砂柱排水真空阻滞效应的试验和动力学解释

含低渗透盖层的强透水层在排水过程中可能产生包气带真空并阻滞排水.这种真空阻滞效应具有什么动力学特征,是岩土渗流领域有待解决的新课题.以细砂作为粗砂的盖层,进行了双层结构砂柱的排水试验,观测到了包气带真空度先快速增大,然后缓慢减小的过程,排水速率显著低于无细砂覆盖的情况.细砂盖层厚度越大,真空阻滞效应越强烈.基于水-气渗流理论提出了解释试验现象的水流方程和气流方程,并得到了排水早期和后期真空度变化的近似解析公式,说明真空度峰值随盖层厚度呈非线性增加趋势.对试验结果进行参数分析,发现盖层透气性在排水后期明显大于早期,反映了盖层含水率对透气性的影响.