《水文地质学基础》实验实习讲义.docx

本实验为高柱仪法(图I —1),用以下两种方法均可求得其相应参数图I—1 高柱仪测定装置1一高柱筒2一橡胶管3一橡皮塞4—金属网5—调流量管夹6一接水桶7一供水瓶I实验部分实验一、松散岩石孔隙度、持水度和给水度的测定岩石的空隙是地下水赋存的场所和运移的通道，作为含水介质，空隙的性状严格控制着地下水 的分布、埋藏和运动特征在孔隙水研究中，首先要对岩石的孔隙度、持水度和给水度进行实际测定 以了解岩层容水、持 水和给水能力等方面的水文地质特征岩石的孔隙度是用以表征岩石容水性能的重要指标；岩石的持水度是用来表征岩石在重力作用 下仍能保持一定水量能力的指标；岩石的给水度是表征饱水岩石在重力作用下所释出或给出水量大 小的指标岩石的给水度是评价地下水资源量的一个重要参数 也是矿坑排水或疏干、建筑工程地基 设计和施工等工作必需的一个重要水文地质参数一、 实验目的及要求通过本次实验，使学生加深对孔隙度、给水度和持水度概念的理解，掌握室内测定基本方法；要 求学生在实验过程中认真观察和记录，分析本次实验后面的相关问题，写出实验报告书二、 测定方法及原理松散岩石的孔隙度、持水度与给水度测定方法，通常有高柱仪法和加压法，前者适用于砂和亚砂; 后者则用于粘土及亚粘土。

一)、直接测定水量法根据定义，只要测出装入高柱筒中 干试样的体积(V干试样)、试样饱水时所 用水的体积(向供水瓶内加入的水和剩 余水的体积之差)，即：V =V - V和在重力的作加水下试样水排出水的体 积(V ),则试样所保持的水体积(V ) 为：排水 7据此，就可求饱水相应的孔隙度(n)、 持水度(sr)和给水度(p )二)、间接测定水量法先将干试样装入高柱筒，并测出干试样体积(V )，倒出干试样，并将干燥试样称量获得其总 重量(W干试样)后，再装入高柱筒，并加水饱和，最后使其在重力的作用下自由流出，直至排尽根据 试样所排出的水量(V )、试样饱水时的含水率和重力作用下仍能保持的含水率与试样总重量W , 就可求出砂土的V排水V 然后再由后面式子求出相应的孔隙度(n)、持水度(sr)和给水度(苻样砂类土孔隙度等于其容水度；而膨胀性粘性土的孔隙度往往小于其容水度三、 测定装置(图I —1)及所用器具漏斗、塑料桶、供水瓶、支撑铁架、流量调节阀、高柱仪、接水桶、样品盒、托盘天平、橡胶 塞、牛角勺、烘箱、电子天平四、 测定步骤1、 用滤网垫住高柱筒底部排水孔，将橡胶塞斜面上抹少量凡士林，塞住高柱筒侧壁上各个取 样孔。

2、 用漏斗向高柱筒中分层加入干燥试样，一边装一边振动，使试样达到最大密实度当试 样装填高度达到高柱筒2/3时，将高柱筒横过来取样孔向下反复摇晃几次，使试样充潇高柱筒内所 有空间，再继续装填试样至距离高枉筒顶部孔口约3 - 5cm为止3、 用盒尺量取高柱筒内径和试样柱高度，计算试样体积，并填写记录表在相应测定孔隙度和测 定持水度实验数据表I —2和I —34、 接通电子天平电源，先称量盛试样的塑料桶重量，按去皮键清零将高柱仪筒内试样倒入塑 料桶内，称取试样总的净重量，并填入相应测定孔隙度和测定持水度实验数据记录表I—2和I 一3之后将试样按步骤2方法重新分层装填到高柱筒内5、 将供水瓶排水口用胶塞、玻璃管和胶管连接好，装上流量调节阀并关闭阀门，向瓶内加入 2/3容积水，将所加水体积填写在直接测定水量法实验数据记录表I—1,并将供水瓶放置在支撑铁 架子上连接供水瓶胶管与高柱仪筒下面水嘴6、 缓缓开启流量调节阀，使水自下而上流入高柱仪筒中，直至在高柱仪筒顶部孔口试样表面出 现水膜为止，此时试样己全部饱和随即关闭流量调节阀停止供水7、 从高柱仪筒顶部孔口中用牛角勺取30至50克饱水试样装入己称重并贴上标签的样品盒, 放在托盘天平上称量，将称量结果和样品盒重填写在测定孔隙度实验数据记录表I—2,之后放入瓷 盘中待烘。

8、 将接水塑料桶放在高柱仪筒下面，拔开高柱仪筒下面水嘴胶管，使水从高柱仪筒内试样中自 由释出，直至排尽为止9、 从上至下依次拔开高柱仪筒上各取样孔胶塞，用牛角勺在各取样孔掏取30至50克试样， 分别装入已称重并贴好标签的样品盒，称取重量后依次放入瓷盘，并将称量结果填写在测定持水度 实验数据记录表I—3，最后连同饱水样一起放入烘箱10、 将烘箱温度设定为105°C,烘6 一 7小时后，取出各个烘干样称量，并将称量结果填写在 相应的测定孔隙度和测定持水度实验数据记录表I—2和I —311、 将接水塑料桶内从高柱仪流出的水倒入量筒，量取其重力释水体积，并填写在相应直接测定 水量法实验数据记录表I—112、 将供水瓶中剩余的水放入量筒，量取供水瓶中剩余的水量，并填写在直接测定水量法实验 数据记录表I—113、 将高柱仪筒内试样倒出，并取出底部滤网，清洗干净，将各种器具放回原处五、实验数据记录与整理1、直接测定水量法表I—1直接测定水量法实验数据记录表实 验 次 数加入 瓶的 水量V瓶内剩余水量V剩水试样 饱和 水量V试样 排出 水量V试样 的持 水量V持水试样 的总 体积V干试杵实测 的孔 隙度n实测 的给 水度以实测 的持 水度 Sr注：表中体积单位：cm32、间接测定水量法实验数据记录表表1—2 测定孔隙度数据记录表实 验 次 数样 品 编 号湿样加盒重量(q3)干样 加盒 重量(q4)样品盒的重量(q』饱和 样含 水率(3 1)饱和样水 体积 (V饱水)实测 的孔 隙度(%)平均值试样的总重量W干式样 试样的体积V干式样 注：表中湿样为饱和试样，干样为烘干后样，重量单样位为克。

表1—3 测定持水度数据记录表实 验 次 数测 孔 编 号样 品 盒 号湿样加盒重量(q )1干样 加盒 重量(q )2样品 的盒 重量(q )0样品 的含 水率(3 )2样品 含水 体积(V持水)实测 的持 水度 (%)平均值试样的总重量W干式样 试样的体积V干式样注：表中湿样为保持水样样，干样为烘干后样，重量单位为克六、计算将以上实验数据记录表中各相应量代入下式即可求出其水文地质参数:其中:n = Sr + pn =(V / V )X100%饱水，干试样Sr =(V / V )X100%p =(V / V )X100%q - - — q2q — qV饱水=3知干试样/p水V = 3 XW /p上式中：W 为高柱仪内干试样总董乱p为水的比重常等于1V 也可由下式求出:干试样水 排水V排水=V V最后由实验数据记录表中各相关参数的平均值和以上n、Sr和p各公式求得其结果七、 实验中注意事项1、 试样充水时，水流量不宜调的过大，以免破坏试样结构2、 本实验应平行测定二次以上，平均误差不得大于0.5%八、 撰写实验报告主要包括对本次实验过程中所存在的问题和改进建议，及本次实验后面所提的问题的看法。

思考题1、 高柱仪筒内试样重力释水后，为什么要在其上部、中部和下部分别取样？2、 高柱仪筒内试样重力释出的水为什么形式水？释尽后试样中还保留的水是什么形式水?图I—2达西仪装置图1一试样2—进水开关3—出水管4—测压管5—仪器支架6一排气口实验二、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渗透系数是表征地下水在岩石空隙中渗透性能的指标，具 有速度的量纲(LT-1),在数值上等于水力坡度为1时的渗透速度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从事水文地质工作首先测定的最主要参数一、 实验目的和要求通过稳定流条件下的渗流实验，使学 生加深理解达西定律的建立条件，渗流速度、 水力坡度和渗透系数之间的关系，掌握测定 渗透系数的方法实验中要求学生认真观察, 分析本次实验后面的问题，写出实验报告书二、 测定原理由达西定律，常水头条件下，水流在 单位时间内透过岩石空隙的流量(Q)与岩石 的断面面积(3)、水力坡度(I )成正比：Q = K3 I 或 V = KI上式中Q、3、I均可在试验中测 得，则渗透系数K也就求出三、 测定装置(图I —2)及所用器具水平尺、量筒、秒表、盒尺、捣棒、 水位调节器、达西仪、测水头板。

四、测定步骤1、按达西仪筒体内径大小，裁取适当大小的过滤网放置在达西仪筒内网筛上，再取一长条形滤 网垫在达西仪筒内侧的两个水位观测孔口上2、 向达西仪筒内装入试样，一般装5cm厚用捣棒捣实一遍，直至超过达西仪筒内侧的上部水位 观测孔5cm左右为止，然后再在试样上铺一层2至3cm厚的卵石，以防实验时试样颗粒浮起3、 用水平尺校验使达西仪处于水平状态，通过调节达西仪下方三角架上三个镖丝，将达西仪调 平4、 将测水头板两胶管分别插上细玻璃管和胶塞与达西仪筒上的两个水位观测孔相连5、 用盒尺量取达西仪筒内径(D)和壁上分别代表两个过水断面的两个水位观测孔间距(L),分别 将测量数据填入实验数据记录表I—46、 将水位调节器下方排水管与达西仪筒底部供水嘴相连，水位调节器侧面溢水管和达西仪上部 排水管下面分别放上塑料接水桶再将连接自来水阀门的胶管口伸进水位调节器，并将水位调节器调 到合适高度通常高出达西仪20cm左右7、 慢慢打开自来水阀门，使自来水缓缓流入水位调节器，保持水位调节器侧面溢水口始终有水 稳定流出直到达西仪筒口有水出现并从达西仪上部排水管流出，且使达西仪筒口上保持稳定的水 位8、 观察测水头板上两玻璃管内水位。

若连接胶管内有气泡，则水位会发生异常，可用吸耳球 从两玻璃管上方口中将气泡吸出最后将上、下两管水位高度(H2，H「分别填入表1 —49、 用量筒和秒表观测从达西仪上部排水管流出的水量，每隔10 — 15分钟观测一次，连续观测 三次，每次误差均应小于5%,最后将测得的结果填入表1—410、 将水位调节器向上分别抬高20cm两次，重复上面操作过程，分别再观测水位和测流量6 次，将测得的结果填入表1—411、 拆除实验装置，倒出达西仪筒内试样，将仪器各部分清洗干净，放回原处五、实验数据记录表表1—4 岩石渗透系数的实验室测定数据记录表实 验 次 数测 流 量 时 间 (s)实测 的水 体积(cm3)渗透 流量 (cm3 /s)测管水(cm)H。