溶质在细粒孔隙介质中迁移预测的可靠性分析

在预测溶质运移，尤其是低中放废物处置场中的核素在包气带与含水层中的迁移时，需要考虑介质中不流动水体的影响，否则，会影响预测结果的可靠性。通过对黄土的物理特性实验与野外氚的包气带示踪试验表明：用孔隙度或含水量除以渗透流速得到的平均孔隙流速比实际平均孔隙流速小，在包气带中约小30%～65%，含水层中约小40%.用对流弥散模型计算氚在包气带中的迁移表明：考虑不流动水体的影响时的平均孔隙流速比不考虑的结果增加了1.39倍，相对浓度减弱了1.32倍。     

不流动水对黄土包气带溶质运移影响的实验研究

本文利用自动控制负压方法进行了非饱和条件下的黄土不流动水溶质运移实验，并用MIENESOR模型及其计算机程序模拟了该实验，得到不流动含水量比例系数为0.47、流动水与不流动水之间的浓度传输率为0.003/d。参数的灵敏度分析表明：同样条件下，不流动含水量比例系数最敏感，其值越大，溶质迁移越快；流动水与不流动水之间的浓度传输率影响溶质穿透曲线的峰位，其值越大，峰位越低。在研究黄土包气带污染质运移时，应密切关注这两个参数。     

污染物及土壤水动力迁移的数值模拟

本文在分析水分及污染物在土壤中迁移物转化规律的基础上，建立了水分及污染物迁移的耦合数学模型。采用有限差分法离散水分方程和污染浓度方程，得到了数值计算模型。运用分散平均方法估算水力传导率，并用中心差分和隐式差分格式并存的系数矩阵求解方法，加快计算的收敛性。利用该数值计算模型，模拟计算了具有应用背景的水分及污染物在非饱和土壤中的迁移规律，数值计算成果得到了试验资料的验证，两者吻合良好，为研究和解决地下水污染问题提供了有效的手段     

不流动水对包气带溶质运移的影响研究进展

本文对考虑不流动水影响下的溶质运移模型、可动-不动区溶质运移模型、考虑吸附与降解作用的不流动水溶质运移模型进行了综述。指出对不流动水的研究已从盲端水扩展到内聚体间不动的水和远离流动区的水。其中，用可动-不动区模型可解释溶质运移中穿透曲线不对称的现象；用压力圆盘渗透仪可直接测量不动区的含水量使上述模型易于操作。并指出今后不流动水研究的方向应为不流动水分类的完善、不流动水对包气带水流的影响研究、参数的不确定性和尺度效应研究。     

NUMERICAL SIMULATION FOR CONTAMINANTS AND WATER TRANSPORT IN SOILS

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非饱和高液限土土-水特性试验研究

为研究非饱和高液限土土-水特性及其不同条件下土-水特性试验的适用性,分别采用滤纸法、非饱和土固结仪法和现场试验法对公路边坡工程中非饱和高液限土进行测量土-水特征曲线的试验研究。结果表明:滤纸法测得的土-水特征曲线与室内方法存在差距,大部分在室内测得土-水特征曲线的回滞圈内,对曲线进行拟合得到含水率与基质吸力对数呈线性关系;室内非饱和土固结仪法试验得到的土-水特征曲线出现滞回效应,曲线利用VG模型可较好地拟合;现场监测得到的土-水特征曲线(SWCC)与室内试验方法的结果存在差距,但大部分在吸湿曲线和脱湿曲线之间,更接近吸湿曲线,曲线受土体上覆应力影响,上覆应力越大曲线越陡,且基质吸力与含水率成负相关,二者不存在滞后现象,曲线可利用线性函数较好地拟合。     

增湿重塑非饱和黄土时水-热运移规律研究

为研究非饱和黄土中水蒸气的吸附与运移规律,采用水蒸气对非饱和黄土进行增湿,分析蒸汽压梯度、温度梯度和含水率梯度共同作用下非饱和黄土中水-热运移规律。研究结果表明:在非饱和黄土中,水蒸气和温度的扩散范围近似于一个椭球体。水蒸气在土体中运移时,蒸汽压力沿径向逐渐消散,蒸汽运移速率减缓,土体含水率和温度也逐步降低;当蒸汽气压为0.1 MPa,温度为145 ℃,通气6.5 h后,水蒸气最大增湿半径为80 cm,横向、纵向有效增湿半径分别为60和70 cm;在以通气点为圆心,横向40 cm,纵向50 cm的椭球体内,含水率在12%~17%间变化,接近土体的最优含水率17.08%,增湿效果较好;延长通气时间,增湿范围和增湿程度均将增大;水蒸气增湿时,液态水和气态水迁移共存,但在有效增湿范围内以气态水迁移为主。受到土颗粒的阻碍,沿径向水分运移速率逐渐减小,但温度传导系数在两阶段内接近一个定值。水蒸气增湿法作为土体增湿的新技术与新方法,具有诸多优点,在对土体增湿的工程实践和试验中有着广泛的应用前景。     

干湿交替下开裂混凝土中水分传输的细观数值分析

对于海洋浪溅区或潮汐区的混凝土结构,水分主要以气相和液相两种形式存在于混凝土内部孔隙结构中。基于混凝土毛细吸水的非饱和流体理论,建立了干湿交替下开裂混凝土中水分传输的一维非线性方程。考虑水分在干燥与湿润阶段传输的滞后性,分别建立了干燥和湿润两阶段单条裂缝处水分的传输速度模型。在细观层次上,将混凝土看作由粗骨料、砂浆、界面过渡区(ITZ)以及裂缝所构成的四相复合材料,利用含单条裂缝的二维格构网络模型,开展了干湿交替下开裂混凝土中水分传输的细观数值仿真分析。通过与已有文献中的试验数据对比,验证了所建立的干湿交替下开裂混凝土中水分传输模型的正确性。利用以上数值模型,进而分析了干湿循环机制(干湿循环时间比、循环次数)以及裂缝宽度对水分分布的影响规律。结果表明:对于给定裂缝宽度,干湿循环时间比和循环次数决定着裂缝处和垂直裂缝方向的水分含量分布;当裂缝宽度介于0.05~0.3 mm时,裂缝处和垂直裂缝方向的水分含量随着裂缝宽度的增大而减少。     

基于地质雷达法的非饱和黄土介电特性及界面反射机理研究

基于地质雷达方法研究非饱和黄土的介电性能,以及地质雷达波在空气-黄土界面中的反射机理及规律,利用地质雷达等对非饱和黄土相对介电常数与电导率进行系统试验研究,分析了黄土混合相对介电常数与其固、气、液各相的相对介电常数的内在关系;提出不同压实度与含水率与黄土相对介电常数的数理关系,以及不同地质雷达天线频率对黄土含水率-相对介电常数物理关系的影响规律。分析结果表明:非饱和黄土相对介电常数与黄土含水率和压实度呈正相关的数理关系;相同的黄土试样测试的相对介电常数与地质雷达天线主频的大小正相关;不同含水率的非饱和黄土界面反射数值模型表明,含水率越大,地质雷达回波强度越大。以上结论对非饱和黄土工程的地质雷达法探测工作具有指导作用。     

地下水污染修复的活性渗滤墙技术

活性渗滤墙是一种现场修复受污染地下水的新型技术，具有原理简单，施工方便，运行费用低廉等特点，活性渗滤墙垂直于地下水流动方向设置，当地下水流通过活性渗滤墙时，污染物与墙体材料发生化学反应，从而达到环境修复的目的。文中综述了活性渗滤墙技术的修复机理和实际应用，大量研究表明，应用金属铁作为活性渗滤墙材料，可以去除地下水中的重金属以及有机污染物，目前活性渗滤墙已经在世界各地应用，是一种非常有发展前景的环境污染修复技术。     

干湿循环对非饱和黄土渗透系数的影响研究

针对不同干密度的重塑非饱和黄土,利用GCTS压力仪研究非饱和黄土在干湿循环条件下的土－水特征曲线,选用van Genuchten模型拟合体积含水量与基质吸力的关系,结合Childs & Collis-Geroge模型预测黄土的非饱和渗透系数,进而分析干湿循环作用及干密度对非饱和渗透系数的影响。研究结果表明：试验地区非饱和黄土的土－水特征曲线拟合相关度高达0.97以上,有良好的适用性;黄土的非饱和渗透系数与干湿循环次数及干密度之间均符合指数函数关系;相同基质吸力条件下,干密度大的黄土非饱和渗透系数大,基质吸力较小时,干密度为1.74 g/cm³的黄土比干密度为1.56 g/cm³的黄土非饱和渗透系数大10²数量级;当干密度保持不变时,随着干湿循环次数的增加,渗透系数逐渐增大,其增幅随体积含水量的增大而增大,随基质吸力的增大而减小;当非饱和黄土试样的体积含水量接近残余含水量时,土体的渗透系数趋于稳定。     

基于非饱和蠕变模型的滑坡长期变形数值模拟

绝大多数滑坡的发生都与水直接相关,滑坡土体经常处于非饱和状态,而坡体的失稳破坏大都经历了一个时间过程,即滑坡变形具有蠕变性质。因此,绝大多数滑坡的失稳过程实质为非饱和蠕变过程,数值模拟时考虑渗流耦合蠕变效应更能符合滑坡变形的真实状态。根据前期研究成果所得的非饱和土非线性蠕变模型及其三维形式,采用试验数据对模型进行验证。由于常规商业有限元软件没有提供适合特定土体的非饱和蠕变模型,编制了基于渗流及蠕变耦合计算的有限元计算程序,并利用该程序对树坪滑坡在库水位变动下的变形过程进行了数值模拟。结果表明,计算结果与实际变形的监测值趋势比较接近,说明本文所建立的蠕变模型合理,编制的程序可靠,可用于实际滑坡的长期变形计算。     

岩体非饱和带水分汽液相态转化规律研究

目前关于非饱和带裂隙岩体水分汽液转化规律的研究较少,但在实际工作中,常需要考虑岩体内部水分汽液相态相互转化对岩体造成的影响。以河南宜阳锦屏山为试验场,利用Apresys179-DTH温湿度记录仪对试验场岩壁水汽进行长期监测,从热力学角度研究非饱和带裂隙岩体内部水分汽液转化规律。结果表明:温度是决定水汽运移和液态水产生的关键因素,绝对湿度的变化规律与温度的变化有极强的相关性;春夏两季外界水汽向裂隙岩体移动,绝对湿度上升;秋冬两季裂隙岩体中的水汽向外界移动,绝对湿度下降;裂隙岩体绝对湿度含量较高的时段为22:00点至次日6:00,该时段内易产生液态水,14:00~16:00时,虽然监测孔内水汽含量较高,但难以达到或超过对应温度下的饱和蒸气压,液态水不易产生。     

COMPOSITE MODELING APPROACH AND EXPERIMENTAL STUDY FOR SUBSURFACE TRANSPORT OF CONTAMINANTS FROM LAND-DISPOSAL SITES

1 .　INTRODUCTIONThecontaminationofsoiland groundwatersystemsandtheadverseeffectsofthecontamina tionoftheseresourceshavebecomeamatterofconsiderableconcern .Thetransportofcontami nantsinsoilandgroundwaterisacompositionofcomplexchemicalandhydraulicphenomena .Dur ingthepastdecadesmuchattentionhasbeengiventothetheoryandmodelingofcontaminanttrans portinsaturatedsoil (Davidetal.1996 ;Bouchard1988;Brusseauetal .1989) .Thisdevelopmenthasbeenacceleratedandincreasedduetothedifficultyandhighcostsof…     

Numerical research on the mechanism of contaminant release through the porous sediment-overlying water interface

After the pollutant discharged into the river or lake has been reduced, the release of the contaminant from the sediment to the overlying water may cause the river and lake be contaminated again. On the condition that the overlying water flow does not lead to sediment suspension, numerical researches are carried out for the mechanism of contaminant release through the sedimentoverlying water interface. The overlying water flow is calculated as turbulence. The sediment is regarded as isotropic homogeneous porous medium, therefore the seepage field in the porous sediment layer is obtained by solving Darcy＇s equations. Coupled two dimensional steady flows of the overlying water and the pore water in the sediment are calculated. Based on the flow fields obtained, the unsteady contaminant solute transportation process in the pore water in the sediment and the overlying water is numerically simulated, as the shapes of the sediment-overlying water interface are flat or periodic triangular respectively. Numerical results show that the exchange of the pore water and the overlying water is an important factor which decides the release flux of the contaminant from the sediment to the overlying water. The pressure distribution produced by the overlying water flow along the sedimentoverlying water interface, as it is not flat, may induce the seepage of the pore water in the sediment and through the sedimentoverlying water interface, which may increase the release flux of the contaminant from the sediment to the overlying water.     

蓄水和蒸发条件下土壤过渡层中水盐运移规律研究

在国内外有关土壤水盐运移规律研究成果的基础上,应用陕西省卤泊滩综合治理和谐生态模式,分析了在蓄水和蒸发条件下,土壤饱和层与非饱和层之间的过渡层中盐分变化规律以及对土壤饱和层和非饱和层盐分的影响。针对3组不同初始条件,分别开展了室内试验和数值模拟。结果表明,在地下水位基本稳定情况下,土壤非饱和层与饱和层之间存在一个10～20cm的过渡层。在蒸发条件下,由于土壤毛管的水分蒸发作用的最低范围在过渡层内,所以过渡层有隔离下层盐分作用。如果土壤非饱和层含盐量高,蒸发可能呈返盐;如果土壤非饱和层含盐量不高,但过渡层含盐量高,蒸发也可能呈返盐;过渡层如果含盐量低,蒸发返盐的可能性很小;但过渡层以下的饱和层盐分,不管含盐量高低,均处于相对稳定状态。过渡层对下层高含盐的隔离作用显著。     

降雨入渗条件下非饱和黄土边坡稳定的可靠度分析

根据雨水入渗在土坡内引起的土壤容重和土体的强度变化,得到体积含水量与强度指标的拟合公式,对非饱和黄土边坡的稳定进行了可靠度分析,求得了土坡的失效概率,对工程的安全可靠性做出了评价。计算表明,降雨入渗条件下非饱和黄土边坡失稳的概率远大于不考虑降雨时的正常情况,因此,非饱和黄土的边坡稳定性应充分考虑降雨的影响,需通过试验来测定含水量与土的强度参数关系。     

非饱和黄土的结构强度与抗剪强度

本文分析了非饱和黄土强度的组成和结构强度的来源，给出了结构强度的确定方法，研究了结构强度的变化规律，结果表明：非饱和黄土的结构强度可用其天然结构破坏后所丧失的强度衡量，结构强度与初始含水量间具有幂函数关系；结构强度与不稳定凝聚力具有良好的线性关系；提出了非饱和黄土结构强度终止含水量的概念；给出了非饱和黄土抗剪强度的计算公式。     

填海工程背景下半岛地下水流场及污染物运移的数值模拟分析

以古雷半岛为例,基于GMS地下水数值模型探索海砂填海(情景一)、海砂+黏土填海(情景二)、黏土填海(情景三)这三种填海情景对研究区地下水流场及污染物运移的影响。结果表明:(1)研究区在填海背景下地下水水位整体抬升,水位上升幅度由小到大依次为情景一、情景二、情景三,最高升幅达4.78m。(2)不同填海情景下的地下水流场差异在填海区的黏土区域最为明显,情景二、情景三与情景一的地下水水位差最大值分别为4.44 m和8.20m。(3)在仅考虑物理作用的情况下,三种填海情景下污染物运移均呈现以水平运移为主、垂向运移为辅的特点。(4)相较于污染物运移基本相同的情景一与情景二,预测时间30a时,水平方向上情景三污染物迁移面积、迁移速率分别下降23.07%、18.89%;垂向上污染物主要积聚于第一层含水层,情景三观测井在第一层含水层的污染物浓度为情景一(或情景二)的5.87倍。说明采用低渗透性黏土填海对于污染物运移具有一定的阻滞作用。     

基质吸力对非饱和黏土抗剪强度的影响

通过直剪试验,探讨了基质吸力与非饱和黏土抗剪强度的关系,结果表明:含水量对非饱和黏土基质吸力的影响较大,随着基质吸力的增大含水量减小,这种减小的趋势在基质吸力小于400 kPa时较明显;非饱和黏土抗剪强度与基质吸力之间的关系是非线性的,且存在转折点;基质吸力对非饱和黏土抗剪强度的提高有限。