实验三 砂土中水的毛细运动

发布网友 发布时间：2022-10-18 18:37

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热心网友 时间：2023-04-22 22:33

一、实验目的

了解包气带中毛细水的赋存与运动特征。

二、实验内容

1. 观测、比较不同粒径砂样的毛细上升速度。

2. 观测、比较不同粒径砂样的毛细上升高度。

3. 观测砂柱中毛细水带的运动。

4. 选做实验: 利用提供的实验用品进行入渗实验、观察毛细现象。

三、实验仪器和用品

1. 观测砂土中水的毛细上升速度装置 (图Ⅰ3-1) 。

2. 观测砂土中饱和毛细水运移的装置 (图Ⅰ3-2) 。

3. 底部包铜丝网的玻璃管 (长度 50 cm) 3 根，管上标有刻度。

图Ⅰ3-1 观测砂土中水的毛细上升速度装置图

图Ⅰ3-2 观测砂土中饱和毛细水运移的装置图

4. 砂样: ①粗砂 (粒径 为 0. 6 ～ 0. 9 mm) ; ② 中砂 (粒径 为 0. 45 ～ 0. 6 mm) ;③细砂 (粒径为 0. 25 ～0. 45 mm) 。

5. 时钟、秒表。

6. 底部包铜丝网的长、短有机玻璃管各 1 根，如图 Ⅰ3-2 所示 (长 管 长 20 ～40 cm，短管长 5 ～ 8 cm) 。

7. 量杯 (25 mL) 。

8. 放大镜。

9. 卡尺。

10. 干布。

11. 水箱 (高度大于 40 cm) 。

12. 内盛颜色水的塑料杯。

13. 人造砾石和白石英砂 (粒径分别为 2. 0 ～ 4. 0 mm，0. 45 ～ 0. 6 mm，0. 25 ～0. 45 mm) 。

14. 不同长度 (5 ～ 10 cm) 的有机玻璃管 2 ～ 3 根。

15. 直径 1 ～ 2 cm 的玻璃珠。

16. 不同直径的毛细玻璃管 3 根。

四、实验项目与步骤

1. 实验 A 观测砂土中水的毛细上升速度

1) 装样。选择一种砂样，均匀密实地装入玻璃管内。

2) 观测毛细上升速度。将装有试样的玻璃管放入水槽内的透水石上，使玻璃管的下端紧贴水面 (见图Ⅰ3-1) ; 同时启动秒表，迅速准确地记录对应不同毛细上升高度的时间，观测结果记入表格 “实验三 A 砂土中水的毛细上升速度实验记录表”中。初期每上升1 cm 记录一次时间; 2 分钟后每上升0. 5 cm 记录一次时间。也可以记录对应不同时刻的毛细上升高度。总之，初期观测频率应尽可能密，后期适当变疏。注意: 进行此步骤时，小组成员应配合好。

3) 重复上述步骤 1) ～ 2) ，用另外两种不同粒径的试样做实验。

4) 观察并记录对应试样经过较长时间后毛细上升的结果 (由实验指导老师提前准备) 。

2. 实验 B 毛细饱和带水分运移实验

1) 测量短管的容积 (V1) 及长管的长度，记入表格 “实验三 B 毛细饱和带水分运移实验记录表”中。

2) 装样。分别把同一种砂样均匀密实地装入长管和短管中，并使砂样与管口平齐 (所选砂样不宜过细，其最大毛细上升高度应小于长管长度，毛细饱和带高度应大于或等于短管长度) 。

3) 长管饱水。将长管垂直缓慢地浸入水箱 (内盛自来水，注意长管上端不能进水) 中，饱水后提起。用干布擦干外壁。手持长管使其在重力作用下滴水。

4) 短管饱水。将短管垂直缓慢地浸入颜色水 (内盛颜色水的塑料杯) 中，充分饱水后提起。用干布擦干外壁。用放大镜观察此时短管饱水情况及短管是否滴水，并比较长、短管的颜色。

5) 测定长、短管相接后的给水体积 (V₂) 。待长管停止滴水后 (2 分钟内不再滴水) ，将长管下端紧压在短管上端使二者紧密连接，并用量杯盛接滴出的水 (见图Ⅰ3-2) 。滴水停止后，将流出的水体积 (V2) 记入表格 “实验三 B 毛细饱和带水分运移实验记录表”中，同时观察短管饱水情况及颜色，对比流出的水与塑料杯中水的颜色是否相同。

3. 实验 C 选做实验 (必选一个)

(1) 入渗实验

用有机玻璃管，在上下分别装入不同粒径的人造白石英砂和玻璃砾石，构成上粗下细，或上细下粗，或一侧粗一侧细的试样管，然后将颜色水滴入装有试样的有机玻璃管中，观察入渗现象。也可用有颜色的水和无颜色的水以交替的方式滴入试样管中，对比试样管中出现的现象。

(2) 观察毛细现象

将两颗玻璃珠放在桌面上，彼此靠近但不接触，向两颗玻璃珠之间的空隙滴入有颜色的水，观察现象。

将 3 根不同粗细的玻璃管插入水槽 (或有颜色的水) 中，观察毛细上升高度; 也可以提起玻璃管，观测毛细上升高度的变化与弯液面的变化关系。

五、实验成果

1. 提交实验 A 和实验 B 的实验报告表，即砂土中水的毛细上升速度实验记录表和毛细饱和带水分运移实验记录表。

2. 在同一坐标系内分别绘制 3 种砂样的毛细上升高度 (以 cm 为单位) 与时间(以 s 为单位) 的关系曲线 (实验三用纸) 。

3. 简述实验 C 的选做内容，描述观察到的现象。

六、思考题

1. 比较实验 A 得出的 3 种砂样的毛细上升高度与时间的关系曲线。指出初期及后期 3 种砂样的毛细上升速度从大到小的顺序，并分析原因。

2. 在实验 B 中，长短管相接后滴出的水相当于原先存在于管中的哪一部分水?(V₂/V₁) ×100% 这一数值表征什么? 并与实验一的测试结果进行对比分析。

3. 在实验 B 中，短管饱水后提起为什么不滴水? 而与长管相接后为什么又滴水?

4. 对实验 C 的选做实验结果进行描述，并分析其原因。

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实验三A 砂土中水的毛细上升速度实验记录表

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实验三 B 毛细饱和带水分运移实验记录表

实验三用纸

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