地下水渗流模型实验系统设计
地下水数值模型设计步骤及对资料的要求
建立数值模型
网格剖分：根据确定的数值方法和软件，对研究区进行剖分。 对于平面二维流问题，一般将研究区剖分成矩形或三角形网格； 对于剖面二维流问题，一般也是将剖面区域剖分成矩形或三角形； 对于三维流问题，一般先在垂向上分成若干层，而在每层剖分成矩 形或三角形。
边界条件： 初始条件： 含水层参数：渗透系数、储水系数、给水度、孔隙度 源汇项：降雨入渗、河流补给、蒸发排泄、地表水体、沟渠渗漏、
上述数学模型是一个偏微分方程定解问题，通常只能用数值方法 求解，常用的数值方法有：有限差分法和有限单元法。
目前有一些软件可以直接用于求解地下水流动问题，如果不是自 己编写程序，可以选择合适的软件，建立数值模型。
如果用软件，则需对软件功能作简要介绍，论述软件的适用性。
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第七章 数值模型一般步骤及对 勘查资料的要求
模型设计者应出具有较高理论水平和丰富经验的水文地质工作者担 任。设计者应精细地分析有关资料, 以获得较符合实际条件的分区 图。
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三、数值模型设计中一些特殊问题
（一）抽水试验设计 （二）抽水试验数值模拟设计 （一）含水层剖分注意事项
（一）抽水试验设计
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三、数值模型设计中一些特殊问题
（一）含水层剖分注意事项
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二、数值模型设计及对资料和水文地质勘探的要求
（四）边界条件的确定
边界条件是与计算区的范围同时确定的
考虑计算区的范围时, 必须同时确定边界条件的性质； 反之, 边界的位置一旦确定, 计算区的范围自然也就确定下来了。
合水层的边界分为自然边界与人为边界两类
当研究的合水层系统(包括弱透水的含水层)与非含水层相接触时,其界 面(线)称为自然边界；
土坝渗流模型实验报告
土坝渗流模型实验报告一、实验目的本实验旨在通过建立土坝渗流模型，研究土壤渗透性以及影响因素，为土壤水分运动的研究提供参考。
二、实验材料与设备1. 材料- 方形玻璃水槽：用于容纳土坝模型和水。
- 土样：用于构建土坝模型。
- 水：作为水流介质。
- 水槽支架：用于固定水槽和土坝模型。
2. 设备- 水位计：用于测量水位高度。
- 计时器：用于计时。
- 数字天平：用于称量土样。
三、实验步骤1. 土坝模型的构建1. 准备土样，并用数字天平称量土样质量。
2. 在水槽中构建一个方形土坝模型，固定土坝模型。
2. 实验条件设置1. 调整实验室温度为常温，保持相对稳定。
2. 将水槽中的水温调整为实验室温度。
3. 实验操作1. 在水槽中注入适量的水，使水位稍高于土坝的顶部。
2. 开始计时器，记录实验开始的时间。
3. 每隔一定时间间隔，在不同位置测量水位高度，并记录下对应的时间。
4. 持续观察和记录水位变化，直到水位稳定。
四、实验结果与分析利用实验得到的数据，绘制土坝渗流模型的水位变化曲线，并进行分析和讨论。
1. 实验数据记录下表为实验记录的水位高度数据：时间（分钟）水位高度（cm）0 155 1410 1315 12.520 1225 11.530 1135 10.540 10... ...2. 数据处理和分析根据实验记录的数据，绘制土坝渗流模型的水位变化曲线图如下：实验结果显示，随着时间的推移，水位逐渐下降，但下降速度逐渐减小。
初时，土坝渗透性较差，水位下降较慢；随着时间的延长，土壤内部存在的孔隙逐渐被水填满，渗透速度减小，导致水位下降的速度减缓。
最终水位趋于稳定。
五、实验结论通过土坝渗流模型实验的结果分析，得出以下结论：1. 土壤的渗透性与水位下降速度成正相关，渗透性较好的土壤，水位下降速度较快。
2. 随着时间的延长，水位下降的速度减缓，土壤内部孔隙被水填满，导致渗透速度减小。
岩土工程中地下水渗流模型的建立与分析
岩土工程中地下水渗流模型的建立与分析地下水是岩土工程中非常重要的一个方面，其成因、分布规律、水位变化等都对工程建设具有直接的影响。
在岩土工程中，地下水的流动过程是非常复杂的，需要进行深入分析和模拟。
因此，地下水渗流模型的建立和分析是岩土工程中重要的一环。
一、地下水渗流模型建立的基本思路及步骤地下水渗流模型是指把实际的地下水系统复杂程度抽象为一个由数学模型描述的虚拟系统，通过对模型中水力参数的确定和求解，模拟实际地下水系统的各项参数变化。
地下水渗流模型建立的基本思路是，通过对真实地下水系统（模拟对象）的所处环境、沉积堆积、地静力压力、保护层、气候条件以及岩石构造的变化等因素进行实际测量和观测，获得现场样品或数据。
接着，通过建立地下水系统数学模型，对实际地下水系统进行模拟和规划。
地下水渗流模型建立的步骤一般包括以下几个步骤：实际地下水环境分析、地下水系统数学建模、数值计算、数据处理及模型验证。
在建立地下水渗流模型之前，首先需从地下水环境中收集各种类型的资料包括水文地质、测量数据、环境观测资料等进行备案。
收集完毕资料后，需要通过建立适当的模型对地下水进行建模。
二、地下水渗流模型建立的方法地下水渗流模型建立的方法一般可分为解析方法和数值方法两种。
解析方法利用数学公式推导出解析解，计算时间短但只能应用于非常简单的情况。
而数值方法，则把真实的物质世界抽象为虚拟的数值世界，通过数值计算得到近似解。
常用的数值方法包括有限差分法、有限元法、边界元法等。
三、地下水渗流模型存在的问题及改进地下水渗流模型在实际应用中，仍然存在一些问题，如建模误差、边界条件不精确、模型过于简化等。
这些问题会对模型的结果产生重要的影响，需要对其进行改进。
建模误差是建立地下水渗流模型中非常重要的问题。
建模误差往往来源于对数据采集不够充分和对数据分析不够透彻，建议使用虚拟样品等新颖的数据分析技术以提高建模质量。
边界条件的确定也是地下水渗流模型中的一个难题。
新型模拟岩土体地下水渗流的试验设备的制作技术
本技术涉及一种新型模拟岩土体地下水渗流的试验装置，属于水文地质工程领域。
包括模拟沙槽和土石料添加铲，土石料添加铲用于向模拟沙槽中添加试验岩土体土样，所述的模拟沙槽包括进水软管、进水口缓流器、定水头量筒、量筒刻度尺、流量控制阀、装置控制电脑、沙槽进水管、上游入渗水位调节器、单向入渗滤网、隔水挡板、单向注水口、密封盖板、承压水头测量管、下游出水口、上游岩土料添加槽、下游岩土料添加槽、主沙槽、沙槽支架、车架。
主要用于模拟地下水在不同岩土体中的渗流过程，可通过试验模拟真实地质条件下地下水的渗流情况。
权利要求书1.一种模拟岩土体地下水渗流的试验装置，其特征在于：包括模拟沙槽和土石料添加铲，土石料添加铲用于向模拟沙槽中添加试验岩土体土样，所述的模拟沙槽包括：进水软管（1）、进水口缓流器（2）、定水头量筒（3）、量筒刻度尺（4）、流量控制阀（5）、装置控制电脑（6）、沙槽进水管（7）、上游入渗水位调节器（8）、单向入渗滤网（9）、隔水挡板（10）、单向注水口（11）、密封盖板（12）、承压水头测量管（13）、下游出水口（14）、上游岩土料添加槽（15）、下游岩土料添加槽（16）、主沙槽（17）、沙槽支架（20）、车架（23）；所述的进水软管（1）上设置流量控制阀（5），流量控制阀（5）与装置控制电脑（6）连接，进水软管（1）的一端与定水头量筒（3）连接，连接处设置进水口缓流器（2），同时在定水头量筒（3）的侧壁上设置量筒刻度尺（4），定水头量筒（3）与沙槽进水管（7）相连，在沙槽进水管（7）上设置有与装置控制电脑（6）连接的流量控制阀（5），经过沙槽进水管（7）的水进入上游岩土料添加槽（15）前的上游水槽，此上游水槽设置了上游入渗水位调节器（8），上游水槽与上游岩土料添加槽（15）相连，且之间设置了单向入渗滤网（9）和隔水挡板（10），单向入渗滤网（9）仅使上游水槽中水流流入上游岩土料添加槽（15）中岩土体，而阻止上游岩土料添加槽（15）中的岩土体进入上游水槽；隔水挡板（10）用于阻止上游水槽中的水流流入上游岩土料添加槽（15），上游岩土料添加槽（15）和下游岩土料添加槽（16）之间为主沙槽（17），上游岩土料添加槽（15）、下游岩土料添加槽（16）和主沙槽（17）内装入试验岩土体土样，主沙槽（17）上部设置了密封盖板（12），主沙槽（17）前后两面设有单向注水口（11），单向注水口（11）用于在试验过程中向主沙槽（17）内加注染色剂观察不同位置的渗流情况，主沙槽（17）内设置了若干根承压水头测量管（13），每根承压水头测量管（13）上设有测量管刻度尺（26）、若干根高度不同的测量管支管，每根测量管支管通过开关阀门（24）和单向出水口（25）连接，下游岩土料添加槽（16）与下游水槽连接，下游岩土料添加槽（16）与下游水槽之间也设置了单向入渗滤网（9），下游水槽的水流通过下游出水口（14）排出，整个试验装置安装于车架（23）上，整个沙槽装置通过沙槽支架（20）与车架（23）相连，车架（23）下方安装有车轮；所述的上游岩土料添加槽（15）、下游岩土料添加槽（16）和主沙槽（17）之间设置了贯穿的转动支架（18），转动支架（18）的一侧连接有转动手柄（19），通过转动手柄（19）和转动支架（18）使整个沙槽转动；所述的土石料添加铲包括：注料口Ⅰ、挡板Ⅱ、出料口挡板Ⅲ、出料口Ⅳ、滑动轨道Ⅴ、滑块Ⅵ、刻度尺Ⅶ、手柄Ⅷ；整个型土石料添加铲是一个整体，其注料口Ⅰ与出料口Ⅳ通过挡板Ⅱ分隔，出料口Ⅳ的一端设置了出料口挡板Ⅲ，出料口挡板Ⅲ可改变出料口Ⅳ出口尺寸的大小，同时在挡板Ⅱ的下部位置为出料口挡板Ⅲ设置了滑动轨道Ⅴ，且在上部位置设置滑块Ⅵ，滑动轨道Ⅴ和滑块Ⅵ用于使出料口挡板Ⅲ左右移动，从而改变出料口Ⅳ的出口尺寸大小，在滑块Ⅵ之间设置了刻度尺Ⅶ，用于读取出料口Ⅳ的出口尺寸大小，土石料添加铲的顶部设置了手柄Ⅷ。
地下水水流模型建立过程
地下水水流模型建立过程地下水水流现状模型建立1.模拟时间可长可短，不影响水流模型过程，一般用非稳定流，溶质运移考虑稳定流。
单位里只需变更渗透系数单位m/s变为m/d，模型已运行完需要修改运移时间时，点主菜单F10,点设置到编辑引擎，可修改运移时间。
2.在给定模型底图时，先确定画好好模型的边界，埋深线，渗透系数等参数分区线等，以便后期人为好分区。
3.模型的边界零流量边界有：天然断裂带、天然基底隆起阻水带及人为流畅零流量变为。
定水头边界有：泉沟河及水位变化很微弱的等水位线。
给定水头边界（变水头边界）：按上下游等水位线给定一条弧线，或者根据补给边界断面给定一条直线。
4.底图校正时，原点坐标输入左下角坐标。
角点坐标输入左下角和右上角坐标，角度为0。
5.导入地表高程和基地高程时，采用模型坐标，单位为米。
6.生成网格后，将模型区外围采用无效水流区多边形概化，无效区不参与计算，流入流出量外也概化为无效区，给定水头后水头边界模型会给定水流量参与计算，其他边界为零流量边界。
模型无效概化前全是有效网格，因此不能采用有效网格多边形，只能采用无效网格多边形进行无效区，无效区可用有效多边形修改，可按F9进行无效区可见进行视图可视化。
7.网格菜单下的绘制等值线可绘制出模型地表高程、厚度及基底等高线。
8.导入抽水井时要注意滤水管的顶底高程，开采时段及开采量，概化井的开采量和总量要一致。
添加水位观测井时滤水管的高程为滤水管的中点高程，没有顶底高程。
9.给定渗透系数时电脑可按井渗透系数自动分区，比较分散，最好是人为划定多边形区域赋值，最后好调整参数。
调整参数时只需要点数据库进行调整。
10.存贮参数一般不分区，给水度0.1—0.26之间，有效孔隙度0.25左右，总孔隙度0.3左右，后两参数对模型影响不大。
调整参数时只需要点数据库进行调整。
11.依据统测水位导入水位标高，生成初始水头，最好有年初（模型开始期）水位作为初始水头，年末（模型结束期）水头作为与模型运行至365天时长流畅做对比验证。
渗流模型在地下水资源管理决策
渗流模型在地下水资源管理决策一、渗流模型的基本概念与重要性渗流模型是地下水资源管理中的关键工具，它通过模拟地下水的流动过程来帮助科学家和决策者理解地下水系统的行为。
渗流模型的基本概念涉及到地下水在多孔介质中的运动，包括地下水的补给、流动和排泄过程。
这些模型能够提供地下水流速、水位、水质和水量的预测，对于地下水资源的合理开发和保护至关重要。
1.1 渗流模型的基本原理渗流模型基于达西定律，该定律描述了地下水在多孔介质中的线性流动速度与水力梯度之间的关系。
通过这一原理，模型能够模拟地下水在不同条件下的流动路径和速度。
1.2 渗流模型的分类渗流模型可以根据其复杂性和应用场景被分为不同的类型，包括解析模型、数值模型和物理模型。
解析模型基于数学方程，适用于简单的地下水系统；数值模型通过计算机模拟复杂的地下水流动过程；物理模型则通过实验来模拟地下水流动。
1.3 渗流模型在地下水资源管理中的作用渗流模型是地下水资源管理决策的重要支撑，它能够帮助决策者评估不同管理策略对地下水系统的影响，预测地下水资源的未来变化趋势，以及制定合理的开发和保护措施。
二、渗流模型的构建与应用构建一个有效的渗流模型需要考虑地下水系统的多个方面，包括地质结构、水文条件、边界条件和初始条件等。
模型的构建过程通常包括数据收集、概念模型建立、数值模型开发和模型校准等步骤。
2.1 数据收集与处理数据收集是渗流模型构建的第一步，需要收集地下水位、降雨量、蒸发量、补给量等水文地质数据。
这些数据的准确性直接影响模型的可靠性。
2.2 概念模型的建立概念模型是对地下水系统的基本理解，它包括地下水流动的物理过程、地下水系统的边界和初始条件等。
概念模型的建立是模型开发的基础。
2.3 数值模型的开发数值模型的开发涉及到选择合适的数值方法来求解地下水流动方程。
常用的数值方法包括有限差分法、有限元法和有限体积法等。
选择合适的数值方法对于提高模型的计算效率和精度至关重要。
水工渗流模型实验指导书讲解
水工建筑渗流实验指导书及报告（水工13级）班级：_____________学号：_____________姓名：_____________三峡大学水利与环境学院2016年5月土坝渗流缝隙槽模型实验（1）土坝渗流缝隙槽模型实验是利用粘性液体在模型的坝断面与平板间狭窄缝中流动，能很好显示出层流运动特性，来模拟土坝中渗流。
一、实验目的1 •通过实验，找出土坝浸润线的位置坐标，并与理论计算成果相比较；2.观察水位变化时，浸润线位置的变化情况；3•观察流动的流线状态及其特性，并对层流运动得到进一步的感性认识。
二、实验原理粘性液体在狭窄缝隙中流动时，形成层流，且符合达西定律，用此来模拟土基中的渗流，粘性流在缝隙中流动的平均流速为dhds式中：Km—缝隙槽的透水系数，决定于缝隙宽度和粘滞性的常数,K m 二ga2/3Va ――缝隙的半宽；V——液体的运动粘滞系数；g ---- 重力加速度；dh――沿流动方向ds距离上的水头损失。
三、实验步骤实验设备及装置由实验课中讲述。
实验步骤如下：1 •每人准备一张方格纸，大小为75cmx 25cm；2 •熟悉实验设备，并做好实验前的分工准备工作；3•用方格纸按比例绘制好与模型相似的土坝模型图，见附图；4•打开电源开关，调节进库液体流量，向缝隙模型槽内充液到固定液位，使上游保持溢流状态，下游也开始溢流时，即形成了稳定的水面；5 •将有染色液体的细金属管分别放在坝面的液面高程和其他任一高程上，即可观察出流动的浸润线和流线，此时可将浸润线的坐标记录下来（在正面的有机玻璃板上有方格，计数方格确定坐标）。
四、附图均质坝（模型尺寸）单位：厘米原模比：1: 100五、思考并回答下列问题1 •为什么上、下游液位要保持始终有溢流?答：2 •流线具有哪些特点，它分布的疏密程度说明了什么?答：3 •在试验中浸润线和流线与上游边坡线交角是否相同？为什么? 答：六、土坝渗流缝隙槽实验成果记录、分析表实验日期：实验坝型：绘出所观察到浸润线和流线，并绘出流网图。
地下水流数值模型设计与应用
地下水流数值模型设计与应用地下水流数值模型是指利用数值方法对地下水流动过程进行模拟和预测的模型。
在地下水资源管理、地下水开采与补给、地下水污染治理等领域，地下水流数值模型具有重要的应用价值。
本文将介绍地下水流数值模型的设计原理、建模步骤和应用案例。
1. 地下水流数值模型的设计原理地下水流数值模型是基于地下水流动的物理原理和方程建立的数学模型。
其设计原理主要包括以下几个方面：1.1 地下水流动方程地下水流动方程是描述地下水在地下各层介质中运动规律的基本方程。
常用的地下水流动方程有Richards方程、Darcy方程等。
1.2 数值方法地下水流数值模型的建立离不开数值方法的支持。
常用的数值方法包括有限差分法、有限元法、边界元法等。
1.3 参数估计与校正地下水流数值模型需要估计和校正地下水系统的参数，包括渗透系数、压力头等，以保证模型的准确性和可靠性。
2. 地下水流数值模型的建模步骤地下水流数值模型的建模过程一般包括以下几个步骤：2.1 地下水系统的规划与数据收集首先需要对地下水系统进行规划和确定研究范围，然后收集相关的地下水系统数据，包括地质条件、水位、水质等信息。
2.2 模型网格的建立根据地下水系统的特性和数据建立模型的网格结构，划分各个单元，并确定边界条件。
2.3 模型参数的估计与校正根据实测数据和地质资料，对模型中的各项参数进行估计和校正，以提高模型的准确性。
2.4 模型求解与验证利用数值方法对建立的地下水流数值模型进行求解，并与实际观测数据进行对比验证，调整模型参数以提高模型的拟合程度。
3. 地下水流数值模型的应用案例3.1 地下水资源管理通过建立地下水流数值模型，可以预测地下水资源的分布和变化规律，为地下水资源的合理开发利用提供科学依据。
3.2 地下水开采与补给地下水流数值模型可以模拟地下水的开采和补给过程，帮助调整地下水的开采量和位置，保护地下水资源的可持续利用。
3.3 地下水污染治理地下水流数值模型可以模拟地下水中污染物的传输规律，对地下水污染的源头和扩散路径进行分析，为地下水污染治理提供技术支持。
地下水流的渗流力学分析
地下水流的渗流力学分析地下水是地球表层下方的水体，由于地壳中的孔隙和裂隙中填充了水分，形成地下水层。
地下水流是指地下水在地下岩层中的运动过程。
为了更好地理解地下水流的运动特性，科学家们进行了渗流力学分析。
一、地下水流的渗流力学基础渗流力学研究地下水流动的原因、特征和规律，是岩石力学和流体力学的交叉学科。
渗流力学的基本原理是达西定律，即渗流速度与渗透率成正比，与流体密度和粘度成反比。
根据达西定律，我们可以计算地下水的渗流速度和渗透率，以及地下水与地下岩层之间的关系。
二、地下水流的物质平衡方程地下水流的物质平衡方程是描述地下水流动的重要工具。
该方程描述了地下水流动过程中水量的变化。
它是根据质量守恒定律推导出来的，可以表达为：∇·(qρ) + ∂(ρΦ)/∂t = S其中，q是地下水流速向量，ρ是地下水密度，Φ是地下水位势，t是时间，S是外部水源和汇水源的贡献。
这个方程可以用来分析地下水在不同区域的流动情况，并预测地下水流动的趋势。
三、地下水流的渗透率计算渗透率是描述岩层渗透性的参数，是测量岩层渗流能力的指标。
地下水流的渗透率计算可以通过实验或野外测试获得。
其中一种常用的方法是Lugeon试验，该试验通过注入标准单位水量来测量注水速度和水压变化，进而计算出地下水的渗透率。
四、地下水流的流动特征地下水流的流动特征包括流速分布、流向、流线和流量等。
地下水流速分布的分析可以通过建立二维或三维数值模型，使用流体力学方程进行数值模拟来实现。
借助计算机技术，科学家们可以获取地下水流动的详细信息，预测地下水流动的趋势。
五、地下水流的影响因素地下水流的流动过程受到众多因素的影响，主要包括岩性、裂隙特征、孔隙度和渗透率等。
岩性是决定地下水流动性质的基本因素，不同的岩性具有不同的渗透性。
裂隙特征是影响地下水流速和渗透率的重要因素，对于裂隙性岩石来说，渗透率的计算需要考虑裂隙的数量、宽度和方向等因素。
孔隙度是描述岩石中可存储和运移水的能力，是衡量地下水资源的关键指标。
实验三 达西渗流实验
三、实验成果
1．提交实验报告表（表 3-2） 。 2．在同一坐标系内绘出三种试样的 V — I 曲线，并分别用这些曲线求渗透系数 K 值， 与直接据（表 3-1）中实验数据计算结果进行对比。 表 3-2 渗透系数试验记录（70 型渗透仪）
实 验 次
测流 量时 间t
实测水 量W (cm3)
渗透流 量Q (cm3/s)
图 3-2 70 型渗透仪装置
1-金属筒；2-测压板；3-供水瓶；4-测压管；5-溢水管；6-泄水管；
7-调水管；8-ห้องสมุดไป่ตู้架；9-供水管；10-调水夹；11 量筒
二、实验步骤
1．仪器安装后，将调节管 7 与供水管 9 接通，使水从仪器底部流入，直至平铜网顶面 为止；关管夹 10。 2．装填试样： （1）将试样分层（每层厚约 2～3 厘米）装入金属圆筒，每层均用捣棒轻轻捣实，以控 制孔隙比，如试样含有细粒的粘性土，则应在金属网上铺上一层粗砂（厚约 2 厘米）作为缓 冲层，以防细颗粒被水冲走。 （2）每层试样装好，缓慢地打开管夹，使水由仪器底部向上渗透，使试样逐渐饱和， 但应保持水面不高出试样顶面，等饱和后关管夹，饱和时应注意测压管中水面上升的情况， 玻璃管中有无气泡，若发现有气泡，应设法排除。 （3）如此继续分层装入试样并饱和，直至试样装到高出上测压孔 3～4 厘米为止，最后 在试样上部放约 2～3 厘米厚的砾石作为缓冲层，以防供水时冲刷试样。 3．饱和试样：将调节管在支架上移动，使其管口高于溢水孔，关管夹，将供水管与调 节管分开，将供水管置于圆筒内，开管夹使水由顶部注入仪器，到水面与溢水孔齐平为止， 多出的水由溢水孔流出以保持水位固定， 检查测压管水位是否同一水平， 各测压管水位相差 0.5 毫米以内为准，否则表示仪器内有漏水或集气现象，应设法纠正。 4．水流渗透：将调节管管口位于试样上部 2／3 高度处，使金属筒内产生水位差，水即 通过试样渗透，经调节管流出，此时金属圆筒应注意保持水面不变。 5．观测：当测压管水位稳定后（在 5 分钟内测压管水位变动不超过 0.5 毫米，或两次 所测流量差不超过 5％为准） ，记录测压管水位值（读弯月面下缘估计到 0.1 厘米） ，并计算 各测压管间的水位差 H ，同时测量一定时间的水量和水的温度。 6．再次渗透：将调节管管口放置试样中部及下部 1／3 试样高度处，以变更水力梯度。 7．取多次实验渗透系数平均值，作为实验样的平均渗透系数。
工程地质渗水试验方案
工程地质渗水试验方案工程地质渗水试验是为了研究地下水体渗透性和渗透性的试验，是工程地质勘察中的重要内容之一。
通过渗水试验可以得到地下水体的特性参数，为工程设计和施工提供可靠的参考数据。
本文将针对某工程项目进行工程地质渗水试验方案的编制。
二、试验目标本次工程地质渗水试验旨在研究地下水体的透水性和透水率，包括以下主要目标：1. 测定地下水体的透水性；2. 测定地下水体的透水率；3. 计算地下水体的渗透系数；4. 评估地下水体对工程的渗水影响。
三、试验区域选择本次工程地质渗水试验选择的试验区位于某市某县某工程项目现场，该地质条件为石灰岩地层。
根据地质勘察资料和现场地质条件，选择了三个代表性的试验点进行渗水试验。
四、试验设备与方法1. 试验设备：（1）渗透度仪：用于测定地下水体的渗透性；（2）渗透仪：用于测定地下水体的透水率；（3）水平测斜仪：用于测定地下水体的渗透系数；（4）水泵和水管：用于提供试验水源；（5）测量工具：包括水位计、尺子、标尺等。
2. 试验方法：（1）渗透性测定方法：首先在试验区域打井并安装渗透度仪，然后通过加压法或者渗透度法进行测定。
（2）透水率测定方法：在试验区域内设立水泵并通过水管通水，同时利用渗透仪进行透水率的测定。
（3）渗透系数计算方法：采用水平测斜仪进行水位变化的测定，并根据渗透公式进行计算。
五、试验过程1. 确定试验点：根据地质勘察资料和现场地质条件，选择三个代表性的试验点进行渗水试验。
2. 安装试验设备：在试验点挖掘井孔并安装渗透度仪和渗透仪。
3. 进行试验：根据试验方法开启水泵并记录水位变化，同时进行渗透性和透水率的测定。
4. 数据处理：收集试验数据，并利用渗透公式进行渗透系数的计算。
5. 结果分析：根据试验结果进行地下水体渗透性和渗透系数的评估。
六、试验成果与应用本次工程地质渗水试验将得到地下水体的透水性、透水率和渗透系数等参数数据，为工程设计和施工提供了可靠的参考。
试验二多源汇地下水流系统设计与演示
《地下水流系统理论与应用》实验二 多源汇地下水流系统设计与演示一、实验目的1. 通过砂箱物理模拟直观再现托特理论的多级次地下水流动系统---局部、中间、区域的水流系统；2. 通过调整降雨量大小，模拟不同降雨入渗补给强度对地下水流动系统发育模式的影响；3. 通过均质砂箱和非均质砂箱多级水流系统的模拟演示，分析介质场渗透性对水流系统发育模式的影响。
二、仪器介绍多级水流系统演示仪主要包含潜水砂箱、降水系统、河流排泄系统、示踪系统、水位观测系统。
潜水砂箱主体装的是石英砂，模拟砂粒介质，可以是均质含水层，也可以是非均质含水层。
降水系统：为3个独立的降水装置，从右到左为三段补给源。
每个降水装置的进水口都与蠕动泵相连，可以独立并精确的控制降雨量大小。
河流排泄系统：包括三个低洼河谷，构成可能的势汇，三个河谷从右往左依次降低，河流的流量可以用量筒和秒表测量。
示踪系统：砂箱正面上方有一排示踪点，示踪点外面套有红色中空橡皮头，以便注入红色墨水，可以示踪地下水流线。
观测系统：砂箱背面有21个测压点，连接右边的测压板，通过测压板上的刻度，可以测定砂箱中不同测压点的水头值。
三、实验内容熟悉了解地下水流系统模拟演示仪的结构、功能与操作方法，完成以下实验内容。
1. 观察均匀介质中的地下水流系统1号砂箱为均匀介质，通过调节蠕动泵转速，使得降雨强度中等，砂箱中出现三级地下水流系统。
水位稳定以后，根据示踪流线和测压点水位，在图1中绘制流网图。
测量各个蠕动泵的转速，砂箱各个排泄点的流量，并记录在表1中。
减小蠕动泵转速，减小降雨强度，向简单水流系统转变（局部、区域两级水流系统），分析降水对地下水流系统发育模式的影响。
3. 观察层状非均质介质中的地下水流系统在2号砂箱进行中等强度的降水，水位稳定以后，根据示踪流线和测压点水位，在图2中绘制流网图。
测量各个蠕动泵的转速，砂箱各个排泄点的流量，并记录在表1中。
与1号砂箱中等降水强度下的水流系统进行对比，分析介质渗透性对地下水流系统发育模式的影响。
地下空间流体渗透过程模拟研究
地下空间流体渗透过程模拟研究引言地下空间是人们日常生活、生产和建筑等各种活动都离不开的基础设施。
但是，由于地下空间多为地下水流和其他地质因素的复杂作用下形成的细小空洞，其内部环境极为特殊，加之地下水贮量和保持时间的长短直接影响着地下空间的使用和维护，因此地下空间流体渗透过程的模拟研究就变得非常必要。
本文从模拟研究的角度，深入探讨地下空间流体渗透的特点，模拟方法和研究现状。
一、地下空间流体特点1. 多孔介质结构地下空间由于它的独特形成机制，其内部空间结构多为由岩石系统的裂隙、溶洞、孔隙、微裂缝、天然矿物空隙和毛细孔等形态构成的多孔介质结构。
这种结构复杂，内部空间体积大，表面积相对较小，水分常呈现孤立的局部水头梯度，渗透性低且储水多为均匀储存而非凝聚状态。
2. 沉积的水分特征在地下空间中，流体渗透的特点受到了地表水分的影响。
大部分地下水源来自于地表水沉积，而且频繁的雨水和降雪也会影响地下水的使用和维护。
地下空间流体渗透的迟滞特点也受到了沉积的水分特征的影响。
3. 高渗透性地下空间多数情况下为吸热作用所带来的高渗透性环境，这意味着，空间内部的局部渗透率非常高，甚至存在高度的异质性。
4. 抗入侵阻抗地下空间能够有效抵御外部侵入，如水、污染物等，这主要是由于其深埋于地下并有独特的孔洞结构和流体运移过程所致。
二、地下空间流体渗透过程的模拟方法地下空间流体渗透过程的模拟研究是通过模拟实验探讨地下水流、热传导等运动过程，以模拟方法来解决现实问题。
下面笔者对地下空间流体渗透过程模拟的方法进行分析。
1. 数值模拟数值模拟是目前研究地下空间流体渗透过程最常用的方法。
它可以通过设定边界条件，应用流动微分控制和二维和三维渗透计算等技术手段对流体在介质中的运动过程进行仿真模拟，实现对地下空间流体渗透过程的数字计算。
2. 物理模拟物理模拟是指通过实际的实验设备设定流场来模拟地下水的运动状态。
物理模拟可以根据实验中的参数来观察地下空间流体渗透的特性，如压力、速度等参数，从而推断出物理模拟的结果，非常实用且生动形象。
入渗及地下水渗流实验报告
入渗及地下水渗流实验报告
入渗与渗流模拟实验装置
一、实验目的
1、可以直观了解水在地表入渗补给地下水的物理过程，了解地下水补给方式、地下水稳定运动的渗流特征、进行相关实验及参数测定。
2、了解潜水平面稳定运动时水头分布情况及浸润曲线（潜水面）的变化情况；
3、学习室内利用地质物理模型研究地下水平面稳定运动的方法，并通过实测资料，运用理论公式计算渗透系数和水位；
4、学习绘制流网，描绘渗流空间各点的运动要素；
5、用示踪剂测定地下水实际流速，并与理论公式计算的地下水流速进行比较，分析形成差异的原因；
6、模拟地下水受到不同污染时采用不同处理剂的净化效果（适用于环境工程专业）；
7、观测不同水力条件下地下水溶质迁移转化的规律（适用于环境工程专业）。
二、产品规格与配置
有机玻璃模拟箱、稳压水箱2个、示踪剂控制装置1套、测压管、硅胶管1批、铜阀1批、隔砂层2个（80mm）、砾石1批、40-60目石英砂1批、水泵、循环水箱、连接管路及阀门、带移动轮不锈钢支架等组成。
三、实验结果
下渗速度和流速较慢。
实验数据 河间地块区地下水天然非稳定渗流场模拟
实验河间地块区地下水天然非稳定渗流场模拟（一）实验目的及要求1、通过本次实验，要求学生学会利用量筒、烧杯、秒表等，观测地下水渗流量，初步掌握非稳定流概念。
2、本次实验中，要求学生利用所观察的水头变化模拟建立起地下水天然渗流场非稳定流模型。
3、掌握利用停止供水模拟地下水天然非稳定流场方法，学会利用地下水天然非稳定渗流场模型求给水度μ，并进行未来某一时刻地下水水位和水量预报的方法。
（二）实验所用仪器设备1、渗流槽及其供水管路；2、量筒、烧杯等测水量具；3、秒表、盒尺。
（三）实验内容1、实验前准备工作（1）选用渗流槽模型建立模拟地下水渗流场根据所研究地区的水文地质条件，建立相应的地下水渗流场模型：① 含水层，选择合适的含水层介质（砂的粒度）模拟；② 含水层厚度，按比例设置砂层厚度模拟；③ 隔水层，通常可概化为水平分布，可用一层或多层弱透水的粉砂质粘土或渗流槽底板模拟；④ 补给条件，通过控制渗流槽左侧河水位永远高出右侧河水位模拟；⑤ 排泄条件，用保持渗流槽右侧河有水流出模拟；⑥ 潜水，通常利用同一粒度均质砂层模拟；⑦ 承压水，通常用多层粒度不同的砂和粉砂质粘土模拟。
本次实验仅用同一粒度砂层模拟地下潜水天然非稳定渗流场。
（2）按所选模型装填渗流槽要求装填渗流槽时，模拟含水层的沙子应淘洗干净，厚度应基本均匀，其左河流和右河流与含水层砂子接触处应用小于含水层砂粒粒径的滤网隔开以免沙子流入渗流槽水箱内。
2、实验操作步骤及方法（1）首先关闭所有阀门，将渗流槽内地下潜水位设置到一定高程（根据所选的水文地质单元模型含水层中地下潜水厚度按比例确定）。
本次实验可设置为80～100cm（可根据实际情况调整）。
（2）慢慢打开总水阀门F1和F2待上面常水头箱内水上满且下面溢流管口有水流出后，然后打开渗流槽右侧水箱上方的阀门F3和F5，通过调节F3和F5，使渗流槽两侧水箱水位保持一致均匀上升。
注意供水流量尽可能要小点，以便砂层内空气排出。
地下水渗流耦合力学数值模型
地下水渗流耦合力学数值模型
在地下水渗流耦合力学数值模型中，地下水渗流方程描述了地
下水在多孔介质中的流动过程。
该方程基于达西定律和连续介质力
学原理，考虑了渗透性、孔隙度和渗透率等参数，通过计算流体的
速度和压力分布来描述地下水的运动。
与此同时，围岩力学方程描述了围岩的应力和变形行为。
这些
方程基于弹性力学理论或塑性力学理论，考虑了围岩的弹性模量、
泊松比、强度和变形特性等参数。
通过计算围岩的应力和变形分布，可以了解围岩的稳定性和变形情况。
地下水渗流耦合力学数值模型的基本原理是将地下水渗流方程
和围岩力学方程耦合在一起，形成一个联立的数学模型。
模型通过
离散化方法，如有限元法或有限差分法，将复杂的连续问题转化为
离散的代数方程组。
然后，通过迭代计算的方式，求解这个方程组，得到地下水渗流和围岩的应力和变形场。
地下水渗流耦合力学数值模型在工程领域有广泛的应用。
例如，在地下水资源开发中，可以用于模拟地下水开采对周围围岩的影响，评估地下水资源的可持续利用性。
在地下工程中，可以用于分析地
下水渗流对围岩稳定性的影响，评估工程的安全性。
在地下储气库或储水库设计中，可以用于模拟地下水渗流和围岩变形的过程，优化工程设计。
总之，地下水渗流耦合力学数值模型是一种重要的数值模拟方法，可以帮助我们理解地下水和围岩之间的相互作用，为地下工程和地下水资源管理提供科学依据。
地下水渗流模型实验系统设计
地下水渗流模型实验系统设计发表时间：2015-11-09T11:24:49.470Z 来源：《工程建设标准化》2015年7月供稿作者：张清林耿冬青[导读] 中国建筑股份有限公司技术中心随着城市建设进程的加快，城区内的建筑高度越来越大，基坑也越来越深。
张清林耿冬青（中国建筑股份有限公司技术中心地下工程研究所，北京，顺义区，101300）【摘要】为了观察水在土中的渗透过程，模拟工程降水、边坡工程施工过程中出现的地下水渗透破坏，设计了一套能进行多种渗透情况的演示和模拟实验地下水渗流模型实验系统。
介绍了地下水渗流模型实验系统的组成结构，以及它所能进行的模型试验。
可为工程降水及边坡工程稳定等研究提供实验室数据和基础参数。
【关键词】渗透；模型试验；传感器1 前言目前，随着城市建设进程的加快，城区内的建筑高度越来越大，基坑也越来越深，在开挖较深、地表有沉降有严格要求的基坑时，通常会采取坑内降水、坑外止水的措施，这样在坑内外就形成了一个水头差，当水头差达到一定程度且止水结构失效时，就会发生土体的渗透破坏。
造成基坑失稳、堤坝塌方等工程事故 [1~5]。
不仅影响施工进度，更有甚者会造成人员伤亡。
如何评价基坑及边坡发生渗透破坏的稳定性问题成为重要的课题。
在基坑工程中，由于常采用帷幕来降低发生渗透破坏的可能性，井点降水过程中坑底水位不断下降，以及水源补给条件的多样性，都会造成基坑工程中渗流场的分布有很大的不确定性、复杂性。
本文提出的地下水渗流模型实验系统能对基坑土体在降水、回灌，以及不同工况下的边坡工程进行渗流模拟，通过压力传感器测得孔隙水压力，计算压力水头，分析其渗流场，评价其稳定性。
为基坑工程降水及边坡工程的渗透稳定等研究提供实验室数据和基础参数。
2 地下水渗流模型实验系统组成整个设备由主要渗流装置、供水系统、排水系统、降雨模拟系统、计算机监控系统共五大系统及角钢支座组成。
主要渗流装置是完成各种模型试验的主要设备，由有机玻璃水槽做成，厚1.5cm ,玻璃水槽尺寸为L×B×H=2.6m×1.4m×1.2m，长边方向两端面布置直径２cm的小孔，作为渗流时补给水源及排水用；隔板用来区分不同的功能区：槽首供水区，尺寸L×B×H=0.3m×1.4m×1.2m；槽中渗流区，尺寸L×B×H=2.0m×1.4m×1.2m；槽尾排水区，尺寸L×B×H=0.3m×1.4m×1.2m。
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地下水渗流模型实验系统设计
发表时间：2015-11-09T11:24:49.470Z 来源：《工程建设标准化》2015年7月供稿作者：张清林耿冬青
[导读] 中国建筑股份有限公司技术中心随着城市建设进程的加快，城区内的建筑高度越来越大，基坑也越来越深。
张清林耿冬青
（中国建筑股份有限公司技术中心地下工程研究所，北京，顺义区，101300）
【摘要】为了观察水在土中的渗透过程，模拟工程降水、边坡工程施工过程中出现的地下水渗透破坏，设计了一套能进行多种渗透情况的演示和模拟实验地下水渗流模型实验系统。
介绍了地下水渗流模型实验系统的组成结构，以及它所能进行的模型试验。
可为工程降水及边坡工程稳定等研究提供实验室数据和基础参数。
【关键词】渗透；模型试验；传感器
1 前言
目前，随着城市建设进程的加快，城区内的建筑高度越来越大，基坑也越来越深，在开挖较深、地表有沉降有严格要求的基坑时，通常会采取坑内降水、坑外止水的措施，这样在坑内外就形成了一个水头差，当水头差达到一定程度且止水结构失效时，就会发生土体的渗透破坏。
造成基坑失稳、堤坝塌方等工程事故 [1~5]。
不仅影响施工进度，更有甚者会造成人员伤亡。
如何评价基坑及边坡发生渗透破坏的稳定性问题成为重要的课题。
在基坑工程中，由于常采用帷幕来降低发生渗透破坏的可能性，井点降水过程中坑底水位不断下降，以及水源补给条件的多样性，都会造成基坑工程中渗流场的分布有很大的不确定性、复杂性。
本文提出的地下水渗流模型实验系统能对基坑土体在降水、回灌，以及不同工况下的边坡工程进行渗流模拟，通过压力传感器测得孔隙水压力，计算压力水头，分析其渗流场，评价其稳定性。
为基坑工程降水及边坡工程的渗透稳定等研究提供实验室数据和基础参数。
2 地下水渗流模型实验系统组成
整个设备由主要渗流装置、供水系统、排水系统、降雨模拟系统、计算机监控系统共五大系统及角钢支座组成。
主要渗流装置是完成各种模型试验的主要设备，由有机玻璃水槽做成，厚1.5cm ,玻璃水槽尺寸为L×B×H=2.6m×1.4m×1.2m，长边方向两端面布置直径２cm的小孔，作为渗流时补给水源及排水用；隔板用来区分不同的功能区：槽首供水区，尺寸
L×B×H=0.3m×1.4m×1.2m；槽中渗流区，尺寸L×B×H=2.0m×1.4m×1.2m；槽尾排水区，尺寸L×B×H=0.3m×1.4m×1.2m。
供水区与渗流区之间，以及渗流区与排水区之间加透水活动传力柱顶托，以防装样后渗流区两端变形；传力柱布局及结构见图1。
传力柱在实验后可以拆卸。
传力柱外侧直径8cm，壁厚5mm，长29.9cm；侧壁开口宽度为1cm。
材质为有机玻璃。
监测井包括抽水井和回灌井，监测井可以根据实验目的自由设计其结构和安放位置，采用PVC管制成；内径2cm，外径2.5cm，管壁厚2.5mm，井长度120cm，网眼密度：3眼/cm2，网眼直径：3mm，在使用时需用纱网将监测井包裹防止砂粒进入监测井，以防止发生堵塞。
供水系统是补给土体进行渗透试验用水的设备，其通过可以调节高度的支架及设置在储水箱的排水孔来保证进行渗透试验所需的水源。
供水箱可在带螺纹的升降杆作用下上下移动，用以调节渗流槽内的压力水头，供水箱下方有与渗流槽相连的软管，中间用阀门控制供水量大小。
图2 主要渗流装置图
排水系统是各种地下水相关试验过程中进行排水的装置，包括排水管，阀门等。
降雨模拟系统是用来模拟工程场地受降水影响时的淋雨装置，由喷淋器、供水管路、供水泵组成。
淋喷器用硬塑料管做成，均布着直径为３mm的小孔，通过供水泵和阀门来调节降水量的大小。
计算机监控系统是本实验装置的数据采集系统，其通过设置在不同位置处的传感器和百分表，来测量土体在渗流作用下的侧向压应力的变化、孔隙水压力的变化以及土体表面的沉降。
角钢支座能防止因水土压力导致玻璃水槽发生变形，起固定的作用。
从槽底部向上，分别在高度为30cm、60cm、90cm处，加水平角钢围栏固定槽体周边四个侧壁。
槽体底部的托底角钢从渗流区一端开始布设，相邻两个角钢横梁相距40cm。
角钢厚度为5mm，宽度5cm。
角钢强度须要能够承载槽中的荷载，确保渗流装置不发生明显变形而影响实验精度。
3 渗流模型实验系统功能设计
本地下水渗流模型实验系统可通过不同设计完成如下实验功能：
3.1 模拟降水及回灌引起的土体沉降
本渗流模型实验系统能够模拟工程场地受施工降水及自然降水影响地基土体的沉降，模拟工程场地土体由于回灌作用产生的变形回弹
及土体应力的变化。
并能进行水土压力的测量、地基土体沉降的量测。
根据工程场地的勘察报告，在渗流区设置模拟实际情况的土层，通过供水系统设置一定高度的地下水位，在渗流槽特定位置设置抽水井，用抽水泵进行抽水；在土体表面放置百分表，百分表固定在渗流槽壁上，可以测量表面土体在施工降水作用下土体表面的沉降。
在土体内部埋设水压力和土压力传感器，用来测量土体在施工降水影响作用下土压力及水压力的变化。
通过架设喷淋器可以模拟基坑工程土体受自然降水的影响，观测地表沉降及水、土压力的变化情况。
3.2 计算土体的渗透系数
在渗流区设置模拟实际情况的土层，在土体两端设置稳定的供水和排水装置，利用传感器测定不同位置的孔隙水压力，通过测量一定时间内土体中渗流出水量的多少，可计算土体的渗透系数。
进行水平向的渗透演示实验时，在渗流区中放入土样，然后通过侧壁上的孔向主要渗流区中注水，可以观察渗透的全过程。
通过水压力传感器可读出不同位置的土样的孔隙水压力。
进行常水头实验，待渗流稳定后保持供水支架上水筒的水位保持不变。
通过计算单位时间内排水区水的渗透量可得出土的渗透系数。
对于常水头实验，由达西定律[6]：
式中：i为水力梯度，表示单位渗流长度上的水头损失；
A为土样的横截面积；
Q为水在时间t内的渗透量；
3.3 流网绘制及边坡渗透失稳模型实验
本实验系统能够模拟降雨入渗过程中土质边坡失稳情况及水、土压力的变化情况。
根据实际工程中边坡倾角，通过控制边坡隔板的角度，设置不同坡角的边坡模型。
同时布置水、土压力传感器，待装好土样后，可以利用供水系统在主要渗流装置一端提供稳定水头，观察土中水的渗流情况，通过水压力传感器可记录不同位置处的孔隙水压力，进而可作出土中渗流水的等势线，做出二维的渗流流网。
在供水系统一端逐渐增大水头，可观察边坡土体发生渗透破坏的情况，读取土体发生渗透破坏时水、土压力传感器的数据，分析土体发生渗透破坏时土压力与孔隙水压力的变化情况。
通过设置不同坡角的边坡模型，做出不同边坡模型发生渗透破坏时的倾角与压力水头大小的关系，可为实际工程提供实验室数据。
4 结论
此地下水模型实验系统的研制，主要用于模型试验。
通过对实际工程项目的地基土体进行模型试验，模拟其受施工降水、自然降水、回灌等作用下土体的变形和应力变化情况，模拟工程边坡模型受地下水渗透力作用下失稳过程中水、土压力的变化。
可为实际工程的施工提供实验室数据，为施工方案的优化调整提供室内模型数据支持。
可进行土体渗透破坏的演示实验，为土体渗透破坏提供更直观的设备，并能计算土体的渗透系数。
参考文献：
[1]许年金，糜崇蓉.上海某研究所高层建筑基坑边坡事故分析[C].第二届全国岩土工程实录交流会.岩土工程实录集.北京：中国工程勘察协会，1990
[2]陈希哲.地基事故与预防-国内处建筑工程实例[M].北京：清华大学出版社，1994
[3]刘广胜.渗流对深基坑工程影响的研究[博士学位论文D].南京：河海大学，2000
[4]陈希哲土力学地基基础［M］.北京：清华大学出版社，1998
[5]毛昶熙.管涌与滤层的研究：管涌部分[J].岩土力学，2005，26（2）：209-215.
[6]张克恭，刘松玉.土力学[M].北京:中国建筑工业出版社,2001
作者简介：
张清林（1987-），男，工程师，硕士，主要研究方向为岩土工程。