摘要
摘要
入渗颗粒在饱和多孔介质中的沉积现象常见于许多岩土、水利工程中，根据沉
积的严重程度可能会导致诸如含水层渗透率下降、有毒物质黏附于入渗颗粒而扩
散等不利后果。因此，研究入渗颗粒在饱和多孔介质中的沉积分布，阐明其沉积规
律，实现对于多孔介质沉积时空发展的数学描述，对于诸如人工回灌地下水、碎石
桩复合地基、雨水处理系统、建造海绵城市等一系列工程实践都具有重要意义。
本文采用透明土和PLIF技术相结合的新试验方法，直观地研究了多孔介质的
孔隙结构和饱和多孔介质中入渗颗粒沉积时空分布规律。首先自行搭建了透明土
和PLIF技术相结合的试验系统并验证了其试验效果，能在进行稳流速颗粒入渗试
验的同时实现激光入射和图像拍摄。然后利用该系统开展了以填料粒径、流速、浓
度为试验变量的颗粒沉积试验。利用所得图像数据进行分析得到以下结论：（1）对
孔隙面积、孔隙形状、连通度、分形维数等孔隙特征参数进行了分析，确定了不同
填料粒径下的二维孔隙网络特征，阐述了孔隙特征对颗粒沉积分布的影响；（2）通
过分析颗粒主要沉积深度和不同深度处的颗粒沉积稳定时间，揭示了模型整体及
不同深度处沉积比随时间的发展规律；（3）通过推导考虑释放系数的对流弥散方程
得到了沉积比的解析解，在此基础上，说明了在使用对流弥散方程描述入渗颗粒沉
积行为时样本厚度和释放系数是不可忽略的，并讨论了弥散系数和释放系数随粒
径比、流速、浓度、样本厚度等参数的变化规律。
关键词：多孔介质；PLIF；透明土；颗粒沉积；对流弥散方程
-I-
Abstract
Abstract
Thedepositionphenomenonofinfiltrationparticlesinsaturatedporousmediais
commoninmanygeologicalandhydraulicengineeringprojects.Dependingonthe
severityofdeposition,thedepositionmayleadtoadverseeffectssuchasthedecreasein
permeabilityofaquifer,toxicsubstancesadheringtotheinfiltrationparticlesspread
pollution,etc.Therefore,studyingthedepositiondistributionofinfiltrationparticlesin
saturatedporousmedia,elucidatingtheirdepositionrules,andachievingamathematical
descriptionofthespatiotemporaldevelopmentofsedimentationinporousmediaareof
greatsignificanceforaseriesofengineeringpracticessuchasartificialgroundwater
recharge,compositefoundationofgravelpilesandrainwatertreatmentsystems.
Thisarticleadoptsanewexperimentalmethodthatcombinestransparentsoiland
PLIFtointuitivelystudytheporestructureofporousmediaandthetemporalandspatial
distributionofinfiltra