《地下水动力学（英）》课程
双层介质渗透实验指导书
同济大学土木工程学院地质工程专业
2009．3
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双层介质渗透实验指导书
一、前 言
地下工程实践活动中，渗流问题普遍存在。如渗流会影响土石坝、边坡的稳定性；影响岩土体强度；基坑开挖、地下室构筑，以及竖井、地道等穿越含水层等工程活动均需要考虑地下水渗流影响。此外，渗流还会引发流沙、流土、管涌等现象，并对地下水水资源保护和地下水污染防治等具有不可忽视的作用。
法国学者Henry Darcy于1856年通过长期实验获得了水在多孔介质中的渗透定律，即著名的达西定律，奠定了地下水渗流运动的理论基础。开展室内渗透（达西）实验教学对于学生熟悉渗流的基本原理，掌握《地下水动力学》稳定流、非稳定流定量分析理论具有至关重要的意义。
此前的达西定律教学实验一般采用的渗透实验装置是20世纪50年代生产的戚姆仪，可以采用常规方案求得单一介质的平均渗透系数。然而，自然界中渗流往往存在于双层或多层介质结构的含水层中。为了真实地反映实际情况，提高实验模拟效果，同时更好地发挥实验中学生的主观能动性，本实验要求学生采用多功能渗透实验仪，根据不同的渗透介质、渗流方向和实验方法，自行设计、选择不同的组合进行实验并对结果进行综合分析。
二 、多功能渗透仪与实验方案
1. 实验设备
多功能渗透实验仪采用透明样室，样室侧壁上分上、下两段共安装有四根测压管（见图1）；根据实验要求，样室内可以装填一种或两种试样进行渗透实验，装填两种试样时，可同时测定两层试样的渗透参数。
依据渗透介质（单一介质、两种介质（双层介质组合时，两种介质可上、下互换位置））、渗流方向（渗透水流可以从下至上或从上向下）、实验方法（常水头法或变水头法）等，可组合出12种不同的实验方案。具体实验中，学生可以根据选定的渗透介质、渗流方向和实验方法，自行设计、选择具体实验方案完成渗透实验并对结果进行综合分析。
2. 基于多功能渗透实验仪达西定律实验方案
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采用上述实验设备，按照渗透介质：单一介质、两种介质（双重介质组合时，两种介质可上、下互换位置）；渗流方向：渗透水流可以从下至上或从上到下；水头性质：常水头和变水头实验等，排列组合出12种实验方案（表1）。通过上述方案实验，均可获取相应工况下试样的渗透参数。
水 箱
测压管
M1 M2 M3 溢水口
样室
图1 多功能渗透实验仪原理示意图
表1 排列组合出的12种实验方案
试样 单一均质介质 渗透系数 K1=K2 变水头渗透实验 实验种类 常水头渗透实验 渗流方向 上→下 下→上 上→下 下→上 两种介质组合 K1
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