有沿程入流的渗流问题[1]广泛存在于雨水渗排工程领域。例如,路边植草沟的纵向渗排就需要考虑沿程有入流的情况;各类渗渠以及透水路面等都可以抽象为有沿程入流的渗流问题。大孔颗粒[2]具有孔隙率大、渗透性强的特点,例如透水道路其面层颗粒度较大,因此其横向渗流不再满足Darcy定律[1]。同时,大孔颗粒渗流研究是一项基础研究,涉及采矿工程、石油工程、地下水工程等多个领域,对促进安全生产具有重要的理论和实践意义。目前,Forchheimer方程[3]被作为工程实践中的基本方程,直接用于分析工程中的渗流问题。但对于方程中的粘性参数与惯性参数,以及与多孔介质的物理特性与其的联系研究较少。本文基于理论研究、模型实验、渗流阻力特性试验及数值模拟的方法对有沿程入流情况下大孔隙介质的浸润曲线进行系统研究,分析了有沿程降雨入渗时孔隙率、坡度、流量等参数对非线性渗流浸润曲线的影响,主要研究内容如下:理论研究:通过查阅相关文献和规范,根据颗粒孔隙率大、渗透性强的特点,针对现有Darcy公式不适用于松散堆积大孔隙颗粒在有沿程降雨条件下的非线性渗流求解的问题,推导出多孔介质在有沿程入流条件下的浸润曲线微分方程,以透水路面降雨产流为例,分析了路面产流积水与浸润曲线变化趋势的内在机理。实验研究:通过不同作用水头下的各种颗粒度砂粒的渗透特性实验研究实验用砂的渗透特性,并根据渗透特性实验数据校核雷诺数来判断水流流态。采用矩形实验渠道,內填砂粒,沿程布设水位测点的方式,分别对不同粒径、坡度和入流单宽流量三种因素作用下的浸润曲线进行实验测量。研究结果表明:浸润线的水位高度受多孔介质孔隙度、颗粒大小、形状、坡度和入流单宽流量的影响而改变。由于渗流实际流速很小,机械能中势能为决定性作用,以高程为表征的浸润曲线均为下降曲线,但由于沿程入流的作用使得以水深计量的浸润曲线出现沿程上升的现象,印证了理论分析中阐述的径流形成机理;当颗粒度增大时,孔隙率随之增加,过流能力增大,产流对应的入流单宽流量变大;坡度加大时,排水能力加大,产流对应的入流单宽流量变大。并运用SPSS软件定量分析,其中粒径和坡度对浸润曲线影响最为显著。数值模拟:使用FLUENT流体动力学计算软件对在有沿程入流条件下渗渠的浸润曲线进行了模拟分析。通过改变粒径、坡度和沿程入流单宽流量的赋值,观察不同条件下浸润曲线、压力云图和速度云图分析其上下游水位、内部压力大小以及内部的速度变化情况,并将模拟得出的浸润曲线结果与实验测量结果进行对比。结果表明:随着坡度和沿程入流单宽流量的增大,靠近在渠道泄水口处水流流速增大,流速分布最集中;当粒径增大时,水流流速减小,压力分布特征变化不明显。有产流和无产流时模拟所得浸润曲线与实验结果一致,初步验证了该模型对大孔隙材料介质在有沿程入流影响下渗透特性的适用性。