多孔介质中悬浮颗粒的渗透迁移：孔隙结构和颗粒尺度效应

发布时间：2018-03-16 07:22

  本文选题：饱和多孔介质　切入点：温度　出处：《北京交通大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：悬浮颗粒在饱和多孔介质中迁移与沉积特性的研究成为环境岩土工程领域研究的热点课题。这些研究在诸如地下水污染物迁移和扩散、地下水回灌、反滤层设计、石油开采、核废料处置和注浆加固等领域有重要的学术意义和应用价值。本文以稳态条件下颗粒迁移的对流弥散方程为基础,推导了非稳态均匀流条件下颗粒的对流弥散方程,得到了非稳态均匀流条件下颗粒在两种不同边界条件下对流弥散方程解析解。其次,通过室内土柱试验研究了孔隙结构、渗流速度、重力、颗粒尺寸分布等对颗粒迁移和沉积特性的影响规律和作用机制。另一方面,研制了可开展不同温度下颗粒渗透迁移的温控土柱渗透试验装置,并利用该装置进行了不同温度下颗粒穿透试验,揭示了温度对颗粒在饱和多孔介质中迁移和沉积的影响机制。最后,以聚丙烯酰胺颗粒为例,研究了其改性水泥土的强度和吸附重金属Pb2+的特性及聚丙烯酰胺对Pb2+在固化水泥土中的淋滤渗透特性的影响规律。主要的研究内容包括:(1)以稳态条件下颗粒迁移的对流弥散方程为基础,推导了非稳态均匀流条件下饱和多孔介质中颗粒迁移的对流弥散方程,得到了两种不同边界条件下的解析解,并且对解析解中各种迁移参数进行了讨论。对不同情况的解析解的分析可知,随着时间、沉积系数或者迁移距离增大,颗粒的浓度峰值逐渐减小。(2)对于大小和形状一定的颗粒来说,通过测试颗粒浊度来反映其浓度的变化能取得较好的结果。通过开展颗粒和示踪剂在两种不同孔隙结构多孔介质(玻璃球和石英砂)中和5种不同渗流速度下迁移的土柱渗透试验,基于一阶沉积动力学颗粒的对流弥散方程的解析解得到了颗粒及示踪剂的迁移参数,给出了孔隙结构和渗流速度对颗粒在饱和多孔介质中迁移规律影响的内在机制,揭示了颗粒在两种介质中加速效应的物理机制,表明颗粒在两种介质中加速效应均存在一个临界渗流速度,大于该流速时颗粒运移要快于示踪剂,并且两种介质中相应的临界流速不同。(3)开展了 4种不同粒径分布的颗粒(其中一种由另外三种按等体积混杂得到)在5种渗流速度和两种n蛄鞣较，

本文编号：1618899