第7期 吴爱祥等：矿堆非饱和渗流中的界面作用 847· 2.2实验装置 毛细上升停止前的数据，得到的拟合曲线如图8所 采用竖管法观察并测量矿石毛细上升作用.所 示.拟合曲线满足指数函数，得到回归公式为 需要的材料有矿样1000g、铁架台和有机厚壁玻璃 h=37.823t0.274 (9) 管（直径10cm,高50cm).具体实验装置示意图和 实际照片如图6(a)和(b)所示，图6(a)中1为支 由图8中曲线可以看出，对最初几处实测点进 架，2为厚壁玻璃管，3为玻璃杯：图6(b)中两条 行回归拟合比较困难，因此考虑对毛细上升高度取 红色线段分别表示实验初期（下）和结束后（上）的 对数，对其拟合后得到曲线图9所示，并得到相应 气-液润湿界面. 回归公式为 lgh=1.631t0.057 (10) 250 200 目150 100 玉缩限公司 50 8 液体表面86 09 0 200 400600 8001000 t/h 图7不同浸润时间下毛细上升高度实测数据 Fig.7 Measured data of capillary rise height at different in (a) (b) filtration time 图6竖管法测毛细上升实验示意图(a)及实际照片(b) 30 200 Fig.6 Schematic diagram (a)and photo (b)of capillary rise experiment measured by the vertical tube method 150 2.3实验操作步骤 100 取矿石样品1000g,借漏斗分数次装入玻璃管 50 。实测数据 中，使其密度均匀.将玻璃管垂直插入玻璃杯中，管 一拟合曲线 身用支架固定.注水入玻璃杯中，水面应高出管底 50 200 400G00800 1000 0.5~1cm,在实验过程中水面高度保持不变.实验 t/h 开始后，根据玻璃管中砂土浸水前后颜色的不同， 图8矿石中液体毛细上升高度随浸润时间变化的拟合曲线 每隔一段时间记录毛管中气液润湿界面高度（高度 Fig.8 Fitting curve of capillary rise height to infiltration 从杯中水面算起)，直至上升稳定为止 time 2.4实验结果与分析 2.4r 根据本实验操作步骤和要求，每隔一段时间观 2.2 察矿柱的液面高度，观察总时间为1000h,不同观 察时间下玻璃管内毛细上升高度如图7所示.由图 (ww 2.0 7可见：浸润刚开始时，矿石中孔隙间基质吸力较 1.8 大，干燥的刊矿石自下而上浸润，毛细上升高度迅速 增加：当浸润时间超过200h,由于砂土孔隙中存在 1.68 。实测值 较多液体，吸附力降低，导致液体上升程度趋于缓 拟合曲线 慢；当浸润时间超过700h,液体毛细上升高度几乎 1.4 0 200 400 600 800 保持不变. t/h 图9矿石中液体毛细上升高度对数值随浸润时间变化的拟 由测量数据可知，浸润719h后，矿柱内液面 合曲线 停止上升，表明此时基质吸力和液体重力达到平衡， Fig.9 Fitting curve of the logarithm of capillary rise height 毛细作用达到稳定，上升停止.根据实测数据拟合 to infiltration time第 7 期 吴爱祥等：矿堆非饱和渗流中的界面作用 847 ·· 2.2 实验装置 采用竖管法观察并测量矿石毛细上升作用. 所 需要的材料有矿样 1000 g、铁架台和有机厚壁玻璃 管 (直径 10 cm，高 50 cm). 具体实验装置示意图和 实际照片如图 6(a) 和 (b) 所示，图 6(a) 中 1 为支 架，2 为厚壁玻璃管，3 为玻璃杯；图 6(b) 中两条 红色线段分别表示实验初期 (下) 和结束后 (上) 的 气–液润湿界面. 图 6 竖管法测毛细上升实验示意图 (a) 及实际照片 (b) Fig.6 Schematic diagram (a) and photo (b) of capillary rise experiment measured by the vertical tube method 2.3 实验操作步骤 取矿石样品 1000 g，借漏斗分数次装入玻璃管 中，使其密度均匀. 将玻璃管垂直插入玻璃杯中，管 身用支架固定. 注水入玻璃杯中，水面应高出管底 0.5∼1 cm，在实验过程中水面高度保持不变. 实验 开始后，根据玻璃管中砂土浸水前后颜色的不同， 每隔一段时间记录毛管中气液润湿界面高度 (高度 从杯中水面算起)，直至上升稳定为止. 2.4 实验结果与分析 根据本实验操作步骤和要求，每隔一段时间观 察矿柱的液面高度，观察总时间为 1000 h，不同观 察时间下玻璃管内毛细上升高度如图 7 所示. 由图 7 可见：浸润刚开始时，矿石中孔隙间基质吸力较 大，干燥的矿石自下而上浸润，毛细上升高度迅速 增加；当浸润时间超过 200 h，由于砂土孔隙中存在 较多液体，吸附力降低，导致液体上升程度趋于缓 慢；当浸润时间超过 700 h，液体毛细上升高度几乎 保持不变. 由测量数据可知，浸润 719 h 后，矿柱内液面 停止上升，表明此时基质吸力和液体重力达到平衡， 毛细作用达到稳定，上升停止. 根据实测数据拟合 毛细上升停止前的数据，得到的拟合曲线如图 8 所 示. 拟合曲线满足指数函数，得到回归公式为 h = 37.823 t 0.274 . (9) 由图 8 中曲线可以看出，对最初几处实测点进 行回归拟合比较困难，因此考虑对毛细上升高度取 对数，对其拟合后得到曲线图 9 所示，并得到相应 回归公式为 lg h = 1.631 t 0.057 . (10) 图 7 不同浸润时间下毛细上升高度实测数据 Fig.7 Measured data of capillary rise height at different in- filtration time 图 8 矿石中液体毛细上升高度随浸润时间变化的拟合曲线 Fig.8 Fitting curve of capillary rise height to infiltration time 图 9 矿石中液体毛细上升高度对数值随浸润时间变化的拟 合曲线 Fig.9 Fitting curve of the logarithm of capillary rise height to infiltration time