水文地質(zhì)學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

1、水文地質(zhì)學(xué)實(shí)驗(yàn)一 松散巖石容水度、給水度和持水度的測定實(shí)驗(yàn)類型：綜合 實(shí)驗(yàn)學(xué)時：2 實(shí)驗(yàn)要求：必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 認(rèn)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(guān)系。2、 掌握給水度儀的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)測出樣砂的容水度、給水度，通過計(jì)算得出持水度。三、儀器設(shè)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(shí)驗(yàn)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(dá)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(jìn)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(jìn)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(yīng)的容水度、給水度、持水度 。 容水度%=（進(jìn)水量/試樣體積）100%給水度%=（給水量/試樣體積）100%持水度%=（進(jìn)水量給水量）/試樣體積 100% 六、實(shí)驗(yàn)步驟1、飽和透水石及底部漏斗充水將試樣筒從開關(guān)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(guān)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(guān)閉b，倒去試樣筒中的水。2、測定透水石的負(fù)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(dāng)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(fù)壓值。3、測定試樣筒容積重復(fù)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(fù)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(shí)，裝樣至與筒中平齊為止。5、 測定進(jìn)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(guān)a控制進(jìn)水速度，使試樣逐漸飽水 。

4、(注意，若進(jìn)水速度過快，則孔隙中的氣體不易排出)。當(dāng)試樣表面看到液面時，立即關(guān)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(fù)壓值小5厘米。打開b，控制其緩慢退水，當(dāng)?shù)味ü芤好娣€(wěn)定時（2分鐘內(nèi)退水不足1毫升），關(guān)閉a、b，記下滴定管液面刻度。7、 換試樣，重復(fù)步驟46。七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理1、認(rèn)真填寫實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果。表1-1和表1-2。表1-1給水度儀編號透水石負(fù)壓值（水柱高，厘米）試樣筒容積（ mL ）第一次第二次選用負(fù)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(jìn)水量（mL）初始液面刻度 終止液面刻度進(jìn)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(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)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(yù)習(xí)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(shí)驗(yàn)二 達(dá)西滲流實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)類型：綜合 實(shí)驗(yàn)學(xué)時：2 實(shí)驗(yàn)要求：必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 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(shù)。2、通過測量透過砂土的滲流流量和水頭損失的關(guān)系，來驗(yàn)證達(dá)西定律。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通過測滲流筒兩測點(diǎn)間的壓差，求出流量、流速和滲透系

6、數(shù)。三、儀器設(shè)備本實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖所示。達(dá)西滲流定律實(shí)驗(yàn)儀裝置示意圖1、恒壓水箱 2、進(jìn)水閥 3、輸水管 4、進(jìn)水管 5、試驗(yàn)筒 6、試驗(yàn)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(jì)四、所需耗材樣砂、自來水 五、實(shí)驗(yàn)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(dá)西（Henri Darcy）在18521855年間通過實(shí)驗(yàn)，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(dá)西定律。由于滲流流速很小，故流速水頭可以忽略不計(jì)。

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(dá)西通過大量實(shí)驗(yàn)，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(guān)，所建立基本關(guān)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(dāng)實(shí)驗(yàn)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(rèn)為各點(diǎn)的流動狀態(tài)是相同的，任一點(diǎn)的滲流流速u等于斷面平均滲流流速，因此達(dá)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(shí)驗(yàn)步驟1、準(zhǔn)備 熟悉實(shí)驗(yàn)裝置各部分結(jié)構(gòu)特征、作用性能，認(rèn)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(shí)驗(yàn)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(yàn)砂 將干燥的試驗(yàn)砂分層裝入筒內(nèi)，每層2 3 cm，每加一層，用壓砂桿適當(dāng)壓實(shí)，裝砂量以高出上測壓點(diǎn)6 7 cm為宜。裝砂完畢，在實(shí)驗(yàn)砂上部加裝過濾網(wǎng)15及玻璃球。最后在試驗(yàn)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(yàn)桶頂部排氣嘴13及進(jìn)水閥2，關(guān)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(jìn)水管4進(jìn)入下穩(wěn)水室8，如若進(jìn)水管4中存在氣柱，可擠壓其軟管予以排除。繼續(xù)進(jìn)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(jìn)水閥2，待接上測壓計(jì)，并排氣后即可試驗(yàn)。4、測壓架排氣 待試驗(yàn)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(guān)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(jìn)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(jì)水位差。 6、調(diào)節(jié)出水閥17，改變流量，重復(fù)實(shí)驗(yàn)過程5，再次測量。 7、試驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉進(jìn)水閥門2、出水閥17，如果短期內(nèi)做該實(shí)驗(yàn)，為便于下次試驗(yàn)開啟，關(guān)閉進(jìn)水閥2、出水閥17、排氣嘴13、放空閥9，（防止試驗(yàn)筒內(nèi)進(jìn)氣）再關(guān)閉水泵。如果長期不做該實(shí)驗(yàn)，可將出水閥17、放空閥9（在水箱內(nèi)）開啟，關(guān)閉水泵，水體由放空閥9流回蓄水箱。七、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、 實(shí)驗(yàn)中不允許氣體滲入砂土中。若在實(shí)驗(yàn)中，下穩(wěn)水室8中有氣體滯留，應(yīng)關(guān)閉出水閥17，打開排氣嘴18，排除氣體。2、 實(shí)驗(yàn)停泵后，再次啟動時，應(yīng)使上水箱水位淹沒進(jìn)水口后，方可打開進(jìn)水閥2。否則，氣體將進(jìn)入進(jìn)水管。若進(jìn)水管4進(jìn)氣，應(yīng)予排除

11、，方法是：在上水箱正常溢流情況下，關(guān)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(jìn)水管倒流排氣。八、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理1 記錄有關(guān)常數(shù)。砂土名稱： 測點(diǎn)間距l(xiāng) = cm 砂筒直徑 d = cm2 記錄及計(jì)算（見表2-1）表2-1 滲流實(shí)驗(yàn)測記表序次1234測點(diǎn)間距(cm)測點(diǎn)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(yù)習(xí)與思考題1當(dāng)砂桶的試驗(yàn)段滯留大量氣泡后，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的滲流系數(shù)k有何影響？2 繪制V-J曲線圖實(shí)驗(yàn)三 潛水模擬演示一、實(shí)

12、驗(yàn)?zāi)康?熟悉與潛水有關(guān)的基本概念，理解潛水與潛水含水層的基本要素。2增強(qiáng)對潛水補(bǔ)給、徑流和排泄的感性認(rèn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jìn)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(diǎn)：與測壓管架上的測壓管連通，可以測定任一測壓點(diǎn)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(shí)體圖2示蹤劑：選用紅墨水演示流線。3直尺(50cm)和計(jì)算器等。四、實(shí)驗(yàn)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(guān)，人為調(diào)節(jié)降雨強(qiáng)度。保持兩河較低水位排水。認(rèn)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(qiáng)度與入滲、地表徑流的關(guān)系。（2）地形與地表徑流的關(guān)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(diǎn)的水頭都相等，即B、

14、C、D各點(diǎn)測壓水位分別與潛水面上M、N、O各點(diǎn)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(qiáng)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(shí)驗(yàn)二A剖面圖上。（2）在河與分水嶺之間選擇35個測壓點(diǎn)，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(diǎn)與測壓管連接(注意連接時不要進(jìn)氣)，測定測壓水位，按比例表示在A剖面圖上。自各測壓點(diǎn)測壓水位頂點(diǎn)作水平線交各測壓點(diǎn)所在的等勢線(各交點(diǎn)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(diǎn)，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(diǎn)水頭示意圖（測壓管涂黑部分為對應(yīng)點(diǎn)的測壓高度）4觀測地下分水嶺的偏移中等強(qiáng)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(rèn)真觀察停止降雨后地下分水嶺變化過程。五、實(shí)驗(yàn)成果1根據(jù)步驟3繪制實(shí)驗(yàn)二A剖面流網(wǎng)圖。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)四 土的毛細(xì)水上升高度測定實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證 實(shí)驗(yàn)學(xué)時：2 實(shí)驗(yàn)要求：必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

16、毛細(xì)上升高度是指水在松散巖石孔隙中毛細(xì)力的作用，以一定速度上升的最大高度。毛細(xì)上升高度對研究非飽和帶水的運(yùn)動、大氣將水入滲滯留量、水均衡計(jì)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(xì)管法測定毛細(xì)上升高度的原理及影響毛細(xì)上升高度的因素。2 熟悉非飽和帶中毛細(xì)水的賦存與運(yùn)動特征。3 了解毛細(xì)水傳遞靜水壓力的過程。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容觀測、比較不同粒徑砂樣的毛細(xì)上升速度，觀測砂土毛細(xì)飽和帶水的運(yùn)移。三、儀器設(shè)備卡明斯基毛細(xì)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(shí)驗(yàn)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(xì)管水上升高度得出上升速度。即根據(jù)毛細(xì)力支持上升水柱的原理實(shí)驗(yàn)。六、實(shí)驗(yàn)步驟1、裝樣：將欲測砂樣經(jīng)漏斗裝入玻璃管中，每裝