水文地质学实验实习讲义.docx

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水文地质学实验实习讲义

水文地质学基础

实验实习讲义

曹继星刘金峰编

水文与水资源工程教研室

内容简介

根据水文地质学基础学科发展和教学需要,本书共设两大部分：

Ⅰ实验部分和Ⅱ实习部分。

Ⅰ部分主要包括松散岩石孔隙度、给水度和持水度测定;岩石渗透系数的实验室测定和毛细水上升高度测定实验。

并配备有各次实验过程的详细操作步骤和实验数据整理与计算多媒体影视教学光盘,以使学生更容易学习和掌握；Ⅱ部分主要包括编制潜水等水位线图及水位埋藏深度图、编制承压水等水压线图、水化学分析资料整理、岩溶及岩溶水的发育规律和读水文地质图实习。

各次实习内容中除介绍了各种图件的编制原则和编制方法,各种水化学资料的整理、分析、检验和水文地质图判读基本知识与方法外,还附有相应结合生产、科研实践的练习题,使学生能够熟练掌握水文地质资料整理和图件阅读的基本技能。

本书理论联系实际,不仅可作为水文与水资源工程、环境工程、土木工程、资源勘查、勘查技术与工程等专业学生学习《水文地质学基础》课程的实验实习教材,还可作为学生今后从事有关水文地质工作的重要技术参考资料。

前言

《水文地质学基础》实验实习讲义是根据《水文地质学基础》教学大纲要求和紧密联系现用教材内容并结合兄弟院校同类专业教学资料编写的。

它适用于水文与水资源工程、环境工程、土木工程、资源勘查、勘查技术与工程等专业。

本讲义由两大部分组成,其中实验部分包括松散岩石孔隙度、给水度和持水度测定;岩石渗透系数的实验室测定和毛细水上升高度测定。

同时配备有各相应实验的多媒体影视教学光盘。

使学生实验前能够进一步熟悉和了解整个过程,避免了实验操作的盲目性;实习部分包括编制潜水等水位线图及水位埋藏深度图、编制承压水等水压线图、水化学分析资料整理、岩溶及岩溶水的发育规律和读水文地质图。

所有实习中除介绍了各种图件和资料的编制、整理、分析和判读方法外,还附有结合生产、科研实践相应的练习题,以使学生进一步加深对水文抛质基本概念、图件信息和科学工作的认识,培养其动手能力。

本实验实习讲义是在多年教学实验经验基础上，征求水文与水资源工程教研室多位长期从事本课程教学的主讲教师的意见,最后由曹继星高级工程师和刘金峰副教授总结编写的。

其中难免有不妥之处,届时恳请广大师生读者予以批评指正。

编者

2005年3月

学生实验守则

1、实验课前,必须对实验实习讲义有关内容进行认真预习，明确实验目的。

原理、步骤、要求等方可实习实验。

2、必须按规定时间进行实验，无故不上实验课者，以旷课论处、因故不能上实验课,应提前向指导教师请假办理手序，但必须在期末课程考试前按规定时间补齐所有实验内容。

3、服从指导教师的指导，实验操作，要严格按操作规程进行，完成每个实验步骤。

认真做好实验记录，独立完成实验报告编写。

4、遵守实验室规章制度。

爱护实验室内的所有仪器设备。

5、遵守实验课纪律,不迟到,不早退,严禁喧哗,保持室内安静。

6、严禁在实验室内吸烟,乱扔废物和随意吐痰,保持室内卫生整洁。

7、实验结束后．要自觉清理整顿好仪器设备和工具，协助实验教师打扫实验室卫生。

经指导教师同意后,方可离开实验室。

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。

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。

（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饱水=V加水―V剩水

和在重力的作用下试样排出水的体积（V排水）,则试样所保持的水体积（V持水）为：

V持水=V饱水―V排水

据此,就可求出相应的孔隙度（n）、持水度（sr）和给水度（μ）。

（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干试样）,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排水）、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干试样，就可求出砂土的V持水及V饱水。

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（μ）。

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，使试样充滿高柱筒内所有空间，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—3。

4、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—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℃,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—3。

11、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—1。

12、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—1。

13、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加水

瓶内

剩余

水量

V剩水

试样

饱和

水量

V饱水

试样

排出

水量

V排水

试样

的持

水量

V持水

试样

的总

体积

V干试样

实测

的孔

隙度

n

实测

的给

水度

μ

实测

的持

水度

Sr

注：

表中体积单位：

cm3

2、 间接测定水量法实验数据记录表

表Ⅰ—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

（q0）

饱和

样含

水率

（ω1）

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干试样_________试样的体积V干试样__________

注：

表中湿样为饱和样,干样为烘干后样,重量单位为克。

表Ⅰ—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（q1）

干样

加盒

重量

（q2）

样品

的盒

重量

（q0）

样品

的含

水率

（ω2）

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干试样_________试样的体积V干试样__________

注：

表中湿样为保持水样,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：

n=Sr+μ

其中：

n=（V饱水/V干试样）×100%

Sr=（V持水/V干试样）×100%

μ=（V排水/V干试样）×100%

q3–q4

ω1=

q4–q0

q1―q2

ω2=

q2―q0

V饱水=ω1×W干试样/ρ水

V持水=ω2×W干试样/ρ水

上式中：

W干试样为高柱仪内干试样总重量；ρ水为水的比重常等于1。

V排水也可由下式求出：

V排水=V饱水V持水

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μ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？

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