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水 利 学 报

２０２４年 ８月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５５卷 第 ８期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２４）０８ － ０９７７ － １３

渗流条件下夹层砂土中细颗粒迁移沉积特性试验研究

崔先泽 １，２，３ ，周钰釮 １，２ ，范 勇 １，２ ，杨广栋 １，２
（１．水电工程施工与管理湖北省重点实验室 三峡大学，湖北 宜昌 ４４３００２；
２．三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌 ４４３００２；
３．流域水资源与生态环境科学湖北省重点实验室 长江水利委员会长江科学院，湖北 武汉 ４３００１０）

摘要：夹层砂土中细颗粒迁移－ 沉积问题广泛存在于地下水回灌、堆积体入渗、反滤层设计及注浆等工程中。采
用室内一维砂柱试验系统，选取 ３种典型粒径砂土，开展了 ２种夹层位置及厚度下砂土中悬浮颗粒迁移 － 沉积特
性试验研究。结果表明：在夹层砂柱中，粒径对细颗粒迁移 － 沉积过程影响显著。粒径比大于 １时，悬浮颗粒穿
透曲线峰值更高，在夹层处产生细颗粒沉积量突增现象；夹层位置越靠近注水端，厚度越小，其峰值和沉积突增
量越大。粒径比小于 １时，悬浮颗粒穿透曲线峰值较低，夹层处无颗粒富集；夹层越靠近出水端，厚度越大，穿
透曲线的峰值也越高。试验过程中，悬浮颗粒的迁移沉积会引起渗透系数变化。渗透系数变化过程与穿透曲线变
化相对应，过程分为沉积、剥离迁移和动态平衡三种。细颗粒在砂土中以吸附方式沉积，并在吸附处堆积。
关键词：夹层；粒径比；迁移；沉积；渗透系数
文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２３０７７５
中图分类号：ＴＵ４１１

１ 研究背景

悬浮颗粒在多孔介质中的运移现象广泛存在于水利工程、岩土工程、环境工程、工程地质等多个
领域，该过程影响因素众多且涉及物理、化学和生物等多种学科 ［１ － ３］ 。在地下水回灌中，细颗粒随回
灌水运移并在地层中沉积堵塞，进而影响回灌效率并诱发一系列环境及地质灾害 ［４ － ５］ 。在堆积体降雨
入渗过程中，细颗粒随雨水进入堆积体并在深层形成相对不透水层，进而诱发堆积体失稳 ［６］ 。在反滤
层设计中，细颗粒的稳定状态对大坝整体防渗具有关键作用 ［７ － ８］ 。在砂土注浆工程中，水泥浆液在孔
隙中的运移规律对注浆加固效果起到至关重要的作用 ［９ － １０］ 。因此，深入研究多孔介质中悬浮颗粒的迁
移及沉积特性具有重要的工程及科学意义。
多孔介质中细颗粒迁移、沉积特性受多种因素影响，针对其特性的试验研究主要包括化学因素和
物理因素两方面。化学因素主要包括颗粒类型、溶液成分、ｐＨ值、离子强度以及溶液温度 ［１１ － １２］ 。悬
浮颗粒迁移对污染物扩散起到了促进作用，通过室内试验证实了胶体能够为离子 ［１３］ 和放射性元素 ［１４］
提供快速通道，加速其扩散速度和扩散距离。物理因素主要侧重于研究悬浮颗粒和渗流速度。宏观
上，对不同流速、悬浮颗粒浓度、悬浮颗粒粒径进行研究 ［１５］ ，发现流速越大，水动力作用越明显；而
悬浮颗粒粒径越大，筛滤作用则越明显。微观上，以细颗粒形状 ［１６］ 、孔隙结构 ［１７］ 为对象，阐释了不
同因素对颗粒迁移行为的影响。并且根据堵塞的空间特征，将其分为 ３种不同类型，同时发现多孔介
质与悬浮颗粒的粒径比越小，颗粒堵塞越接近表层 ［１８］ 。

收稿日期：２０２３ － １２ － １２；网络首发日期：２０２４ － ０７ － ２６
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｌｉｎｋ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｄｏｉ?１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２３０７７５
基金项目：长江科学院开放研究基金项目（ＣＫＷＶ２０２２１０３６?ＫＹ）；湖北省自然科学基金项目（２０２２ＣＦＢ２４８）；国家自然科学基金项
目（ ４１７０２２５４）
作者简介：崔先泽（ １９８９ － ），副教授，博士生导师，主要从事水工岩土工程、地下水渗流等研究。Ｅｍａｉｌ：ｃｕｉｘｉａｎｚｅ＠ｃｔｇｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
通信作者：范勇（１９８８ － ），教授，博士生导师，主要从事水工岩土工程研究。Ｅｍａｉｌ：ｙｆａｎ＠ｃｔｇｕ．ｅｄｕ．ｃｎ

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