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 = l 1= l 2= l 3=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 Q ф1 объемным способом при помощи мерного сосуда 8 и секундомера.
3. По пьезометрам П1÷П4 снять пьезометрические напоры Н 1, Н 2, Н 3, Н 4.
4. С помощью регулирующего крана последовательно установить четыре различных фильтрационных расходов и все измерения повторить заново.
Обработка опытных данных
1. По объему Vi в мерном сосуде и времени ti для каждого опыта подсчитать фильтрационный расход
.
2. Определить среднюю скорость фильтрации
,
где ω – площадь поперечного сечения прибора Дарси с размерами 25×25 см.
3. Определить потери напора на первом участке h тр1 =Н 1 –Н 2,
на втором – h тр2 =Н 2 –Н 3 и на третьем – h тр3 =Н 3 –Н 4. Затем определить среднюю потерю напора h ср. тр = (h тр1 +h тр2+ h тр3)/3.
4. Определить средний гидравлический уклон J=h ср. тр /l, где l – путь фильтрации равный 20 см.
5. Определить критическую скорость фильтрации υ ф.кр, при которой происходит нарушение закона Дарси, для чего по данным опыта построить график υ фi= f (J), где по оси ординат отложить скорость υ фi, а по оси абсцисс – гидравлический уклон J. Критическая скорость υ ф.кр определяется по графику в точке заметного отклонения графика от прямой линии.
6. Коэффициент фильтрации k вычислить по известным скоростям υ фi< υ ф.кр и соответствующим им гидравлическим уклонам по формуле
.
7. Результаты измерений и вычислений внести в таблицу 1. Сделать вывод.
Таблица 1
Экспериментальные данные и обработка результатов
Измеряемые и искомые величины | Единицы измерения | Опыты | |||||
Объем воды, профильтровавшейся через прибор Vi | см 3 | ||||||
Время вытекания воды ti | с | ||||||
Фильтрационный расход | см 3/ с | ||||||
Средняя скорость фильтрации | см / с | ||||||
Показания пьезометров: | Н 1 | см | |||||
Н 2 | см | ||||||
Н 3 | см | ||||||
Н 4 | см | ||||||
Потери напора: | h тр1 | см | |||||
h тр2 | см | ||||||
h тр3 | см | ||||||
hср. тр | см | ||||||
Средний гидравлический уклон | |||||||
Критическую скорость фильтрации υ ф.кр | см / с | ||||||
Коэффициент фильтрации k | см / с |