温度梯度作用下非饱和土中铅离子迁移机理研究

摘要

基于多孔介质理论及连续介质热弹性力学,研究了温度梯度作用下重金属离子在非饱和黄土中的迁移机理。首先,通过非等温吸附试验确定了黄土颗粒对铅离子的吸附模型;其次,以固、液、气三相系统中各组分质量、能量以及动量守恒方程为基础,建立了表征温度梯度下非饱和土中污染物迁移的多场耦合数学模型,模型考虑了重金属离子的吸附、孔隙流体的迁移及相变、温度梯度下土体的变形等因素,以温度、孔隙率、孔隙水压、孔隙气压、重金属离子浓度、吸附浓度、土体骨架位移为基本未知量,较全面反映了非饱和土体中热质迁移规律及变形特点;最后,开展非饱和黄土中铅离子迁移土柱试验,验证理论模型的可靠性,并分析了各因素对铅离子迁移规律的影响。结果表明:Langmuir非线性吸附模型比较符合黄土颗粒对铅离子的吸附特征,最大吸附量随温度升高而降低,温度梯度对非饱和黄土中污染物迁移有较明显促进作用;不计土体湿陷效应时,温度梯度及吸湿膨胀使土柱产生拉伸变形,重力、孔隙水压及孔隙气压共同作用使土柱产生压缩变形,后者影响大于前者,故土柱整体为压缩变形;污染物迁移随时间增长而减弱,吸附作用是长期过程,时间增长对其影响不显著。