岩石裂隙毛管压力_饱和度关系曲线试验研究-YJZ.pdf

　第 9 卷 第 2 期 水 科 学 进 展 　 V o l9, N o 2　 　1998 年 6 月　 ADVAN CES IN W A T ER SC IEN CE 　　 Jun , 1998 　 岩石裂隙毛管压力- 饱和度关系 曲线的试验研究 叶自桐　韩　冰　杨金忠　周创兵 (武汉水利电力大学水利系　武汉 430072) 摘　要　介绍了三峡花岗岩体裂隙毛管压力- 饱和度试验。试验采用互不溶混驱替法。试验结果 表明, 在渗流基本特征方面, 裂隙非饱和渗流毛管压力- 饱和度关系曲线与空隙介质水分特征曲 ( ) 线具有相似性, 如毛管压力- 饱和度关系曲线的滞后现象; 湿润流体 水 的排泄曲线具有进气 压和束缚水饱和度; 非湿润流体的吸湿曲线具有残余饱和度。这种相似性表明, 孔隙介质非饱和 渗流的研究成果可用于裂隙非饱和渗流, 孔隙介质水分特征曲线的解析模型, 可用于研究裂隙毛 管压力- 饱和度关系曲线和拟合毛管压力- 饱和度排泄曲线的试验数据。 关键词　岩石裂隙　毛管压力　饱和度　试验 分类号　 641135 P 岩体渗流补给主要来源于降雨入渗和或因降雨形成的地面水体的入渗, 因此, 岩体裂隙 渗流状况具有明显的季节性。由于导水和持水特性的差异, 在某一入渗补给强度下, 风化岩 体自上而下形成饱和—非饱和带交替分布渗流场; 在非降雨入渗季节, 风化岩体中主要是饱 和—非饱和渗流状态交替分布的孔隙—裂隙渗流。除在降雨季节及其饱和滞后期外, 岩体裂 隙系统处于非饱和渗流状态。在非饱和状态下, 渗透不均匀性、各向异性, 以及渗流与变形 间的耦合效应更加显著。孔隙和裂隙介质中水分运动, 是既相类似、又有显著差异的两类渗 流现象。它们基本渗流规律均服从达西定理。由于岩体裂隙的空隙系统与孔隙介质的孔隙系 统, 在空隙和孔隙结构的几何特征、空间分布等方面的差异, 使得裂隙和孔隙系统中渗流的 基本特性具有很大差异。对孔隙介质可通过引入表征单元体 (R EV ) 概念[ 1 ] , 将其孔隙尺度 上固体颗粒——孔隙非连续体, 概化为宏观尺度 (远大于孔隙尺度) 上的孔隙连续体, 孔隙 介质渗流的基本物理和水力参数比较易于测定和确定。当不考虑孔隙介质局部空间变异性时, 它的基本渗流参数, 如水力传导系数 (K ) , 可作数量场或常量处理; 因岩体裂隙的走向、开 度和裂隙的空隙空间分布结构, 在大于裂隙平均开度的宏观尺度上是一个随机网络, 岩体的 水力传导系数 (K ) 是一网络张量, 所以裂隙渗流只能作为非均质、各向异性流动进行研究。 此外, 裂隙渗流物理特性和渗流参数, 十分难以观测和确定。因此对风化岩体裂隙渗流室内 外试验和野外观测、及理论分析计算, 要比对孔隙介质渗流研究困难和复杂得多, 近年来国 外学者相继开展了风化岩体非饱和渗流特性和渗流机理的试验研究。这类研