Описание опытной установки
Экспериментальная установка – прибор Дарси (рис.1) состоит из вертикальной колонки 1 прямоугольного сечения с размерами 25×25 см и площадью ω с глухим закрытым дном. В нижней части колонки на некоторой высоте от дна закреплена металлическая решетка 2, которая разделяет колонку на две части. В верхнюю часть загружается грунт 3, в нижней части располагается кран 4 для регулирования фильтрационного расхода.
Верхняя часть колонки имеет три отверстия со штуцерами, к которым подключены 4 пьезометра (П1, П2, П3 и П4). Расстояния между пьезометрами одинаковые и равны l =l1= l2= l3=20 см.
В верхней части колонки имеется переливная труба 5 для поддержания на постоянной высоте уровня воды в приборе.
Подвод воды осуществляется по трубе 6. Профильтровавшаяся вода сливается по трубе 7 через кран 4 в мерный сосуд 8.
Порядок выполнения лабораторной работы
1. По трубе 6 из системы водоснабжения подать воду в колонку с испытуемым грунтом. Провести проверку работы пьезометров. При закрытом кране 4 уровни воды во всех четырех пьезометрах должны находиться на одной и той же отметке.
2. Подготовив прибор к работе, открыть кран 4 и после установления неизменного во времени положения уровня воды в пьезометрах при фильтрации воды через грунт 3 произвести измерение расхода Qф1 объемным способом при помощи мерного сосуда 8 и секундомера.
3. По пьезометрам П1÷П4 снять пьезометрические напоры Н1, Н2, Н3, Н4.
4. С помощью регулирующего крана последовательно установить четыре различных фильтрационных расходов и все измерения повторить заново.
Обработка опытных данных
По объему Vi в мерном сосуде и времени ti для каждого опыта подсчитать фильтрационный расход
.
Определить среднюю скорость фильтрации
,
где ω – площадь поперечного сечения прибора Дарси с размерами 25×25 см.
Определить потери напора на первом участке hтр1=Н1–Н2,
на втором – hтр2=Н2–Н3 и на третьем – hтр3=Н3–Н4. Затем определить среднюю потерю напора hср.тр=(hтр1+hтр2+ hтр3)/3.
Определить средний гидравлический уклон J=hср.тр/l, где l – путь фильтрации равный 20 см.
Определить критическую скорость фильтрации υф.кр, при которой происходит нарушение закона Дарси, для чего по данным опыта построить график υфi= f(J), где по оси ординат отложить скорость υфi, а по оси абсцисс – гидравлический уклон J. Критическая скорость υф.кр определяется по графику в точке заметного отклонения графика от прямой линии.
Коэффициент фильтрации k вычислить по известным скоростям υфi<υф.кр и соответствующим им гидравлическим уклонам по формуле
.
Результаты измерений и вычислений внести в таблицу 1. Сделать вывод.
Таблица 1
Экспериментальные данные и обработка результатов
Измеряемые и искомые величины |
Единицы измерения |
Опыты |
|||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|||
Объем воды, профильтровавшейся через прибор Vi |
см3 |
|
|
|
|
|
|
Время вытекания воды ti |
с |
|
|
|
|
|
|
Фильтрационный расход |
|
см3/с |
|
|
|
|
|
Средняя скорость фильтрации |
|
см/с |
|
|
|
|
|
Показания пьезометров: |
Н1 |
см |
|
|
|
|
|
Н2 |
см |
|
|
|
|
|
|
Н3 |
см |
|
|
|
|
|
|
Н4 |
см |
|
|
|
|
|
|
Потери напора: |
hтр1 |
см |
|
|
|
|
|
hтр2 |
см |
|
|
|
|
|
|
hтр3 |
см |
|
|
|
|
|
|
hср.тр |
см |
|
|
|
|
|
|
Средний гидравлический уклон |
|
|
|
|
|
|
|
Критическую скорость фильтрации υф.кр |
см/с |
|
|||||
Коэффициент фильтрации k |
|
см/с |
|
|
|
|
|
