面到透水石底面的距離；,2,三通管液面,三、實驗室準備工作,1,標定透水石的負壓值,透水石是用一定直徑的砂質(zhì)顆粒均勻膠結(jié)成的多孔板。透水石的負壓值是指在氣、液、固三相介質(zhì)界面上形成的彎液面產(chǎn)生的附加表面壓強。標定方法如下：,首先，飽和透水石并使試樣筒底部漏斗充滿水（最好用去氣水，即通過加熱或蒸餾的方法去掉水中部分氣體后的水）。具體做法是：將試樣筒與底部漏斗一起從開關(guān),a,處卸下，浸沒于水中并倒置，將漏斗管口與十二指腸減壓器抽氣管連接，抽氣使透水石飽水，底部漏斗全充滿水。用彈簧夾在水中封閉底部漏斗

10、管，倒轉(zhuǎn)試樣筒，將裝有水,(,可以不滿,),的試樣筒放回支架。同時打開,a,、,b,兩開關(guān)，在兩管口同時流水的情況下連接塑料管。關(guān)閉,a,、,b,開關(guān)，倒去試樣筒中剩余的水，將,A,滴定管液面調(diào)至零刻度，并與透水石底面水平。,實驗二 給水度、孔隙度、持水度測定實驗,第二步，測定透水石的負壓值。打開,a,、,b,開關(guān)，緩慢降低,A,滴定管，同時注意觀測其液面的變化。當?shù)味ü芤好嫱蝗簧仙龝r，立刻關(guān)閉,b,開關(guān)。此時滴定管液面到透水石底面的高度就是透水石的負壓值。,反復測定幾次，選其中最小數(shù)值,(,指絕對值,),作為實驗儀器所采用的負壓值。,2,標定試樣筒的容積,將試樣筒裝滿水，用量筒或滴定管測出所

11、裝水的體積即為試樣筒的容積。,（以上兩步可以由實驗室同志在實驗課前做好。）,實驗二 給水度、孔隙度、持水度測定實驗,四、實驗原理,給水度就是飽水巖石在重力作用下，能從巖石中自由流出來的水的體積與整個巖石體積之比。在數(shù)值上相當于巖石飽和容水度（簡稱容水度）與最大分子水容度（持水度）之差。其計算公式為 。,孔隙度是指某一體積巖石（包括孔隙在內(nèi)）中孔隙體積所占的比例。其計算公式為 。,持水度是指飽水巖石在重力作用下釋水后，巖石中保持的水的體積與巖石體積之比。其計算公式為 。,式中：,水充滿砂樣孔隙的體積（進水量體積）（,cm,3,）；,重力作用下，飽水砂中自由流出的水體積（退水量體積）（,cm,3,

12、）；,飽水砂樣的總體積（試樣體積）（,cm,3,）,給水度、孔隙度和持水度的測定有兩種方法：體積法和差值法。體積法適用于碎石、礫和砂等粗粒巖土。差值法適用于砂、粉砂和粘性土等細粒巖土。,本實驗要求掌握體積法測定砂的給水度、孔隙度和持水度。,實驗二 給水度、孔隙度、持水度測定實驗,五、實驗步驟,1,連接：將試樣筒與滴定管裝滿水，同時打開,a,、,b,兩開關(guān)，在兩管口同時流水的情況下連接塑料管。關(guān)閉,a,、,b,開關(guān)，倒去試樣筒中剩余的水。,2,檢查：試樣筒與滴定管連接之后，檢查儀器底部漏斗是否有氣泡，如有氣泡先要參照實驗室準備工作中第,1,點進行排氣，然后重復第,1,步。,3,裝樣：裝樣前，將,

13、A,滴定管液面調(diào)到零刻度，關(guān)閉,a,、,b,開關(guān)，用干布把試樣筒內(nèi)壁擦干（注意不要將干布接觸透水石）。裝礫石樣和砂樣時，不用安裝裝樣篩，直接將試樣逐次倒入試樣筒并輕振試樣筒以保證試樣密實，直至與試樣筒口平齊。裝砂礫混合樣時，先按上述方法把礫石裝滿，再安裝裝樣篩，將砂樣從裝樣篩中漏入，直至完全充填礫石樣孔隙。,實驗二 給水度、孔隙度、持水度測定實驗,4,測定孔隙度：適當抬高滴定管，使其液面略高于試樣筒口。打開,a,、,b,開關(guān),(,同時用手表計時,),，用,b,開關(guān)控制進水速度。試樣飽水后立即關(guān)閉,b,開關(guān)。記下,A,滴定管進水量及飽水累計時間，填入（表,2-1,）。進水量,(,體積,),與試樣

14、筒容積之比就是這種試樣的孔隙度。,5,測定給水度：將,A,滴定管加滿水并裝上三通管。用膠頭滴管調(diào)整三通管液面。將,B,滴定管初始刻度調(diào)至,100m1,處。同時降低,A,、,B,滴定管后，打開,b,開關(guān)，使從試樣中退出的水沿三通管進入,B,滴定管。退水過程中，三通管液面到透水石底面的距離不得大于透水石的選用負壓值。退水終止后，將退水量和累計退水時間記入（表,2-1,）。退水量（體積）與試樣體積之比就是試樣的給水度。,6,重復上述,3,、,4,、,5,步驟，測定另兩種試樣的孔隙度和給水度（也可以分組測定不同試樣，各組交換實驗記錄）。,實驗二 給水度、孔隙度、持水度測定實驗,六、注意事項,1,防止儀

15、器底部漏斗有氣泡。,2,自下往上飽和試樣過程要緩慢，以避免砂樣中殘留氣泡。,3,測量水體積，要注意讀數(shù)精確。,七、實驗成果,完成實驗成果（表,2-1,）,實驗二 給水度、孔隙度、持水度測定實驗,實驗二 給水度、孔隙度、持水度測定實驗,表,2-1,給水度、孔隙度和持水度實驗記錄表,儀器編號：,試樣體積：,cm,3,透水石選用負壓值：,cm,試樣名稱,粒徑（,mm,）,退水量（,mL,）,累計飽水時間（,min,）,退水量（,mL,）,累計退水時間（,min,）,孔隙度（,%,）,給水度（,%,）,持水度（,%,）,備注,平均,報告人,班號,組號,同組成員,實驗日期,年,月,日,八、思考問題,1.

16、,從試樣中退出的水是什么形式的水？退水結(jié)束后，試樣中保留的水是什么形式的水？,2.,根據(jù)實驗結(jié)果，分析比較松散巖石的孔隙度、給水度、持水度與粒徑和分選的關(guān)系。,實驗二 給水度、孔隙度、持水度測定實驗,實驗三：飽水帶地下水滲流實驗,-,達西實驗,一、實驗目的,1,通過穩(wěn)定流條件下的滲流實驗，進一步理解滲流基本定律,達西定律。,2,了解達西實驗裝置，加深理解滲流速度、水力梯度、滲透系數(shù)之間的關(guān)系，并熟悉實驗室測定滲透系數(shù)的方法。,二、實驗儀器,1,達西儀，分別裝有不同粒徑的均質(zhì)試樣：礫石（粒徑,510mm,）；粗砂（粒徑,0.60.9mm,）；砂礫混合（與的混合樣）。,2,秒表。,3,量筒（,100ml,500ml,各一個）。,4,直尺。,5,計算器。,達西實驗裝置示意圖,1,試樣；,2,進水開關(guān)；,3,出水管；,4,測壓管；,5,儀器架；,6,排氣管,實驗三：飽水帶地下水滲流實驗,-,達西實驗,三、實驗原理,室內(nèi)滲透系數(shù)測定是根據(jù)達西關(guān)于多孔介質(zhì)中地下水的線性滲透定律而設(shè)計的。由達西定律,在常水頭條件下,水流在單位時間內(nèi)透過巖石空隙的流量,(Q),與巖石的斷面面積,(),、水力坡度,(I