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达西实验

(2021-07-15 18:00:02) 百科综合

达西实验

1856年,法国工程师达西(H·Darcy)进行了水通过饱和砂的实验研究,发现了圆筒过水断面的渗流量与圆筒断面和水力坡度成正比,并和土壤的透水性能有关。此实验被称为达西实验,可以用来测定岩石的渗透係数。

基本介绍

  • 中文名:达西实验
  • 外文名:Darcyexperiment
  • 提出时间:1856
  • 实验者:达西(H·Darcy)
  • 作用:测定岩石的渗透係数
  • 仪器:达西仪
目的
(1) 掌握实验室测定孔隙介质渗透係数的方法,加深对岩石渗透係数的认识。
(2) 验证达西定律,从而提高对直线渗透定律的理解。
在野外确定渗透係数常用的方法有:井孔抽水、注水及试坑渗水、压水试验等方法。这些方法所得资料可靠,精度高,但效率低,成本高。在室内常用达西仪、戚姆仪及渗压仪、渗流槽等实验方法测定。本实验採用达西仪来测定岩石的渗透係数。

原理

达西通过大量实验,得到圆筒过水断面的渗流量Q与圆筒断面F和水力坡度Ⅰ成正比,并和土壤的透水性能有关,所建立基本关係式如下:
Q=KFI或V=Q/F=KI
式中V中:Q渗流简化模型的断面平均流速;
K的断岩石的渗透係数,反映了孔隙介质透水性能。

仪器结构

达西仪主要由四部分组成:
(1) 供水器装置(马氏瓶):以法国物理学家Mariotte命名的马利奥特瓶装置,是一种能控制水位又能自动连续补给水的量测装置。
(2) 渗透装置(试样筒):有机玻璃圆筒,上部设有进水孔,底部装有过滤板,下端有出水孔,供测量渗流量用,侧面有三个测压孔。
(3) 测压装置(测压板和测压管):在测压板上装有三根5~8mm带刻度的玻璃管,分别与试样筒上的三个测压孔连线,用于测定三个断面上的测压水位。三个测压管用胶管分别与试样筒相应的管孔连线。
(4) 排水装置:在测压板上均匀分布有一系列的圆孔,用于调节排水水位。其他设备有:100 mL的量筒、水槽、漏斗、捣棒、装样杯、秒表、温度计、管夹、胶皮管及吸气球等。
达西仪适用于砂土的渗透係数测定。

步骤

(1) 检查仪器设备是否齐全、完好。胶管与仪器连线处是否漏气漏水或堵塞。
(2) 装样:岩样有两种,即原状样和扰动样。原状样就是在野外取来土柱直接装到渗透装置(有机玻璃圆筒)内;扰动样则要按天然容重分层捣实,儘量接近天然状态,否则就没有实验意义了。装样前,在过滤筛板上放二层铜丝网,然后装样,每装3~5cm厚时,用捣棒轻击数次,并测定试样的孔隙度或容重,使其结构儘量符合实际状态。重複上述过程,直至试样超过最上一个测压孔以上5cm为止。
(3) 饱和试样(因达西定律是饱水带重力水运动的基本定律):先将排水水位调节高于试样水面,饱和试样时要自上而下进行注水(便于排气),打开供水管夹,待试样表面出现水膜时(即饱和),立即关闭供水夹,观察试样筒及三个测压管水位是否在同一水平面上(因此时试样筒与测压管是U型连通器),如果测压管水位不在同一水平面上,则说明有气泡存在或测压管被堵塞,这时需要排气,排气的方法有两种,即将测压板倾斜或用吸耳球从偏高或偏低水位的管中吸出气泡,达到水平,各测压管水位差小于1 mm为準。
(4) 实验测定:打开供水管夹(实验过程中保持常水头供水),调节排水水位(不能高于供水水位),当测压管水位稳定后(30s内水位变动小于1 mm),记录各测压管水位值(读弯液面下缘高度),同时测定在时间t(s)内流出排水管的渗透量及水温T(℃)。重複测定二次取其平均值。然后再调节二次排水水位(即改变水力坡度),如同前述测得二次调节后的各值。调节时应逐级上升或依次下降,不要跳跃式的上升或下降,以免装置内的渗透压变化剧烈,沖坏试样原有结构。

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