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３．３ 悬浮颗粒沉积特性 试验结束后，将砂柱沿着水流注入方向———自上至下进行分层取样，每隔
５ｃｍ将该位置表面的砂土取出，用去离子水冲洗，测量洗涤水中细颗粒含量，得到悬浮颗粒沉积百分
比与沉积位置的关系曲线，如图 ７所示。
悬浮颗粒在砂土中迁移会受到阻碍，从而产生沉积现象。由图 ７可知，细颗粒在砂柱表层沉积最
多，随着迁移距离增加，内部沉积的细颗粒含量减小，并且在砂柱底层，细颗粒含量最少。上下层砂
土粒径与夹层粒径的比值对悬浮颗粒沉积量的变化有着显著影响。当粒径比大于 １时，在夹层附近会
发生细颗粒富集现象，如图 ７（ａ）中的试验 Ｔ１，取样位置从 ２０ｃｍ到 ２５ｃｍ，砂土中沉积的细颗粒质量
百分比由 ０．１９％突增为 ０．３９％。在图 ７（ｂ）（ｄ）中，砂柱的夹层位置也有类似情况发生。而当粒径比小
于 １时，砂柱中沉积的细颗粒含量随运移距离增加而减小，在夹层处无明显富集现象，如图 ７（ｃ）（ｅ）（ｆ）
所示。
在同一粒径比的条件下，夹层厚度相同，随着夹层位置下移，夹层处细颗粒富集程度减弱，如图
７（ｂ），夹层厚度为 ５ｃｍ的试验 Ｔ３细颗粒沉积量由 ０．７２％突增为 ０．９９％；试验 Ｔ４细颗粒沉积量由
０．２０％突增为 ０．４４％，夹层厚度为 １０ｃｍ的试验 Ｔ１５细颗粒沉积量由 ０．５３％突增为 １．０３％；试验 Ｔ１６细
颗粒沉积量由 ０．１７％突增为 ０．５２％。并且对比试验 Ｔ１和试验 Ｔ１３，随着夹层厚度增加，所引起的细颗
粒富集现象也有一定程度的减弱。
悬浊液内细颗粒迁移会受到砂土颗粒的阻碍，迁移颗粒随着距离增加而减少，夹层越靠近水流注
入端，颗粒富集越多。并且夹层厚度增加会减弱水力特性变化程度，使得颗粒富集程度减轻。而上下
层砂土粒径与夹层粒径的比值越大，在夹层位置沉积颗粒的质量百分比突增也越大。

４ 分析

试验过程中，通过孔隙水压传感器，监测试验管内的压强变化情况。将测量位置的孔隙水压分别
转换为压力水头 Ｈ、Ｈ，其对应的位置水头分别为 Ｚ、Ｚ。在整个试验过程中，管内水流流速变化
１ ２ １ ２
忽略不计，可得水头差 Δ ｈ为：
Δ ｈ ＝ （Ｚ＋ Ｈ） － （Ｚ＋ Ｈ） （１）
２
２
１
１
试验过程中水力梯度 Ｊ为：
Δ ｈ
Ｊ ＝ （２）
Ｌ
式中 Ｌ为两个孔隙水压传感器之间的距离，ｃｍ。
根据达西定律：
Ｖ
Ｋ ＝ （３）
Ｊ
式中：Ｋ为渗透系数，ｃｍ?ｓ；Ｖ为试验过程中液体流速，ｃｍ?ｓ。
由式（３）计算在试验过程中渗透系数随时间的变化情况。以渗透系数 Ｋ为纵坐标，时间 ｔ为横坐
标绘制散点图，如图 ８所示。图 ８（ａ）为渗透系数变化过程对应的试验编号，试验 Ｔ２和试验 Ｔ１５为粒
径比大于 １的试验情况，试验 Ｔ６和试验 Ｔ２１为粒径比小于 １的试验情况。
由图 ８可知，在试验过程中，渗透系数随着悬浮颗粒注入产生不同的变化趋势。渗透系数的变化
趋势分为增大、减小和不变三种情况，对于不同的夹层组合，渗透系数的变化趋势有着较大差别。粒
径比大于 １，渗透系数先减小后增大，最后保持稳定；粒径比小于 １，渗透系数先增大后减小，最后
保持稳定。
穿透曲线变化过程与渗透系数变化过程相对应，悬浮颗粒在砂土中的迁移、沉积行为引起了渗透
系数的变化。悬浮颗粒在水动力学作用下运移，通过孔隙通道时会与砂土颗粒发生碰撞，并且悬浮颗
粒本身在运移过程中也会相互碰撞。一旦悬浮颗粒沉积在孔隙通道内，会使孔隙通道变窄，渗透性降
低，从而进一步加剧悬浮颗粒的沉积，使得砂土渗透性降低。但是，当孔隙内细颗粒堵塞过多，水动

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