1、 實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)一、松散巖石孔隙度、持水度和給水度的測(cè)定巖石的空隙是地下水賦存的場(chǎng)所和運(yùn)移的通道, 作為含水介質(zhì), 空隙的性狀嚴(yán)格控制著地下水的分布、埋藏和運(yùn)動(dòng)特征。 在孔隙水研究中,首先要對(duì)巖石的孔隙度、持水度和給水度進(jìn)行實(shí)際測(cè)定, 以了解巖層容水、持水和給水能力等方面的水文地質(zhì)特征。 巖石的孔隙度是用以表征巖石容水性能的重要指標(biāo); 巖石的持水度是用來表征巖石在重力作用下仍能保持一定水量能力的指標(biāo)； 巖石的給水度是表征飽水巖石在重力作用下所釋出或給出水量大小的指標(biāo)。巖石的給水度是評(píng)價(jià)地下水資源量的一個(gè)重要參數(shù), 也是礦坑排水或疏干、建筑工程地基設(shè)計(jì)和施工等工作必需的一個(gè)重要水文地質(zhì)參數(shù)。 一、

2、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?通過本次實(shí)驗(yàn), 使學(xué)生加深對(duì)孔隙度、給水度和持水度概念的理解, 掌握室內(nèi)測(cè)定基本方法; 要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中認(rèn)真觀察和記錄, 分析本次實(shí)驗(yàn)后面的相關(guān)問題, 寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告書。 二、測(cè)定方法及原理 松散巖石的孔隙度、持水度與給水度測(cè)定方法, 通常有高柱儀法和加壓法, 前者適用于砂和亞砂; 后者則用于粘土及亞粘土。本實(shí)驗(yàn)為高柱儀法(圖1), 用以下兩種方法均可求得其相應(yīng)參數(shù)。 (一)、直接測(cè)定水量法根據(jù)定義, 只要測(cè)出裝入高柱筒中 干試樣的體積(V干試樣)、試樣飽水時(shí)所用水的體積(向供水瓶內(nèi)加入的水和剩余水的體積之差),即 ：V飽水=V加水 V剩水和在重力的作用下試樣排出水的體積(V

3、排水), 則試樣所保持的水體積(V持水)為：V持水=V飽水 V排水 據(jù)此, 就可求出相應(yīng)的孔隙度(n)、 圖1 高柱儀測(cè)定裝置持水度(sr)和給水度()。 1高柱筒 2橡膠管 3橡皮塞 4金屬網(wǎng) (二)、間接測(cè)定水量法 5調(diào)流量管夾 6接水桶 7供水瓶 先將干試樣裝入高柱筒, 并測(cè)出干試樣體積(V干試樣), 倒出干試樣, 并將干燥試樣稱量獲得其總重量(W干試樣)后, 再裝入高柱筒, 并加水飽和, 最后使其在重力的作用下自由流出, 直至排盡。根據(jù)試樣所排出的水量(V排水)、試樣飽水時(shí)的含水率和重力作用下仍能保持的含水率與試樣總重量W干試樣，就可求出砂土的 V持水及 V飽水。然后再由后面式子求出相

4、應(yīng)的孔隙度(n)、持水度(sr)和給水度()。砂類土孔隙度等于其容水度; 而膨脹性粘性土的孔隙度往往小于其容水度。三、測(cè)定裝置(圖1)及所用器具漏斗、塑料桶、供水瓶、支撐鐵架、流量調(diào)節(jié)閥、高柱儀、接水桶、樣品盒、托盤天平、橡膠塞、牛角勺、烘箱、電子天平。四、測(cè)定步驟1、用濾網(wǎng)墊住高柱筒底部排水孔， 將橡膠塞斜面上抹少量凡士林，塞住高柱筒側(cè)壁上各個(gè)取樣孔。2、用漏斗向高柱筒中分層加入干燥試樣， 一邊裝一邊振動(dòng)， 使試樣達(dá)到最大密實(shí)度。 當(dāng)試樣裝填高度達(dá)到高柱筒2/3時(shí)， 將高柱筒橫過來取樣孔向下反復(fù)搖晃幾次， 使試樣充滿高柱筒內(nèi)所有空間， 再繼續(xù)裝填試樣至距離高枉筒頂部孔口約3 5cm為止。3、

5、用盒尺量取高柱筒內(nèi)徑和試樣柱高度, 計(jì)算試樣體積, 并填寫記錄表在相應(yīng)測(cè)定孔隙度和測(cè)定持水度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表2和3。4、接通電子天平電源, 先稱量盛試樣的塑料桶重量, 按去皮鍵清零。將高柱儀筒內(nèi)試樣倒入塑料桶內(nèi), 稱取試樣總的凈重量, 并填入相應(yīng)測(cè)定孔隙度和測(cè)定持水度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表2和3。之后將試樣按步驟2方法重新分層裝填到高柱筒內(nèi)。5、將供水瓶排水口用膠塞、玻璃管和膠管連接好, 裝上流量調(diào)節(jié)閥并關(guān)閉閥門, 向瓶內(nèi)加入2/3容積水, 將所加水體積填寫在直接測(cè)定水量法實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表1, 并將供水瓶放置在支撐鐵架子上。連接供水瓶膠管與高柱儀筒下面水嘴。6、緩緩開啟流量調(diào)節(jié)閥, 使水自下而上流入高柱儀筒中

6、, 直至在高柱儀筒頂部孔口試樣表面出現(xiàn)水膜為止，此時(shí)試樣己全部飽和。隨即關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥停止供水。7、從高柱儀筒頂部孔口中用牛角勺取30 至 50克飽水試樣裝入己稱重并貼上標(biāo)簽的樣品盒, 放在托盤天平上稱量, 將稱量結(jié)果和樣品盒重填寫在測(cè)定孔隙度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表2, 之后放入瓷盤中待烘。8、將接水塑料桶放在高柱儀筒下面, 拔開高柱儀筒下面水嘴膠管, 使水從高柱儀筒內(nèi)試樣中自由釋出, 直至排盡為止。9、從上至下依次拔開高柱儀筒上各取樣孔膠塞, 用牛角勺在各取樣孔掏取30 至 50克試樣, 分別裝入已稱重并貼好標(biāo)簽的樣品盒, 稱取重量后依次放入瓷盤, 并將稱量結(jié)果填寫在測(cè)定持水度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表3， 最

7、后連同飽水樣一起放入烘箱。10、將烘箱溫度設(shè)定為105, 烘6一7小時(shí)后, 取出各個(gè)烘干樣稱量, 并將稱量結(jié)果填寫在相應(yīng)的測(cè)定孔隙度和測(cè)定持水度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表2和3。11、將接水塑料桶內(nèi)從高柱儀流出的水倒入量筒, 量取其重力釋水體積,并填寫在相應(yīng)直接測(cè)定水量法實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表1。12、將供水瓶中剩余的水放入量筒， 量取供水瓶中剩余的水量，并填寫在直接測(cè)定水量法實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表1。 13、將高柱儀筒內(nèi)試樣倒出, 并取出底部濾網(wǎng), 清洗干凈，將各種器具放回原處。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與整理1、 直接測(cè)定水量法表1 直接測(cè)定水量法實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表實(shí)驗(yàn)次數(shù)加入瓶的水量V加水瓶內(nèi)剩余水量V剩水試樣飽和水量V飽水試樣

8、排出水量V排水試樣的持水量V持水試樣的總體積V干試樣實(shí)測(cè)的孔隙度 n實(shí)測(cè)的給水度 實(shí)測(cè)的持水度 Sr注：表中體積單位：cm32、 間接測(cè)定水量法實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表表2 測(cè)定孔隙度數(shù)據(jù)記錄表實(shí)驗(yàn)次數(shù)樣品編號(hào)濕樣加盒重量(q3)干樣加盒重量(q4)樣品盒的重量(q0)飽和樣含水率(1)飽和樣水體積(V飽水)實(shí)測(cè)的孔隙度(%)平 均 值試樣的總重量W干試樣_ 試樣的體積V干試樣_注：表中濕樣為飽和樣, 干樣為烘干后樣, 重量單位為克。表3 測(cè)定持水度數(shù)據(jù)記錄表實(shí)驗(yàn)次數(shù)測(cè)孔編號(hào)樣品盒號(hào)濕樣加盒重量(q1)干樣加盒重量(q2)樣品的盒重量(q0)樣品的含水率(2)樣品含水體積(V持水)實(shí)測(cè) 的持水度(%)平

9、 均 值試樣的總重量W干試樣_ 試樣的體積V干試樣_ 注：表中濕樣為保持水樣, 干樣為烘干后樣, 重量單位為克。六、計(jì)算 將以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表中各相應(yīng)量代入下式即可求出其水文地質(zhì)參數(shù)： n = Sr + 其中： n =(V飽水/ V干試樣)100% Sr =(V持水/ V干試樣)100% =(V排水/ V干試樣)100% q3 q4 1 = q4 q0 q1 q2 2 = q2 q0 V飽水= 1W干試樣 /水 V持水 = 2W干試樣 /水 上式中：W干試樣為高柱儀內(nèi)干試樣總重量；水為水的比重常等于1。V排水也可由下式求出： V排水 = V飽水 V持水 最后由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表中各相關(guān)參數(shù)的平均值

10、和以上n、Sr 和各公式求得其結(jié)果。 七、實(shí)驗(yàn)中注意事項(xiàng)1、 試樣充水時(shí), 水流量不宜調(diào)的過大, 以免破壞試樣結(jié)構(gòu)。2、本實(shí)驗(yàn)應(yīng)平行測(cè)定二次以上, 平均誤差不得大于0.5%。 八、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告主要包括對(duì)本次實(shí)驗(yàn)過程中所存在的問題和改進(jìn)建議，及本次實(shí)驗(yàn)后面所提的問題的看法。 思考題 1、高柱儀筒內(nèi)試樣重力釋水后, 為什么要在其上部、中部和下部分別取樣？ 2、高柱儀筒內(nèi)試樣重力釋出的水為什么形式水？釋盡后試樣中還保留的水是什么形式水？實(shí)驗(yàn)二、達(dá)西滲流實(shí)驗(yàn)(巖石滲透系數(shù)的實(shí)驗(yàn)室測(cè)定)地下水在巖石空隙中的運(yùn)動(dòng)稱為滲流。滲透系數(shù)是表征地下水在巖石空隙中滲透性能的指標(biāo), 具有速度的量綱(LT-1), 在數(shù)

11、值上等于水力坡度為1時(shí)的滲透速度。是進(jìn)行地下水資源評(píng)價(jià)、地下水中污染物遷移等各種水文地質(zhì)研究和計(jì)算的重要參數(shù)。也是從事水文地質(zhì)工作首先測(cè)定的最主要參數(shù)。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵笸ㄟ^穩(wěn)定流條件下的滲流實(shí)驗(yàn), 使學(xué)生加深理解達(dá)西定律的建立條件, 滲流速度、水力坡度和滲透系數(shù)之間的關(guān)系, 掌握測(cè)定滲透系數(shù)的方法。實(shí)驗(yàn)中要求學(xué)生認(rèn)真觀察, 分析本次實(shí)驗(yàn)后面的問題, 寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告書。 二、測(cè)定原理由達(dá)西定律, 常水頭條件下, 水流在單位時(shí)間內(nèi)透過巖石空隙的流量(Q)與巖石的斷面面積()、水力坡度(I)成正比： Q = KI 或 V = KI上式中Q、I 均可在試驗(yàn)中測(cè)得, 則滲透系數(shù)K也就求出。三、測(cè)定裝置(

12、圖2)及所用器具水平尺、量筒、秒表、盒尺、搗棒、 圖2 達(dá)西儀裝置圖水位調(diào)節(jié)器、達(dá)西儀、測(cè)水頭板。 1試樣 2進(jìn)水開關(guān) 3出水管四、測(cè)定步驟 4測(cè)壓管 5儀器支架 6排氣口1、按達(dá)西儀筒體內(nèi)徑大小, 裁取適當(dāng)大小的過濾網(wǎng)放置在達(dá)西儀筒內(nèi)網(wǎng)篩上, 再取一長條形濾網(wǎng)墊在達(dá)西儀筒內(nèi)側(cè)的兩個(gè)水位觀測(cè)孔口上。2、向達(dá)西儀筒內(nèi)裝入試樣, 一般裝5cm厚用搗棒搗實(shí)一遍, 直至超過達(dá)西儀筒內(nèi)側(cè)的上部水位觀測(cè)孔5cm左右為止, 然后再在試樣上鋪一層2至3cm厚的卵石, 以防實(shí)驗(yàn)時(shí)試樣顆粒浮起。3、用水平尺校驗(yàn)使達(dá)西儀處于水平狀態(tài), 通過調(diào)節(jié)達(dá)西儀下方三角架上三個(gè)鏍絲, 將達(dá)西儀調(diào)平。4、將測(cè)水頭板兩膠管分別插上

13、細(xì)玻璃管和膠塞與達(dá)西儀筒上的兩個(gè)水位觀測(cè)孔相連。5、用盒尺量取達(dá)西儀筒內(nèi)徑(D)和壁上分別代表兩個(gè)過水?dāng)嗝娴膬蓚€(gè)水位觀測(cè)孔間距(L), 分別將測(cè)量數(shù)據(jù)填入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表4。6、將水位調(diào)節(jié)器下方排水管與達(dá)西儀筒底部供水嘴相連, 水位調(diào)節(jié)器側(cè)面溢水管和達(dá)西儀上部排水管下面分別放上塑料接水桶。再將連接自來水閥門的膠管口伸進(jìn)水位調(diào)節(jié)器, 并將水位調(diào)節(jié)器調(diào)到合適高度。通常高出達(dá)西儀20cm左右。7、慢慢打開自來水閥門, 使自來水緩緩流入水位調(diào)節(jié)器, 保持水位調(diào)節(jié)器側(cè)面溢水口始終有水穩(wěn)定流出。直到達(dá)西儀筒口有水出現(xiàn)并從達(dá)西儀上部排水管流出， 且使達(dá)西儀筒口上保持穩(wěn)定的水位。8、觀察測(cè)水頭板上兩玻璃管內(nèi)水位

14、。 若連接膠管內(nèi)有氣泡, 則水位會(huì)發(fā)生異常, 可用吸耳球從兩玻璃管上方口中將氣泡吸出。最后將上、下兩管水位高度(H2, H1)分別填入表4。9、用量筒和秒表觀測(cè)從達(dá)西儀上部排水管流出的水量, 每隔10一15分鐘觀測(cè)一次, 連續(xù)觀測(cè)三次, 每次誤差均應(yīng)小于5%, 最后將測(cè)得的結(jié)果填入表4 。10、將水位調(diào)節(jié)器向上分別抬高20cm兩次, 重復(fù)上面操作過程, 分別再觀測(cè)水位和測(cè)流量6次, 將測(cè)得的結(jié)果填入表4。11、拆除實(shí)驗(yàn)裝置, 倒出達(dá)西儀筒內(nèi)試樣，將儀器各部分清洗干凈, 放回原處。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表 表4 巖石滲透系數(shù)的實(shí)驗(yàn)室測(cè)定數(shù)據(jù)記錄表實(shí)驗(yàn)次數(shù)測(cè)流量時(shí)間(s)實(shí)測(cè)的水體積 (cm3)滲透流量

15、(cm3/s)Q測(cè) 壓管 的水 位(cm)水位差值(cm)H1 H2或H水力坡度(H / L) I水的溫度 ()滲透系數(shù)(cm/s) KH1H2平均D：_ L;_六、計(jì)算 由達(dá)西定律得： K = Q / ( I) I = (H1 H2) / L = ( D2) / 4式中：L為達(dá)西儀側(cè)面兩水位觀測(cè)孔中心距離, D為達(dá)西儀園筒內(nèi)徑, 均可用盒尺量出。將實(shí)驗(yàn)記錄表4中相應(yīng)數(shù)據(jù)代入上式, 即可求出滲透系數(shù)K。 最后取其平均值作為最終測(cè)得結(jié)果。 七、實(shí)驗(yàn)時(shí)注意事項(xiàng)1、 試驗(yàn)前一定要檢查連接水頭板的膠管和玻璃管中有無氣泡, 需先排除空氣后才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。2、2、計(jì)算時(shí)單位換算要統(tǒng)一成厘米克秒-1制。 八、

16、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告主要包括分析本實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果的正確性都受何條件影響和對(duì)本次實(shí)驗(yàn)后面思考題的解釋。 思考題 1、為什么要在測(cè)壓管水位穩(wěn)定后才能測(cè)流量？ 2、對(duì)于同一粒徑砂樣, 達(dá)西實(shí)驗(yàn)所做出的滲透系數(shù)與不同粒徑的滲透系數(shù)是否一樣？ 3、滲透圓筒垂直放置和傾斜放置所測(cè)的k值、I值、V值和Q值是否一樣？如果將滲透圓筒水平放置所求各值又怎樣？實(shí)驗(yàn)三、土的毛細(xì)水上升高度測(cè)定毛細(xì)水是賦存在包氣帶巖石空隙中的地下水, 它同時(shí)承受著重力和毛細(xì)力的共同作用。 最受人類關(guān)注的主要是地下水面以上的支持毛細(xì)水, 它分布在包氣帶下部形成毛細(xì)水帶, 毛細(xì)水上升高度決定著該帶的厚度。 飽水帶的地下水只所以能沿毛細(xì)空隙上升, 主要

17、是受毛細(xì)力的牽引。毛細(xì)力是發(fā)生在巖石介質(zhì)空隙中固、液、氣三相界面上的一個(gè)向上的力, 它是由巖石顆粒表面張力和重力共同對(duì)水的作用產(chǎn)生的。形成指向彎液面凹側(cè)向上的附加表面壓強(qiáng), 該附加壓強(qiáng)因彎液面上凹而向上, 為一負(fù)值, 稱為毛細(xì)負(fù)壓。因此, 凹液面所受的大氣壓強(qiáng)要比水平液面小一個(gè)毛細(xì)壓強(qiáng), 相當(dāng)于凹液面之下存在一個(gè)與毛細(xì)壓強(qiáng)相等的真空值。所以, 可認(rèn)為該毛細(xì)負(fù)壓力就是一個(gè)向上的彎液面力。該彎液面力抵抗著大氣壓力和重力使水沿毛細(xì)管上升, 直至液柱重力與之平衡。若換算成水柱高度可表示為：h = 0.03 / D 式中, h為水柱最大毛細(xì)上升高度(單位：m); D為毛細(xì)管的直徑(單位：mm)。 由上式

18、看出,毛細(xì)管直徑越小,水的毛細(xì)上升高度越大,反之則越小。因而在大孔隙的粗砂中, 毛細(xì)管直徑較大, 毛細(xì)水上升高度較小, 而細(xì)砂、粘土, 由于孔隙直徑較小, 毛細(xì)水上升高度則較大。 巖石中毛細(xì)水上升高度對(duì)于研究包氣帶水運(yùn)動(dòng)、大氣降水入滲補(bǔ)給地下水、農(nóng)田灌溉、鹽堿地改良、地下水污染及工程建筑地基處理設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性評(píng)價(jià)等, 都具有重要意義。 松散巖石的毛細(xì)水上升高度測(cè)定方法, 有直接觀察法和卡明斯基儀法。前者適用于粗砂和中砂, 后者則適用于粉砂和粘土。一、直接觀察法該法是將試樣裝入有刻度的玻璃管中, 管的底部縛有濾網(wǎng), 并放置于盛水槽中, 直接觀測(cè)毛細(xì)水的上升高度。1、測(cè)定裝置(圖3)鐵皮水槽、帶刻度

19、玻璃管、玻璃管架。2、測(cè)定操作步驟 將內(nèi)徑2 至 3cm, 長80 至 100cm, 兩端開口并有刻度的玻璃管一端用濾網(wǎng)包住并用尼綸繩捆緊。 將準(zhǔn)備好的粗砂、中砂、細(xì)砂、極 圖3 砂土毛細(xì)水上升高度直接觀測(cè)裝置細(xì)砂試樣分別用漏斗裝入不同玻璃管, 1銅絲網(wǎng) 2透水石 3玻璃管 4砂樣 使砂柱高度達(dá)到70 80cm即可。 5水槽 6進(jìn)水管 7溢水管 8支架將裝好砂樣的玻璃管分別插入玻璃管架, 包濾網(wǎng)一端放入鐵皮水槽內(nèi), 最后向鐵皮水槽內(nèi)加水, 至玻璃管零刻度線位置, 并始終保持該水位不變。 先按經(jīng)過5分鐘、10分鐘、20分鐘、30分鐘、60分鐘的時(shí)間間隔觀測(cè)和記錄各管中的毛細(xì)水上升高度, 以后每隔

20、數(shù)小時(shí)觀測(cè)各管毛細(xì)水上升高度一次, 直至穩(wěn)定為止。同時(shí)將觀測(cè)的結(jié)果填入表5。如果毛細(xì)水升高的濕潤面不平, 則可取其平均值。3、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表 表5 直接觀測(cè)毛細(xì)水上升高度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表觀察次數(shù) 觀察時(shí)間 各種粒度成分砂毛細(xì)上升高度(cm)日時(shí)分間隔(分)極細(xì)砂細(xì) 砂 中 砂粗 砂4、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理 將記錄表中數(shù)據(jù), 在同一座標(biāo)紙上分別繪出粗砂、中砂、細(xì)砂和極細(xì)砂的毛細(xì)水上升高度與時(shí)間關(guān)系曲線。該曲線可用如下經(jīng)驗(yàn)式表示： Hn = m t 上式中的 n、m, 可利用作圖分析方法分別確定。 并可求出其三條曲線的實(shí)用經(jīng)驗(yàn)式。 將上式兩邊取對(duì)數(shù)得： lgt = nlgH lgm 圖4 砂土的lgt lg

21、H 曲線顯然上式為一線性方程, 將所測(cè)的t 和H取對(duì)數(shù), 然后在雙對(duì)數(shù)紙上作其關(guān)系曲線(圖4), 其直線的斜率為n, 截距為lgm。取其反對(duì)數(shù)就可求出m來。其相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)式也就得出。二、卡明斯基儀測(cè)定法 1、原理該法是根據(jù)彎液面力能產(chǎn)生一定負(fù)壓力, 使供水中的靜水壓力小于外界大氣壓力。其壓差所支持的毛細(xì)水柱高度即為被動(dòng)的毛細(xì)力支持的下降水柱高度, 用連通管等壓面原理就可進(jìn)行測(cè)定。 2、儀器裝置(圖5)供水瓶、供水膠管、固定鐵架、玻璃巖樣管、橡膠塞、濾網(wǎng)、測(cè)壓管、木支架、排氣膠管、標(biāo)尺、固定板、流量調(diào)節(jié)閥、供(排)水玻璃管、玻璃三通A、玻璃三通B、U形膠管、固定架、接水桶。 3、測(cè)定步驟 將試樣裝入

22、玻璃巖樣管, 對(duì)于風(fēng)干擾動(dòng)砂土樣, 應(yīng)一邊裝一邊用搗棒搗實(shí),裝至約8cm高即可; 對(duì)于原狀砂土樣, 直 圖5 卡明斯基儀測(cè)定裝置接用切土筒削出8cm高試樣裝入玻璃管, 1供水瓶 2玻璃管 3三通管 4橡膠管周圍用蠟密封; 對(duì)于粘土樣, 則在濾網(wǎng)上 5測(cè)壓管 6標(biāo)尺 7管夾、閥 8排氣管鋪一粗砂緩沖層, 但供水玻璃管口應(yīng)高于 9橡膠塞 10濾網(wǎng) 11玻璃巖樣管緩沖層。最后將試樣的巖性、粒徑填寫在表6。 將供水膠管裝上流量調(diào)節(jié)閥并與供水瓶下排水口相連, 關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥, 向供水瓶加水至2/3容積。 將供水細(xì)玻璃管下端口與U形膠管相連, U形膠管另一端與玻璃三通B其中一端口相連, 玻璃三通B另外兩端

23、其中一端與測(cè)壓管下端口相連,另一端與玻璃三通A其中一端口用膠管相連。玻璃三通A另外兩端其中一端與供水瓶膠管相連, 另一端與裝有流量調(diào)節(jié)閥并伸進(jìn)接水桶的排水膠管相連。 關(guān)閉排水膠管上流量調(diào)節(jié)閥, 慢慢開啟供水膠管上的流量調(diào)節(jié)閥向土樣供水, 待土樣表面出現(xiàn)水膜完全飽和后, 關(guān)閉供水膠管上流量調(diào)節(jié)閥。 緩緩打開排水膠管上流量調(diào)節(jié)閥, 一邊向接水桶內(nèi)放水， 一邊注意觀察測(cè)壓管水位沿標(biāo)尺的下降情況, 待下降緩慢時(shí), 應(yīng)減緩排水速率, 直至水柱下降到一定高度停下來, 然后又猛的一跳, 向上快速返回時(shí)停止放水, 并記下開始回跳位置讀數(shù)、測(cè)定累計(jì)時(shí)間一同填寫在表6。 本實(shí)驗(yàn)應(yīng)平行做兩次以上, 取其平均值作為該

24、樣毛細(xì)水上升高度, 如果兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差太大, 應(yīng)重新另做。4、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表 表6 卡明斯基儀法測(cè)定毛細(xì)水上升高度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表實(shí)驗(yàn)次數(shù)巖 性粒 徑(mm) 測(cè)定累計(jì)時(shí)間毛細(xì)水上升高度 (cm)備 注時(shí) 分秒 平 均 值三、注意事項(xiàng)1、 試樣飽和時(shí)，供水速度宜慢，否則容易在試樣底部沖成小坑。2、 水位下降速度開始可控制在25cm/min, 最后可減至12cm/min。四、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告 包括直接觀測(cè)法和卡明斯基儀測(cè)定法的實(shí)驗(yàn)體會(huì)和看法。描述負(fù)水頭法測(cè)定過程中值得注意的現(xiàn)象等。分析本次實(shí)驗(yàn)后面所留的思考題。 思考題 1、用直接觀察法數(shù)據(jù)做出四種砂樣毛細(xì)水上升高度與時(shí)間關(guān)系曲線后, 請(qǐng)指出初期及后

25、期四種砂樣的毛細(xì)水上升速度自大而小的順序, 并分析其原因。2、從試樣中退出的水是什么形式的水？試樣中保留的是什么形式的水？3、如果改測(cè)粘土試樣, 毛細(xì)水上升高度數(shù)值是大還是??？ 實(shí)習(xí)部分實(shí)習(xí)一、編制潛水等水位線圖及潛水位埋藏深度圖一、實(shí)習(xí)目的1、 熟悉潛水等水位線圖及潛水位埋藏深度圖的編制方法。2、初步學(xué)會(huì)閱讀和利用潛水等水位線圖及潛水位埋藏深度圖。二、 潛水等水位線圖及潛水位埋藏深度圖的編制原則1、 編圖前必須掌握本地區(qū)水文地質(zhì)條件(地表水與地下水相互聯(lián)系狀況; 周圍山區(qū)基巖與平原或盆地松散沉積層的接觸及水力聯(lián)系狀況; 區(qū)內(nèi)斷裂分布特征及導(dǎo)水性質(zhì); 含水層與隔水層產(chǎn)狀與分布特征; 降水入滲與

26、蒸發(fā)強(qiáng)度等); 地形地貌特征及組成物成因類型。只有充分了解和掌握這些相關(guān)資料, 才能正確勾繪出各條潛水等水位線走向。2、選用的地形圖底圖比例尺, 應(yīng)大于或等于水文地質(zhì)觀測(cè)實(shí)際材料圖和所編制的潛水等水位線圖及水位埋藏深度圖。3、將水文地質(zhì)觀測(cè)點(diǎn)(井、泉、地表水體水位等)按水文地質(zhì)勘測(cè)規(guī)范要求統(tǒng)一編號(hào), 以適當(dāng)?shù)拇笮『鸵?guī)定的代表符號(hào)投在地形底圖上(如圖2圖例)。4、所選用的水文地質(zhì)觀測(cè)點(diǎn)水位必須是同一時(shí)間(一般要求最多不超過2天)統(tǒng)測(cè)的數(shù)據(jù)。5、不同比例尺的潛水等水位線圖及潛水位埋藏深度圖, 應(yīng)有相應(yīng)密度或數(shù)量的控制點(diǎn)(水文地質(zhì)觀測(cè)點(diǎn))。 若局部地段控制點(diǎn)少于水文地質(zhì)勘測(cè)規(guī)范要求, 對(duì)于大比例尺(

27、! : 5萬)的圖件必須在野外現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)補(bǔ)足觀測(cè)點(diǎn); 對(duì)于中、小比例尺的圖件(6m)。2、在所繪的潛水等水位線圖上, 用箭頭標(biāo)出AB、CD兩處的潛水流向, 并計(jì)算其水力坡度近似值。3、根據(jù)表2資料, 繪制II水文地質(zhì)剖面圖(要求繪出潛水位流向)。4、閱讀所繪圖件, 簡要分析潛水面形狀、埋藏特征與地形的關(guān)系; 潛水面坡度變化的原因, 以及潛水與河水的補(bǔ)排關(guān)系。5、 總結(jié)潛水等水位線圖上所揭示的各種水文地質(zhì)信息。注：1練習(xí)題圖表資料選自中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)講義, 為適合學(xué)生練習(xí)有所改動(dòng)。實(shí)習(xí)二、編制承壓水等水壓線圖一、實(shí)習(xí)目的1、掌握繪制承壓水等水壓線圖的基本方法。2、學(xué)會(huì)讀承

28、壓水等水壓線圖。二、編制承壓水等水壓線圖原則1、 繪制等水壓線圖時(shí), 所用的地形地質(zhì)底圖比例尺應(yīng)大于或等于水文地質(zhì)觀測(cè)實(shí)際材料圖和編制的承壓水等水壓圖比例尺。2、 承壓水等水壓線圖中所采用的所有水文地質(zhì)觀測(cè)點(diǎn)(井、鉆孔、泉、地表水觀測(cè)站點(diǎn))與所研究的該地下承壓水含水層都應(yīng)具有一定的水力聯(lián)系( 這些工作均應(yīng)在水文地質(zhì)勘查期間通過抽水、放射性示蹤或化學(xué)試劑示蹤、水質(zhì)資料分析等確定。這些方法都將在后續(xù)課程中介紹 )。3、 繪制承壓水等水壓線圖前應(yīng)了解和掌握該地區(qū)地形地貌、植被、地層巖性、厚度、產(chǎn)狀和時(shí)代、水文地質(zhì)條件等。在松散沉積區(qū), 應(yīng)掌握第四系沉積厚度與沉積物特征、古地貌和現(xiàn)代地貌空間分布關(guān)系。

29、在基巖地區(qū), 應(yīng)掌握褶皺發(fā)育類型、斷裂發(fā)育性質(zhì)、節(jié)理空間分布規(guī)律等。在巖溶區(qū), 還應(yīng)了解和掌握該區(qū)的巖溶發(fā)育和分布規(guī)律。因?yàn)檫@些都控制著承壓水等水壓線的流場(chǎng)分布狀態(tài)。4、 所采用的水文地質(zhì)觀測(cè)點(diǎn)靜水位, 必須是同一時(shí)間統(tǒng)測(cè)的數(shù)據(jù)(要求最多不超過3天)。尤其是巖溶十分發(fā)育地區(qū), 地下水從補(bǔ)給到徑流與排泄, 均以巖溶管道形式流動(dòng), 歷時(shí)很短。因此, 更應(yīng)在盡可能短的時(shí)間內(nèi)測(cè)得資料(最好當(dāng)天內(nèi))。5、 按規(guī)范要求, 對(duì)該區(qū)水文地質(zhì)觀測(cè)點(diǎn)統(tǒng)一編號(hào)。 用規(guī)定的各種符號(hào), 以適當(dāng)大小投在底圖上, 然后將各點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)標(biāo)上(見圖3 圖例)。6、 不同比例尺圖件, 規(guī)定有相應(yīng)數(shù)量和密度的水文地質(zhì)觀測(cè)點(diǎn)。 大比例

30、尺應(yīng)全部實(shí)測(cè)；對(duì)于中比例尺圖件, 若局部控制點(diǎn)不足, 一般情況應(yīng)補(bǔ)齊。但在條件不具備情況下(資金、設(shè)備、地形和水源等), 可依據(jù)地形、巖層產(chǎn)狀和厚度、巖性、構(gòu)造等資料進(jìn)行推測(cè)勾繪。但必須在有關(guān)文字說明或圖例中表示清楚。并建議以后有條件時(shí)進(jìn)一步查明；對(duì)于小比例尺圖件, 可依據(jù)有關(guān)資料進(jìn)行推測(cè)勾繪。三、承壓水等水壓線圖繪制方法承壓水水壓等值線的走向和形態(tài)影響因素十分復(fù)雜, 主要有構(gòu)造、巖性和人工作用等。1、 構(gòu)造構(gòu)造因素主要在基巖區(qū)影響比較明顯, 因?yàn)榈叵滤饕貜埿詳嗔?、?jié)理和裂隙運(yùn)動(dòng)。不同構(gòu)造發(fā)育地段地下水流動(dòng)途徑不同, 流場(chǎng)等水壓線形態(tài)則不同。(1)、斷層在張性斷層發(fā)育地段, 地下水主要沿主

31、干斷層破碎帶運(yùn)動(dòng), 細(xì)小裂隙僅提供儲(chǔ)水作用。所以, 在主干斷層破碎帶走向方向地下承壓水測(cè)壓水面呈傾斜的槽狀分布, 沿主干斷裂帶等水壓線呈向地下水流方向凹形彎曲狀, 且密度較疏。而周圍兩側(cè)分布較密, 滲透能力較弱, 水力坡度較大。在壓性或剪性斷層發(fā)育地段, 地下水主要沿主斷層帶外圍兩側(cè)的派生張性裂隙運(yùn)動(dòng), 主斷層帶上則無水流。 因此, 該地段的承壓水等水壓線平行主斷層帶走向, 垂直或以一定角度斜交穿過外圍兩側(cè)張性裂隙發(fā)育帶, 測(cè)壓水面呈W形, 但兩邊分布多數(shù)情況下不對(duì)稱。在巖溶區(qū), 張性斷層、裂隙發(fā)育帶, 下伏巖溶溶洞、溶孔和溶蝕裂隙也很發(fā)育。在我國北方地區(qū)多呈巖溶徑流帶形式存在, 而南方則以大

32、型巖溶管道和地下暗河發(fā)育。其地下承壓水測(cè)壓水面形狀在巖溶發(fā)育早期基本上同上述相近； 在巖溶發(fā)育的中期多呈U形, 北方寬淺, 南方窄深；后期地下承壓水測(cè)壓水面形狀, 只能根據(jù)非可溶巖的分布特征、可溶巖層溶蝕殘留情況, 地表水系分布特征等確定。(2)、褶皺在褶皺構(gòu)造發(fā)育的非可溶巖區(qū), 由于褶皺軸部節(jié)理、裂隙發(fā)育, 地下水多沿褶皺軸部分布和運(yùn)動(dòng)。因而, 在這些地區(qū)向斜構(gòu)造中蘊(yùn)藏的地下水多數(shù)都很豐富, 地下承壓水測(cè)壓水面呈槽狀, 等水壓線形狀同上面張性主干斷裂帶。背斜構(gòu)造只有在特殊條件下才蘊(yùn)藏豐富的地下水, 地下承壓水測(cè)壓水面從補(bǔ)給區(qū)到排泄區(qū)多呈較窄緩的斜面狀, 等水壓線分布由裂隙發(fā)育程度和導(dǎo)水性能,

33、 呈垂直或斜交穿過。在可溶巖區(qū), 巖溶發(fā)育早期同上述情況。巖溶發(fā)育中期褶皺軸部地下溶洞、暗河極為發(fā)育，褶皺軸部測(cè)壓水面呈U形狀, 向斜較窄, 背斜較寬。巖溶發(fā)育晚期褶皺軸部可溶巖被溶蝕飴盡, 地下水失去壓力轉(zhuǎn)為潛水或地表水。而兩翼則地下水多沿平行非可溶巖巖層與可溶巖巖層接觸面運(yùn)動(dòng), 其流向與褶皺構(gòu)造的展布方向大致相同, 測(cè)壓水面形態(tài)從兩翼到軸部方向呈傾斜彎曲狀。3、 巖性及地層產(chǎn)狀在可溶巖與非可溶巖接觸地帶, 地下水沿可溶巖承壓含水層運(yùn)動(dòng)到與非可溶巖接觸處時(shí)受阻, 地下水或出露為上升泉或沿接觸帶巖層層面裂隙繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。因此, 其承壓水等水壓線走向垂直或斜交此接觸帶走向。在沉積平原內(nèi)部, 承壓含水

34、層的隔水頂、底板多為亞砂土、亞粘土或砂質(zhì)粘土, 具弱透水性質(zhì)。使下部承壓含水層中的水與上部承壓含水層或潛水含水層中水多少有些水力聯(lián)系。因此, 該承壓含水層的等水壓線形狀受上、下含水層水壓的影響。在天然狀態(tài)下, 各含水層靜水壓力可能接近。 當(dāng)某一含水層被強(qiáng)開采時(shí), 各含水層靜水壓力出現(xiàn)明顯差異。 未開采的含水層由于越流作用, 靜水壓力也有所下降, 但保持高于采水含水層。其測(cè)壓水面圍繞開采井呈較淺的漏斗狀分布。3、 人工作用在我國北方的大多數(shù)山麓平原或坳陷盆地邊緣, 由于煤礦采掘強(qiáng)烈排水疏干奧陶系灰?guī)r中的巖溶水, 造成地面出現(xiàn)許多塌陷(陷落柱), 這些塌陷多具有一定規(guī)律分布。有些呈帶狀、串珠狀或樹

35、枝狀, 說明下伏可溶巖巖溶徑流帶沿此走向分布。下伏承壓含水層測(cè)壓水面沿此帶呈槽狀, 是該煤礦開采井群最主要的導(dǎo)水通道。測(cè)壓水面下降漏斗沿此方向擴(kuò)展較明顯。四 、承壓水等水壓線圖的判讀承壓水等水壓線圖反映著該區(qū)域承壓含水層地下含水系統(tǒng)的流場(chǎng)分布狀況。由該等水壓線圖可大致了解該地區(qū)地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄、埋藏和富集的規(guī)律。1、 補(bǔ)給由承壓水等水壓線的標(biāo)高值與地形等高線標(biāo)高值, 結(jié)合地表巖層露頭, 可大致圈定出。通常在補(bǔ)給區(qū)承壓水等水壓線標(biāo)高值小于地形等高線值, 呈無壓狀態(tài), 且地表有大面積的透水巖層或風(fēng)化破碎巖石出露。 2、徑流根據(jù)承壓水等水壓線反映的槽狀測(cè)壓水面(實(shí)際為不連續(xù))和垂直于承壓水等水壓線所做的水流方向(用箭頭表示), 可判斷出該地區(qū)地下水的徑流狀況。3、排泄由等水壓線圖上的泉、河谷泄流點(diǎn)、濕地或沼澤位置(這些位置的地下承壓水等水壓線標(biāo)高值等于地形等高線的標(biāo)高值), 以及等水壓線圖上水流箭頭方向密集匯集處可判斷和圈定出。4、埋深由承壓水等水壓線圖上疊加的承壓含水層頂板等高線標(biāo)高值與該點(diǎn)地形等高線標(biāo)高值相減, 可確定該點(diǎn)承壓含水層中地下水的埋藏深度。5、富水地段根據(jù)該區(qū)承壓含水層等水壓線圖上地下水徑流和匯集狀況、承壓水埋深、含水層厚度或構(gòu)造發(fā)育程度和范圍, 可大致圈出其富水地段。6、確定井位在基巖地區(qū),