充填单裂隙溶质运移及自然电位响应特征研究

摘要

单一裂隙是构成复杂裂隙系统最基本单元结构，自然裂隙被砂、泥等介质充填是普遍的现象。研究充填裂隙溶质运移规律对探究污染物质在地下介质中的迁移扩散具有重要的意义。本文在总结国内外相关学者研究成果的基础上，综合运用理论分析、室内模拟研究等方法，采用光滑平行有机玻璃板，充填河砂介质构建充填单裂隙物理模型，开展了充填单裂隙水流及溶质运移模拟试验，绘制了溶质运移的穿透曲线(BTC)，应用对流弥散方程(ADE)对其进行拟合，并对溶质运移过程中自然电位变化进行实时动态监测，获得自然电位响应特征。论文的主要成果如下:
　　(1)在低流速状态下，充填单裂隙内水渗流的水力梯度与单宽流量之间均符合Darcy公式、Forchheimer公式及Izbas公式。随着流速的增大，此时水流的水力梯度与单宽流量的关系开始呈现非线性状态。
　　(2)在充填砂样组成相同时，水力梯度越大，溶质到达峰值浓度时间越短，穿透曲线开口越小，拖尾持续时间越短;水力梯度相同时，充填砂粒的粒径越小，裂隙的孔隙度越小，水流流速越小，穿透曲线到达峰值的时间越长，曲线的开口也就越大。
　　(3)通过拟合可以看出，无论是垂直还是水平充填单裂隙，溶质运移的穿透曲线均可以用水动力弥散方程(ADE)进行模拟，且拟合效果良好。
　　(4)当溶液到达各电极时该电极测得的自然电位值发生突变。可以根据自然电位历时曲线得到地下水污染物运移的位置、运移速度、浓度。根据各个测量．电极自然电位跃升的时间点计算污染物运移的速度，通过自然电位历时响应的曲线的峰值、开口方向可以判断出污染物浓度、扩散的时间等信息。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 裂隙介质水流渗流研究现状

1．2．2 充填裂隙溶质运移研究现状

1．2．3 自然电位方法应用现状

1．3 研究目标和研究内容及技术

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

1．3．3 研究方案及技术路线

第二章 充填单裂隙溶质运移与自然电位基本理论

2．1 裂隙介质渗流理论

2．1．1 单裂隙水流运动规律

2．1．2 充填裂隙渗流基本理论

2．2 充填裂隙溶质运移基本理论

2．2．1 水动力弥散机制

2．2．2 溶质运移的对流－弥散方程

2．3 充填单裂隙理论

2．4 自然电位响应理论基础

2．4．1 流体连续性方程

2．4．2 质量运输的连续性方程

2．4．3 电流密度连续性方程

2．4．4 自然电位非耦合反演方程

第三章 充填单裂隙溶质运移模拟试验

3．1 试验模型

3．2 试验材料及仪器

3．3 充填单裂隙溶质运移试验

3．3．1 试验方案

3．3．2 试验过程

3．3．3 溶液浓度与电导率标准曲线的标定

3．4 充填裂隙溶质运移自然电位响应试验

3．4．1 试验方案

3．4．2 试验过程

第四章 充填单裂隙溶质运移特征

4．1 充填单裂隙渗流特征

4．2 充填裂隙溶质运移特征

4．3 溶质穿透曲线ADE模拟

4．4 本章小结

第五章 充填单裂隙溶质运移自然电位响应规律

5．1 水流过程中的自然电位响应

5．2 充填单裂隙溶质运移自然电位响应特征

5．2．1 溶质运移自然电位响应

5．2．2 溶液浓度对自然电位峰值影响

5．2．3 基于自然电位溶质运移速度分析

5．3 自然电位响应机理

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及攻读硕士期间主要成果