,410 北京科技大学学报 第31卷 通过多种曲线的回归分析比较，发现渗流指数 式(17)~(19)中，有下标m的参数为模型的参数， m与雷诺数Re之间存在幕函数 无下标的参数为原型的参数：a、8和g分别为x、 水平渗流关系式为： y和z方向的线性比例；（为时间比例：4为渗流 m=1.0319Re0.14o8 (15) 系数比例：a为贮水系数比例， 垂直渗流关系式为： 这里实验材料与现场物料是一致的，因此贮水 m=0.9893Re0.1179 (16) 系数比例取1，原型与模型同步运行，时间比例取 通过分析归纳，当he<0.8时，m=1,属于层 1.x、y和z三个方向比例系数相同，且为线性比例 流运动；当0.8<Re<390时，1<m<2,属于过渡 系数.因此渗流系数比例为线性比例系数的平方， 流；当e>390时，m=2,属于紊流运动 由此可求出现场渗流系数为： 4现场渗流系数的确定 (20) 根据现场散体物料的粒级组成，选择合适的相 以德兴铜矿排土场为例计算现场渗流系数，根 似比，将其缩小为小于10mm的实验物料配比.由 据德兴铜矿西源排土场边坡1号剖面粒度组成[2]， 实验物料回归的孔隙率与粒级组成的函数关系求出 选择相似比为1：40，得出模型的粒级组成，如 孔隙率，再由孔隙率求出模型的渗流系数，最后得出 表5所示，可得出X1~X8值.根据表5中的X值， 现场渗流系数 由式(12)求出模型的孔隙率为29.42%.由孔隙率 根据相似原则以及均质各向同性介质中的非稳 定流方程，可以得到以下相似比例山 与渗流系数的回归方程(10)及方程(11)，可求出模 型的水平渗流系数为1.98×10-5ms1,垂直渗流 (17) 系数为9.46×10-6ms1,各向异性系数为2.09. 44kC4 由式(19)可计算出德兴铜矿西源排土场水平渗流系 m m,心=“，冬=三m (18) 数为3.68×10-2ms-1,垂直渗流系数为1.51× y Km 10-2ms1.计算结果表明，排土场散体边坡渗透 4=4= (19) 性极好，属于强透水层，与现场情况相符 表5 德兴铜矿西源排土场粒级组成 Table 5 Gradation composition of Xiyuan dump in Dexing Copper Mine 粒级代码 参数 X2 X3 X5 X6 X7 X8 原型粒径/mm <4 4-8 816 16-21 21-80 80~160 160-320 320-400 模型粒径/mm <0.1 0.10.2 0.20.4 0.4-0.7 0.7～2 2-4 4-8 8-10 粒级含量/% 7.7 4.1 6.4 5.4 47.8 5.9 22.2 0.5 中间粒级与孔隙率负相关，粗粒级与孔隙率呈正相 5 结论 关.影响孔隙率的主要因素是0.1~0.2mm的物料 (1)在三种渗流方式中，垂直向上的渗流系数 含量，而粗粒级108mm和8~4mm之间具有强 最大，其次为水平方式，垂直向下的渗流系数最小， 烈的交互作用. 均质体各向异性系数均大于1，变化范围在1.38~ (4)渗流指数m与雷诺数Re之间存在幕函数 6.73之间，平均值为4. 关系，当Re<0.8时，m=1,属于层流运动；当 (2)渗流系数与散体粗料、细料含量相关，渗 0.8<he<390时，1<m<2,属于过渡流：当Re> 流系数随含泥量的增大而下降，随粗粒含量P5值 390时，m=2,属于紊流运动.对于判定渗流状态 的增大而上升；粗粒含量P在35%60%之间以 两者是一致的，散体渗流属于过渡流 及含泥量在1%~5%之间，散体的渗流系数呈先升 (5)在现场散体物料的粒级组成基础上，根据 后降现象 相似原则、渗流系数与孔隙率的关系，可从室内实验 (③)渗流系数与孔隙率的关系极为密切，随孔 结果求出现场渗流系数值，德兴铜矿西源排土场水 隙率增大而上升，孔隙率与物料的粒级组成有关， 平渗流系数为3.68×10-2ms1,垂直渗流系数为通过多种曲线的回归分析比较‚发现渗流指数 m 与雷诺数 Re 之间存在 函数． 水平渗流关系式为： m＝1∙0319Re 0∙1408 （15） 垂直渗流关系式为： m＝0∙9893Re 0∙1179 （16） 通过分析归纳‚当 Re＜0∙8时‚m＝1‚属于层 流运动；当0∙8＜ Re＜390时‚1＜ m ＜2‚属于过渡 流；当 Re＞390时‚m＝2‚属于紊流运动． 4 现场渗流系数的确定 根据现场散体物料的粒级组成‚选择合适的相 似比‚将其缩小为小于10mm 的实验物料配比．由 实验物料回归的孔隙率与粒级组成的函数关系求出 孔隙率‚再由孔隙率求出模型的渗流系数‚最后得出 现场渗流系数． 根据相似原则以及均质各向同性介质中的非稳 定流方程‚可以得到以下相似比例［11］： α2 x αk ＝ α2 y αk ＝ α2 z αk ＝ αt αμ （17） αx＝ xm x ‚αy＝ ym y ‚αz＝ z m z （18） αk＝ Km K ‚αt＝ tm t ‚αμ＝ μm μ （19） 式（17）～（19）中‚有下标 m 的参数为模型的参数‚ 无下标的参数为原型的参数；αx、αy 和αz 分别为 x、 y 和 z 方向的线性比例；αt 为时间比例；αk 为渗流 系数比例；αμ 为贮水系数比例． 这里实验材料与现场物料是一致的‚因此贮水 系数比例取1．原型与模型同步运行‚时间比例取 1．x、y 和 z 三个方向比例系数相同‚且为线性比例 系数．因此渗流系数比例为线性比例系数的平方． 由此可求出现场渗流系数为： K＝ Km α2 x （20） 以德兴铜矿排土场为例计算现场渗流系数．根 据德兴铜矿西源排土场边坡1号剖面粒度组成［12］‚ 选择相似比为 1∶40‚得出模型的粒级组成‚如 表5所示‚可得出 X1～X8 值．根据表5中的 X 值‚ 由式（12）求出模型的孔隙率为29∙42％．由孔隙率 与渗流系数的回归方程（10）及方程（11）‚可求出模 型的水平渗流系数为1∙98×10－5 m·s －1‚垂直渗流 系数为9∙46×10－6 m·s －1‚各向异性系数为2∙09． 由式（19）可计算出德兴铜矿西源排土场水平渗流系 数为3∙68×10－2 m·s －1‚垂直渗流系数为1∙51× 10－2 m·s －1．计算结果表明‚排土场散体边坡渗透 性极好‚属于强透水层‚与现场情况相符． 表5 德兴铜矿西源排土场粒级组成 Table5 Gradation composition of Xiyuan dump in Dexing Copper Mine 参数 粒级代码 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 原型粒径／mm ＜4 4～8 8～16 16～21 21～80 80～160 160～320 320～400 模型粒径／mm ＜0∙1 0∙1～0∙2 0∙2～0∙4 0∙4～0∙7 0∙7～2 2～4 4～8 8～10 粒级含量／％ 7∙7 4∙1 6∙4 5∙4 47∙8 5∙9 22∙2 0∙5 5 结论 （1） 在三种渗流方式中‚垂直向上的渗流系数 最大‚其次为水平方式‚垂直向下的渗流系数最小． 均质体各向异性系数均大于1‚变化范围在1∙38～ 6∙73之间‚平均值为4． （2） 渗流系数与散体粗料、细料含量相关．渗 流系数随含泥量的增大而下降‚随粗粒含量 P5 值 的增大而上升；粗粒含量 P5 在35％～60％之间以 及含泥量在1％～5％之间‚散体的渗流系数呈先升 后降现象． （3） 渗流系数与孔隙率的关系极为密切‚随孔 隙率增大而上升．孔隙率与物料的粒级组成有关‚ 中间粒级与孔隙率负相关‚粗粒级与孔隙率呈正相 关．影响孔隙率的主要因素是0∙1～0∙2mm 的物料 含量‚而粗粒级10～8mm 和8～4mm 之间具有强 烈的交互作用． （4） 渗流指数 m 与雷诺数 Re 之间存在 函数 关系．当 Re ＜0∙8时‚m ＝1‚属于层流运动；当 0∙8＜Re＜390时‚1＜ m＜2‚属于过渡流；当 Re＞ 390时‚m＝2‚属于紊流运动．对于判定渗流状态 两者是一致的‚散体渗流属于过渡流． （5） 在现场散体物料的粒级组成基础上‚根据 相似原则、渗流系数与孔隙率的关系‚可从室内实验 结果求出现场渗流系数值．德兴铜矿西源排土场水 平渗流系数为3∙68×10－2 m·s －1‚垂直渗流系数为 ·410· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷