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多孔介质中悬浮颗粒迁移和沉积特性的研究对地下污染物净化、石油开采、核废料处置、水土保持等有很重要的意义。对4种不同浓度的悬浮颗粒在3种不同的渗流速度下进行室内试验,研究悬浮颗粒的浓度对其迁移和沉积特性的影响。结果表明,在一定的悬浮颗粒浓度下,随着渗流速度的增加,穿透曲线中的悬浮颗粒的相对浓度也增大。同时,渗流速度一定时,悬浮颗粒的浓度存在一个临界值,小于该临界值,穿透曲线中的相对浓度随悬浮颗粒的浓度增大而增大;大于该临界值时,相对浓度随悬浮颗粒的浓度增大而减小。另外,悬浮颗粒的临界浓度是与渗流速度相关的,随着渗流速度增加,悬浮颗粒的临界浓度也逐渐增大 相似文献
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为研究江汉平原—大别山区过渡带黏性层状土中溶质迁移的规律,以保守性阴离子Br-为示踪剂,通过等温吸附试验、一维弥散试验、HYDRUS-1D软件模拟反演手段,研究了Br-在黏性层状土中的吸附参数、迁移规律,模拟反演其弥散参数。结果表明：（1）Freundlich模型和Langmuir模型均能较好的拟合吸附试验结果,随着土壤中黏粒比例的增大,土壤对Br-的饱和吸附量有所增加;（2）层状土中土壤质地与结构均会影响穿透曲线的形状,但一维饱和土柱中的弥散过程主要取决于含水介质系统中黏性颗粒的占比,黏粒的增加会对溶质运移产生阻碍作用;（3）通过HYDRUS-1D软件构建模型反演弥散参数,R2均大于0.991,拟合效果较好,分析发现层状土中无论土壤组成类型还是层厚及排序的影响,其本质都是改变了土壤的平均孔隙流速从而影响弥散作用,平均孔隙流速越小其弥散系数越小;（4）试验中粉质黏土弥散系数约为0.005～0.048 cm2/d,远远小于下部砂土弥散系数0.524～7.477 cm2/d,差值达到了至少两个数量级,表明研究区内厚层黏土为控制地层,会较大程度阻碍地下水中溶质运移,上部含水层中的污染物或有机... 相似文献
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李文鹏 《水文地质工程地质》2016,(6):1-6
在清洁水渗流实验的基础上,开展了恒水头条件下不同浓度的含悬浮颗粒流体在多种填充粒径的多孔介质内的渗流实验。结果表明:悬浮颗粒在多孔介质段的沉积,并不一定使多孔介质局部相对渗透系数(k_t/k_0)降低,相反在一定情况下会出现局部相对渗透系数增大的情况。较小悬浮颗粒浓度下,悬浮颗粒粒径越小,曲线波峰出现越迟,相对渗透系数增加幅度越大;而较大进口浓度则抑制(k_t/k_0)曲线波峰的生成,直至相对渗透系数单调递减。通过包括前人实验数据在内的悬浮颗粒浓度C_0与颗粒直径比值d_p/D_p(悬浮颗粒直径/多孔介质颗粒直径)有无相对渗透系数增加现象的对照图,进一步揭示了含悬浮颗粒流体在多孔介质内的运移与沉积规律。 相似文献
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悬浮颗粒形状对其在多孔介质中迁移和沉积特性的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
悬浮颗粒在多孔介质中迁移的研究在地下水回灌、地下污染物扩散、核废料处置、石油开采等领域有重要的理论意义和应用价值。为了研究形状对颗粒迁移的影响,对1组球状颗粒（10 ?m中位粒径）和2组杆状颗粒（长径比为3:1和6:1）进行了三阶段室内土柱试验,得到了不同形状颗粒在多种溶液离子强度条件下的穿透曲线。结合DLVO理论分析了悬浮颗粒沉积和释放机制,阐释了形状对颗粒迁移行为的影响。试验结果表明,颗粒形状对迁移特性有重要影响,当离子强度较低时（6 mmol/L）,DLVO势能曲线展现较高能量壁垒,各种形状颗粒沉积主要为次级势阱沉积;当离子强度较高时（150 mmol/L）,球状颗粒因能量壁垒较高,其滞留机制仍以次级势阱沉积为主,但长径比为6:1的杆状颗粒在次级势阱和初级势阱都有沉积,这和杆状颗粒的静电性能和优先方向有关。对于杆状颗粒,边位沉积比端位沉积具有更深的次级势阱和更大的影响距离,边位沉积是更加稳定的沉积方式和沉积的优先方向。基于Derjaguin近似方法的DLVO理论计算显示,DLVO理论预测结果和土柱试验结果吻合较好。 相似文献
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饱和冻土中弹性波的传播特性 总被引：2，自引：0，他引：2
用混合物连续介质理论,考虑了土颗粒骨架、冰、水三相介质,选取土颗粒位移、孔隙水位移、孔隙水压和孔隙冰压为基本变量,采用Bishop有效应力原理,建立了饱和冻土多孔介质的弹性波弥散方程。经理论推导,给出了饱和冻土中弹性波的传播速度及衰减的解析表达式。通过数值算例,探讨了饱和冻土中两种压缩波（Pl波和P2波）及剪切波（S波）的波速和衰减与频率和孔隙率、含冰量等土参数的关系。通过参数分析研究了饱和冻土中3种体波的传播特性。 相似文献
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将Taron等提出的颗粒聚集体的压力溶解模型引入笔者所研制的孔隙介质热-水-应力耦合有限元程序中,并使用摩尔-库仑准则,针对一个假设的实验室尺度且位于饱和石英颗粒聚集岩体中的高放废物地质处置库模型,拟定弹性分析和弹塑性分析两种计算工况,进行4 a处置时段的数值模拟,考察了岩体中的温度、颗粒界面水膜及孔隙中的溶质浓度、迁移和沉淀质量、孔隙率及渗透系数、孔隙水压力、地下水流速和应力及塑性区的变化、分布情况。结果主要显示：弹塑性分析中由于应力调整和增大了分子扩散系数,使得塑性区的颗粒介质的溶解、迁移和沉淀有明显的变化,并对渗流场（孔隙水压力及流速）和应力场产生显著的影响。但两种工况弹性区中的颗粒介质的溶解、迁移和沉淀差别较小。 相似文献
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模拟裂隙多孔介质中变饱和渗流的广义等效连续体方法 总被引：2，自引：0，他引：2
描述了一种计算裂隙多孔介质中变饱和渗流的广义等效连续体方法。这种方法忽略裂隙的毛细作用,设定一个与某孔隙饱和度相对应的综合饱和度极限值,并假定：（1）如果裂隙多孔介质的综合饱和度小于该极限值,水只在孔隙中存在并流动,而裂隙中则没有水的流动;（2）如果综合饱和度等于或大于该极限值,水将进入裂隙,并在裂隙内运动。分析比较了等效连续体模型的不同计算方法,并给出了一个模拟裂隙岩体中变饱和渗流与传热耦合问题的应用算例。结果表明,所述方法具有一般性,可以有效地模拟裂隙多孔介质中变饱和渗流的基本特征。 相似文献
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Transport and deposition of suspended particles in saturated porous media: hydrodynamic effect 总被引：1，自引：1，他引：1
Nasre-Dine Ahfir Hua Qing Wang Ahmed Benamar Adbellah Alem Nicolas Massei Jean-Paul Dupont 《Hydrogeology Journal》2007,15(4):659-668
A laboratory study was undertaken to determine the transport and deposition rate of suspended particles in columns of saturated porous media (gravel and glass beads), where the porous media were subjected to steady-state flow. Silt particles with a mode of 14 μm diameter (used as the suspended particles) and fluorescein (as the conservative tracer) were injected into the columns in short pulses. The breakthrough curves were competently described with the analytical solution of a convection–dispersion equation with a first-order deposition rate. The experiments were performed using different flow rates. The suspended particle size distribution, the porous media, and the flow rates themselves were the main factors retained in this study to investigate the mechanisms governing the transport and deposition kinetics in detail. The results showed the existence of a flow rate, beyond which suspended particles travel faster than the conservative tracer. A decrease of the deposition rate of suspended particles beyond a critical flow velocity was also observed. Such behaviour led to consideration of the couple hydrodynamic-gravity forces at high flow rates. As the hydrodynamic force increases, particle deposition rates are reduced due to the effect of hydrodynamic forces inhibiting the deposition. 相似文献
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This study experimentally investigates the effect of particle size, particle concentration and flow velocity on the migration of suspended particles of size 1.02–47 μm in porous media. The results show that at the same flow velocity, the peak values of the breakthrough curves decrease and corresponding pore volumes increase slightly with increasing particles size. The migration velocity of smaller suspended particles is even greater than water flow velocity, which is attributed to the size exclusion effect. With increase of the injected particle concentration, the deposition coefficients of small single particles increase at first and then tend to a steady state or even decrease slightly, explained by the maximum retention concentration. The dispersivity of small particles decreases with increasing velocity. However, at a high flow velocity, the hydrodynamic dispersivity becomes increasingly dominant with the increase of particle size. The deposition coefficients for large-sized particles are higher than those for small-sized particles, which is attributed to considerable mass removal due to straining. An analytical solution, considering the release effect of sorbed particles, is developed to account for the one-dimensional flow and dispersive effect using a source function method, and then three transport parameters—dispersivity, deposition coefficient and release coefficient—are fitted using the experimental results. Finally, suspended-particle migration is predicted by the proposed model for short-time constant-concentration injection and repeated three-pulse injection. Overall, particle size has a significant effect on the seepage migration parameters of suspended particles in porous media such as the particle velocity, dispersivity and deposition coefficient. 相似文献
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Ahmed Benamar HuaQing Wang Nasre-dine Ahfir Abdellah Alem Nicolas Masséi Jean-Paul Dupont 《Comptes Rendus Geoscience》2005,337(5):497-504
We study in this paper the transport and deposition of suspended particles in saturated porous media. Some chromatographic short-pulse tests were performed in a laboratory column with a tracer and two types of suspended particles. A mathematical model was used to determine the hydrodispersive parameters and deposition rates from the breakthrough curves. The results show that the fitted parameters obtained vary with the flow rate and the characteristics of the suspended particles. We also observe, at high flow rates, that particles have a migration velocity higher than that of the conservative tracer. To cite this article: A. Benamar et al., C. R. Geoscience 337 (2005). 相似文献
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以滨海含水介质中天然胶体为研究对象,采用自行设计的室内土柱装置,研究不同钠吸附比胶体在滨海含水介质中迁移动态特征,测定了胶体沉积动力学曲线,计算了胶体总沉积率和沉积速率常数,最后对胶体迁移沉积机理进行了探讨。研究结果表明,胶体的穿透曲线与示踪离子相比,存在一个临界孔隙体积数(临界点),在临界点之前胶体的迁移速度大于示踪离子,之后则相反;胶体未发生完全穿透,钠吸附比SAR为0,2.85和∞;出水胶体最大相对浓度为0.65,0.16和0.70;胶体在含水介质迁移过程中发生了沉积,沉积量随孔隙体积数的增加而增加。胶体在含水介质中迁移的总沉积率分别为50.96%、87.95%和54.24%。钠吸附比SAR=2.85时沉积动态曲线为直线,沉积速率常数为0.151h-1,而钠吸附比SAR为0和∞时胶体沉积动态曲线为分段直线,拐点前后胶体沉积速率常数分别为0.072 h-1、0.048h-1和0.211 h-1、0.194 h-1。研究结果用双电子层理论可以很好地解释。 相似文献
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纳米零价铁在多孔介质中的运动能力影响其作为污染地下水修复材料的应用潜力。已有研究多采用一维柱试验研究纳米零价铁的运动行为,对于其二维运动行为的报道有限。自主研发了模拟多孔介质中纳米颗粒运动的模型试验系统,采用细、中、粗3种不同粒径的玻璃珠模拟土体,通过取样测量和图像分析等方法获得了磷负载纳米铁在多孔介质中的运动行为。一维柱试验结果表明磷负载纳米铁在中玻璃珠和粗玻璃珠中均有一定的运动能力,其液相回收率分别为50.3%和41.0%,而在细玻璃珠中运动能力较差;二维模型试验表明磷负载纳米铁在中玻璃珠中的滞留量随距离逐渐降低,而在粗玻璃珠中则呈现出滞留量随距离先升高后降低的趋势。由模型试验结果分析可知,磷负载纳米铁的运动和滞留过程与多孔介质孔隙结构和流速密切相关,颗粒阻塞与表面沉积等不同物理过程的共同作用导致了其在不同粒径多孔介质中运动特性的差异。研究成果可用于评估磷负载纳米铁的运动能力及分析其在多孔介质中的运移和滞留机制,为纳米零价铁技术的工程应用和环境风险评价提供参考依据。 相似文献
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非平衡-非线性吸附情况下填埋场污染物运移分析 总被引：10，自引：0，他引：10
采用Langmuir等温吸附线方程描述非线性吸附性能, 基于改进的混合元方法，通过数值计算与分析，探讨了非平衡吸附条件下污染物运移过程及其机理。计算结果表明: 当考虑非平衡、非线性吸附性能时, 污染物穿透曲线即浓度的时程变化曲线尖锐而狭窄、峰值点前移, “拖长尾”现象不明显, 由此说明，土颗粒对污染物的非平衡、非线性吸附使得污染物的穿透能力增强, 滞留能力下降。进一步的变动参数比较分析表明：Langmuir等温线方程中的参数B、压实粘土衬里的渗透性及地下水渗流速度对污染物运移过程具有显著的影响。 相似文献
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深入探究孔隙尺度下的流体流动特性和溶质运移规律对石油开采、农田养分管理、地下水污染修复有着重要意义。以人工构建的多孔介质结构和同步辐射X射线显微CT扫描的土壤团聚体(分辨率3.7μm)为研究对象,在空间节点数多达64 000 000的情况下,基于格子Boltzmann模型和GPU并行技术计算得到多孔介质流体运动和溶质运移过程的关键参数,并据此探究多孔介质空间异质性对水力学特性的影响。通过对3组不同结构的多孔介质比较发现,结构复杂程度最高的土壤样品和不规则堆叠的圆球结构的渗透率在100 mD(即10^-13m^2)量级,远低于规则堆叠的圆球结构(>20 000 mD);土壤的迂曲度为1.40~1.60,明显高于规则堆叠的圆球结构。研究结果表明,渗透率大的样品具有较小的迂曲度,这与结构的空间异质性有较强的关系;土壤的渗透率和迂曲度呈现各向异性;在水力梯度一定的前提下,渗透率较大的样品,纵向弥散系数也较大;同时,结构的异质性也会影响溶质的穿透曲线。本研究提出的模拟方法可在土壤结构中进行高效的水流运动和溶质运移模拟,可用于土壤多孔介质在孔隙尺度下的水力学特性研究。 相似文献
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深入探究孔隙尺度下的流体流动特性和溶质运移规律对石油开采、农田养分管理、地下水污染修复有着重要意义。以人工构建的多孔介质结构和同步辐射X射线显微CT扫描的土壤团聚体（分辨率3.7 μm）为研究对象，在空间节点数多达64 000 000的情况下，基于格子Boltzmann模型和GPU并行技术计算得到多孔介质流体运动和溶质运移过程的关键参数，并据此探究多孔介质空间异质性对水力学特性的影响。通过对3组不同结构的多孔介质比较发现，结构复杂程度最高的土壤样品和不规则堆叠的圆球结构的渗透率在100 mD（即10-13m2）量级，远低于规则堆叠的圆球结构（>20 000 mD）；土壤的迂曲度为1.40~1.60，明显高于规则堆叠的圆球结构。研究结果表明，渗透率大的样品具有较小的迂曲度，这与结构的空间异质性有较强的关系；土壤的渗透率和迂曲度呈现各向异性；在水力梯度一定的前提下，渗透率较大的样品，纵向弥散系数也较大；同时，结构的异质性也会影响溶质的穿透曲线。本研究提出的模拟方法可在土壤结构中进行高效的水流运动和溶质运移模拟，可用于土壤多孔介质在孔隙尺度下的水力学特性研究。 相似文献