多孔介质水处理技术作为一种管理城市径流水质和水量的措施,可有效减轻雨水径流对环境的负面影响。但渗流的长期作用会造成多孔介质的堵塞,导致其渗透性能降低,影响使用寿命。其中,颗粒物引起的物理堵塞最为常见,且最早可被观测。研究渗流作用下多孔介质内颗粒的迁移与堵塞特征有助于颗粒运动规律的深入了解,为延缓系统的堵塞提供参考。本文通过填料柱模拟试验与X射线计算机断层扫描成像(X-CT)技术研究了颗粒在多孔介质内的纵向分布规律,分析了多孔介质内颗粒迁移堵塞的影响因素及机制,得到了粒径比(填料粒径与颗粒粒径的比值)与平均渗流流速(达西渗流流速与介质孔隙率的比值)共同作用下颗粒的堵塞阈值曲线,并针对颗粒迁移至多孔介质底部发生穿透的工况,研究了颗粒的迁移速度及其影响因素,通过量纲分析探究了各个无量纲物理量间的定量关系,得到穿透率的经验公式,所得结论如下:(1)渗流作用下,颗粒在多孔介质中的迁移堵塞规律受到粒径比与平均渗流流速的影响:较大的粒径比和较大的平均渗流流速可有效提升颗粒的迁移能力,使颗粒呈现较高的穿透率和较低的表层残留率;其中,穿透率与粒径比的关系可使用线性拟合,穿透率与平均渗流流速的关系可使用多项式函数拟合,表层残留率与平均渗流流速的关系可用线性拟合。根据这一结果得到的颗粒在多孔介质中的堵塞阈值曲线是以粒径比、平均渗流流速为函数的上、下分界线:低于下阈值线的条件下颗粒发生堵塞,高于上阈值线的条件下颗粒发生穿透,介于上下阈值线之间的区域的颗粒的堵塞或穿透存在不确定性。(2)针对颗粒穿透工况,本文进一步研究了粒径比与平均渗流流速对颗粒迁移速度的影响。粒径比的增大可降低颗粒的初始穿透时间,导致其快速穿透,平均渗流流速的增大也起到相似的作用。颗粒穿透速率可随粒径比或平均渗流流速的增大而增大。在对颗粒运移规律进行定性研究的基础上,通过量纲分析方法对颗粒穿透率与各个无量纲变量间的定量关系进行了分析,结果表明穿透率与粒径比(D/d)的相关性尚可,与雷诺数(Re)的相关性较差,而与(D/d)2.5Re2.1的相关性最好,据此可得到优化后的经验公式。