某两层土渗流实验装置如图所示

① 某实验装置如图所示，经检验气密性良好．若先将甲中液体挤出，观察到气球明显鼓起，一段时间后，气球明显

A、双氧抄水与二氧化锰混合产生氧气，氧气一段时间后不会被吸收，气压不能减小，气球不能恢复原状，故A错误；
B、浓盐酸与碳酸氢钠混合能反应产生二氧化碳，气压增大，气球会变大，而二氧化碳一段时间后会被氢氧化钠吸收生成碳酸钠，气球会恢复原状，再滴加盐酸，碳酸钠和盐酸反应又会生成二氧化碳，气球再次膨大，故B正确；
C、氢氧化钠遇水放热，瓶内压强增大气球鼓起来，恢复室温后气球恢复原状；硝酸铵遇水吸热，瓶内压强减小，气球不会重新鼓起来，故C错误；
D、氧化钙遇水放热，瓶内压强增大气球鼓起来，恢复室温后气球恢复原状；盐酸与镁混合产生氢气，氢气不会被吸收，使瓶内压强增大，气球重新鼓起来，故D正确．
故选：BD．

② 地下水运动的基本规律

地下水具有流动性，为了确定其水量，就必须研究地下水运动的基本规律。以往的研究多集中于多孔介质饱水带重力水的运动，但在解决地下水的补给、潜水蒸发以及污染质在包气带中的运移机理等实际问题时，却涉及到包气带水以至结合水的运动，因此包气带水的运动规律的研究，近年来也越来越受到学者们的关注。

地下水在孔隙岩石中的运动称为“渗流”（或渗透），渗流占据的空间称渗流场。地下水在松散岩石粒间孔隙和宽度不很大的裂隙中流动时，流速很慢，加之受到介质固相表面的吸力较大，故水的质点排列有序，多呈“层流”运动。在个别宽大的洞穴和裂隙中，水流速度较大，水流质点呈无秩序的互相混乱流动，则属于“紊流”运动。

水在渗流场内运动，当各个运动要素（水头压力、流速、流向）不随时间变化时，称为稳定流；当运动要素随时间变化时称为非稳定流。严格地讲，自然界中的地下水运动都属于非稳定流，但为了便于分析和运算，当上述运动要素变化微小时，也可看作为稳定流。

一、饱水带重力水运动的基本规律

有关饱水带重力水运动的第一个规律，是法国水力学家达西（H.Darcy）在1856年通过实验得到的。

达西通过圆筒砂柱的渗透实验装置（图3-4）得到了水头高度不变条件下，砂层的渗透流量（Q）与水力坡度（I）和过水断面（W）的关系式：

趋于零，则V_t=K，即入渗速度趋于定值。

③ 达西渗流定律的达西定律

达西在1856年通过了大量的实验研究，总结得出渗流能量损失与渗流速度之间的关系，即达西定律。
达西定律：
达西实验装置如图所示。圆筒横断面积为A，其中充填均匀的砂粒，砂层厚度为l，由金属网支托。水由稳压水箱经水管A流入圆筒中，再经砂层渗滤后由出水管B流出。其流量由量筒C量测，在砂层上下两端装测压管以量测渗流的水头损失。由于渗流流速极小，所以流速水头可以忽略不计，总水头可用测压管水头来表示，水力坡度可以用测压管坡度来表示：

达西分析了大量实验资料，得到圆筒内的渗流量Q与圆筒横断面积A和水力坡度J成正比，并和砂层的透水性能有关。达西建立的基本关系为：Q=kAJ,也可以写成V=Q/A=kJ，式中 k为渗流系数，反映了土壤的透水性能。
实验发现，随着雷诺数Re的增加，多孔介质（砂层）中的流动状态经历三个区域：①线性层流区：粘性力占优势，达西定律成立，上限约在Re=10左右；②非线性层流区(过渡区)：为主要被惯性力制约的层流，达西定律不成立，上限约在Re=100左右，在上限附近开始有层流到湍流的过渡；③湍流区：惯性力占优势，达西定律不成立。由此可见，从上限雷诺数方面偏离达西定律与层流到湍流的过渡不是完全等价的。
在渗流速度很低时，流体与介质间的表面分子力作用显得更为重要。部分液体的滞流现象使孔隙度发生变化，从而引起渗透率的相应变化。实验表明，这时孔隙度和渗透率均随渗流速度的增加而增加，速度到某一临界值后不再变化，因此不遵循达西定律。
在雷诺数大于上限Re数的情况下，应该用“渗流的二项式定律”代替达西定律，即
，
式中A、B为决定于流体和介质性质的常数。
在雷诺数小于下限Re数情况下，非线性渗流定律的一般形式可写为：
式中f(J)为小雷诺数情况下渗透率随水力坡度的变化函数关系，由实验确定。
以上主要是单相流体达西渗流定律；对于多相流体，达西定律对每一相仍然成立，只需将渗透率修正为该相的相渗透率即可。

④ 某渗透装置如图所示，烧杯中盛放有蒸馏水，图中猪膀胱膜允许单糖透过．倒置的长颈漏斗中先装入蔗糖溶液，

1、由题意知，漏斗内的溶液是蔗糖溶液，烧杯内是蒸馏水，由于漏斗内的溶版液的渗透压高权，水分子从烧杯进入漏斗，是漏斗中的液面升高；
2、加入蔗糖酶后，1分子蔗糖水解形成1分子葡萄糖和1分子果糖，使物质的量的浓度升高，渗透压升高，水分子又从烧杯进入漏斗，漏斗侧液面又升高；
3、由题意知，葡萄糖分子和果糖能透过半透膜，因此由于葡萄糖分子和蔗糖通过半透膜进入烧杯，漏斗内液面下降．
故选：D．

⑤ 实验Ⅰ 不稳定渗流实验

一、实验目的

通过不稳定流条件下的渗流实验，加深对Darcy定律的理解。

二、实验装置

如图Ⅰ-1所示，圆管A下段装有待测定的砂样，底端为铜丝网，砂样表层铺放薄层细砾。实验开始时，圆管上部装满水，水便通过砂样渗流，圆管上部水位则逐渐下降。

圆管下端放在盛水器皿B中，通过砂样渗流到器皿中的水会自动溢出，以固定渗流段下游水位。排水容器E通过排水管随时排走盛水器皿溢出的水。

图Ⅰ-1 实验装置图

图Ⅰ-2 t-lg H直线

三、实验原理

1.2.1节中“不稳定Darcy实验”已证明，图Ⅰ-1所示的装置中水头H与时间t呈半对数关系（1.23）式，即

地下水动力学（第五版）

式中：t为时间；H₀为实验的初始水头（即当t＝0时的水头）；H为对应不同时间t的水头；l为试样长度；K为渗透系数。

因此，实验过程中，可测定对应不同时间的水头值，作t-lg H直线关系（图Ⅰ-2），利用该直线的斜率m求渗透系数K。

四、实验步骤

（1）熟悉仪器结构以及秒表操作方法与读数。进行实验分工，建议一人观察水头变化，一人看秒表，一人记录。

（2）将盛水器皿充满水，并将渗透管的下端放入盛水器皿B的水面之下约1cm。

（3）对试样充水，使其自由渗透2～3次，以饱和砂土，排除空气。

（4）记下初始水头H₀，对透明管充水到渗透管零点上方。待水位下降至零刻度，开动秒表记时。

（5）水位下降到预先设计的降深值（如2，4，6，8，…，20cm）时，记录对应的时间（表Ⅰ-1）。

（6）重复实验步骤（4）和步骤（5）1～2次，进行核对。

（7）改变渗透管下端没入盛水器皿的深度（离器皿底部约1cm）进行同样实验，记录读数。

（8）与不同砂样的小组交换仪器，重复上述步骤（4）～步骤（7）的实验，做好记录。

表Ⅰ-1 实验Ⅰ数据记录

注：长度单位为cm，时间单位为s。

五、实验成果

1.提交实验数据记录（表Ⅰ-1）。

2.数据处理

（1）绘制两种砂样的t-lg H曲线。

（2）计算渗透系数K（表Ⅰ-2）。

表Ⅰ-2 实验Ⅰ渗透系数计算简表

3.问题讨论

（1）达西定律的应用条件是什么？

（2）渗透管出口端放在盛水器皿不同深度时，渗透速度有何变化？为什么（对比实验资料说明）？

（3）本实验中，测定水位H的基准面在何处？

六、试验性实验设计