降雨条件下非饱和土中污染物迁移的数值模拟

利用溶质传递方程与非饱和土非稳态渗流方程联立耦合,建立了非饱和土污染物迁移模型.采用有限元数值分析的方法,模拟了土体非饱和带中污染物在降雨条件下的迁移过程,研究了无降雨、连续降雨和间断降雨条件下土体非饱和带中孔隙水压力和含水量变化以及污染物的迁移规律.研究结果表明,非饱和带污染物浓度随着时间增加逐渐增大,达到峰值后逐渐...     

非饱和土中水分迁移及污染物扩散的离心模拟

近十年来 ,土工离心机被作为模拟污染物扩散的一个重要手段。但是 ,目前能否采用离心机进行非饱和土中的水分迁移研究尚有争议 ;另外在无机可溶性污染物方面的研究也仅限于对惰性的、土壤吸附能力很低的无机物 (如钠离子 )在土体中的扩散机理研究。本文选用能够与土颗粒发生较强作用的重金属镉 ,利用土工离心机进行了非饱和土中一维模型的模拟研究 ,分析了非饱和土中含水率的变化和污染物的迁移机理 ,检验采用离心模拟方法研究污染物扩散机理的可行性 ,验证与污染物扩散机理相关的模型相似律。     

LNPALs在非饱和土中迁移的离心试验模拟

LNAPLs在非饱和土中的迁移规律是环境岩土工程研究的重要课题。利用土工离心机对BTEX在非饱和土中的迁移进行模拟,得到了BTEX长期的运移规律。试验结果表明,LNAPLs迁移与其化学成分和地质水文条件密切相关。BTEX从泄漏点通过非饱和土层向下运移,在地下水位之上形成高浓度区,同时沿地下水面向侧向迁移。BTEX的泄漏和长期迁移会对土壤和地下水造成污染。试验结果为了解LNAPLs污染物迁移规律、污染范围和选取合适的清污技术提供了依据。     

离心模型试验在超高加筋土挡墙中的应用研究

离心模拟技术是一种评定工程设计、检验数值计算方法、研究新理论等的重要手段。本文将其应用于超高三级加筋土挡墙的研究中。在离心模型试验的基础上 ,分析研究了各级加筋土挡墙墙背土压力与墙高、时间的关系 ,CAT复合拉筋拉力在长度上的分布规律等等 ,得出与实际情况较相符的结论 ,旨在为其实际工程应用提供参考。     

基于孔隙连通–迂曲参数表征土的非饱和渗透各向异性

合理描述土的非饱和渗透各向异性对模拟土体内水分和污染物的迁移至关重要。基于Mualem提出的非饱和渗透系数函数引入的孔隙连通–迂曲参数,推得非饱和渗透各向异性系数关于有效饱和度的幂函数表达式,并根据该表达式将土的非饱和渗透各向异性划分为9种类型,发现各向异性系数随有效饱和度的变化过程中会出现土孔隙内水分主导流动方向变化的门槛点;再利用已有文献中基于孔隙网络模型模拟土样的非饱和渗透数值试验结果验证了该表达式的有效性;最后,将该表达式与Van Genuchten-Mualem函数相结合,定量描述了基质吸力对已有文献中4种土的非饱和渗透各向异性影响。     

砂土液化变形的数值模拟

基于模拟饱和砂土液化后大应变响应的弹塑性循环本构模型及相应的数值算法,采用完全耦合的饱和土动力反应分析程序SWANDYNE II,对VELACS项目中的三个动力离心模型试验(饱和松砂水平地基、饱和松砂倾斜地基、松砂和密砂的水平组合地基)进行了数值模拟。数值模拟较好地再现了离心模型试验测得的加速度响应、超静孔压响应及变形累积过程,给出了典型土单元的应力应变曲线和有效应力路径,从土的应力应变响应的角度较好地解释了模型中超静孔压的产生、扩散、消散过程以及液化大变形的发展过程。     

非饱和高压实膨润土水化的数值模拟

高压实膨润土是核废料处置的首选缓冲回填材料。使用Code—Bright软件对侧限条件下高压实膨润土的室内注水试验进行了数值模拟。数值模型中的非饱和渗流特性参数即土一水特征曲线参数由室内试验确定。数值模型中使用的膨润土非饱和弹塑性本构模型参数由膨润土的常规非饱和三轴力学模型试验得到。数值模拟结果和实测结果的比较可以反分析出膨润土的固有渗透系数。对数值模型的研究有助于加深对膨润土非饱和渗流特性的认识。数值模型计算得到的吸力分布和实测结果基本吻合。     

水位变化诱发粉土边坡失稳离心模型试验

粉土具有明显的非饱和土力学特性,坡内外水位变化诱发粉土边坡失稳是常见工程灾害之一。分别针对坡内和坡外水位变化诱发的粉土边坡失稳情况,开展了相应的离心模型试验研究,结合非饱和土力学相关理论分析和数值模拟,揭示了粉土边坡在两种情况下的变形及失稳模式和发生机制。结果表明：当坡内水位超过1/3坡高后,在坡内渗流作用下,粉土边坡呈现逐级侵蚀剥落、从坡脚向坡顶、由浅层向深层的多级滑坡失稳;坡外水位上升将导致松散粉土边坡发生显著湿陷变形,而坡外水位骤降将造成粉土边坡的多重浅层牵引式滑坡。粉土边坡的失稳模式和发展与粉土的非饱和土力学特性密切相关。最后根据模型试验结果提出了相应的粉土边坡渗流失稳工程控制措施。     

结构性黄土渠道浸水变形离心模型试验有限元分析

应用非饱和黄土的结构性模型 ,采用考虑渗流与变形偶合作用的方法 ,编制了能够模拟非饱和黄土结构性及湿陷性的平面有限元程序 ,并对非饱和结构性黄土渠道模型离心试验进行了有限元数值模拟。有限元计算结果和模型试验结果非常接近 ,并且两者的规律性也相同 ,验证了非饱和黄土结构性模型的正确性和可靠性     

非饱和高压实膨润土水化的数值模拟

高压实膨润土是核废料处置的首选缓冲回填材料.使用Code_Bright软件对侧限条件下高压实膨润土的室内注水试验进行了数值模拟.数值模型中的非饱和渗流特性参数即土-水特征曲线参数由室内试验确定.数值模型中使用的膨润土非饱和弹塑性本构模型参数由膨润土的常规非饱和三轴力学模型试验得到.数值模拟结果和实测结果的比较可以反分析出膨润土的固有渗透系数.对数值模型的研究有助于加深对膨润土非饱和渗流特性的认识.数值模型计算得到的吸力分布和实测结果基本吻合.     

How groundwater seepage and transport modelling software can be useful for studying gaseous transport in an unsaturated soil

The aim of this paper is to show how standard hydrogeologic software, usually used to model contaminant transport in groundwater under unsaturated conditions, can also be used to model gas transport in unsaturated porous media. Physical processes involved in the interaction between the atmosphere and the unsaturated soils are considered: transport by diffusion through the air and the groundwater, exchange between the liquid and gas phases and consumption. These physical processes are incorporated into the governing equations of a groundwater numerical code; by considering air, contained in the unsaturated soil, as water in the seepage numerical model, the air effectively becomes fluid within the numerical code. Then, the investigated gas is defined as the contaminant in the transport model, which is transported by -the air for the modeller-, and -water for the numerical code-. The over-riding assumption is that the air profiles and, therefore, water profiles of volume contents remain constant. The approach is illustrated using two examples, which consider the transport of oxygen. The first deals with oxygen distribution through a laboratory-cell diffusion containing reactive mining tailings. The second deals with the oxygen fluxes through the vadose zone, between the atmosphere and an unconfined aquifer's water table. Both examples consider different cases of oxygen consumption.     

Organic acid transport through a partially saturated liner system beneath a landfill

A one-dimensional model was developed to investigate the transport of organic acids (commonly found in landfill leachate) through a partially saturated composite liner system beneath a landfill. Specific attention was paid to the influence of water content distribution on aqueous-phase diffusion process. Composite liner system was investigated, which was consisted of a geomembrane and a compacted clay liner underlain by three kinds of attenuation layer: sand layer, sandy clay loam layer, and clay layer. Volumetric water content profile in soil layers was obtained by Van Genuchten model, and the Millington and Quirk model was employed to describe the non-linear relationship between volumetric water content and diffusion coefficient. Three cases were analyzed and compared, i.e., totally saturated condition, unsaturated condition without considering unsaturated diffusion model, and unsaturated condition considering unsaturated diffusion model. The numerical results show that the unsaturated sand attenuation layer could serve as excellent diffusion barrier to organic contaminant due to its low water retention capacity. When the dependence of diffusion coefficient on volumetric water content is sufficiently considered, the contaminant flux decreases significantly in all the three kinds of attenuation layer. Unsaturated diffusion model capturing the relationship between water content and diffusion coefficient enables a more reasonable prediction of contaminant transport and distribution in soils.     

热-水力-力学-传质耦合过程模型及工程土障数值模拟

提出了一个非饱和多孔介质中的热 -水力 -力学 -传质耦合过程模型。利用文献 [1]中提出的热 -水力 -力学本构模型 ,对工程土障系统进行数值模拟。数值模拟结果显示了环境条件对废物场中的热量产生和传输过程对工程土障中水力 -力学行为的影响以及可能在工程土障中产生塑性应变 ,导致土障破坏。污染物浓度分布的数值结果显示了温度与降水过程对污染物随地下水向土障周边自然环境渗透的倾向。数学模型及所发展的有限元求解过程可以为评估土障系统长期工作的有效性和土障系统的合理设计提供有力的工具     

非饱和土层中污染物运移过程的数值分析

针对填埋场下部为压实粘土衬里、非饱和土层和含水层的三层结构体系,建立了描述填埋场污染物运移的一维控制方程,在控制方程中考虑了压实粘土衬里的平衡非线性吸附方程与非饱和土层的线性吸附方程。采用数值法求解控制方程,通过变动参数探讨了污染物在三层结构体系中运移过程的各种影响因素。     

非饱和黏土中镉离子迁移规律的数值分析

考虑南昌-莲塘一带镉离子呈高背景或异常,而其迁移转化又是一个十分复杂的物理化学过程。论文在对南昌土质、镉离子分布调研的基础上,采用有限元法对镉离子在非饱和土中的迁移过程进行数值模拟,并与室内土柱试验成果进行对比,探讨了镉离子在非饱和土中迁移的规律,对于污染治理具有一定的参考价值。     

内含圆柱域热源的非饱和土介质水热耦合作用的SPH数值模拟

光滑粒子流体动力学(SPH)作为一种拉格朗日型无网格粒子方法,已经成功地应用于多种类型耦合问题的求解。基于SPH方法探索求解二维求解域内含有圆形局部热源的水热耦合问题,其中揭示了程序前处理阶段已有粒子布置方案存在的不足。针对所要求解的具体问题,使用一种新的粒子布置方案以弥补数值计算过程中的精度损失,该粒子布置方案中径向粒子间距严格相等,环向间距大致等于径向粒子间距。通过对水热耦合方程数学特性的分析,表明了SPH算法可以用于此类耦合问题的数值模拟。最后,基于SPH算法自行编制的程序对一种非饱和土介质内含有局部热源的水热耦合问题进行数值模拟,对非饱和土介质中热能传输以及水分迁移的规律进行了分析。