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摘要
为探究裂隙网络含自由面的稳定渗流特性，设计可视化的二维裂隙网络渗流试验装置，通过调节裂隙网络模型的上、下游水头开展一系列裂隙网络渗流试验，依次记录自由面水头高度和渗流流量大小；同时基于有限元软件COMSOL Multiphysics中的Darcy接口，建立等比例二维裂隙网络数值模型，复现试验工况并与试验结果对比分析。对比发现试验结果与模拟结果基本吻合，这验证了试验结果的有效性以及数值模拟的准确性。研究结果表明：影响自由面变化的主要因素为上、下游水头高度及二者高度差：渗流水力梯度越大，自由面位置的下降越快；渗流水力梯度相同的水力条件，上、下游水头越高，形成的自由面水头越高，自由面降落曲线也越陡。其中，若上、下游水头高度不处于近似的水平，二者对于自由面位置的影响存在较大差异。自由面变化的基本规律符合Dupuit公式的表述。稳定渗流的水力梯度与平均流量仅在流量较小时符合线性相关，随着水力梯度的增加，二者关系呈现明显的非线性。
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