宽级配砾石土中降雨入渗的优先流模型

• 作者: 余方威 刘超 张崇磊 徐兴倩 苏立君
• 来源期刊: 工程科学与技术
• 学科: 地球科学
• 关键词: 宽级配砾石土 分形 多尺度 优先流 降雨入渗
• 年，卷（期）: 2017,（3）
• 所属期刊栏目: 水利与土木工程
• 页码范围: 37-43
• 页数: 7页
• 分类号: P642.1
• 字数: 4190字
• 语种: 中文
• DOI: 10.15961/j.jsuese.201600530

摘要

宽级配砾石土的级配较宽,孔隙尺度跨越几个数量级,降雨入渗易形成空间上的不均匀入渗,即优先流入渗.基于孔隙结构的分形特征,定量研究降雨在宽级配砾石土中的入渗规律.根据多孔介质分形理论及Hagen-Poiseulle方程,水在不同尺度的孔隙管道内入渗率的量级不同,将土体的孔隙部分划分为2个区域——基质区和优先流区,这2个区域所占的比例随雨强的变化而变化.基质区内各孔隙管道的入渗率均达到其最大的入渗率,但各不相同,孔隙管道的直径量级小,入渗率量级小,优先流区各孔隙管道的入渗率相同且均未达到其最大入渗率,孔隙管道直径量级大,入渗率的量级远大于基质区,据此特征从理论上推导了降雨在土体不同孔隙区域内的入渗量和入渗率的表达式;基于此研究了基质区和优先流区的面积在孔隙中所占比例随雨强的变化特征及相应入渗量和入渗率的变化特征.结果表明:降雨在土体中的入渗呈现出优先流区高速入渗,基质区入渗相对缓慢的特点;随着雨强的增大,优先流区域的入渗率也随之增大.降雨入渗优先流现象产生的根本原因是土体多尺度的孔隙结构和无压力的自由入渗边界2个因素,其大小和分布受到土的饱和渗透系数和降雨强度的影响.从孔隙结构的角度解释了降雨入渗优先流的产生机制.