【摘要】：嵌入不透水球體的復(fù)合多孔介質(zhì)廣泛存在于地下水滲流領(lǐng)域,由于不透水球體的影響,多孔介質(zhì)中的水在流經(jīng)不透水球體時(shí)發(fā)生繞流,且距離球體越近繞流現(xiàn)象越明顯。為求解該復(fù)合介質(zhì)的滲流場(chǎng)和等效滲透系數(shù),在球坐標(biāo)系下采用非線性Brinkman-extended Darcy方程,以無(wú)窮遠(yuǎn)處單向來(lái)流均勻和球面不滑移條件作為邊界條件,求解出球體周圍滲流流速與壓強(qiáng)的解析解。分析該解析解表達(dá)式可知,此復(fù)合介質(zhì)滲流場(chǎng)流速和壓強(qiáng)分布與多孔介質(zhì)基質(zhì)的滲透率和地下水動(dòng)力黏滯系數(shù)有關(guān)。在此基礎(chǔ)上對(duì)滲流場(chǎng)流速進(jìn)行積分,求出了Darcy流平均流速,并將平均流速表達(dá)式與Darcy公式表達(dá)式進(jìn)行對(duì)比,得出等效滲透系數(shù)表達(dá)式,并理論證明球體與多孔介質(zhì)的相對(duì)尺寸是影響復(fù)合介質(zhì)等效滲透系數(shù)的最主要因素。最后以一定級(jí)配的砂作為多孔介質(zhì)基質(zhì),用直徑分別為4、6、8 cm的3種有機(jī)玻璃球體作為不透水球體,自制試驗(yàn)裝置,開(kāi)展嵌入不透水球體復(fù)合多孔介質(zhì)的常水頭滲流試驗(yàn)。試驗(yàn)通過(guò)控制多孔介質(zhì)基質(zhì)的壓實(shí)度來(lái)保證其滲透系數(shù)基本不變,改變填充在多孔介質(zhì)基質(zhì)中的不透水球體進(jìn)行滲流試驗(yàn),對(duì)每一個(gè)不透水球體分別進(jìn)行3組試驗(yàn),取平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算的等效滲透系數(shù)值誤差較小,驗(yàn)證了所推求嵌入不透水球體復(fù)合多孔介質(zhì)滲流場(chǎng)的正確性。
[Abstract]:The composite porous media with impermeable sphere exists widely in the field of groundwater seepage. Due to the influence of impervious sphere, the water in porous media flows through the impervious sphere, and the closer the sphere is, the more obvious the phenomenon is. In order to solve the seepage field and equivalent permeability coefficient of the composite medium, the nonlinear Brinkman-extended Darcy equation is adopted under the spherical coordinate system, and the uniform unidirectional flow and the spherical non-slip condition at infinity are taken as the boundary conditions. The analytical solution of the flow velocity and pressure around the sphere is obtained. The analytical solution shows that the velocity and pressure distribution of the seepage field in the composite medium are related to the permeability of porous media matrix and the dynamic viscosity coefficient of groundwater. On this basis, the mean velocity of Darcy flow is calculated by integrating the velocity of seepage field, and the expression of mean velocity of flow is compared with the expression of Darcy formula, and the expression of equivalent permeability coefficient is obtained. It is proved theoretically that the relative size of sphere and porous medium is the most important factor affecting the effective permeability coefficient of composite media. Finally, three kinds of plexiglass spheres with diameters of 4, 6 and 8 cm were used as impermeable spheres with sand as porous media matrix, and self-made test equipment was used to carry out the constant head seepage test with impermeable sphere composite porous media. By controlling the compactness of porous media matrix to ensure that its permeability coefficient is basically unchanged, the seepage test is carried out by changing the impervious sphere filled in the porous medium matrix, and three groups of tests are carried out on each impervious sphere separately. The average value was taken as the test result. The error between the experimental results and the theoretical value of the equivalent permeability coefficient is small, which verifies the correctness of the proposed seepage field of the composite porous media with impermeable sphere.
【作者單位】： 四川大學(xué)水力學(xué)與山區(qū)河流開(kāi)發(fā)保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室水利水電學(xué)院;成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;中國(guó)科學(xué)院山地災(zāi)害與地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(2015CB057903) 中國(guó)博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2016M590890) 四川省科技計(jì)劃專項(xiàng)資助(2014SS027)
【分類號(hào)】：TV139.1

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本文編號(hào)：2450326