离心机模拟中渗流相似率的试验验证



Similar documents
doc

[1] Nielsen [2]. Richardson [3] Baldock [4] 0.22 mm 0.32 mm Richardson Zaki. [5-6] mm [7] 1 mm. [8] [9] 5 mm 50 mm [10] [11] [12] -- 40% 50%

增 刊 谢 小 林, 等. 上 海 中 心 裙 房 深 大 基 坑 逆 作 开 挖 设 计 及 实 践 745 类 型, 水 位 埋 深 一 般 为 地 表 下.0~.7 m 场 地 地 表 以 下 27 m 处 分 布 7 层 砂 性 土, 为 第 一 承 压 含 水 层 ; 9 层 砂 性 土

1 GIS 95 Y = F y + (1 F) (1) 0 0 Y0 kg/hm 2 /day F y 0 y c kg/hm 2 /day [12] y m 20 kg/hm 2 /hour Y = cl cn ch G [ F( y ) T m yo + (2) (1 F)(

Fig. 1 1 The sketch for forced lead shear damper mm 45 mm 4 mm 200 mm 25 mm 2 mm mm Table 2 The energy dissip

% GIS / / Fig. 1 Characteristics of flood disaster variation in suburbs of Shang

cm /s c d 1 /40 1 /4 1 / / / /m /Hz /kn / kn m ~

mm ~

708 北 京 工 业 大 学 学 报 2011 年 以 往 的 试 验 结 果 进 行 对 比, 选 取 15D 20D 作 为 对 比 参 数, 试 件 参 数 见 表 1. Fig. 1 图 1 试 件 尺 寸 及 配 筋 图 ( mm) Geometry and reinforcement

资源 环境 生态 土壤 气象

JOURNAL OF EARTHQUAKE ENGINEERING AND ENGINEERING VIBRATION Vol. 31 No. 6 Dec

水 资 源 与 水 危 机 2 学 分 32 学 时 Water Resources and Water Crisis 水 资 源 是 人 类 耐 以 生 存 的 基 础 自 然 资 源, 同 时 也 是 生 态 环 境 的 控 制 性 因 素 之 一 ; 在 国 民 经 济 中

(1) ( 1965 ),, 1952 [9] 2.1 (2) 1 53 (E i ), 2 (P i ) (G E (G P, 31 (Q i ) 3, : G E (x,y)= (E i Q(x i, y i )) E i G P (x,y)=

JOURNAL OF EARTHQUAKE ENGINEERING AND ENGINEERING VIBRATION Vol. 31 No. 5 Oct /35 TU3521 P315.

10 中 草 药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 43 卷 第 1 期 2012 年 1 月 生 药 打 粉 入 药 的 基 本 特 点, 借 鉴 材 料 学 粉 体 学 等 学 科 的 研 究 成 果, 在 中 药 传 统 制 药 理 念 的 启 发

1556 地 理 科 学 进 展 30 卷 他 关 于 农 村 住 房 结 构 与 抗 震 性 能 的 研 究, 则 多 是 从 工 程 抗 灾 的 角 度, 研 究 某 种 构 造 类 型 的 房 屋, 力 图 找 到 传 统 房 屋 的 结 构 失 误 和 新 建 房 屋 中 存 在 的 问 [

Fig. 1 Layout of Zipingpu Concrete Face Rock-fill Dam Fig. 2 Typical section of Zipingpu Concrete Face Rock-fill Dam gal

1.0 % 0.25 % 85μm % U416 Sulfate expansion deformation law and mechanism of cement stabilized macadam base of saline areas in Xinjiang Song

标题

Technical Acoustics Vol.27, No.4 Aug., 2008,,, (, ) :,,,,,, : ; ; : TB535;U : A : (2008) Noise and vibr

8 : 731 Key words : narrow annular gap ; curvat ure ; critical heat flux ; annular flow,,,,,,,, ( ),, [122 ] kg/ (m 2 s) MPa

<4D F736F F D20D6D0BBAFD1D2CDC1A3BA C4EAB0EBC4EAB6C8B1A8B8E6>

T R 1 t z v 4z 2 + x 2 t = 2 槡 v t z 200 m/s x v ~

85% NCEP CFS 10 CFS CFS BP BP BP ~ 15 d CFS BP r - 1 r CFS 2. 1 CFS 10% 50% 3 d CFS Cli

( ) [11 13 ] 2 211,,, : (1),, 1990 ( ) ( ),, ; OD, ( ) ( ) ; , ( ), (2) 50 %,, 1999 ( ) ( ) ; (3),,

组织液流动三维渗流动力学模型分析-在线投稿.doc

Vol. 22 No. 4 JOURNAL OF HARBIN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Aug GPS,,, : km, 2. 51, , ; ; ; ; DOI: 10.

<4D F736F F D20B9DCC0EDD6C6B6C8BBE3B1E0B5DAB6FEB8E5>

1 : 83,,,, 70%, [ 3, 4 ] ,, (2000 ), 1 1, , 8, 1, , 27%, 143 5, 7% 1905, 93% 538 ( ), 32%, 800a , M s 8 16, 1

g 100mv /g 0. 5 ~ 5kHz 1 YSV8116 DASP 1 N 2. 2 [ M] { x } + [ C] { x } + [ K]{ x } = { f t } 1 M C K 3 M C K f t x t 1 [ H( ω )] = - ω 2

标题

Fig. 1 1 a-a b-b a-a σ ma = MPa σ a = MPa σ 0a = MPa 0. 9 σ t =135 MPa b-b σ mb = MPa τ b = MPa σ 0b =

H 2 SO ml ml 1. 0 ml C 4. 0 ml - 30 min 490 nm 0 ~ 100 μg /ml Zhao = VρN 100% 1 m V ml ρ g

θ 1 = φ n -n 2 2 n AR n φ i = 0 1 = a t - θ θ m a t-m 3 3 m MA m 1. 2 ρ k = R k /R 0 5 Akaike ρ k 1 AIC = n ln δ 2

<4D F736F F D20C8EDCDC1B5D8BBF9CDB2BBF9CAD4B2C9C6BDCCA8B5C4CACAD3C3D0D4B7D6CEF6>

Microsoft Word - 19王建华.doc

压 缩 分 散 型 预 应 力 锚 索 近 年 来 有 了 较 多 的 应 用, 并 取 得 了 良 好 的 加 固 效 果 软 弱 岩 土 体 的 主 要 特 性 是 无 论 其 峰 值 强 度 还 是 残 余 强 度 都 是 很 低 的, 其 承 载 力 低 稳 定 性 差 压 缩 分 散 型

Settlement Equation " H = CrH 1+ e o log p' o + ( p' p' c o! p' o ) CcH + 1+ e o log p' c + p' f! ( p' p' c c! p' o ) where ΔH = consolidation settlem

标题

Ansys /4 Ansys % 9 60% MU10 M m 1 Fig. Actual situation of measured building 1 Fig. 1 First floor plan of typical r

标题

KJWJ01 Fig. 1 Geological map of the Kajiwa landslide PDH01 60 ~ 70m 80 ~ 90m 80m 2 930m 556m 641m 598m m m 3 2 Ⅰ m 2

Maup re,,,,,, ;,,,,,,,,,, PC 1985 Cognac,, 80, [ 526 ], 420m 160m [ 728 ], PC,,,,,,,,, , [ 3 ] 3008mm, 488mm, 222mm, ( ) 2880mm , 4914, 6

3 期 李 宗 发 : 贵 州 构 造 岩 土 体 分 区 及 其 与 地 质 灾 害 形 成 的 关 系 33 较 齐 全, 中 晚 元 古 宙 以 海 相 陆 源 碎 屑 沉 积 为 主, 主 要 分 布 于 黔 东 梵 净 山 雷 公 山 地 区 及 黔 中 一 带, 尤 其 在 黔 东 地

Microsoft Word - 刘 慧 板.doc

13-15 Lagrange 3. 1 h t + hu + hv = 0 1 x y hu + t x hu gh 2 ( ) + y huv = - gh z 0 ( + x u u 2 2 槡 + v + W C ) 2 x + fhv + z h x 2hv u ( t x )

14 17.,., Fig. 1 Bougeur gravity map of research region 2 Fig. 2 Magnetic map of research region

11 25 stable state. These conclusions were basically consistent with the analysis results of the multi - stage landslide in loess area with the Monte

Microsoft Word 方刚_new_.doc

untitled

m 3 /a t /a m 3 /a t /a 4 t 6 t 8 t t 10 t 8 t 3

Fig. 1 1 Plan of typical floor 2 Fig. 2 Analysis model Table 1 Period results s SATWE ETABS SAP2000 ABAQUS T

关于2009年全国水利工程质量检测单位甲级资质行政许可决定的公告

Microsoft Word - 1--齐继峰_new_.doc

[1-3] (Smile) [4] 808 nm (CW) W 1 50% 1 W 1 W Fig.1 Thermal design of semiconductor laser vertical stack ; Ansys 20 bar ; bar 2 25 Fig


:,; ;, ( ) 25,, 80 90, 90,,,,,,, ( ), ( ), %,, , ,, ( ),,, ;,,,,,,,,,, ( ) , , 3395,3400, 20 % 30 %,

在 培 养 职 前 卓 越 化 学 教 师 的 院 校, 会 编 一 本 过 去 称 作 化 学 教 学 论 实 验, 现 在 拟 为 卓 越 化 学 教 师 教 育 实 验 教 学 研 究 的 教 材 各 院 校 对 这 门 课 程 所 给 的 学 时 不 太 一 样, 但 都 是 围 绕 实 验

中 国 水 利 学 会 2014 学 术 年 会 ( 一 ) 主 办 单 位 中 国 水 利 学 会 ( 二 ) 支 持 单 位 水 利 部 海 河 水 利 委 员 会 天 津 市 水 利 局 天 津 市 水 利 学 会

1 119 Clark 1951 Martin Harvey a 2003b km 2

by industrial structure evolution from 1952 to 2007 and its influence effect was first acceleration and then deceleration second the effects of indust

C = K P GΠW (1) : C ; P ( 10 4 ) ; G GDP ( 10 8 ) ; W, ( 10 8 m 3 ) ; K K = 110 R ( R -200 )Π < R ( R -400

m m 5m ~ PTFE Q45B 1 670MPa PMSAP MIDAS SAP2000 MIDAS MIDAS s 0.

~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ % % ~ 20% 50% ~ 60%

59 [1] [2] [3] A A ( 4 ) A A [4]

be invested on the desilting of water sources and to paved canals with cement mortar while drinking water project can focus on the improvement of wate

3 : : 63,,,,,,,, 1903,,, 1904, (, ), [5 ],,,,,, [ 4 ] ( P ),,,,,,,,, [ 4 ] ( P ),,,,,, 1904,,,,,,,,,,, 1900,, : ( ) ; ( ) ; ( ) ; ( ), ; (

产 业 经 济 的 功 能 定 位 1993 年, 国 务 院 提 出 北 京 新 规 划 要 突 出 首 都 特 点, 发 挥 首 都 优 势, 积 极 调 整 北 京 的 产 业 结 构, 促 进 第 三 产 业 的 发 展 北 京 经 济 开 始 退 二 进 三, 第 三 产 业 快 速 发

#4 ~ #5 12 m m m 1. 5 m # m mm m Z4 Z5

涓浗鏂囧寲

华山山前断裂中段晚第四纪活动的地貌表现及响应

untitled

Fig. 1 Frame calculation model 1 mm Table 1 Joints displacement mm

m m m ~ mm

282 岩 土 力 学 15 年 后 续 不 论 采 用 何 种 方 式 处 理 此 类 淤 泥, 前 期 都 会 面 临 着 一 个 比 较 突 出 的 问 题, 即 淤 泥 的 流 动 性 非 常 高, 难 以 成 型, 如 果 不 进 行 预 处 理, 堆 放 和 运 输 都 会 非 常 的

<4D F736F F D F B0E6B8DFB1BBD2FDD6B8CAFDC7B0D1D42E646F63>

标题

b) 350 /t /t /m 2 30 cm 6 mm /m 2 8 mm /m 2. a) c) /m 2. b) c) 2 d) 3.2 a) ( 2) P i (100 kn) N s 16 N s =

标题

170 中 南 大 学 学 报 ( 社 会 科 学 版 ) 2012 年 第 18 卷 第 4 期 周 末 九 鼎 沦, 必 以 亡. 者 为 神, 三 山 九 鼎 有 知 也? 或 时 吏 知 怨 家 之 谋, 窃 举 持 亡, 惧 怨 家 怨 己, 云 自 去 凡 人 能 亡., 足 能 步 行

Microsoft Word D 孙竹森.doc

CHIPS Oaxaca - Blinder % Sicular et al CASS Becker & Chiswick ~ 2000 Becker & Chiswick 196

ASCE ASCE

Microsoft Word doc

1 引言

: ;,, 0 0, 60, 0 80,, 76 78, (Deregulation),,,, (Open Sky), (ACI),006.%.8%,.7% 008,, 000, ( ), ( )0, / 6, ; 8, ;, ; 7, ; 06, 6, 006 0, ( ) 0,.%; 0 60,

a b

續論

TI 3 TI TABLE 4 RANDBIN Research of Modern Basic Education

) ( ) 2008 (300m ) 1 FRP [1 ] FRP 3 FRP FRP (CFRP) FRP CFRP (fiber reinforced polymer FRP) 60 % 160MPa 2400MPa [2 ] FRP 1 2mm FRP FRP 1 FRP C

31 17 www. watergasheat. com km 2 17 km 15 km hm % mm Fig. 1 Technical route of p

A B A 18 A a 2007b

PowerPoint 演示文稿

第 30 卷 苏 州 教 育 学 院 学 报 文 化 休 闲 旅 游 资 源 为 主 要 特 色 新 城 区 休 闲 地 主 要 包 括 工 业 园 区 高 新 区 吴 中 区 相 城 区 四 区 和 吴 江 区 的 一 部 分, 大 致 以 苏 州 绕 城 高 速 公 路 为 界 本 区 以 湖


Microsoft Word - d27 彭玉柱.doc

Microsoft Word tb 赵宏宇s-高校教改纵横.doc

) 50 o C o C -20 o C Temperature ( o C) 27,ARP, ,OCT, ,MAR,2017 Elapsed time (day) Corn

GCKX703.PS2

[29] a N d N b 2 d sin θ N b ФФ a b Ф Ф θ θ a b Fig.1 Working principle demonstration of a phased-array antenna θ

Transcription:

第 33 卷 第 8 期 岩 土 工 程 学 报 Vol.33 No.8 2011 年.8 月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering Aug. 2011 离 心 机 模 拟 中 渗 流 相 似 率 的 试 验 验 证 王 秋 生 1,2, 陈 祖 煜 3, 隋 海 宾 4, 侯 瑜 京 3, 梁 建 辉 3 (1. 北 京 工 业 大 学 城 市 与 工 程 安 全 减 灾 教 育 部 重 点 实 验 室, 北 京 100124;2. 北 京 工 业 大 学 工 程 抗 震 与 结 构 诊 治 北 京 市 重 点 实 验 室, 北 京 100124; 3. 中 国 水 利 水 电 科 学 研 究 院, 北 京 100048;4. 黄 河 勘 测 规 划 设 计 有 限 公 司, 河 南 郑 州 450003) 摘 要 : 结 合 黏 性 土 的 压 缩 特 性 和 Kozeny-Caran 方 程, 考 虑 离 心 加 速 度 变 化 对 土 体 固 有 渗 透 率 的 影 响, 推 导 了 渗 流 速 度 和 离 心 加 速 度 的 关 系 式 参 考 常 规 渗 流 试 验 装 置 的 构 造, 并 结 合 离 心 模 型 试 验 的 特 点, 研 制 了 常 水 头 离 心 渗 流 试 验 装 置 应 用 该 装 置 针 对 糯 扎 渡 高 心 墙 堆 石 坝 的 心 墙 黏 土, 分 别 进 行 了 常 规 渗 流 试 验 和 10g,20g,30g 常 水 头 离 心 渗 流 试 验 试 验 结 果 表 明 :Ng(N 倍 重 力 加 速 度 ) 和 1g 条 件 下 渗 透 系 数 的 比 值 随 离 心 加 速 度 的 增 大 逐 渐 减 小, 但 变 化 范 围 不 大, 接 近 于 N 研 究 结 果 对 于 深 入 认 识 离 心 模 型 试 验 中 的 渗 流 相 似 准 则 具 有 重 要 意 义 关 键 词 : 离 心 模 型 试 验 ; 渗 流 ; 相 似 准 则 ; 渗 透 系 数 ; 固 有 渗 透 率 中 图 分 类 号 :TU411 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :1000 4548(2011)08 1235 05 作 者 简 介 : 王 秋 生 (1977 ), 男, 山 东 昌 乐 人, 讲 师, 博 士 后, 主 要 从 事 土 的 本 构 关 系 离 心 模 型 试 验 方 面 的 研 究 E-ail: wangqs@bjut.edu.cn Modelling seepage flow velocity in centrifuge odels WANG Qiu-sheng 1, 2, CHEN Zu-yu 3, SUI Hai-bin 4, HOU Yu-jing 3, LIANG Jian-hui 3 (1. Key Laboratory of Urban Security and Disaster Engineering, Ministry of Education, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China; 2. Beijing Key Lab of Earthquake Engineering and Structural Retrofit, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China; 3. China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100048, China; 4. Yellow River Engineering Consulting Co., Ltd., Zhengzhou 450003, China) Abstract: Based on the characteristics of clay copression and the Kozeny-Caran equation, the relation between seepage flow velocity and centrifugal accelerations is deduced considering the change of intrinsic pereability. An apparatus for constant head seepage tests is developed considering the set-up of conventional seepage test apparatus and the characteristics of centrifugal odel tests. A series of seepage tests (1g, 10g, 20g, 30g) are perfored on Nuozhadu core-wall clay by eans of the apparatus. It is concluded that the ratio of Ng and 1g hydraulic conductivity decreases with the increase of centrifugal acceleration, but the variation is sall and the ratio is close to N. The research results are iportant for understanding the scaling of seepage flow velocity in centrifuge odels. Key words: centrifuge odelling; seepage; scaling law; hydraulic conductivity; intrinsic conductivity 0 引 言 离 心 模 型 试 验 在 研 究 岩 土 工 程 破 坏 污 染 物 在 土 中 的 迁 移 等 课 题 中 得 到 了 广 泛 的 应 用 大 部 分 岩 土 工 程 的 破 坏 都 与 水 有 关, 满 足 渗 流 相 似 是 应 用 离 心 模 型 试 验 研 究 岩 土 工 程 破 坏 问 题 的 基 本 要 求 由 于 渗 径 的 缩 短 和 流 速 的 增 大, 应 用 离 心 模 型 试 验 研 究 污 染 物 迁 移 问 题 可 以 极 大 地 缩 短 试 验 时 间, 渗 流 相 似 率 是 从 模 型 试 验 成 果 预 测 原 型 污 染 物 迁 移 过 程 的 一 个 基 本 依 据 渗 流 相 似 是 离 心 模 型 试 验 中 的 基 本 课 题 Laut [1] 应 用 π 定 理 首 先 得 出 了 在 不 改 变 试 验 材 料 的 前 提 下, 模 型 中 的 平 均 流 速 是 原 型 中 流 速 的 N 倍 (N 为 离 心 加 速 度 和 重 力 加 速 度 的 比 值 ) Goodings [2] 研 究 了 土 石 坝 漫 顶 中 内 部 渗 流 和 表 面 冲 刷 的 关 系, 并 且 提 出 在 模 型 和 原 型 的 有 效 粒 径 之 比 为 1/ N 时, 可 以 保 证 模 型 和 原 型 的 渗 流 速 度 相 等 Butterfield [3] 应 用 量 纲 分 析 的 方 法 得 出 应 用 原 型 材 料 不 能 满 足 离 心 模 型 试 验 中 的 雷 诺 数 和 弗 洛 德 数 同 时 与 原 型 一 致, 并 提 出 了 改 变 流 体 黏 度 改 变 土 颗 粒 粒 径 等 满 足 动 力 相 似 的 多 种 处 理 方 法 基 金 项 目 : 国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 规 划 973 项 目 (2007CB714102); 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 (50779073) 收 稿 日 期 :2010 05 06

1236 岩 土 工 程 学 报 2011 年 [4] Arulanandan 等 通 过 不 同 缩 尺 的 离 心 模 型 试 验 研 究 了 污 染 物 迁 移 过 程 中 污 染 物 浓 度 和 离 心 加 速 度 的 关 系, 提 出 离 心 模 型 试 验 比 1g 模 型 试 验 能 够 更 好 地 反 [5] 映 毛 细 效 应 和 浸 润 面 变 化 情 况 Singh 等 应 用 小 型 离 心 机 ( 转 臂 长 2 ) 研 究 了 渗 透 系 数 随 离 心 加 速 度 的 变 化 情 况, 提 出 模 型 和 原 型 的 渗 透 系 数 比 值 为 N, 并 通 过 对 比 1g 和 Ng 情 况 下 的 变 水 头 离 心 渗 流 试 验 结 果 发 现 的 值 接 近 1 但 是 小 型 离 心 机 在 研 究 此 类 问 题 时 存 在 很 大 缺 陷, 比 如 在 他 们 的 试 验 中, 离 心 加 速 度 设 定 为 200g 时, 上 液 面 对 应 的 离 心 加 速 度 只 有 129g [6], 由 此 会 引 起 水 力 梯 度 换 算 的 不 准 确 本 文 首 先 通 过 分 析 黏 土 的 压 缩 特 性 和 孔 隙 比 对 固 有 渗 透 率 的 影 响, 提 出 层 流 条 件 下 渗 流 速 度 和 离 心 加 速 度 的 关 系 式, 然 后 介 绍 所 研 制 的 离 心 渗 流 试 验 装 置, 最 后 通 过 离 心 渗 流 试 验 和 1g 渗 流 试 验 的 比 较, 验 证 离 心 渗 流 相 似 准 则, 并 分 析 土 样 压 密 对 渗 流 速 度 的 影 响 1 离 心 加 速 度 和 渗 流 速 度 的 关 系 在 雷 诺 数 小 于 1 时 Darcy 定 律 成 立 [7], 土 体 中 的 平 均 渗 流 速 度 可 表 示 为 v ki, (1) 式 中,k 表 示 渗 透 系 数,i 表 示 水 力 梯 度, 渗 透 系 数 满 足 : g k K K (2) 其 中, K 表 示 固 有 渗 透 率, 表 示 液 体 的 重 度, 表 示 液 体 的 动 力 黏 滞 系 数 水 力 梯 度 满 足 : 式 中, h 为 总 水 头 差, h i, (3) L 2 P v h z g 2g, (4) 其 中, 右 侧 第 一 项 为 压 力 水 头 差, 第 二 项 为 速 度 水 头 差, 第 三 项 为 高 度 水 头 差 一 般 情 况 下, 速 度 水 头 可 [6] 以 忽 略, 联 合 式 (1)~(4) 可 得 K P zg v (5) L 以 下 标 p 表 示 原 型 中 的 物 理 量, 以 下 标 表 示 离 心 模 型 中 的 物 理 量, 结 合 离 心 模 型 试 验 相 似 准 则 可 知 ( L) p N( L), P zg ( P zg) p 通 过 式 (5) 可 以 看 出, 在 土 的 固 有 渗 透 率 和 液 体 的 动 力 黏 滞 系 数 不 变 的 条 件 下, 模 型 中 的 渗 流 速 度 比 原 型 大 N 倍 通 过 渗 透 系 数 和 传 统 水 力 梯 度 的 概 念 来 解 释 离 心 模 型 试 验 中 的 渗 流 比 尺 在 理 论 上 都 不 尽 完 善, 比 [8] 如 Taylor 等 提 出, 如 果 渗 透 系 数 与 离 心 加 速 度 呈 正 比 关 系, 则 在 试 样 两 侧 由 重 力 引 起 的 水 力 梯 度 为 0 时 试 样 中 将 不 会 有 水 流 通 过 实 际 上, 保 持 重 力 引 起 的 水 力 梯 度 为 0 而 改 变 试 样 两 侧 的 压 力 水 头, 水 流 将 同 样 沿 压 力 梯 度 的 方 向 流 动, 即 渗 透 系 数 不 为 0( 图 1) 但 是, 这 种 情 况 在 实 际 工 程 中 很 难 遇 到 为 了 与 传 统 土 力 学 的 概 念 统 一 和 表 述 的 方 便, 本 文 将 继 续 沿 用 渗 透 系 数 随 离 心 加 速 度 变 化 的 提 法 [9] 图 1 简 单 的 渗 流 试 验 装 置 Fig. 1 Siple seepage experient [9] 土 的 固 有 渗 透 率 与 孔 隙 比 有 关, 而 孔 隙 比 是 关 于 [10] 应 力 状 态 的 函 数, 按 照 Kozeny-Caran 方 程 有 : 2 3 d n K 180 1 n 2, (6) 式 中, n 表 示 孔 隙 率, d 表 示 特 征 粒 径 对 于 正 常 固 结 的 重 塑 黏 土, 在 双 对 数 坐 标 下 有 [11] : ln 1 e ln ln, (7) v 式 中,e 表 示 孔 隙 比, 表 示 有 效 上 覆 应 力, 其 他 物 理 量 的 含 义 如 图 2 所 示 v 图 2 重 塑 黏 土 孔 隙 比 和 有 效 上 覆 应 力 的 关 系 Fig. 2 Relation between porosity and vertical effective stress for.reolded clay 在 一 般 离 心 模 型 试 验 中 原 型 和 模 型 对 应 的 应 力 状 态 一 致, 固 有 渗 透 率 相 等, 但 渗 流 试 验 属 于 单 元 体 试 验 的 范 畴, 如 果 不 改 变 土 样 尺 寸, 则 1g 和 Ng 条 件 下 土 样 对 应 点 的 应 力 状 态 会 有 所 不 同, 由 此 带 来 孔 隙 比 和 固 有 渗 透 率 的 不 同 在 不 改 变 土 样 尺 寸 的 前 提 下, 图 2 中 A 点 对 应 1g 下 的 应 力 状 态,B 点 对 应 Ng 下 的 应 力 状 态, 结 合 式 (6) (7) 可 得 模 型 和 原 型 对 应 的 固 有 渗 透 率 的 比 值 为

第 8 期 王 秋 生, 等. 离 心 机 模 拟 中 渗 流 相 似 率 的 试 验 验 证 1237 K K 联 合 式 (5) (8) 有 : v v 式 中, 为 比 例 因 子, p p N 3 e ep 1 e N e p 3 N e 1 log N e p, (8) 3, (9) (10) 在 不 考 虑 应 力 状 态 变 化 对 固 有 渗 透 率 的 影 响 时, K Kp, 式 (9) 可 简 化 为 v N v (11) p 为 便 于 观 察 模 型 在 试 验 过 程 中 的 高 度 变 化, 试 样 筒 用 有 机 玻 璃 制 造, 分 别 设 计 为 直 径 10 c 高 12 c, 直 径 10 c 高 24 c, 直 径 15 c 高 12 c, 直 径 15 c 高 24 c 等 4 种 形 式, 这 4 个 试 样 筒 可 根 据 需 要 灵 活 选 用 试 样 筒 的 上 下 盖 板 采 用 环 氧 材 料 制 作, 为 便 于 排 气 和 保 证 水 路 畅 通, 上 下 盖 板 内 部 均 加 工 成 半 球 形 试 样 筒 的 细 部 构 造 如 图 5 所 示 2 离 心 渗 流 试 验 装 置 在 离 心 力 场 作 用 下 通 过 土 样 的 透 水 量 有 所 增 大, 为 便 于 控 制 水 头 和 提 高 试 验 精 度, 选 用 常 水 头 渗 流 试 验 方 案 在 试 验 过 程 中 通 过 外 接 水 箱 (30 c 40 c 50 c) 对 试 验 装 置 的 上 水 箱 供 水 ( 图 3), 为 保 证 水 头 稳 定, 在 上 游 水 箱 一 侧 设 置 溢 水 孔, 多 余 的 水 通 过 溢 水 孔 排 出 图 3 外 接 供 水 箱 Fig. 3 External water supply tank 所 研 制 的 渗 流 试 验 装 置 细 部 构 造 如 图 4 所 示 该 装 置 的 框 架 分 为 上 横 梁 中 横 梁 下 横 梁 底 座 和 4 根 立 柱 组 成, 在 上 横 梁 上 部 设 置 上 水 箱, 为 提 高 试 验 效 率 和 便 于 对 试 验 数 据 进 行 校 核, 在 中 横 梁 上 部 的 工 作 平 台 上 布 设 两 个 试 样 筒, 在 下 横 梁 上 部 的 工 作 平 台 上 布 设 集 水 桶 通 过 两 根 软 管 将 上 水 箱 和 试 样 筒 连 接, 在 软 管 和 试 样 筒 上 部 分 别 安 装 进 水 阀 和 排 气 阀 在 试 样 筒 底 部 设 置 出 水 孔 和 排 气 孔 为 防 止 试 样 底 部 在 离 心 机 运 转 时 出 现 真 空 区, 装 置 的 下 部 水 箱 采 用 低 进 高 出 的 连 接 形 式, 流 经 试 样 的 水 经 由 软 管 进 入 下 水 箱, 然 后 经 由 下 水 箱 进 入 集 水 桶, 在 集 水 桶 内 放 置 孔 压 计, 量 测 下 游 流 量 在 试 验 过 程 中, 上 水 箱 自 由 水 面 和 试 样 底 部 的 高 度 差 保 持 为 90 c 图 4 离 心 渗 流 试 验 装 置 Fig. 4 Apparatus for centrifugal seepage tests 图 5 试 样 筒 细 部 构 造 Fig. 5 Set-up of saple tube

1238 岩 土 工 程 学 报 2011 年 3 渗 流 试 验 应 用 糯 扎 渡 心 墙 黏 土 进 行 渗 流 试 验, 分 别 应 用 普 氏 轻 型 击 实 仪 和 TYS-3 型 液 塑 限 联 合 测 定 仪 确 定 土 体 的 最 大 干 密 度 和 液 塑 限, 测 试 结 果 表 明 土 样 的 最 大 干 密 度 为 1.67 g/c 3, 对 应 的 最 优 含 水 率 为 17.4%, 液 限 41.7%, 塑 限 17.9%, 比 重 为 2.76, 土 样 的 颗 分 曲 线 如 图 6 所 示 图 6 糯 扎 渡 心 墙 黏 土 的 颗 分 曲 线 Fig. 6 Grain size distribution curve of Nuozhadu core-wall clay 试 验 所 用 土 样 的 压 实 系 数 为 92%, 密 度 为 1.8 g/c 3 采 用 分 层 击 实 法 制 备 试 样, 每 层 厚 度 2 在 试 样 底 部 放 透 水 板, 为 防 止 细 颗 粒 被 带 走, 透 水 板 上 部 放 置 滤 纸 试 验 开 始 前, 首 先 对 试 样 进 行 真 空 抽 气 饱 和 将 试 样 装 入 真 空 缸 中, 真 空 缸 和 抽 气 机 连 接, 密 封 后 启 动 抽 气 机 在 持 续 抽 气 1 h 后 打 开 管 夹, 使 煮 沸 后 的 无 气 水 缓 缓 流 入 真 空 缸, 待 水 淹 没 土 样 后, 夹 紧 管 夹, 再 持 续 抽 气 1 h 抽 气 完 毕 后, 将 试 样 在 真 空 缸 中 浸 泡 15 h 将 试 验 装 置 和 土 样 安 装 完 毕 后, 通 过 模 型 上 部 的 排 气 阀 门 和 试 样 筒 下 侧 的 排 气 孔 将 管 道 中 的 气 体 排 出, 然 后 打 开 进 水 阀 门, 当 试 样 筒 底 部 的 出 水 管 有 水 流 出 时, 记 录 集 水 桶 中 的 水 面 高 度, 开 始 进 行 1g 渗 流 试 验 在 测 定 完 1g 条 件 下 土 样 的 渗 透 系 数 后, 安 装 整 流 罩, 进 行 离 心 试 验 当 离 心 机 加 速 到 10g,20g,30g 时 分 别 稳 定 10 in, 通 过 放 置 在 集 水 桶 底 部 的 孔 压 计 测 定 渗 水 流 量 的 变 化, 通 过 控 制 室 的 观 测 平 台 观 察 试 验 过 程 中 集 水 桶 内 部 的 水 位 变 化 在 离 心 机 运 转 过 程 中, 孔 压 计 反 映 出 来 的 水 压 力 和 时 间 的 关 系 如 图 7 所 示, 通 过 水 压 力 可 以 反 算 出 集 水 桶 内 的 流 量 变 化 在 常 水 头 渗 流 试 验 过 程 中, 水 力 梯 度 为 定 值, 根 据 Darcy 定 律, 单 位 时 间 内 通 过 试 样 的 水 量 可 以 表 示 为 q va kia, (12) 因 此, 渗 透 系 数 可 表 示 为 ql k ha, (13) 式 中, L 为 渗 径 长 度 ( 试 样 高 度 ), A 为 试 样 的 横 截 面 积, 在 试 验 过 程 中, 上 下 游 水 位 差 h 保 持 为 90 c, 因 此, 只 要 通 过 孔 压 计 测 定 单 位 时 间 内 通 过 试 样 的 水 量, 就 可 以 反 算 出 试 样 在 确 定 离 心 加 速 度 下 的 渗 透 系 数 不 同 离 心 加 速 度 下 的 渗 透 系 数 和 比 例 因 子 如 表 1 所 示 表 1 渗 透 系 数 比 例 因 子 和 离 心 加 速 度 的 关 系 Table 1 Relation aong hydraulic-conductivity, scale factor and centrifugal acceleration 离 心 加 速 模 型 高 度 渗 透 系 数 度 /g /c k/(c s -1 ) 比 例 因 子 1 10 4.82 10-5 - 8 4.88 10-4 1.005 10 10 4.77 10-4 0.996 12 4.94 10-4 1.010 8 9.02 10-4 0.978 20 10 8.95 10-4 0.975 12 8.83 10-4 0.971 8 1.09 10-3 0.917 30 10 1.15 10-3 0.932 12 1.12 10-3 0.926 4 试 验 结 果 分 析 雷 诺 数 随 渗 流 速 度 的 增 大 线 性 增 大, 为 了 保 证 Darcy 定 律 成 立, 一 般 要 求 满 足 : vd10 Re 1, (14) ax 式 中, d 10 表 示 颗 分 曲 线 上 小 于 某 粒 径 的 土 粒 含 量 占 10% 时 所 对 应 的 粒 径, 表 示 水 的 运 动 黏 滞 系 数 本 次 试 验 中, 最 大 渗 流 速 度 v 0.0012 /s, d 10 0.0001, 因 此 试 验 条 件 满 足 Darcy 定 律 设 k cen 为 实 测 的 渗 透 系 数, k p 为 1g 下 的 渗 透 系 数, 令 kn Nkp, 模 型 高 度 分 别 为 8,10,12 c 时, 渗 透 系 数 随 离 心 加 速 度 的 变 化 情 况 如 图 8~10 所 示 比 例 因 子 随 离 心 加 速 度 的 变 化 情 况 如 图 11 所 示 图 7 集 水 桶 内 水 位 和 时 间 的 关 系 Fig. 7 Variation of water elevation in water pail

第 8 期 王 秋 生, 等. 离 心 机 模 拟 中 渗 流 相 似 率 的 试 验 验 证 1239 图 8 模 型 高 度 8 c 时 渗 透 系 数 和 离 心 加 速 度 的 关 系 Fig.8 Relation between hydraulic-conductivity and centrifugal.acceleration (odel height 8 c) 图 9 模 型 高 度 10 c 时 渗 透 系 数 和 离 心 加 速 度 的 关 系 Fig.9 Relation between hydraulic-conductivity and centrifugal.acceleration (odel height 10 c) 图 10 模 型 高 度 12 c 时 渗 透 系 数 和 离 心 加 速 度 的 关 系 Fig.10 Relation between hydraulic-conductivity and centrifugal..acceleration (odel height 12 c) 图 11 比 例 因 子 和 离 心 加 速 度 的 关 系 Fig.11 Relation between scale factor and centrifugal acceleration 从 图 中 可 以 看 出, 实 测 渗 透 系 数 比 常 规 预 测 的 渗 透 系 数 小, 且 随 着 离 心 加 速 度 的 增 大, 两 者 的 偏 离 越 来 越 大 虽 然 是 一 个 接 近 于 1 的 数, 但 是 随 着 离 心 加 速 度 的 增 大, 有 逐 渐 减 小 的 趋 势 随 着 离 心 加 速 度 的 增 大, e / e p 逐 渐 减 小, 因 此 该 试 验 结 果 和 式 (10) 反 映 的 规 律 一 致 在 常 规 渗 流 试 验 时 很 难 保 证 应 力 状 态 和 现 场 一 致, 而 应 用 离 心 模 型 试 验 测 定 土 的 渗 透 系 数 可 以 保 证 应 力 状 态 的 一 致 性 该 试 验 同 时 说 明 了 在 离 心 模 型 试 验 中 首 先 对 模 型 进 行 固 结 的 重 要 性, 如 果 事 先 不 对 模 型 进 行 固 结, 土 体 的 渗 透 特 性 会 与 原 型 有 较 大 差 别 5 结 论 (1) 结 合 黏 土 的 压 缩 特 性 和 固 有 渗 透 率 随 孔 隙 比 的 变 化 关 系, 给 出 了 渗 流 速 度 和 离 心 加 速 度 的 关 系 式, 关 系 式 中 考 虑 了 土 样 压 密 对 渗 透 系 数 的 影 响 (2) 研 制 了 一 套 在 离 心 机 中 进 行 常 水 头 渗 流 试 验 的 装 置, 该 装 置 可 以 同 时 进 行 两 组 渗 流 试 验 (3) 通 过 Ng 渗 流 试 验 和 1g 渗 流 试 验 发 现, 两 者 对 应 的 渗 透 系 数 的 比 值 随 离 心 加 速 度 的 增 大 逐 渐 减 小, 但 变 化 范 围 不 大, 接 近 于 N 参 考 文 献 : [1] LAUT P. Application of centrifugal tests in connection with studies of flow patterns of containated water in soil structures[j]. Géotechnique, 1975, 25: 401 406. [2] GOODINGS D J. Relationships for centrifugal odelling of seepage and surface flow effects on ebankent das[j]. Géotechnique, 1982, 32: 149 152. [3] BUTTERFIELD R. Scale-odelling of fluid in geotechnical centrifuges[j]. Soils and Foundations, 2000, 40(6): 39 45. [4] ARULANANDAN K, THOMPSON P Y, KUTTER B L, et al. Centrifuge odelling of transport processes for pollutants in soils[j]. Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, 1988, 114(2): 185 205. [5] SINGH D N, GUPTA K A. Modelling hydraulic conductivity in a sall centrifuge[j]. Canadian Geotechnical Journal, 2000, 37(1): 1150 1155. [6] THUSYANTHAN N I, MADABHUSHI S P G. Scaling of seepage flow velocity in centrifuge odels[c]// CUED/D-SOILS/TR-326, 2003. [7] BEAR J. Dynaics of fluids in porous edia[m]. New York: Aerican Elsevier Publishing Copany, 1972. [8] TAYLOR R N. Geotechnical centrifuge technology[m]. Blackie Acadeic & Professional, 1995. [9] TAYLOR R N. Discussion on Tan&Scott[J]. Géotechnique, 1987, 37(1): 131 133.

1240 岩 土 工 程 学 报 2011 年 [10] LORRAINE E F, JOHN S S. Use of porosity to estiate hydraulic properties of vocanic tuffs[j]. Advances in Water Resources, 2003, 26: 561 571. [11] BUTTERFIELD R A. Natural copression law for soils[j]. Géotechnique, 1979, 29: 445 458.