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第4期 王洪江等：矿岩均质体各向异性渗流特性 .409 此，应将含泥量控制在2%、粗颗粒含量控制在55% 由式(12)可知，中间粒级与孔隙率负相关，孔隙 左右， 率随中间粒径的含量增大而下降，粗粒级与孔隙率 3.3渗流系数与孔隙率之间的关系 呈正相关，粗粒级含量高，其孔隙率大， 一般来说，散体的孔隙率大，所提供的通道多， 采用逐步回归法进行分析，得知孔隙率Y 渗透性能好，介质的渗透系数就大[9町.因此，渗流系 与X2的关系式为： 数与孔隙率之间存在着内在的联系，根据表3和 y=0.377-3.37×10-3X2 (13) 表4可作渗流系数与孔隙率之间的关系曲线，如 由式(13)得知：在0.1~0.2mm之间的颗粒含 图5所示.通过回归分析，得出水平渗流系数与孔 量与孔隙率负相关，究其原因，在于实验物料的当 隙率的关系式为(R=0.892): 量孔隙直径在0.1~0.2mm内，大部分孔隙通道被 Kx=2.11×109e26.4 (10) 0.1~0.2mm的颗粒堵塞，孔隙率迅速降低.因此， 垂直渗流系数与孔隙率的关系式为(R=0.875): 为了提高散体介质的孔隙率，在筑堆过程中，应控制 K,=5.47×108e25.9 (11) 相当于该粒级的颗粒含量， 式(9)和(1O)中，Kx和K,分别为x及y方向的渗 3.4.2二次多项式回归分析 流系数，ms1;e为孔隙率. 经逐步回归分析，其回归方程为： 1.0×10 Y=0.30+5.38×10-5X7X8 (14) 1.0×102 上式表明，粗粒级10~8mm和8~4mm之间 旦1.0×103 具有强烈的交互作用，二者粒级含量之积与孔隙率 正相关，二者含量的乘积越大，孔隙率值越大，这两 1.0×10 个粒级均大于实验物料的平均粒径，因此应最大程 ·水平渗流 1.0×10-5 ■垂直渗流 度地提高平均粒径以上的粗颗粒含量， 1.0×106 3.5雷诺数Re与渗流指数m之间的关系 0.25 0.300.350.400.45 雷诺数Re是表示渗流速度的一个纲量1的 孔隙率% 量，用它可以判别流体的渗流状态，当R小于1到 图5渗流系数与孔隙率之间的关系 10之间某个值时，渗流状态属于层流状态，此时达 Fig.5 Relations of seepage factor with porosity 西定律适用；当Re大致在1到100之间时，为过渡 孔隙率高，则流体在散体介质中的流通断面大， 流；当雷诺数较高时，渗流状态属于紊流运动. 流动阻力小，表现在散体介质的渗流系数大，反之， 渗流指数m也能够表征渗流状态，当m=1 孔隙率小，则散体介质的渗流系数小 时，为层流状态；当m=2时，为紊流状态；当1< 3.4孔隙率与粒级组成之间的关系 m<2时，为过渡流状态. 孔隙率直接决定着渗流系数的大小，而孔隙率 这两个渗流状态的判据能否在同一个实验中统 与物料的粒级组成有关.根据表3中实验方案粒级 一起来，是均质体各向异性实验的一个主要目的. 组成与孔隙率，采用SPSS软件对孔隙率与粒级组 根据表4中10个方案的水平渗流与垂直渗流的渗 成进行回归分析，将实验物料的孔隙率设为Y值， 流指数及最小雷诺数，绘制了水平渗流状态和垂直 粒级组成中的8个因素设为X值，即：X1代表0一 渗流状态下的渗流指数与雷诺数的关系曲线，如 0.1mm,X2代表0.1~0.2mm,X3为0.2~ 图6所示. 2.5 0.4mm,X4为0.40.7mm,X5代表0.7~2mm, J=1.0319x01408 R2-0.8671 X6代表24mm,X7代表4~8mm,X8代表8~ 2.0 10mm. 1.5 0.9893x0179 R2-0.7950 3.4.1线性回归 1.0 经分析，得出孔隙率与散体物料的粒级组成之 0.5 ◆水平渗流 ■垂直渗流 间的关系为(R=0.914): 50 100150200 Y=0.271-4.4×10-4X3-1.18×10-3X4- 雷诺数，Re 7.41×10-5X5+1.61×10-3X7+9.69×10-4X8 图6渗流指数与雷诺数之间的关系 (12) Fig.6 Curves of seepage index to Reynold number此应将含泥量控制在2％、粗颗粒含量控制在55％ 左右． 3∙3 渗流系数与孔隙率之间的关系 一般来说散体的孔隙率大所提供的通道多 渗透性能好介质的渗透系数就大［9］．因此渗流系 数与孔隙率之间存在着内在的联系．根据表3和 表4可作渗流系数与孔隙率之间的关系曲线如 图5所示．通过回归分析得出水平渗流系数与孔 隙率的关系式为（ R＝0∙892）： Kx＝2∙11×109ε26∙4 （10） 垂直渗流系数与孔隙率的关系式为（ R＝0∙875）： Ky＝5∙47×108ε25∙9 （11） 式（9）和（10）中Kx 和 Ky 分别为 x 及 y 方向的渗 流系数m·s －1 ；ε为孔隙率． 图5 渗流系数与孔隙率之间的关系 Fig．5 Relations of seepage factor with porosity 孔隙率高则流体在散体介质中的流通断面大 流动阻力小表现在散体介质的渗流系数大．反之 孔隙率小则散体介质的渗流系数小． 3∙4 孔隙率与粒级组成之间的关系 孔隙率直接决定着渗流系数的大小而孔隙率 与物料的粒级组成有关．根据表3中实验方案粒级 组成与孔隙率采用 SPSS 软件对孔隙率与粒级组 成进行回归分析．将实验物料的孔隙率设为 Y 值 粒级组成中的8个因素设为 X 值即：X1 代表0～ 0∙1mmX2 代 表 0∙1～0∙2 mmX3 为0∙2～ 0∙4mmX4 为0∙4～0∙7mmX5 代表0∙7～2mm X6代表2～4mmX7 代表4～8mmX8 代表8～ 10mm． 3∙4∙1 线性回归 经分析得出孔隙率与散体物料的粒级组成之 间的关系为（ R＝0∙914）： Y ＝0∙271－4∙4×10－4X3－1∙18×10－3X4－ 7∙41×10－5X5＋1∙61×10－3X7＋9∙69×10－4X8 （12） 由式（12）可知中间粒级与孔隙率负相关孔隙 率随中间粒径的含量增大而下降．粗粒级与孔隙率 呈正相关粗粒级含量高其孔隙率大． 采用逐步回归法［10］ 进行分析得知孔隙率 Y 与 X2 的关系式为： Y ＝0∙377－3∙37×10－3X2 （13） 由式（13）得知：在0∙1～0∙2mm 之间的颗粒含 量与孔隙率负相关．究其原因在于实验物料的当 量孔隙直径在0∙1～0∙2mm 内大部分孔隙通道被 0∙1～0∙2mm 的颗粒堵塞孔隙率迅速降低．因此 为了提高散体介质的孔隙率在筑堆过程中应控制 相当于该粒级的颗粒含量． 3∙4∙2 二次多项式回归分析 经逐步回归分析其回归方程为： Y ＝0∙30＋5∙38×10－5X7X8 （14） 上式表明粗粒级10～8mm 和8～4mm 之间 具有强烈的交互作用二者粒级含量之积与孔隙率 正相关二者含量的乘积越大孔隙率值越大．这两 个粒级均大于实验物料的平均粒径因此应最大程 度地提高平均粒径以上的粗颗粒含量． 3∙5 雷诺数 Re 与渗流指数 m 之间的关系 雷诺数 Re 是表示渗流速度的一个纲量1的 量用它可以判别流体的渗流状态．当 Re 小于1到 10之间某个值时渗流状态属于层流状态此时达 西定律适用；当 Re 大致在1到100之间时为过渡 流；当雷诺数较高时渗流状态属于紊流运动． 渗流指数 m 也能够表征渗流状态．当 m ＝1 时为层流状态；当 m ＝2时为紊流状态；当1＜ m＜2时为过渡流状态． 图6 渗流指数与雷诺数之间的关系 Fig．6 Curves of seepage index to Reynold number 这两个渗流状态的判据能否在同一个实验中统 一起来是均质体各向异性实验的一个主要目的． 根据表4中10个方案的水平渗流与垂直渗流的渗 流指数及最小雷诺数绘制了水平渗流状态和垂直 渗流状态下的渗流指数与雷诺数的关系曲线如 图6所示． 第4期 王洪江等： 矿岩均质体各向异性渗流特性 ·409·