Page 128 - 水利学报2021年第52卷第4期

绕初始值 1.0 小幅振荡，至 240 h 时相对渗透系数值为 1.0737。
此段石英砂柱体渗透系数在 0～28 h 衰减至 0.8269，28 ~ 106 h 相对渗透系数围绕该值振荡，至
106 h 时相对渗透系数值为 0.7834，此后增大至 111 h 的最大值 0.9629 后再次开始逐渐放缓的衰减，
129 h 时相对渗透系数值为 0.8397，其后增大至 158 h 时的 1.2183，再线性衰减至 205 h 的 0.7525，之
后开始线性增大到 220 h 的 1.0669，最后衰减至 240 h 的 0.8918。总的也可以看作相对渗透系数自 28 h
达到 0.8269 后，围绕该值大幅度振荡。
此段玻璃珠介质砂柱同上未发生颗粒堵塞，回灌结束时的相对渗透系数 1.0737 表明几乎没有颗
粒沉积在此段玻璃珠介质砂柱中，试验结束后取出介质观察也发现此段介质中基本没有沉积颗粒。
此段石英砂介质砂柱因优势流颗粒沉积在回灌初始的 28 h 内相对渗透系数不断衰减，28 h 后开
始振荡，期间因为颗粒脱离效应的影响相对渗透系数值短暂增大至 1.2183，振荡幅度的巨大也表明
此段砂柱中因为上部 40 cm 砂柱的影响流场变化情况极为复杂。

5 结论

（1）本文采用更为接近地下水回灌工程实际的试验方案设计，包括定水头、恒定颗粒浓度、符合
颗粒堵塞发生发展空间（50 cm）和时间（10 d）范围的砂柱高度和回灌时长、具有代表性的回灌颗粒
粒径选择（胶体颗粒到悬浮颗粒的过度范围）、以尽量避免边壁流和二维流对试验结果产生影响为
目标所确定的介质颗粒粒径分布（中粗砂）和砂柱直径（9 cm）等。通过地下水回灌颗粒堵塞物理试
验，在对比玻璃珠介质砂柱和石英砂介质砂柱的颗粒堵塞情况的基础上分析了两种介质砂柱内部
颗粒沉积的情况，研究了介质孔隙结构对回灌颗粒堵塞发生发展的影响，同时探讨了介质孔隙结
构对颗粒沉积和脱离过程的影响机理，为预测和防治地下水回灌颗粒堵塞提供一定介质孔隙结构
方面的参考。
（2）在物理试验条件完全一致及介质粒径分布、容重等颗粒条件基本一致的情况下，玻璃珠介质
砂柱回灌结束时颗粒堵塞发展至 30 cm 深度、颗粒沉积发展至 40 cm 深度，石英砂介质砂柱回灌结束
时颗粒堵塞和颗粒沉积均发展至 50 cm 深度；回灌结束时石英砂介质砂柱相对渗透系数小于玻璃珠介
质砂柱的十分之一，0～10 cm 段小于玻璃珠介质砂柱的二十分之一；石英砂介质砂柱在回灌过程中
整体和各分段的渗透系数衰减也普遍比对应的玻璃珠介质砂柱更快。分析研究结果可知介质孔隙结
构越不规则，颗粒堵塞发展范围越大、发展程度越高、发展速率越快。
（3）回灌试验中连接压力传感器的无纸记录仪在 3 s/次的读数过程中少量记录到跨数量级突变数
据，本文在取 1 h 平均数的数据处理中对这种突变数据做出了忽略处理。排除误差原因后推断这种突
变是砂柱内部部分孔隙节点在试验过程中偶发紊流和非饱和流。回灌试验过程中砂柱中下段的水流
流场十分复杂多变，相应的颗粒迁移、沉积、脱离等运动情况也具有很高的复杂性。

参 考 文 献:

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