多孔介质中的水—热作用效应及污染物迁移特征研究
发布时间：2021-02-16 07:39
多孔介质中热（thermal）、水（hydraulic）、力（mechanical）以及污染物运移（contaminant migration）多场稱合响应特征的研究在评价和预测各类工程对环境的影响方面有重要的研究意义,是当前环境岩土工程迫切需要解决的问题。本研究以国内外相关研究为基础,推导出热-水-力-运移多场问题的基本控制方程。并通过与已有研究成果的对比,验证控制方程的可行性及正确性。利用设计的多场耦合室内试验装置,对黏土在不同初始饱和度情形下升温-降温过程中温度及含水率的动态耦合响应特性进行研究。主要研究内容包括:（1）针对污染物运移问题,首先根据Freundlich线性等温吸附模型的物理含义,提出了一个非均衡吸附的理论模型;依据累计质量分数及相对浓度,有效地对污染物运移中的吸附程度进行评价。其次,采用离散化方法,将渗流速度及污染物浓度随时间变化的非稳态情形近似为较短时间内的稳态问题,继而利用稳态情形的解析解,得到了均衡吸附时非稳态情形下污染物运移问题的近似解;并推导出了非稳态情形下非均衡吸附问题的近似解。最后,基于上述模型提出了一个描述污染物运移中非线性吸附解吸情形的理论模型,...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 THM耦合问题
1.2.2 污染物运移问题
1.2.3 热水力及污染物运移耦合问题
1.3 理论基础
1.3.1 Darcy定律
1.3.2 土水特征曲线
1.3.3 热力学理论
1.3.4 有效应力原理
1.3.5 水动力弥散理论
1.3.6 单相流体连续性方程
1.4 研究内容和方法
1.4.1 主要内容
1.4.2 方法及路线
1.5 创新点
2 饱和多孔介质中污染物迁移特征分析
2.1 线性非均衡吸附模型的理论推导
2.1.1 控制方程及解析解求解
2.1.2 非稳态渗流问题求解
2.1.3 非均衡吸附问题求解
2.1.4 算例分析
2.2 线性非均衡吸附模型的数值模拟及特征分析
2.2.1 数值计算模型
2.2.2 计算结果及运移特征分析
2.3 非线性非均衡吸附模型的建立及验证
2.3.1 理论模型的建立及验证
2.3.2 试验数据分析
2.4 小结
3 饱和多孔介质中水-热作用效应及响应特征分析
3.1 热固结耦合控制方程
3.1.1 热流固耦合方程
3.1.2 非线性弹性分析
3.1.3 状态方程
3.2 热固结中的水-热效应及耦合响应特征分析
3.2.1 计算模型及参数
3.2.2 计算结果分析
3.3 水-热效应对污染物迁移过程的影响
3.3.1 饱和多孔介质中污染物运移方程
3.3.2 问题描述及数值计算模型建立
3.3.3 数值计算结果分析
3.4 小结
4 非饱和多孔介质中水热作用效应及响应特征分析
4.1 THM耦合控制方程及状态方程
4.1.1 控制方程
4.1.2 持水特性（修正VG模型）
4.1.3 状态方程
4.2 水-热作用效应及响应特征分析
4.2.1 算例及控制方程验证
4.2.2 初始饱和度随深度呈不同分布时的响应分析
4.3 粘土中水-热耦合响应过程的试验研究
4.3.1 试验材料
4.3.2 试验仪器和方法
4.3.3 试验结果分析和讨论
4.4 小结
5 非饱和多孔介质中水-热效应对污染物运移的影响
5.1 非饱和多孔介质中热-水-力及污染物运移耦合方程
5.1.1 污染物运移控制方程
5.1.2 热-水-力耦合方程
5.2 数值分析模型的建立
5.2.1 物理模型
5.2.2 模型参数的选取
5.3 结果分析
5.3.1 温度场、渗流场和应力场响应特征分析
5.3.2 水-热作用效应对污染物运移影响分析
5.4 小结
6 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 进一步研究工作的展望与建议
参考文献
附录A
附录B
附录C
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]描述饱和土热固结过程的一个非线性模型及数值分析[J]. 郭志光,白冰. 岩土工程学报. 2018(11)
[2]饱和度对多孔介质中热–水–力耦合响应的影响[J]. 郭志光,白冰. 岩土工程学报. 2018(06)
[3]浓度及渗流速度变化时污染物运移过程的求解[J]. 郭志光,白冰. 中国环境科学. 2017(02)
[4]地热开采的裂隙渗透T-H-M耦合模型及模拟研究[J]. 方艺蛟,刘卫群,王瞾龙. 可再生能源. 2017(01)
[5]衰变热源作用下饱和多孔介质热固结问题的扩展精细积分法[J]. 王路君,艾智勇. 力学学报. 2017(02)
[6]考虑非均衡吸附的多孔介质中循环注入污染物运移规律[J]. 郭志光,白冰. 岩土工程学报. 2017(07)
[7]环境岩土工程研究进展[J]. 刘松玉,詹良通,胡黎明,杜延军. 土木工程学报. 2016(03)
[8]多级升温及降温引起的饱和红黏土的热响应试验研究[J]. 白冰,赵晓龙,许韬. 岩土力学. 2016(01)
[9]生活垃圾填埋场地下水污染物识别与质量评价[J]. 韩智勇,许模,刘国,程诚. 中国环境科学. 2015(09)
[10]渗透作用下多孔介质中悬浮颗粒的迁移过程研究[J]. 白冰,张鹏远,宋晓明,郭志光,陈星欣. 岩土工程学报. 2015(10)
博士论文
[1]基于多孔介质理论的土体多场耦合模型及其在非饱和土本构建模中的应用[D]. 蔡国庆.北京交通大学 2012
本文编号：3036433
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 THM耦合问题
1.2.2 污染物运移问题
1.2.3 热水力及污染物运移耦合问题
1.3 理论基础
1.3.1 Darcy定律
1.3.2 土水特征曲线
1.3.3 热力学理论
1.3.4 有效应力原理
1.3.5 水动力弥散理论
1.3.6 单相流体连续性方程
1.4 研究内容和方法
1.4.1 主要内容
1.4.2 方法及路线
1.5 创新点
2 饱和多孔介质中污染物迁移特征分析
2.1 线性非均衡吸附模型的理论推导
2.1.1 控制方程及解析解求解
2.1.2 非稳态渗流问题求解
2.1.3 非均衡吸附问题求解
2.1.4 算例分析
2.2 线性非均衡吸附模型的数值模拟及特征分析
2.2.1 数值计算模型
2.2.2 计算结果及运移特征分析
2.3 非线性非均衡吸附模型的建立及验证
2.3.1 理论模型的建立及验证
2.3.2 试验数据分析
2.4 小结
3 饱和多孔介质中水-热作用效应及响应特征分析
3.1 热固结耦合控制方程
3.1.1 热流固耦合方程
3.1.2 非线性弹性分析
3.1.3 状态方程
3.2 热固结中的水-热效应及耦合响应特征分析
3.2.1 计算模型及参数
3.2.2 计算结果分析
3.3 水-热效应对污染物迁移过程的影响
3.3.1 饱和多孔介质中污染物运移方程
3.3.2 问题描述及数值计算模型建立
3.3.3 数值计算结果分析
3.4 小结
4 非饱和多孔介质中水热作用效应及响应特征分析
4.1 THM耦合控制方程及状态方程
4.1.1 控制方程
4.1.2 持水特性（修正VG模型）
4.1.3 状态方程
4.2 水-热作用效应及响应特征分析
4.2.1 算例及控制方程验证
4.2.2 初始饱和度随深度呈不同分布时的响应分析
4.3 粘土中水-热耦合响应过程的试验研究
4.3.1 试验材料
4.3.2 试验仪器和方法
4.3.3 试验结果分析和讨论
4.4 小结
5 非饱和多孔介质中水-热效应对污染物运移的影响
5.1 非饱和多孔介质中热-水-力及污染物运移耦合方程
5.1.1 污染物运移控制方程
5.1.2 热-水-力耦合方程
5.2 数值分析模型的建立
5.2.1 物理模型
5.2.2 模型参数的选取
5.3 结果分析
5.3.1 温度场、渗流场和应力场响应特征分析
5.3.2 水-热作用效应对污染物运移影响分析
5.4 小结
6 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 进一步研究工作的展望与建议
参考文献
附录A
附录B
附录C
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]描述饱和土热固结过程的一个非线性模型及数值分析[J]. 郭志光,白冰. 岩土工程学报. 2018(11)
[2]饱和度对多孔介质中热–水–力耦合响应的影响[J]. 郭志光,白冰. 岩土工程学报. 2018(06)
[3]浓度及渗流速度变化时污染物运移过程的求解[J]. 郭志光,白冰. 中国环境科学. 2017(02)
[4]地热开采的裂隙渗透T-H-M耦合模型及模拟研究[J]. 方艺蛟,刘卫群,王瞾龙. 可再生能源. 2017(01)
[5]衰变热源作用下饱和多孔介质热固结问题的扩展精细积分法[J]. 王路君,艾智勇. 力学学报. 2017(02)
[6]考虑非均衡吸附的多孔介质中循环注入污染物运移规律[J]. 郭志光,白冰. 岩土工程学报. 2017(07)
[7]环境岩土工程研究进展[J]. 刘松玉,詹良通,胡黎明,杜延军. 土木工程学报. 2016(03)
[8]多级升温及降温引起的饱和红黏土的热响应试验研究[J]. 白冰,赵晓龙,许韬. 岩土力学. 2016(01)
[9]生活垃圾填埋场地下水污染物识别与质量评价[J]. 韩智勇,许模,刘国,程诚. 中国环境科学. 2015(09)
[10]渗透作用下多孔介质中悬浮颗粒的迁移过程研究[J]. 白冰,张鹏远,宋晓明,郭志光,陈星欣. 岩土工程学报. 2015(10)
博士论文
[1]基于多孔介质理论的土体多场耦合模型及其在非饱和土本构建模中的应用[D]. 蔡国庆.北京交通大学 2012
本文编号：3036433
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