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1、水利学报1998年1月SHUILIXUEBAO增刊堆石体渗透规律的试验研究徐天有张晓宏孟向一(西安理工大学水电学院)(西安市建委)摘要本文通过理论分析和试验研究,认为堆石体的渗透规律主要受水力梯度和介质本身及流体的影响,其渗透规律乃是一个完整的物理过程.通过理论分析给出了堆石体渗透规律的统一表达式,着重研究了孔隙率n及颗粒几何尺寸d和流态的关系.关键词堆石体,渗透特性,试验研究.由于目前对土石(围堰)坝坝顶过水的水流特性以及它的稳定性等问题尚未完全解决,这样就对土石体(围堰)过水的应
2、用带来很大的阻力.土石体(围堰)是一种散粒结构,其孔隙率较其它材料的孔隙率大,当其过水时,渗透是影响土石体稳定的一个主要因素.故在研究土石体过水之前,应对其渗透规律有一个比较清楚的了解.基于这样的目的,本文就多孔介质,尤其是粒状材料的渗透规律进行了理论和试验研究,从而为进一步分析散粒体在渗透力的作用下的稳定性提供一些理论和试验的参考依据.1渗流规律的基本方程以往对多孔介质的渗透规律,国内外许多学者进行了理论和试验研究,其理论基础都是根据[1]1856年法国科学家达西(Darcy)由试验中得出的线性公式,即达西定律:V
3、=KJ.随后,根据实际[2]2需要,人们提出渗透规律的非线性关系.J=aV+bV.实验表明:水流通过多孔介质的运动规律并不是仅和流速、坡降有关,而且同时受到颗粒的形[2.3]状、紧密程度、水温、颗粒的大小和排列等多种因素的影响.本文根据因次分析理论和动力平衡方程式.推导出多孔介质的渗透规律为:1uc2J=V+V.(1)krgk2n21-ni其中k=d,c=2cmcncf,cm=/,cn=21.符号的物理意义:u水的动1(1-n)ni力粘滞系数;r水的比重;V渗透流速;颗粒的面积形状系数;颗粒
4、的体积形状系数;n孔隙率;1线性渗透规律时颗粒与颗粒间的影响系数;2紊流渗透时颗粒与颗粒间的影响系数;cn、cm修正系数.2试验结果分析对多孔介质,其试验条件、试验材料的不同,得出的参数也就不同.本次试验材料选人工碎石,1并根据所选颗粒的大小(5mm5、料在80表1不同粒径各阶段临界雷诺数温度T!时的临界雷诺数标准状态下的临界雷诺数状态Rekp1Rekp2Rekp3T(!)Rekp1Rekp2Rekp312492226246127341501781161694379242884437987712028014264622775752026813302626316152592412323332029211766014248320849352149140182415319258749515030778766、47821214710831561203446146611218283332749551201531627872777322723117454401006380224681440182872672334888763148522216779637909119232493060853313588101855745345010502317231269958150359012315192941115330238745439981493817、9171093898691232572421610134014323731764573842132258185659573551281716141117276821406014877337054001280457370722816462515105212659123169125080697059442781616802145150566715701521613145051322417104607474921171067593236668、251887003181027491391621870856956789445371781973422273201606038384636219697213916272201828390734340525370165178217030388412127569102196750767
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