实验一 达西定律验证实验
1 实验目的和要求
（1）测定均质沙柱的渗透系数K 值；
（2）测定通过沙柱的渗流量与水头损失的关系，验证渗流的达西定律。

2 实验原理
液体在孔隙介质中流动时，由于粘滞性作用将会产生能量损失。

达西（Henry Darcy ）在1852-1855年间通过实验，总结得出渗流能 量损失与渗流速度成一次方的线性规律，后人称为达西定律。

由于渗流速度很小，故速度水头可以忽略不计。

因此总水头H 可用测压水头h 来表示，水头损失w h 可用测压水头差来表示，即
，
于是，水力坡度J 可用测管水头坡度来表示：
12w h h h h
J L L L
-∆=
==
式中：L 为两个测压管孔之间距离；1h 与2h 为两个测压孔的测压水头。

达西通过大量实验，得到砂柱内渗流量Q 与过水断面面积A 和水力坡度J 成正比，并和砂的透水性能有关，所建立基本关系式如下：
12
h h Q KA
KAJ L
-==或者
式中v 为渗流简化模型的断面平均流速，即渗流速度；系数K 为反映孔隙介质透水性能的综合系数，即渗透系数。

实验中的渗流区为一圆柱形的均质砂体，属于均匀渗流，可以认为各点的流动状态是相同的，任意点的渗流流速v 等于断面平均渗流流速，因此达西定律也可以表示为：v KJ =。

渗流雷诺数用下列经验公式求：1
0.750.23
e
e vd R n υ
=
⋅
+
式中e d 为砂样有效粒径、v 为渗流速度、υ为流体的运动粘滞系数、n 为孔隙率。

3 实验仪器或设备
直立圆筒沙柱；供水箱；量筒；测压管；秒表等。

4 实验步骤
（1）记录基本常数，包括实验圆筒内径D 、测孔间距L及砂样有效粒径d e、孔隙率n 与水温T。

（2）开启供水管注水，让水浸透圆筒内全部砂体并使圆筒充满水；一般按流量从大到小顺
h），通过调节出水口位置高度（即序进行实验。

本次实验采用固定供水箱以及该测压水头（
1
h）来改变测压水头差。

待水流稳定后，即可用体积法测定渗流量。

2
（3）依次调整水头，待水流稳定后进行上述测量，共测10次。

5 实验数据记录
（1）相关常数：
圆筒内径D=cm；
渗透路径L=cm；
d= cm；
沙粒有效粒径
e
孔隙率n=；
渗透水温T=℃；
运动粘滞系数υ=cm2/s
（2）实验记录表格
6 实验结果与数据处理
h，渗流量Q，水利坡度J，渗流速度v，渗透系数K，（1）计算出各测次的渗流水头损失
w
并填如下表；
h的关系曲线；
（2）给出流量Q与水头损失
w
（3）给出渗流速度v与水力坡度J的关系曲线；
R。

（4）计算出相应的临界雷诺数
e
7 分析思考问题
d不变时，流量Q为多少即为渗流实验上限？反过来当流量Q不变（1）当砂样有效粒径
e
d等于多大时为实验上限？若要确定达西定律的适用范围，实验应如何进行？
时，
e
（2）盛砂样的圆筒垂直放置、倾斜放置或水平放置，对实验测得的Q、v、J与渗透系数K 值有无影响？如将圆筒倒置，上述各值是否改变？。