达西渗流实验

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渗透定律试验实验报告

一、实验目的1. 理解渗透定律试验的基本原理。

2. 掌握渗透定律试验的操作方法。

3. 学习如何通过实验数据计算渗透系数。

4. 分析不同条件下渗透系数的变化规律。

二、实验原理渗透定律，又称达西定律，描述了在层流条件下，土体中水渗流速度与水力梯度之间的关系。

其表达式为：\[ V = k \cdot i \]其中，\( V \) 为水渗流速度，\( k \) 为渗透系数，\( i \) 为水力梯度。

渗透系数 \( k \) 是土体渗透性能的重要指标，其数值的大小取决于土体的颗粒组成、孔隙结构、孔隙水性质等因素。

三、实验仪器与材料1. 达西实验装置：包括直立圆筒、滤板、土样、测压管等。

2. 天然土样：采集不同类型的土样，如砂土、粘土等。

3. 量筒、天平、计时器等。

四、实验步骤1. 准备实验装置，包括直立圆筒、滤板、土样等。

2. 将土样放入圆筒中，使其密实。

3. 在土样上下两端分别安装测压管，并用橡皮塞封闭。

4. 向圆筒中加入水，使水位高于土样顶部。

5. 记录初始水头差 \( h_1 \)。

6. 打开橡皮塞，让水自由渗流，同时开始计时。

7. 每隔一定时间 \( t \) 记录测压管中的水头差 \( h_2 \)。

8. 当水头差基本稳定时，记录最终水头差 \( h_3 \)。

9. 重复上述步骤，进行多次实验。

五、实验数据与结果处理1. 计算水力梯度 \( i \)：\[ i = \frac{h_2 - h_1}{L} \]其中，\( L \) 为土样长度。

2. 计算渗透速度 \( V \)：\[ V = \frac{h_2 - h_1}{t} \]3. 计算渗透系数 \( k \)：\[ k = \frac{V}{i} \]六、实验结果与分析1. 通过实验数据计算不同土样的渗透系数 \( k \)。

2. 分析不同压实方式和配合比对渗透系数的影响。

3. 比较不同土样的渗透系数，探讨其渗透性能差异。

七、实验结论1. 渗透定律适用于层流条件下土体中水的渗流。

实验一：孔隙度、给水度、持水度的测定

实验一：孔隙度、给水度、持水度的测定1、实验内容：（1）熟悉给水度仪并对仪器进行标定；（2）测定不同试验样品的孔隙度、给水度和持水度。

2、主要设备：给水度仪，如图1-1、图1-2。

图1-1 给水度仪装置图1—装样筛；2—筛板；3—试样筒；4—透水石；5—固定连接板；6—试样筒底部漏斗；7—弹簧夹；8—硬塑料管；9—滴管；10—三通管图1-2 退水时给水度仪安置示意图1—H为三通管液面到透水石第面的距离；2—三通管液面实验二：达西渗流实验1、实验内容：（1）了解达西渗流实验装置；（2）达西定律是揭示水在多孔介质中渗流规律的实验规律。

它表示水在单位时间内通过多孔介质的渗透流量Q 与介质渗流长度l 成反比，与渗流介质的过水断面A 及上、下两测压管的水头差Δh 成正比。

A l h K Q ∆=根据上式，测定不同试验样品的渗透系数K ；（3）测定稳定流条件、变过水断面下砂性土的渗透系数。

2、主要设备：达西渗流实验仪（图2-1）及变径达西渗透仪（图2-2）图2—1 达西渗流实验仪装置图1—试样；2—进水开关；3—出水管；4—测压管；5—仪器架6—排气口图2-2 变径达西渗透仪实验三：测定砂土的毛细上升高度1、实验内容：毛细水上升高度是水在疏松岩石孔隙中因毛管力的作用。

以一定的速度上升，直至达到毛管水上升最大高度。

（1）观测并比较不同粒径砂样毛细上升速度；（2）观测砂土毛细饱和带水分的运动。

2、主要设备：毛细上升速度装置，如图3-1、图3-2。

图3—1 观测砂土中水的毛细上升速度装置图1—钢丝网；2—透水石；3—玻璃管；4—砂样；5—水槽；6—进水管；7—溢水管；8—支架图3—2 观测砂土饱和毛细水运移的装置图1—砂样；2—长管；3—铜丝网；4—短管；5—量杯实验四：潜水模拟演示1、实验内容：潜水与大气水和地表水的联系密切，积极参与水循环。

（1）观察地表径流；（2）观察和确定潜水面的形状；（3）观察和分析地下水分水岭的运动；（4）演示不同条件下的潜水流网。

实验一达西定律验证实验

实验一达西定律验证实验1 实验目的和要求（1）测定均质沙柱的渗透系数K 值；（2）测定通过沙柱的渗流量与水头损失的关系，验证渗流的达西定律。

2 实验原理液体在孔隙介质中流动时，由于粘滞性作用将会产生能量损失。

达西（Henry Darcy ）在1852-1855年间通过实验，总结得出渗流能量损失与渗流速度成一次方的线性规律，后人称为达西定律。

由于渗流速度很小，故速度水头可以忽略不计。

因此总水头H 可用测压水头h 来表示，水头损失w h 可用测压水头差来表示，即，于是，水力坡度J 可用测管水头坡度来表示：12w h h h hJ L L L-∆===式中：L 为两个测压管孔之间距离；1h 与2h 为两个测压孔的测压水头。

达西通过大量实验，得到砂柱内渗流量Q 与过水断面面积A 和水力坡度J 成正比，并和砂的透水性能有关，所建立基本关系式如下：12h h Q KAKAJ L-==或者式中v 为渗流简化模型的断面平均流速，即渗流速度；系数K 为反映孔隙介质透水性能的综合系数，即渗透系数。

实验中的渗流区为一圆柱形的均质砂体，属于均匀渗流，可以认为各点的流动状态是相同的，任意点的渗流流速v 等于断面平均渗流流速，因此达西定律也可以表示为：v KJ =。

渗流雷诺数用下列经验公式求：10.750.23ee vd R n υ=⋅+式中e d 为砂样有效粒径、v 为渗流速度、υ为流体的运动粘滞系数、n 为孔隙率。

3 实验仪器或设备直立圆筒沙柱；供水箱；量筒；测压管；秒表等。

4 实验步骤（1）记录基本常数，包括实验圆筒内径D 、测孔间距L及砂样有效粒径d e、孔隙率n 与水温T。

（2）开启供水管注水，让水浸透圆筒内全部砂体并使圆筒充满水；一般按流量从大到小顺h），通过调节出水口位置高度（即序进行实验。

本次实验采用固定供水箱以及该测压水头（1h）来改变测压水头差。

待水流稳定后，即可用体积法测定渗流量。

2（3）依次调整水头，待水流稳定后进行上述测量，共测10次。

渗流的基本定律(达西定律)

建立实验装置
根据实验需求，设计并建立渗流装置，包括渗流管、压力源、流量计等。
设定实验条件
设定恒定的水头压力、流量等实验条件，确保实验数据的准确性和可靠性。
实验结果分析
01
02
03
数据记录
详细记录实验过程中的水头压力、流量等数据，并确保数据的准确性和完整性。
数据处理
对实验数据进行整理、分析和处理，绘制水头压力与流量之间的关系曲线。
达西定律的发现可以追溯到19世纪初，由法国工程师达西通过实验观察到流体在砂质土壤中的流动规律，并提出了该定律。
达西定律的概述
达西定律描述了流体在多孔介质中的流动速度与压力梯度之间的关系。具体来说，当流体在多孔介质中流动时，流速与作用在流体上的压力梯度成正比，同时与介质的渗透系数有关。
达西定律的数学表达式为：v = -K * grad(p)，其中v是流速， K是介质的渗透系数，grad(p)是压力梯度。该公式表明流速与压力梯度成正比，与渗透系数成反比。
达西定律与实际渗流过程的联系
01
达西定律是描述均匀、定常、不可压缩流体在多孔介质中稳态流动的基本定律。
02
它指出，在一定条件下，流体的流量与压力梯度成正比，与介
质孔隙的阻力成反比。
达西定律适用于小孔径、低流速、高孔隙度、均质的多孔介质。
03
达西定律的局限性
1
达西定律不适用于非均匀、非定常、非线性流动，以及大孔径、高流速、低孔隙度、非均质的多孔介质。
渗流的基本定律（达西定律）
目录
• 引言 • 达西定律的数学表达 • 达西定律的物理意义 • 达西定律的实验验证 • 达西定律的应用实例 • 达西定律的发展与展望
01 引言

达西渗流实验报告

达西渗流实验报告引言达西渗流实验是一种通过测量孔隙介质中流体流动的实验，以研究孔隙介质的渗透性、渗透率等物理特性的方法。

本实验通过使用达西渗流仪对不同孔隙介质进行实验，研究不同孔隙率、不同渗透率条件下渗流的规律，为孔隙介质的研究提供一定的参考。

实验原理达西渗流实验是利用达西渗流仪对孔隙介质中流体流动进行测量的实验方法。

达西渗流仪包括一个圆筒形容器和一个注射器，通过注射器向圆筒形容器内注入一定压力的流体，使流体在孔隙介质中流动。

通过对流体流动的速度、压力等参数进行测量，可以得到孔隙介质的渗透性、渗透率等物理特性。

实验步骤1.准备工作（1）清洗达西渗流仪，将其内部和外部彻底清洗干净，以避免实验误差。

（2）准备不同孔隙率、不同渗透率的样品，将样品分别放入达西渗流仪容器中。

2.实验操作（1）将注射器插入达西渗流仪顶部，注入一定压力的流体，使其流经孔隙介质。

（2）测量流体流动的速度、压力等参数，记录实验数据。

3.实验结果分析（1）根据测量数据，计算孔隙介质的渗透性、渗透率等参数。

（2）分析不同孔隙率、不同渗透率条件下的流体流动规律和物理特性。

实验结果通过实验测量，我们得到了不同孔隙率、不同渗透率条件下的流体流动速度、压力等参数，计算出了孔隙介质的渗透性、渗透率等物理参数。

我们发现，不同孔隙率、不同渗透率条件下流体流动规律具有一定的差异，渗透率越大，流体流动速度越快，渗透性也越好。

此外，我们还发现，渗透率和孔隙率之间存在一定的关系，随着孔隙率的增加，渗透率也会增加。

结论通过达西渗流实验，我们得出了不同孔隙率、不同渗透率条件下的渗透性、渗透率等物理参数，研究了孔隙介质的渗透性、渗透率等物理特性。

本实验结果表明，渗透率和孔隙率之间存在一定的关系，随着孔隙率的增加，渗透率也会增加，同时渗透率越大，流体流动速度越快，渗透性也越好。

本实验结果对于孔隙介质的研究和应用具有一定的参考价值。

水文地质学基础实验(二) 达西渗流实验(岩石渗透系数的实验室测定)

实验二
达西渗流实验(岩石渗透系数的实验室测定)
地下水在岩石空隙中的运动称为渗流。当水力坡度等于1时的渗透速度为水的渗透系数。渗透系数是表征地下水在岩石空隙中渗透性能的指标, 是进行地下水资源评价、地下水中污染物迁移等各种水文地质研究和计算的重要参数。也是学生今后从事水文地质工作首先测定的最主要参数。
七、实验时注意事项
1、试验前一定要检察连接水头板的胶管和玻玻管中有无气泡, 需先排除后才能做。
2、计算时单位换算要统一成厘米克秒制。
八、撰写实验报告主要包括分析本实验所得结
果的正确性都受何条件影响和对本实验讲义后面思考题的解释。
石家庄经济学院工程学院
水文与水资源工程教研室监制
2004. 11
Q = KωI 或 V = KI
上式中Q、ω、I 均可在试验中测得, 则渗透系数K也就求出。
三、测定装置及所用仪器设备
四、测定步骤
五、实验数据记录表
测流实测渗透测压管
实验量的水流量水位次数时间体积 (cm3/s) (cm)
( s ) (cm3) Q H1 H2
水位水力水的
差值坡度
温度
(cm) (ΔH / L) H1━H2 I
(℃)
渗透系数
(cm/s) K
平均
D;___________
L;____________
六、计算由达西定律得： K = Q / ( Iω) I = (H1― H2) / L ω= ( D2 ) / 4
式中：L为达西仪侧面两水位
观测孔中心距离, D为达西仪园筒内径, 均可用盒尺量出; 将实验记录表中相应数据代入上式,即可求出渗透系数K,最后取其平均值。

达西渗流实验

达西渗流实验1实验目的（1）通过稳定流条件下的渗流实验，进一步理解渗流基本定律——达西定律。

（2）加深理解渗透流速、水力梯度、渗透系数之间的关系，并熟悉实验室测定渗透系数的方法。

2实验内容图1 达西仪装置图1—达西仪；2—进水开关；3—出水管；4—测压管；5仪器架（1）了解达西实验装置。

（2）根据达西公式I K LH k Q ωω=∆= 测定不同试样的渗透系数K 。

式中：Q —渗透流量；ω—过水断面面积；H ∆—上下游过水断面的水头差；L —渗透途径；I —水力梯度。

3实验仪器及用品（1）达西仪（图1），分别装有不同粒径的均质试样：1）砾石<粒径5—10mm>；a c b231 4 52)粗砂<粒径0.6—0.9mm>；3）砂砾混合<1）和2）的混合样>。

（2）秒表。

（3）量筒<100ml ，500ml 各一个>。

（4）直尺。

（5）方格纸<20*40cm>。

（6）计算器。

4实验步骤（1）测量仪器的几何侧参数分别测量过水断面面积（ω）、测压管a 、b 、c 的间距或渗透途径（L ）。

（2）调试仪器打开进水开关2，待水缓慢充满整个试样，且出水管有水流出，慢慢拧动开关2，调节进水量，使a 、c 两测压管读数之差最大。

同时注意打开排气口排尽试样中的气泡，使测压管a 、b 的水头与测压管b 、c 的水头差相等。

（3）测定水头待a 、b 、c 三个测压管的水位稳定后，读出个测压管的水头值。

（4）测定流量在进行步骤（3）的同时，利用秒表和量筒测量t 时间内水管流出水的体积，及时计算流量Q 。

连测两次，使流量的相对误差小于5%[相对误差()%1002/1212⨯+-=Q Q Q Q δ]，取平均值。

（5）由大往小调节进水量，改变a 、b 、c 三个测压管的读数，重复步骤（3）和（4）。

（6）重复步骤（5）1到3次。

即完成3—5次实验，取的3—5组实验数据。

达西渗流实验误差分析

达西渗流实验误差分析
达西渗流实验误差可能来自以下几个方面：
1. 实验条件不同：实验室环境的温度、湿度等因素可能会对实验结果产生影响,因此在不同的实验室环境下进行实验,结果可能会有所不同。

2. 试样制备的不同：试样的制备过程中,如试样的压实程度、试样的含水量等因素都会影响实验结果。

3. 仪器误差：在实验过程中,仪器的精确度、灵敏度等技术指标也会影响实验结果。

4. 操作员技术水平：实验人员的技术水平和经验也会影响实验结果。

5. 数据处理方法：实验数据的统计学方法和处理方法也会影响实验结果的精度和准确性。

因此,在进行达西渗流实验时,需要在实验前认真准备,保证实验条件尽量一致；同时在实验过程中,需要严格按照操作规程进行操作,增强实验人员技术水平和经验；在数据处理上,需要选择合适的方法,确保结果的准确性和可靠性。

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达西渗流实验
设计人：汪卓红程新颖
班级：土木结构0101
指导老师：毛根海教授
日期：2003年12月6日浙江大学建筑工程学院水利实验室
达西渗流实验
一实验目的
1 测定均质砂的渗透系数；
2 测定渗过砂体的渗流量与水头损失的关系，验证达西定律；
3 通过常水头线性渗流实验，进一步了解和掌握达西定律。

二实验装置
1---水泵及供水箱 2---常水头供水箱 3---可水平移动的标尺4---测压管 5---塑料平板 6---橡皮管
7---装砂圆筒 8---滤网 9---水桶
10---进水阀门 11---出水阀门 12---溢流管嘴本实验装置是采用半自动循环系统供水，设计简洁，但非常实用，实验结果可靠。

三实验原理
液体在孔隙介质中流动时，由于粘滞性作用将产生能量损失。

达西（Henri Darcy）在1852——1855年间通过实验，总结出渗流能量损失与渗流速度成一次方的线性规律，后人称为达西定律。

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可用测管水头h来表示，水头损失hw可用测管水头差来表示，即
H=h=z+p/γ, hw=h1-h2=Δh
则水力坡度J可用测管水头坡度来表示：
J=hw/L=(h1-h2)/L=Δh/L
式中：L为两个测量管孔之间距离；h1与h2为两个侧压孔的测管水头。

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，所建立基本关系式如下：
Q=KAJ
v=Q/A=kJ
式中v为渗流简化模型的断面平均流速；系数K为反映孔隙介质透水性能的综合系数，称为渗透系数。

实验中的渗流区为一圆柱形的均质砂体，属于均匀渗流，（本装置宜适用于中粗砂，细砂不是非常适合，因为常水头渗透实验本来就宜适用于粗土粒渗透系数的测定）可以认为各点的流动状
态是相同的，任一点的渗流流速u等于断面平均渗流流速，因此达西定律也可以表示为：
u=KJ
上式表明，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，因此称为渗流线性定律。

四实验方法与步骤
1、准备熟悉实验装置各部分结构特征、作用性能，认识装砂圆筒内砂的种类，记录有关常数。

2、加水关闭进水阀门10，接通水泵的电源，待常水头供水箱内充满水时，关闭出水阀门11，缓缓打开进水阀门10，注意此时阀门10不宜打开过大，以免砂样向上浮涌。

待水浸透装砂圆筒内全部砂体时，关闭阀门10。

3、排气静置数分钟，检查各测压管水位是否与装砂圆筒内的水面齐平，如不齐平，说明仪器有集气或漏气，需挤压测压管上的橡皮管，或用吸球在测压管上部将集气吸出，调至水位齐平为止。

4、测读数据在出水管12下放上烧杯，打开阀门10少许（流量不宜过大），使水缓慢由出水管12流入烧杯，待测压管水位稳定后（此时供水箱2应保持溢流，以使实验水头恒定，并且保持装砂圆筒7内的水面处于平静状态）测记各水位。

然后移开烧杯，用秒表与量筒测量出水管12流出的渗流水量，同时测记
供水箱2内水温，并重复一次。

接水时，出水管12出水口不浸
入水中。

5、改变水头重复实验调节阀门10的大小，再重复步骤
4两次并记录相关数据，注意每次调节阀门10时不宜过大，以
免砂样向上浮涌，同时还需注意供水箱2内的水面始终保持溢
流，并且保持装砂圆筒7内的水面处于平静状态。

6、排水关闭电源，关闭阀门10，同时打开阀门11待装砂圆
筒内水排尽后，打开阀门10，使供水箱内水排尽。

注意由于装砂圆筒内排出的水含有少量砂粒，不宜将此水倒入水泵水箱内，应倒入水池，重新打水加入水泵水箱中。

整理实验台，实验结束。

附：本实验考虑到时间比较长，装砂的过程已略，我们事先已经装好砂子。

如果真的要亲自动手装砂，请参考相关标准，务必注意将砂子装结实，且没有气泡存在于其中。

五实验成果及要求
基本常数：筒径D=20.0 cm,测孔间距L=10.0 cm.
本装置中砂子的种类为：粗砂。

附：渗透系数修正为标准温度20 ℃时的公式：k20 =k tηt/η20其中ηt，η20 为t℃和20℃时水的动力粘滞系数。