基于表面反应和扩散迁移控制的灰岩单裂隙渗流—溶解模型及其数值模拟

针对碳酸盐类可溶岩地区水电站坝址流场、化学场以及固相介质属性等随时间发生改变,从而对工程安全运行造成不利影响等问题,研究了灰岩地区地下水运移过程中各物理场间的相互作用,分析了影响灰岩溶解速率的两个因素,即表面反应控制和扩散迁移控制。在此基础上,建立了单裂隙中的渗流—溶解耦合模型,并进行数值求解。模拟结果表明,在垂直裂隙延伸方向,其溶蚀锋面为非齐整平面,而是呈似“虫洞”状非均一变化,而沿裂隙延伸方向即自上游侧向下游方向溶蚀程度逐渐减轻;而通过裂隙的流量呈现随时间逐渐增大的趋势,但变幅不大;根据流量求得的等效水力隙宽,其增幅和增长速率均小于实际平均隙宽;同时,化学场中Ca2+浓度的分布与裂隙开度变化具有相似性,不同时刻下上游侧反应速率R均大于下游侧。就反应机制而言,在初期均受表面反应控制,而随反应进行,位于上游补给区部位转为受扩散迁移控制,但在下游位置仍受表面反应控制。     

基于温度实测资料的抽水蓄能电站渗压统计模型及其应用

根据原型监测资料建立多元统计模型,可以及时地分析和监控大坝基础的工作状态。现有模型中的温度分量多用傅里叶函数来表示,无法精细反映坝基不同部位温度的实际分布特征。针对此种不足,以埋设于坝体不同部位的温度计的实测值作为温度分量,建立了渗压统计模型。以一抽水蓄能电站为例,分别建立了传统的基于傅里叶函数表示温度分量的和基于坝体温度计实测值的渗压统计模型,并采用逐步回归方法进行求解。结果表明,采用后一模型更为有效。     

表面反应和扩散迁移联合控制的粗糙单裂隙渗流–溶解耦合模型

裂隙渗流–溶解耦合模型可用于刻画流场、化学场以及裂隙开度等的变化,而溶解速率的表达以及裂隙开度的初始分布对模拟结果皆有影响。在探讨表面反应和扩散迁移联合控制溶蚀机制的基础上,采用分形方法模拟粗糙裂隙,建立此类条件下的渗流–溶解耦合模型,并进行数值求解。结果表明:(1)裂隙开度、流速、Ca2+浓度等在空间上呈"虫洞"状非均匀分布,尤其是中后期形成相对集中的渗流通道;(2)通过裂隙的流量在某一"临界点"后出现激增,即流量在此时刻之前增长相对较缓,而之后明显增大;(3)裂隙各部位反应受控主因素具有时变性,初始时以表面反应控制为主,而后在上游处转为扩散迁移控制,并逐渐向下游延伸扩大。