颗粒形状对多孔介质孔隙特征和渗流规律影响研究的探讨.pdf

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1、第28卷第3期长江科学院院报Vo1.28No.32011年3月JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteMar.2Ol1.文章编号:1001—5485(2011)03—0039—06颗粒形状对多孔介质孔隙特征和渗流规律影响研究的探讨张家发。焦赳赳(1.长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室,武汉430010;2.香港大学地球科学系,香港)摘要:讨论了颗粒形状对于多孔介质孔隙系统及其渗流规律的可能影响及其研究意义;综述相关领域的研究成果,探讨了颗粒

2、形状的测量评定方法、颗粒形态和填筑的模拟方法、孔隙系统的可视化研究方法,以及渗流规律的试验对比研究方法;分析指出了颗粒形状对渗流规律影响的研究在促进水处理滤料开发和碎石料作为大坝填料利用方面的应用前景。关键词:颗粒形状;多孔介质;渗流;试验;模拟中图分类号:TU411.4文献标识码:Aan等用格子Bohzmann方法模拟扁椭球颗粒填筑体中的水流运动,发现颗粒三维尺寸之间的比值对1概述于颗粒的排列结果及渗透张量的各向异性程度都有J.Bear在其经典著作¨中指出:固结物质的孑L显著影响。这些研究都表明,在

3、一定条件下颗粒形隙率主要取决于胶结程度;而非固结物质的孔隙率状对于多孔介质渗流规律的影响可能是显著的。则依赖于颗粒的形状、粒径分布和颗粒的排列方式。本文将讨论研究颗粒形状对多孔介质渗流规律土体是典型的非固结多孔介质。长期以来的渗流研的意义,综述已有的相关研究成果,探讨颗粒形状对究大多有意无意地忽视了介质颗粒形状的影响,而多孔介质渗流规律影响的研究方法和途径。主要关注颗粒的大小、级配组成、排列方式的影响。虽然土体颗粒以具有一定的磨圆度为常见,可以忽2颗粒形状对多孔介质渗流影响的略其形状的影响,但是仍然存

4、在着磨圆度差,甚至未研究意义经磨蚀而棱角分明、形态各异的土体颗粒,冰碛土、崩塌堆积物以及日益广泛利用的岩石爆破料就是典多孔介质渗流是自然界广泛存在的现象和过型。程。J.Bear对多孔介质定义进行了详细的讨论¨』。郑颖人指出J,岩土类材料是由颗粒材料堆积本文将多孔介质简单定义为:固体构成复杂孔隙系或胶结而成,属摩擦型材料。摩擦材料的特点是抗统的骨架,流体可以在连通的孔隙系统中运动的物剪强度中含有摩擦力项,摩擦力项就与颗粒的力学质空间。除了环境因素和边界条件外,多孔介质渗性质、大小、形状及排列关系直接相关

5、。颗粒形状会流规律的主要影响因素是流体和多孔介质双方自身影响颗粒之间的接触关系和填充关系,当然也就会的性质。人类生活和工程建设中经常遇到多孔介质影响孔隙的形状和大小,从而影响到其中的水流运渗流作用带来的挑战,例如大坝及其基础的渗流;或动。者有意利用多孔介质渗流的作用,例如多孔陶瓷和刘杰曾经通过比较发现砂砾石料和人工碎石料滤料的运用。在地下水和石油资源开采、农田水利、在相同级配条件下的压实性及渗透性的差异_3J,说地下水环境、地下空间的利用、自然地质灾害、文物明了颗粒形状会对土体宏观渗流特性造成影响,但

6、保护、甚至生物渗流等很多领域也利用多孔介质渗是没有从机理上和微细观层面进行解释。M.Stew-流理论来研究解决自己遇到的问题J。收稿日期:2010-10-12基金项目:国家重点基础研究发展计划(2007CB714106);国家“十一五”科技支撑计划(2008BAB29B02);中央级公益性科研院所基本科研业务费(YWF0909)作者简介:张家发(1960·),男,安徽安庆人,教授级高级工程师,主要从事岩土工程和水工渗流研究,(电话)027—82820029(电子信箱)seep@public.wh.hb

7、.ca。长江科学院院报随着人类社会的进化和发展,人类逐渐偏好于统中的运动,从微观上影响到孔隙系统中流体质点在滨海、平原和河流中下游地区活动,所接触的土体运动的轨迹、能量耗散及固液相的相互作用,从宏观大多是经过长距离搬运或长期磨蚀后的颗粒沉积上影响到多孔介质的渗透性、渗透变形特性,以及能物。法国工程师达西于1856年运用石英砂柱开展够发挥的过滤和吸附作用等。这就意味着在某些条水力试验J,揭示了渗流速度与渗流比降成线性关件下,利用已经掌握的多孔介质渗流规律和理论无系的规律,这就是如今被广泛运用的达西定律。

8、达法准确地反映异形颗粒多孔介质渗流规律,甚至会西试验所采用的石英砂来自圣纳河。达西只给出了带来谬误。其级配组成,没有描述颗粒的形状。但是,石英是耐开展颗粒形状对多孔介质渗流规律影响研究,磨的坚硬矿物,石英砂是岩石碎屑物经历长距离搬将有助于拓展对渗流规律的认识,丰富和完善多孔运和磨圆作用后在河流中下游形成的典型沉积物。介质渗流理论,也将为堆石坝有关渗流问题的解决随着我国水利水电工程建设事业的发展,高山提供更坚实的理论基础,同时也可以为工业和环境峡谷地区的工

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