第4期 王洪江等：矿岩均质体各向异性渗流特性 .407. s=3二hs L35 (5) 人=B十s 2 (6) 在式(4)~(6)中，h3、J35和p分别为监测点1和3 之间、点3和5之间水力梯度以其平均梯度；h1、h3 和h5分别为监测点1、3和5的水柱高度，m;L13和 L35为监测点1和3之间、点3和5之间距离，m, 雷诺数Re按下式计算： 1一上游水箱：2-调节阀门：3一柱浸圆筒：4一测压孔：5一流量 计：6-下游水箱；7-化工泵；8-塑料管道 Re=ud U (7) 图1渗流实验装置示意图 式中，v为渗流速度，ms1;d为散体平均粒径，m; Fig.1 Sketch of seepage test installation "为流体运动黏滞系数，m2s1. 其孔隙率 渗流速度v与水力梯度J之间的关系为： 将实验物料装入柱浸圆筒内，其两端进出口与 )=K厂m (8) 塑料管道联接，测压孔通过塑料软管与测压管联接， 式中，K为渗流系数，ms-1;J为水力梯度；m为渗 溶液由上游容器通过调节阀门、塑料管道进入柱浸 流指数，其值为1~2. 圆筒，经过散体物料后流入下游容器，下游容器内 由式(8)看出，当m=1时，与达西定律相同：当 的溶液由化工泵直接泵入上游容器，实现了渗流溶 m=2时，与巴甫洛夫紊流定律相同：当1<m<2 液的循环.柱浸圆筒内径为50mm,长1.0m,于柱 时，符合许多学者提出的过渡流，因此，用式(8)反 浸圆筒交错设置五个测压孔· 映散体的渗流特性和渗流规律较为全面、合理，并具 将装有实验物料的柱浸圆筒水平放在自制多功 有形式简单、使用方便等优点， 能浸出实验台架上，进行水平渗流实验，然后将柱状 渗流各向异性用下式表征： 圆筒垂直立于实验台架上，测定其垂直渗流状态 K. (9) 流量由柱浸圆筒下方的流量计测定，压力由测压管 测定 式中，K。为渗流各向异性系数，ms1;K1为水平渗 2.3分析原理 流系数，ms1;K。为垂直向下渗流系数，ms1. 孔隙率按下式计算： 3结果与讨论 e=C2-C×100% YV (1) 3.1均质体渗流各向异性规律 式中，e为孔隙率，%；G1和G2分别为注入水溶液 对方案1进行了渗流各向异性实验，渗流方式 前后的烧杯质量，g:Y为水的密度，gcm-3:V为烧 取水平、由上而下、由下而上三种.将方案1的三种 渗流方式的渗流速度与其水力梯度进行回归分析， 杯的体积，cm3. 其结果如图2所示，在三种渗流方式中，垂直向上 渗流量按下式计算： 的渗流系数最大，其次为水平方式，垂直向下的渗流 Q=60X V2-V1 (2) 0.035-0.02412m6 t 0.030 R2-0.973 式中Q为渗流量，m3h;V2和V1分别为初始体积 0.025 j=0.0175xd% 0.020 R-0.9995 及终了体积，m3;t为实验时间，min. 0.015 渗流速度按下式计算： 驰 0.010 季)-0.0311x1。水平方式 R2-0.9965 口从上而下 0.005 V-0 △从下而上 (3) 0 1.02.03.04.0 式中，D为柱浸圆筒直径，0.05m. 水力梯度 水力梯度按下式计算： 图2方案1中不同渗流方式下渗流速度与水力梯度之间的关系 ha=b二bs Fig.2 Relation between seepage velocity and hydraulic gradient un- L13 (4) der different seepage modes in Scheme No.11—上游水箱；2—调节阀门；3—柱浸圆筒；4—测压孔；5—流量 计；6—下游水箱；7—化工泵；8—塑料管道 图1 渗流实验装置示意图 Fig．1 Sketch of seepage test installation 其孔隙率． 将实验物料装入柱浸圆筒内‚其两端进出口与 塑料管道联接‚测压孔通过塑料软管与测压管联接． 溶液由上游容器通过调节阀门、塑料管道进入柱浸 圆筒‚经过散体物料后流入下游容器．下游容器内 的溶液由化工泵直接泵入上游容器‚实现了渗流溶 液的循环．柱浸圆筒内径为50mm‚长1∙0m‚于柱 浸圆筒交错设置五个测压孔． 将装有实验物料的柱浸圆筒水平放在自制多功 能浸出实验台架上‚进行水平渗流实验‚然后将柱状 圆筒垂直立于实验台架上‚测定其垂直渗流状态． 流量由柱浸圆筒下方的流量计测定‚压力由测压管 测定． 2∙3 分析原理 孔隙率按下式计算： ε＝ C2－C1 γV ×100％ （1） 式中‚ε为孔隙率‚％；G1 和 G2 分别为注入水溶液 前后的烧杯质量‚g；γ为水的密度‚g·cm －3 ；V 为烧 杯的体积‚cm 3． 渗流量按下式计算： Q＝60× V2－ V1 t （2） 式中 Q 为渗流量‚m 3／h；V2 和 V1 分别为初始体积 及终了体积‚m 3 ；t 为实验时间‚min． 渗流速度按下式计算： V ＝ Q 900πD 2 （3） 式中‚D 为柱浸圆筒直径‚0∙05m． 水力梯度按下式计算： J13＝ h1－h3 L13 （4） J35＝ h3－h5 L35 （5） Jp＝ J13＋J35 2 （6） 在式（4）～（6）中‚J13、J35和 Jp 分别为监测点1和3 之间、点3和5之间水力梯度以其平均梯度；h1、h3 和 h5 分别为监测点1、3和5的水柱高度‚m；L13和 L35为监测点1和3之间、点3和5之间距离‚m． 雷诺数 Re 按下式计算： Re＝ v d υ （7） 式中‚v 为渗流速度‚m·s －1 ；d 为散体平均粒径‚m； υ为流体运动黏滞系数‚m 2·s －1． 渗流速度 v 与水力梯度 J 之间的关系为： v＝ KJ －m （8） 式中‚K 为渗流系数‚m·s －1 ；J 为水力梯度；m 为渗 流指数‚其值为1～2． 由式（8）看出‚当 m＝1时‚与达西定律相同；当 m＝2时‚与巴甫洛夫紊流定律相同；当1＜ m ＜2 时‚符合许多学者提出的过渡流．因此‚用式（8）反 映散体的渗流特性和渗流规律较为全面、合理‚并具 有形式简单、使用方便等优点． 渗流各向异性用下式表征： Ks＝ K1 Kv （9） 式中‚Ks 为渗流各向异性系数‚m·s －1 ；Kl 为水平渗 流系数‚m·s －1 ；Kv 为垂直向下渗流系数‚m·s －1． 3 结果与讨论 图2 方案1中不同渗流方式下渗流速度与水力梯度之间的关系 Fig．2 Relation between seepage velocity and hydraulic gradient un￾der different seepage modes in Scheme No．1 3∙1 均质体渗流各向异性规律 对方案1进行了渗流各向异性实验‚渗流方式 取水平、由上而下、由下而上三种．将方案1的三种 渗流方式的渗流速度与其水力梯度进行回归分析‚ 其结果如图2所示．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 第4期 王洪江等： 矿岩均质体各向异性渗流特性 ·407·