下载文档原格式
一、实验目的1. 理解渗透定律试验的基本原理。
2. 掌握渗透定律试验的操作方法。
3. 学习如何通过实验数据计算渗透系数。
4. 分析不同条件下渗透系数的变化规律。
二、实验原理渗透定律，又称达西定律，描述了在层流条件下，土体中水渗流速度与水力梯度之间的关系。
其表达式为：\[ V = k \cdot i \]其中，\( V \) 为水渗流速度，\( k \) 为渗透系数，\( i \) 为水力梯度。
渗透系数 \( k \) 是土体渗透性能的重要指标，其数值的大小取决于土体的颗粒组成、孔隙结构、孔隙水性质等因素。
三、实验仪器与材料1. 达西实验装置：包括直立圆筒、滤板、土样、测压管等。
2. 天然土样：采集不同类型的土样，如砂土、粘土等。
3. 量筒、天平、计时器等。
四、实验步骤1. 准备实验装置，包括直立圆筒、滤板、土样等。
2. 将土样放入圆筒中，使其密实。
3. 在土样上下两端分别安装测压管，并用橡皮塞封闭。
4. 向圆筒中加入水，使水位高于土样顶部。
5. 记录初始水头差 \( h_1 \)。
6. 打开橡皮塞，让水自由渗流，同时开始计时。
7. 每隔一定时间 \( t \) 记录测压管中的水头差 \( h_2 \)。
8. 当水头差基本稳定时，记录最终水头差 \( h_3 \)。
9. 重复上述步骤，进行多次实验。
五、实验数据与结果处理1. 计算水力梯度 \( i \)：\[ i = \frac{h_2 - h_1}{L} \]其中，\( L \) 为土样长度。
2. 计算渗透速度 \( V \)：\[ V = \frac{h_2 - h_1}{t} \]3. 计算渗透系数 \( k \)：\[ k = \frac{V}{i} \]六、实验结果与分析1. 通过实验数据计算不同土样的渗透系数 \( k \)。
2. 分析不同压实方式和配合比对渗透系数的影响。
3. 比较不同土样的渗透系数，探讨其渗透性能差异。
七、实验结论1. 渗透定律适用于层流条件下土体中水的渗流。
2.1 土的渗透定律渗定律2.2 渗透系数及其测定22渗透系数及其测定2.3 渗透力与渗透变形土的渗透问题概述浸润线上游土坝蓄水后水透过下游坝身流向下游流线等势线H隧道开挖时，地下水向隧道内流动水在土孔隙通道中流动的现象叫做水的；土可以被水透过的性质水在土孔隙通道中流动的现象，叫做水的渗流；土可以被水透过的性质，称为土的渗透性或透水性。
212.1土的渗透定律一、土中渗流的总水头差和水力梯度、土中渗流的总水头差和水力梯度vw h h z h ++=伯努利方程v u AA2gz h w A 21++=γv2gu z h Bw BB 22++=γhh h Δ=−21h ΔLi =达定律二、达西定律1856年法国学者Darcy 对砂土的渗透性进行研究qv A=v=ki达西定律'v A ==vq vA'A v v v ==v A n三达西定律适用范围与起始水力坡降三、达西定律适用范围与起始水力坡降讨论：砂土的渗透速度与水力梯度呈线性关系v=ki v密实的粘土，需要克服结合水的粘滞阻力后才能发0生渗透;同时渗透系数与水力坡降的规律还偏离达西定律而呈非线性关系i砂土v虚直线简化达西定律适用于层−=i b流，不适用于紊流i密实粘土)(b i i k v 起始水力坡降2.2 渗透系数及其测定一、渗透试验（室内）1.常水头试验————整个试验过程中水头保持不变适用于透水性大）的土适用于透水性大（k >10-3cm/s ）的土，例如砂土。
Athk kiAt qt 时间t内流出的水量LQ ===QL hAtk=2.变水头试验————整个试验过程水头随时间变化适用于透水性差，渗透系数小的截面面积a任一时刻t 的水头差为h ，经时段后细玻璃管中水位降落粘性土dt 后，细玻璃管中水位降落dh ，在时段dt 内流经试样的水量=－dQ adh在时段dt 内流经试样的水量dQ =kiAdt =kAh/Ldt1h aL＝管内减少水量＝流经试样水量()212lnh t t A k −dh 积－adh=kAh/Ldt分离变量dtaL kA h=−分二、渗透试验（原位）在现场打口试验井并安装z 在现场打一口试验井，并安装好抽水机具z 距井中心r 1、r 2处打两个观测水位的观测孔z 在井内不断抽水，并观测另两个观测孔的水位高度h 1、h 2，同时记录单位时间内的排水量2r )()ln(21221h h r q k −=π假定z 水沿水平方向流向抽水孔rh A π2=z 过水断面积上各点i 相等drdh i =dhdrdrrhkrhv Av q ππ22===khdh r q π2=22dr h r =)(ln 22122211h h k r q hdh k r q h r −=∫∫ππ1r 2ln r q ⎟⎟⎞⎜⎜⎛()21221h h r k −⎠⎝=π三影响渗透系数的因数三、影响渗透系数的因数z 土颗粒的粒径、级配和矿物成分z 土的孔隙比或孔隙率z 土的结构和构造z 土的饱和度z 水的动力粘滞度动力粘滞系数随水温发生明显的变化。
土渗透试验实验报告一、实验目的本实验旨在通过土渗透试验，测定土样的渗透系数，从而评估土体的水文地质特性，为工程设计和施工提供科学依据。
二、实验原理土渗透试验基于达西定律，即单位时间内通过单位面积土体的水量与水力梯度成正比。
通过测量不同水头差下的流速，可以计算土样的渗透系数。
三、实验材料与设备1. 土样：选取代表性的土样，确保其干燥度和颗粒组成均匀一致。
2. 渗透仪：包括固定土样的容器、水头差控制装置和流量测量装置。
3. 量筒、天平、秒表等辅助测量工具。
四、实验步骤1. 准备土样：将土样在标准条件下进行预处理，确保其达到所需的干密度和含水量。
2. 安装土样：将预处理后的土样均匀填充到渗透仪中，并确保土样与容器接触紧密。
3. 调整水头差：通过控制装置调整上下游的水头差，确保水头差在安全范围内。
4. 测量流量：开启水流，使用量筒和秒表记录一定时间内通过土样的水量。
5. 重复实验：改变水头差，重复测量，以获取多个数据点。
五、实验结果实验过程中，记录了不同水头差下的流量数据，通过达西定律计算得到土样的渗透系数。
实验结果表明，土样的渗透系数为\[ k =\frac{Q}{A(H_1 - H_2)/L} \]，其中\( Q \)为流量，\( A \)为土样的横截面积，\( H_1 \)和\( H_2 \)分别为上游和下游的水头，\( L \)为土样的长度。
六、结果分析根据实验结果，分析土样的渗透性，评估其在实际工程中的适用性。
渗透系数的大小反映了土体的渗透能力，对于设计排水系统、评估地下水流动等具有重要意义。
七、结论通过本次土渗透试验，我们成功测定了土样的渗透系数，并对其水文地质特性有了初步的了解。
实验结果将为后续的工程设计和施工提供重要的参考依据。
八、建议建议在实际应用中，根据土样的具体特性和工程需求，进一步优化土渗透试验的条件和方法，以获得更为准确的实验数据。
请注意，以上内容是一个模板性质的实验报告，实际实验报告应根据具体的实验条件、数据和结果进行编写。
教学内容设计及安排第一节达西定律【基本内容】渗透——在水位差作用下，水透过土体孔隙的现象。
渗透性——土具有被水透过的性能。
一、达西定律v =ki =k Lh或用渗流量表示为q =vA =kiA式中 v ――渗透速度，cm/s 或m/d ；q ――渗流量，cm 3/s 或m 3/d ；i =h /L ――水力坡降（水力梯度），即沿渗流方向单位距离的水头损失，无因次； h ――试样两端的水头差，cm 或m ； L ――渗径长度；cm 或m ；k ――渗透系数，cm/s 或m/d ；其物理意义是当水力梯度i 等于1时的渗透速度； A ――试样截面积，cm 2或m 2。
【注意】由上式求出的v 是一种假想的平均流速，假定水在土中的渗透是通过整个土体截面来进行的。
水在土体中的实际平均流速要比达西定律采用的假想平均流速大。
二、达西定律的适用范围与起始水力坡降对于密实的粘土：由于结合水具有较大的粘滞阻力，只有当水力梯度达到某一数值，克服了结合水的粘滞阻力后才能发生渗透。
起始水力梯度――使粘性土开始发生渗透时的水力坡降。
(a ) 砂土 (b ) 密实粘土 (c )砾石、卵石粘性土渗透系数与水力坡降的规律偏离达西定律而呈非线性关系，如图（b ）中的实线所示，常用虚直线来描述密实粘土的渗透规律。
()b i i k v -= (2-3)式中 i b ――密实粘土的起始水力坡降；对于粗粒土中（如砾、卵石等）：在较小的i 下，v 与i 才呈线性关系，当渗透速度超过临界流速v cr 时，水在土中的流动进入紊流状态，渗透速度与水力坡降呈非线性关系，如图（c ）所示，此时，达西定律不能适用。
第二节 渗透系数及其确定方法【基本内容】一、渗透试验1．常水头试验常水头试验适用于透水性大（k >10-3cm/s ）的土，例如砂土。
常水头试验就是在整个试验过程中，水头保持不变。
试验时测出某时间间隔t 内流过试样的总水量V ，根据达西定律At LhkkiAt qt V === 即 hAtVL k =2．变水头试验粘性土由于渗透系数很小，流经试样的总水量也很小，不易准确测定。
土渗透试验实验报告实验目的本实验的目的是研究土壤的渗透性质，了解土壤中水分的渗透能力及其对土壤的影响。
实验原理土壤的渗透性是指水分通过土壤的能力。
渗透性取决于土壤颗粒的形态、颗粒间的间隙、孔隙内部的连接性及土壤含水量等因素。
常用的土壤渗透性指标有渗透系数、渗透速率和持水能力等。
本实验采用土渗透试验方法，通过观察和记录土壤中水分的渗透情况，测量渗透速率和渗透系数，以评估土壤渗透性能。
实验步骤1. 实验准备收集所需实验设备和土样，确保实验仪器能正常运行。
2. 试验土样采集随机采集代表性的土样，在现场取得土壤样品。
3. 准备试验设备准备好试验装置，包括渗透仪、水桶、水泵、测量尺、台秤等。
4. 渗透试验操作将装置组装好，将土样放入装置中，调整土样的高度和宽度，使其紧密贴合。
倒入一定量的水，开始进行试验。
5. 观察和记录观察土壤中水分的渗透情况，记录下开始和结束时的水位差，记录时间和渗透速率。
6. 数据处理根据实验数据计算土壤的渗透系数、渗透速率以及持水能力等指标。
7. 结果分析根据实验结果分析土壤的渗透性质及其对水分的保持能力。
实验结果与讨论渗透速率和渗透系数根据实验数据计算出土壤的渗透速率和渗透系数，结果如下：- 渗透速率：X cm/h (根据实际测量结果填写)- 渗透系数：Y cm/s (根据实际计算结果填写)渗透能力根据实验数据及计算结果，我们可以得到土壤的渗透能力及其对水分的保持能力。
通过分析实验数据，我们可以得出如下结论：（根据实际分析结果填写）- 土壤的渗透速率较快/较慢，具有很好/较差的渗透性。
- 渗透系数表明土壤的渗透性能很高/较低。
- 土壤的持水能力较强/较弱，对水分的保持能力较好/较差。
结论通过本次土渗透试验，我们对土壤的渗透性质有了更深入的了解。
实验结果表明土壤的渗透能力对水分的保持能力有很大影响，渗透系数是评估土壤渗透性的重要指标。
实验的结果对土壤的水文性质和植物的生长有一定的实际意义。
3.2.2 尾矿的渗透特性影响上游法筑坝尾矿库安全稳定性的诸多因素中，尾矿库的渗流状态是最重要的因素之一。
只有深入分析尾矿库的渗流状态，才能确定合理的筑坝工程指标，选择合适的排渗方案，从而保证尾矿库的安全[65,73,74]。
目前，国内外对尾矿库进行渗流分析时很少考虑尾矿的渗透系数随填埋位置和时间的变化。
近代土力学的研究表明，土的渗透特性与土中孔隙的多少和孔隙的分布情况密切相关。
随着尾矿的排放，下部堆积尾矿的上覆土压力逐渐增加。
在上覆土压力的作用下，尾矿将逐渐排水固结，随着固结的进行，尾矿孔隙比逐渐减小，而孔隙比的减小必然引起渗透系数的变化。
堆积尾矿的渗透系数与上部固结压力和孔隙比之间存在何种关系是一个值得探讨的问题[75-76]。
本文通过室内试验的方法，研究不同固结压力和孔隙比条件下各类尾矿的渗透系数变化情况，从而为尾矿库渗流稳定性分析提供科学依据。
（1）固结—渗透联合测定装置说明①固结—渗透联合测定装置构造说明现有技术中进行土样渗透试验主要仪器为《土工试验方法标准》[68]（GB/T50123-1999）中所述的“常水头渗透试验”中的常水头渗透仪和“变水头渗透试验”中的变水头渗透仪。
上述仪器仅能进行单纯的渗透试验，但无法定量并均匀施加固结压力，因此很难精确得到孔隙比，导致试验数据不准确。
针对目前常见渗透试验装置存在的不足，为了减少同一试验中相同土样的制备数量和消除同一试验相同土样在制备过程中产生的误差，作者在70型渗透仪的基础上进行了合理改进，自行研制了固结—渗透联合测定装置，该装置不仅实现了定量、均匀施加固结压力，精确测定单一固结压力下的渗透系数的基本目的，而且实现了针对一个土样可以连续精确测定不同固结压力条件下土样的渗透系数，得到固结压力—孔隙比—渗透系数的定量变化规律，弥补了普通渗透装置由于无法定量、均匀施加固结压力，导致无法精确测定固结压力条件下土样的渗透系数，同时也不能连续测定不同固结压力下土样渗透系数的不足，提高了固结压力下渗透系数的测量精度而且大大减少了测定不同固结压力条件下土样渗透性的试验次数，该参数精度的提高使相关问题的研究更贴近实际。
固结—渗透联合测定装置的详细构造如图3.6所示：1—加压活塞；2—加压筒；3—进水口；4—溢水孔；5—支架；6—透水石；7—滤纸；8—土样；9—量筒。
.图3.6 固结—渗透联合测定装置示意图Fig. 3.6 Schematic plot of Osmotic Oedometer固结—渗透联合测定装置构造说明：本装置的溢水孔亦是测量孔。
通过加压活塞可以改变土样所承受的轴向荷载，加压活塞与加压筒的筒壁之间有间隙，水可在加压活塞与加压筒筒壁之间自由流动。
②试验方法：a.将透水石放入加压筒的底部，在透水石上放一层滤纸并将土样放入加压筒的内腔中，在土样上再放一层滤纸，放上透水石并在透水石上放上加压活塞；b.在支架两边分别安装1个百分表，并使两个百分表的触头分别顶在加压筒的上表面，在进水口上安装进水管，在溢水孔上安装流量计或在溢水孔外设置量筒，将本装置安装在固结试验台上；c.通过安装在进水口上的进水管向加压筒内注水，使土样排气、饱和；d.通过固结试验台施加一定的固结压力来模拟试样的不同压力状态，通过百分表读取土样的轴向变形量，当土样变形稳定时，测定渗透系数；e.通过固结试验台改变固结压力，再次进行其他固结压力条件下的渗透试验。
（2）不同固结压力条件下尾矿固结渗透试验①实验内容：使用固结—渗透联合测定装置采用常水头法分别测定阿哈来、同乃尾矿库各类型尾矿及混合尾矿、分层尾矿在0 kPa、32.5 kPa、65 kPa、130 kPa、260 kPa、390 kPa、780 kPa、1170 kPa八级固结压力下的渗透系数，每施加一级荷载后需等待沉降稳定后再测量其渗透系数，每个渗透系数测两次，固结稳定的判别标准为每小时沉降量小于0.01 mm。
取两次测量值的平均值作为该级荷载下的渗透系数。
为了减小试验误差，所有试验均在常温下进行。
②砂类尾矿固结—渗透试验方法：砂类尾矿渗透系数很大，因此为避免由于透水石渗透系数小于砂类尾矿渗透系数而造成的测量结果错误，采用金属网代替透水石，并在金属网上边铺上一层粗砂代替滤纸作为反滤层来进行砂类尾矿的固结—渗透试验。
修正各砂类尾矿的实际固结数据，以消除两端反滤层及金属网压缩变形对试验结果的影响，得到不同固结压力条件下砂类尾矿的实际单位沉降量和孔隙比。
图 3.7 固结—渗透联合测定装置图 3.8 尾矿的固结—渗透联合试验Fig. 3.7 Osmotic Oedometer Fig. 3.8 Osmotic Oedometer test of tailings③阿哈来、同乃尾矿库各类型尾矿的渗透试验结果及分析阿哈来、同乃尾矿库各类型尾矿，不同固结压力条件下孔隙比数据如表3.8所示：表3.8 阿哈来、同乃尾矿库各类型尾矿在各固结压力下的孔隙比数据 Tab. 3.8 Void ratio datas of all types of tailings under consolidation pressures固结压力/kPa 孔隙比e阿哈来 尾细砂 阿哈来 尾粉砂 阿哈来 尾粉土 阿哈来 原尾矿 同乃 尾粉砂 同乃 尾粉土 同乃 原尾矿 0 0.851 0.849 1.529 0.839 0.993 1.145 1.021 32.5 0.846 0.836 1.513 0.875 0.924 1.032 0.946 65 0.839 0.829 1.5 0.862 0.847 0.968 0.889 130 0.832 0.818 1.489 0.856 0.758 0.934 0.848 260 0.821 0.8 1.471 0.84 0.683 0.897 0.763 390 0.814 0.789 1.459 0.825 0.659 0.853 0.734 780 0.801 0.778 1.438 0.801 0.614 0.821 0.702 11700.7840.7691.4240.7970.5980.7820.679根据表3.8绘制阿哈来、同乃尾矿库各类型尾矿孔隙比与固结压力关系曲线，如图3.9、3.10所示：阿哈来原尾矿孔隙比e固结压力P（kpa）图3.9阿哈来尾矿库各类型尾矿的e p -关系Fig. 3.9 Relationship of e p - of all types of the A halai tailings孔隙比e固结压力P（kpa）图3.10同乃尾矿库各类型尾矿的e p -关系Fig. 3.10 Relationship of e p - of all types of the Tong nai tailings当固结压力增大时，各种尾矿试样的压缩规律与前面的压缩特性规律相近，但因有持续水流的作用，其结果有细微的差别，体现在阿哈来原尾矿和同乃尾粉土试样上，其孔隙比随固结压力的增大变化梯度稍大，阿哈来尾粉砂的最终孔隙比最小。
不同固结压力条件下尾矿土样渗透系数数据如表3.9所示：表3.9 阿哈来、同乃尾矿库各类型尾矿在不同固结压力下的渗透系数数据 Tab. 3.9 Permeability coefficient datas of all types of tailings under consolidation pressures 固结压力/kPa 渗透系数/(10-2cm/s)阿哈来 尾细砂 阿哈来 尾粉砂 阿哈来 尾粉土 阿哈来 原尾矿 同乃 尾粉砂 同乃 尾粉土 同乃 原尾矿 0 6.29 9.2 0.0891 0.58 0.095 0.0053 0.0065 32.5 6.19 8.18 0.0746 0.5 0.084 0.0042 0.0056 65 6.015 7.68 0.0669 0.42 0.077 0.0039 0.0052 130 5.804 6.98 0.0616 0.37 0.072 0.0037 0.0049 260 5.65 6.56 0.0565 0.34 0.068 0.0035 0.0047 390 5.54 6.31 0.0529 0.32 0.067 0.0032 0.0045 780 5.41 5.78 0.0486 0.3 0.066 0.0031 0.0044 11705.335.460.04650.290.0650.00290.0043根据数据表3.9绘制阿哈来、同乃尾矿库各类型尾矿渗透系数与固结压力关系曲线图3.11、3.12：1.0x102.0x103.0x104.0x105.0x106.0x107.0x108.0x109.0x10渗透系数k （c m /s ）固结压力（KPa）图3.11 阿哈来尾矿库各类型尾矿k p -关系Fig. 3.11 Relationship of k p - of all types of the A halai tailings渗透系数k （c m /s ）固结压力P（KPa）图3.12 同乃尾矿库各类型尾矿k p -关系Fig. 3.12 Relationship of k p - of all types of the Tong nai tailings阿哈来、同乃尾矿库各类型尾矿试样渗透系数与孔隙比的相关关系，如表3.10所示：表3.10 阿哈来、同乃各类型尾矿渗透系数与孔隙比的关系数据 阿哈来尾细砂孔隙比e 0.851 0.846 0.839 0.832 0.821 0.814 0.801 0.784 渗透系数k （10-2 cm/s ） 6.29 6.196.0155.8045.655.545.415.33阿哈来 尾粉砂孔隙比e 0.849 0.836 0.829 0.818 0.800 0.789 0.778 0.769 渗透系数k （10-2 cm/s ） 9.2 8.187.686.986.566.315.785.46阿哈来 尾粉土孔隙比e 1.529 1.513 1.500 1.489 1.471 1.459 1.438 1.424 渗透系数k （10-2 cm/s ） 0.0891 0.07460.06690.06160.05650.05290.04860.0465阿哈来 原尾矿 孔隙比e 0.839 0.875 0.862 0.856 0.840 0.825 0.801 0.797 渗透系数k （10-2 cm/s ） 0.580.50.420.370.340.320.30.29尾粉砂渗透系数k （10-2 cm/s ） 0.095 0.0840.0770.0720.0680.0670.0660.065同乃 尾粉土孔隙比e 1.145 1.032 0.968 0.934 0.897 0.853 0.821 0.782 渗透系数k（10-2cm/s ） 0.00530.00420.00390.00370.00350.00320.00310.0029同乃 原尾矿孔隙比e 1.021 0.946 0.889 0.848 0.763 0.734 0.702 0.679 渗透系数k（10-2 cm/s ） 0.00650.00560.00520.00490.00470.00450.00440.0043根据表3.10中阿哈来、同乃尾矿库各类型尾矿渗透系数与孔隙比的关系作各尾矿土样的渗透系数与孔隙比的关系曲线，如图3.13~3.19所示：1.0x102.0x103.0x104.0x105.0x106.0x10渗透系数k （c m /s ）孔隙比e图3.13 阿哈来尾细砂k e -关系Fig. 3.13 Relationship of k e - of the A halai fine sand tailings5.0x101.0x101.5x102.0x102.5x103.0x103.5x104.0x104.5x105.0x105.5x106.0x106.5x107.0x107.5x108.0x108.5x109.0x109.5x10渗透系数k （c m /s ）孔隙比e图3.14 阿哈来尾粉砂k e -关系Fig. 3.14 Relationship of k e - of the A halai fine silty sand tailings5.0x101.0x101.5x102.0x102.5x103.0x103.5x104.0x104.5x105.0x105.5x106.0x106.5x107.0x107.5x108.0x108.5x109.0x109.5x10渗透系数k （c m /s ）孔隙比e图3.15 阿哈来尾粉土k e -关系Fig. 3.15 Relationship of k e - of the A halai silty soil tailings5.0x101.0x101.5x102.0x102.5x103.0x103.5x104.0x104.5x105.0x105.5x106.0x10渗透系数k （c m /s ）孔隙比e图3.16 阿哈来原尾矿k e -关系Fig. 3.16 Relationship of k e - of the A halai original tailings5.0x101.0x101.5x102.0x102.5x103.0x103.5x104.0x104.5x105.0x105.5x106.0x106.5x107.0x107.5x108.0x108.5x109.0x109.5x10渗透系数k （c m /s ）孔隙比e图3.17 同乃尾粉砂k e -关系Fig. 3.17 Relationship of k e - of the Tong nai silty sand tailings5.0x101.0x101.5x102.0x102.5x103.0x103.5x104.0x104.5x105.0x105.5x10渗透系数k （c m /s ）孔隙比e图3.18 同乃尾粉土k e -关系Fig. 3.18 Relationship of k e - of the Tong nai silty soil tailings5.0x101.0x101.5x102.0x102.5x103.0x103.5x104.0x104.5x105.0x105.5x106.0x106.5x10渗透系数k （c m /s ）孔隙比e图3.19 同乃原尾矿k e -关系Fig. 3.19 Relationship of k e - of the Tong nai original tailings由图3.13～3.19可知，阿哈来、同乃尾矿库各类型尾矿的渗透系数均随着孔隙比的减小而减小，但是减小的程度不同，其中的阿哈来尾粉土、阿哈来原尾矿、同乃尾粉土减小了1倍左右。
