1856年，法國工程師達西（H·Darcy）進行了水通過飽和砂的實驗研究，發現了圓筒過水斷面的滲流量與圓筒斷面和水力坡度成正比，並和土壤的透水性能有關。此實驗被稱為達西實驗，可以用來測定岩石的滲透係數。
基本介紹
- 中文名：達西實驗
- 外文名：Darcyexperiment
- 提出時間：1856
- 實驗者：達西（H·Darcy）
- 作用：測定岩石的滲透係數
- 儀器：達西儀
原理,儀器結構,步驟,
目的
(1) 掌握實驗室測定孔隙介質滲透係數的方法，加深對岩石滲透係數的認識。
(2) 驗證達西定律，從而提高對直線滲透定律的理解。
在野外確定滲透係數常用的方法有：井孔抽水、注水及試坑滲水、壓水試驗等方法。這些方法所得資料可靠，精度高，但效率低，成本高。在室內常用達西儀、戚姆儀及滲壓儀、滲流槽等實驗方法測定。本實驗採用達西儀來測定岩石的滲透係數。
原理
達西通過大量實驗，得到圓筒過水斷面的滲流量Q與圓筒斷面F和水力坡度Ⅰ成正比，並和土壤的透水性能有關，所建立基本關係式如下：
Q=KFI或V=Q/F=KI
式中V中：Q滲流簡化模型的斷面平均流速；
K的斷岩石的滲透係數，反映了孔隙介質透水性能。
儀器結構
達西儀主要由四部分組成：
(1) 供水器裝置(馬氏瓶)：以法國物理學家Mariotte命名的馬利奧特瓶裝置，是一種能控制水位又能自動連續補給水的量測裝置。
(2) 滲透裝置(試樣筒)：有機玻璃圓筒，上部設有進水孔，底部裝有過濾板，下端有出水孔，供測量滲流量用，側面有三個測壓孔。
(3) 測壓裝置(測壓板和測壓管)：在測壓板上裝有三根5～8mm帶刻度的玻璃管，分別與試樣筒上的三個測壓孔連線，用於測定三個斷面上的測壓水位。三個測壓管用膠管分別與試樣筒相應的管孔連線。
(4) 排水裝置：在測壓板上均勻分布有一系列的圓孔，用於調節排水水位。其他設備有：100 mL的量筒、水槽、漏斗、搗棒、裝樣杯、秒表、溫度計、管夾、膠皮管及吸氣球等。
達西儀適用於砂土的滲透係數測定。
步驟
(1) 檢查儀器設備是否齊全、完好。膠管與儀器連線處是否漏氣漏水或堵塞。
(2) 裝樣：岩樣有兩種，即原狀樣和擾動樣。原狀樣就是在野外取來土柱直接裝到滲透裝置(有機玻璃圓筒)內；擾動樣則要按天然容重分層搗實，儘量接近天然狀態，否則就沒有實驗意義了。裝樣前，在過濾篩板上放二層銅絲網，然後裝樣，每裝3～5cm厚時，用搗棒輕擊數次，並測定試樣的孔隙度或容重，使其結構儘量符合實際狀態。重複上述過程，直至試樣超過最上一個測壓孔以上5cm為止。
(3) 飽和試樣(因達西定律是飽水帶重力水運動的基本定律)：先將排水水位調節高於試樣水面，飽和試樣時要自上而下進行注水(便於排氣)，打開供水管夾，待試樣表面出現水膜時(即飽和)，立即關閉供水夾，觀察試樣筒及三個測壓管水位是否在同一水平面上(因此時試樣筒與測壓管是U型連通器)，如果測壓管水位不在同一水平面上，則說明有氣泡存在或測壓管被堵塞，這時需要排氣，排氣的方法有兩種，即將測壓板傾斜或用吸耳球從偏高或偏低水位的管中吸出氣泡，達到水平，各測壓管水位差小於1 mm為準。
(4) 實驗測定：打開供水管夾(實驗過程中保持常水頭供水)，調節排水水位(不能高於供水水位)，當測壓管水位穩定後(30s內水位變動小於1 mm)，記錄各測壓管水位值(讀彎液面下緣高度)，同時測定在時間t(s)內流出排水管的滲透量及水溫T(℃)。重複測定二次取其平均值。然後再調節二次排水水位(即改變水力坡度)，如同前述測得二次調節後的各值。調節時應逐級上升或依次下降，不要跳躍式的上升或下降，以免裝置內的滲透壓變化劇烈，沖壞試樣原有結構。
