水文地質(zhì)學實驗項目

1、水文地質(zhì)學實驗一 松散巖石容水度、給水度和持水度的測定實驗類型：綜合 實驗學時：2 實驗要求：必修一、實驗目的1、 認識空隙中水的存在形式，加深理解松散巖石容水度、給水度、持水度、孔隙度的概念及相互關系。2、 掌握給水度儀的使用方法。二、實驗內(nèi)容實驗測出樣砂的容水度、給水度，通過計算得出持水度。三、儀器設備給水度儀、試樣筒、量筒、滴定管、水槽、管夾四、所需耗材沙子 自來水 擦水紙五、實驗原理、方法和手段將試樣裝入給水度儀的試樣筒中，自下而上充水，達到飽和后，在重力作用下，一部分水從孔隙中流出，另一部分保留在孔隙中，測得給進和退出的水量及試樣的體積，以求出容水度、給水度、持水度。先測出試樣筒的容

2、積即為裝入試樣筒中試樣的體積(V干試樣)，再測出試樣飽水時所用水的體積(從滴定管讀數(shù)視差) ,稱為進水量。最后在重力的作用下測出給出水的體積(V給水),則為給水量； 則試樣所保持的水體積(V持水)為：V持水=V飽水 V給水 據(jù)此, 就可求出相應的容水度、給水度、持水度 。 容水度%=（進水量/試樣體積）100%給水度%=（給水量/試樣體積）100%持水度%=（進水量給水量）/試樣體積 100% 六、實驗步驟1、飽和透水石及底部漏斗充水將試樣筒從開關C處卸下，以底部漏斗向上，倒置水槽中，并從底部管中吸氣，使透水石完全飽和（不在冒氣泡），并使底部漏斗完全充水，關閉b，在水中倒轉(zhuǎn)試樣筒，并保留半筒水

3、放回支架上。將滴定管充水，同時打開a、b，連接管子，關閉b，倒去試樣筒中的水。2、測定透水石的負壓值打開a、b，緩慢降低滴定管，同時注意觀察滴定管液面，當液面停止不同，接著突然上升時，液面到透水石底部的高差，即為該透水石的負壓值。3、測定試樣筒容積重復步驟1，試樣筒盛水與筒口平齊，然后將水倒入量筒，記下水的體積，重復測量三次，求其平均值。4、裝樣用干布將試樣筒內(nèi)壁擦干（注意不要接觸透水石），將試樣分次少量倒入，同時拍打試樣筒，以保證試樣均勻密實，裝樣至與筒中平齊為止。5、 測定進水量將滴定管充水至零刻度，然后抬高滴定管，使其液面高于試樣筒口，打開a、b，用開關a控制進水速度，使試樣逐漸飽水 。

4、(注意，若進水速度過快，則孔隙中的氣體不易排出)。當試樣表面看到液面時，立即關閉a，記下滴定管液面刻度。6、 測定退水量降低滴定管，使滴定管液面與透水石底部高差比透水石的負壓值小5厘米。打開b，控制其緩慢退水，當?shù)味ü芤好娣€(wěn)定時（2分鐘內(nèi)退水不足1毫升），關閉a、b，記下滴定管液面刻度。7、 換試樣，重復步驟46。七、實驗結(jié)果處理1、認真填寫實驗數(shù)據(jù)及計算結(jié)果。表1-1和表1-2。表1-1給水度儀編號透水石負壓值（水柱高，厘米）試樣筒容積（ mL ）第一次第二次選用負壓值第一次測定第二次測定平均值表1-2A砂粒徑B砂粒徑進水量（mL）初始液面刻度 終止液面刻度進水量退水量(mL)初始液面刻度

5、終止液面刻度退水量容水度（%）給水度（%）持水度（%）八、實驗注意事項1、充水結(jié)束底部漏斗不可留氣泡，固定后保證透水石面水平2、裝樣前擦干試樣筒時不可接觸飽和過的透水石。3、滴定管充水要緩慢，否則空隙中的氣體不易排出。九、預習與思考題1、從試樣中退出的水是什么形式的水，退水結(jié)束后，試樣中保留的是什么形式的水？2、能否得出該樣的空隙度?實驗二 達西滲流實驗實驗類型：綜合 實驗學時：2 實驗要求：必修一、實驗目的1、 測量樣砂的滲透系數(shù)k值，掌握特定介質(zhì)滲透系數(shù)的測量技術。2、通過測量透過砂土的滲流流量和水頭損失的關系，來驗證達西定律。二、實驗內(nèi)容通過測滲流筒兩測點間的壓差，求出流量、流速和滲透系

6、數(shù)。三、儀器設備本實驗裝置圖如圖所示。達西滲流定律實驗儀裝置示意圖1、恒壓水箱 2、進水閥 3、輸水管 4、進水管 5、試驗筒 6、試驗砂 7、下過濾網(wǎng) 8、下穩(wěn)水室 9、放空閥 10、水質(zhì)過濾器 11、蓄水箱 12、水泵 13、排氣嘴14、上穩(wěn)水室 15、上過濾網(wǎng) 16、溢流管 17、出水閥 18、排氣嘴 19、U型差壓計四、所需耗材樣砂、自來水 五、實驗原理、方法和手段液體在孔隙介質(zhì)中流動時，由于粘滯性作用將產(chǎn)生能量損失。達西（Henri Darcy）在18521855年間通過實驗，總結(jié)出滲流能量損失與滲流速度成一次方的線性規(guī)律，后人稱為達西定律。由于滲流流速很小，故流速水頭可以忽略不計。

7、因此總水頭H可用測管水頭h來表示，水頭損失hw可用測管水頭差來表示，則水力坡度J可用測管水頭坡度來表示： 式中：l為兩個測量管孔之間距離；h1與h2為兩個側(cè)壓孔的測管水頭。達西通過大量實驗，得到圓筒斷面積A和水力坡度J成正比，并和土壤的透水性能有關，所建立基本關系式如下： 式中 v 滲流斷面平均流速； k 土質(zhì)透水性能的綜合系數(shù)，稱為滲透系數(shù)； 滲流量；A 圓桶斷面面積；hw 水頭損失；l 測孔間距。當實驗中的滲流區(qū)為一圓柱形的均質(zhì)砂體時，屬于均勻滲流，可以認為各點的流動狀態(tài)是相同的，任一點的滲流流速u等于斷面平均滲流流速，因此達西定律也可以表示為： 上式表明，滲流的水力坡度，即單位距離上的水

8、頭損失與滲流流速的一次方成正比，因此稱為滲流線性定律。六、實驗步驟1、準備 熟悉實驗裝置各部分結(jié)構(gòu)特征、作用性能，認識裝砂圓筒內(nèi)砂的種類，記錄圓桶直徑D、測壓孔間距l(xiāng)等常數(shù)。下一步，若實驗從新裝干砂開始則轉(zhuǎn)入步驟2，若儀器已裝砂充水則轉(zhuǎn)入步驟4。2、安裝試驗砂 將干燥的試驗砂分層裝入筒內(nèi)，每層2 3 cm，每加一層，用壓砂桿適當壓實，裝砂量以高出上測壓點6 7 cm為宜。裝砂完畢，在實驗砂上部加裝過濾網(wǎng)15及玻璃球。最后在試驗筒上部裝接恒壓水箱1，并在兩法蘭盤之間襯墊兩面涂抹凡士林的橡皮墊，注意擰緊螺絲以防漏氣漏水。3、 新裝干砂加水 旋開試驗桶頂部排氣嘴13及進水閥2，關閉出水閥17、放空閥

9、9，開啟水泵對恒壓水箱1供水，恒壓水箱1中的水通過進水管4進入下穩(wěn)水室8，如若進水管4中存在氣柱，可擠壓其軟管予以排除。繼續(xù)進水，待水慢慢浸透裝砂圓筒內(nèi)全部砂體，并且使上穩(wěn)水室完全充水之后，旋緊排氣嘴13及進水閥2，待接上測壓計，并排氣后即可試驗。4、測壓架排氣 待試驗筒內(nèi)加水完成之后，把測壓架頂部排氣嘴旋開，用吸氣球放在排氣嘴抽吸氣體排除連通管與測壓管內(nèi)氣體，使測壓管保持一半空氣段，并及時旋緊氣嘴。關閉出水閥17，靜置數(shù)分鐘，檢查兩測壓管水位是否與裝砂圓筒內(nèi)的水面齊平，如不齊平，說明儀器有集氣或漏氣。需檢查原因或重新排氣。5、開啟進水閥2、出水閥17，待出水流量恒定后，用重量法或體積法測量流

10、量；測讀U型差壓計水位差。 6、調(diào)節(jié)出水閥17，改變流量，重復實驗過程5，再次測量。 7、試驗結(jié)束，關閉進水閥門2、出水閥17，如果短期內(nèi)做該實驗，為便于下次試驗開啟，關閉進水閥2、出水閥17、排氣嘴13、放空閥9，（防止試驗筒內(nèi)進氣）再關閉水泵。如果長期不做該實驗，可將出水閥17、放空閥9（在水箱內(nèi)）開啟，關閉水泵，水體由放空閥9流回蓄水箱。七、實驗注意事項1、 實驗中不允許氣體滲入砂土中。若在實驗中，下穩(wěn)水室8中有氣體滯留，應關閉出水閥17，打開排氣嘴18，排除氣體。2、 實驗停泵后，再次啟動時，應使上水箱水位淹沒進水口后，方可打開進水閥2。否則，氣體將進入進水管。若進水管4進氣，應予排除

11、，方法是：在上水箱正常溢流情況下，關閥9、17，開啟閥13、2，將洗耳球充滿水后，通過閥13口向上壓力水箱加壓注水，則可使進水管倒流排氣。八、實驗結(jié)果處理1 記錄有關常數(shù)。砂土名稱： 測點間距l(xiāng) = cm 砂筒直徑 d = cm2 記錄及計算（見表2-1）表2-1 滲流實驗測記表序次1234測點間距(cm)測點壓差(cm)h1 h2Dh水力坡度J流量qV體積(cm3)時間(s)流量（cm3/s)砂筒直徑d(cm)面積Acm2流速v(cm /s)滲透系數(shù)k(cm/s)備注九、預習與思考題1當砂桶的試驗段滯留大量氣泡后，對實驗結(jié)果的滲流系數(shù)k有何影響？2 繪制V-J曲線圖實驗三 潛水模擬演示一、實

12、驗目的1熟悉與潛水有關的基本概念，理解潛水與潛水含水層的基本要素。2增強對潛水補給、徑流和排泄的感性認識。3加深對流網(wǎng)、潛水流動系統(tǒng)概念的理解，培養(yǎng)綜合分析問題的能力。二、實驗內(nèi)容1觀察降水與降水入滲過程。2確定潛水面形狀。3分析地下水分水嶺的移動。4演示不同條件下的潛水流網(wǎng)。三、實驗儀器及用品1潛水演示儀(圖2-1)。該儀器的主要組成部分及功能介紹如下：(1)槽體：內(nèi)盛均質(zhì)砂，模擬含水層。(2)降雨器：模擬降雨，可人為控制雨量大小及降雨的分布。(3)模擬井：兩個完整井和兩個非完整井分別裝在儀器的正面(A面)和背面(B面)，均可人為對任一井進行抽(注)水模擬，也可聯(lián)合抽(注)水。(4)模擬集水

13、廊道：可人為控制集水廊道的排水。(5)測壓點：與測壓管架上的測壓管連通，可以測定任一測壓點的測壓水頭；注入示蹤劑可以演示流線。(6)測壓管架。(7)穩(wěn)水箱：用于穩(wěn)定河水位。圖2-1 潛水演示儀裝置實體圖2示蹤劑：選用紅墨水演示流線。3直尺(50cm)和計算器等。四、實驗步驟1 熟悉潛水演示儀的結(jié)構(gòu)及功能。2 降水入滲與地表徑流的演示。打開降雨開關，人為調(diào)節(jié)降雨強度。保持兩河較低水位排水。認真觀察降水與降水入滲過程、地表徑流產(chǎn)生情況。分析討論：（1）降雨強度與入滲、地表徑流的關系。（2）地形與地表徑流的關系。3觀測有入滲條件的潛水面形狀如圖22所示，潛水含水層中，等勢線上各點的水頭都相等，即B、

14、C、D各點測壓水位分別與潛水面上M、N、O各點的測壓水位相等。由此可以按以下具體步驟確定潛水面形狀。（1）中等強度降雨，保持兩河同等低水位排水，待水位穩(wěn)定后測定井水位和河水位，并按比例表示在實驗二A剖面圖上。（2）在河與分水嶺之間選擇35個測壓點，注入示蹤劑，觀察流線特征，分析流網(wǎng)分布規(guī)律，在A剖面圖上畫出流線和等勢線。（3）選擇35個測壓點與測壓管連接(注意連接時不要進氣)，測定測壓水位，按比例表示在A剖面圖上。自各測壓點測壓水位頂點作水平線交各測壓點所在的等勢線(各交點均在潛水位線上)。結(jié)合井水位和河水位以及各平行線與等勢線的交點，在A剖面圖上描繪潛水位線。圖 2-2 潛水含水層中等勢線任

15、一點水頭示意圖（測壓管涂黑部分為對應點的測壓高度）4觀測地下分水嶺的偏移中等強度均勻降雨，保持兩河等值低水位排水，觀察地下分水嶺位置。抬高一側(cè)河水位，即抬高一側(cè)的穩(wěn)水箱。觀察地下分水嶺向什么方向移動。試分析為什么分水嶺會發(fā)生移動？能否穩(wěn)定？停止降雨，地下分水嶺又將如何變化？認真觀察停止降雨后地下分水嶺變化過程。五、實驗成果1根據(jù)步驟3繪制實驗二A剖面流網(wǎng)圖。實驗二 潛水模擬演示（A剖面）2、思考題：河流附近河水位下方的水位要比河水位高，為什么？3、抬高右側(cè)河水位，分水嶺會如何偏移？河間地塊流網(wǎng)會如何變化？ 實驗四 土的毛細水上升高度測定實驗類型：驗證 實驗學時：2 實驗要求：必修一、實驗目的（

16、毛細上升高度是指水在松散巖石孔隙中毛細力的作用，以一定速度上升的最大高度。毛細上升高度對研究非飽和帶水的運動、大氣將水入滲滯留量、水均衡計算以及鐵路路基的穩(wěn)定性、土壤沼澤化、鹽漬化的研究等方面都有重要意義。）1 掌握用卡明斯基毛細管法測定毛細上升高度的原理及影響毛細上升高度的因素。2 熟悉非飽和帶中毛細水的賦存與運動特征。3 了解毛細水傳遞靜水壓力的過程。二、實驗內(nèi)容觀測、比較不同粒徑砂樣的毛細上升速度，觀測砂土毛細飽和帶水的運移。三、儀器設備卡明斯基毛細儀（圖3-1）、止水夾（普通2個和調(diào)速1個），小桶 圖3-1-供水箱 -玻璃管 -膠皮管 -試樣筒 -刻度管四、所需耗材粒徑不同（0.250.5mm、0.51mm、12mm）的砂子、自來水五、實驗原理、方法和手段卡明斯基管法基本原理：將試樣裝入有刻度的底部包有銅絲網(wǎng)的玻璃管中，然后置于水面上，記錄一定時間內(nèi)測定毛細管水上升高度得出上升速度。即根據(jù)毛細力支持上升水柱的原理實驗。六、實驗步驟1、裝樣：將欲測砂樣經(jīng)漏斗裝入玻璃管中，每裝