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基于光透法定量测量裂隙隙宽的原理及在两相流中的应用,设计了一组二维粗糙裂隙模拟装置研究微生物在裂隙地下水系统中的运移行为,首次定量研究了生物堵塞过程中隙宽及分布的变化。研究结果表明:微生物大多以离散菌簇状形态存在,未能形成明显的连续生物膜,不同空间位置微生物分布具有一定的随机性,本试验中微生物接种和营养注入方式决定了微生物集中分布在裂隙底部区域;微生物生长造成裂隙平均隙宽的下降(从1.181 μm降低为1.086 μm,下降8.04%),此外,基于光透法测量的不同空间位置隙宽(除2个点外)在微生物生长过程中都有所下降,两次微生物接种后点2处隙宽下降最明显(从1.275 μm减少到1.081 μm),下降了194 μm,约为15.22%。光透法作为一种高效无损的室内监测手段,将其应用于裂隙介质的生物堵塞尤其是定量计算生物膜厚度的研究中,对裂隙中生物堵塞研究具有重要的参考意义。 相似文献
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为研究轻非水相流体（LNAPL）泄露后在土壤中扩散情况,基于室内试验,使用TOUGH2软件进行数值模拟,分析探讨含裂隙层状非均质地层中LNAPL的运移及分布情况。并对LNAPL入渗过程及停止入渗并静置一定时间后,不同粒径砂层及裂隙中LNAPL的分布特征及残留含量进行对比研究。在LNAPL泄露入土壤后,优先进入土壤中的裂隙,形成快速通道,使LNAPL的扩散方式不局限于自上而下逐层渗入,同时也从裂隙中向两侧水平扩散,加快了LNAPL扩散入地层中的速度;停止入渗并静置一定时间后,包气带细砂中的LNAPL饱和度大于粗砂中的饱和度,而饱水带中两种砂土中的LNAPL饱和度相差较小。 相似文献
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利用3D打印技术制作出30个含10级粗糙度(JRC=1~20)、3种厚度(1.5、3.0、5.0mm)的裂隙插片,通过模具浇筑成贯通充填裂隙类岩石试件,并对所制备的试件开展渗透性试验,研究在不同围压水平下不同粗糙度、不同隙宽贯通充填裂隙的渗流特性。试验结果表明:(1)不同粗糙度和隙宽贯通充填裂隙渗透率均随围压增加而减小,且在围压加载初期,裂隙渗透率的降低速度明显要高于围压加载中后期,最大渗透率降差达到78%。(2)围压加载初期,隙宽较小时,裂隙渗透率有随粗糙度增加而减小的趋势,且离散性较大;随着围压和隙宽的增加,粗糙度对裂隙渗透性的影响迅速减小。(3)对于10级不同粗糙度贯通充填裂隙,围压加载过程中,均有隙宽越大,裂隙渗透率越大的规律;且在围压较小时,粗糙度越大,不同隙宽贯通充填裂隙渗透率的差值越大,但随着围压的升高,这种影响逐渐被消除。(4)围压对贯通充填裂隙渗透率的影响处于主导地位,两者之间的关系可用幂函数进行描述。 相似文献
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轻质非水相液体（LNAPLs）在土壤包气带中具有多相态特征,非均质性、地下水位波动等因素将显著增加包气带内LNAPLs污染的复杂程度。已有研究多关注于揭示包气带内自由相LNAPLs的污染过程,少有更为深入地探究水位波动时非均质结构对LNAPLs迁移及各相态分布规律的影响。基于TOUGH2程序构建包气带多相流数值模型,以揭示透镜体结构与地下水位波动共同作用下LNAPLs迁移过程及相态分布。研究结果表明:（1）含水率变化是LNAPLs迁移分布的主要控制因素,包气带内受透镜体介质岩性、水位波动影响所呈现的含水率变化直接控制LNAPLs迁移规律及分布特征;（2）水位恒定时,细砂透镜体使LNAPL呈“蓄积穿透-横向扩展-绕流”迁移,粗砂透镜体则是LNAPL垂向迁移的“优势通道”,水位波动引起的细砂透镜体含水率变化使“绕流”显著增强,粗砂透镜体则进一步呈现“优势空间”作用;（3）水位恒定时,细砂透镜体模型中LNAPL滞留于透镜体内部,粗砂模型中LNAPL则集中于透镜体下方,水位波动下透镜体附近LNAPL分布范围扩展,两模型LNAPL分布面积较水位恒定时分别增大51%、63%;（4）两模型中LNAPL挥发通量均呈“先减小-后增大”规律,并受LNAPL-气体接触条件及LNAPL分布状况共同作用,水位波动打破三相平衡状态,主要表现为水位抬升阶段LNAPL挥发增强,此时两模型中平均挥发量较水位恒定时增大124%～126%。研究为非均质石油污染场地中的LNAPL污染过程认识提供了科学的理论依据。 相似文献
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通过相似单裂隙岩体冻结三轴试验,研究裂隙倾角、迹长、隙宽、围压和温度对单裂隙岩体力学特性的影响,试验结果表明：裂隙岩体力学参数与倾角呈二次函数分布,与迹长呈指数函数分布,通过拟合式（3）可近似计算岩体强度;岩体强度与围压呈线性分布,负温条件下泊松比和弹性模量受围压影响较小;隙宽小于0.1 mm或大于0.8 mm时,岩体强度随隙宽增大而减小,隙宽在0.1～0.8 mm之间时,岩体力学参数几乎不受隙宽影响;岩体强度随温度降低而增大的作用机制是岩体孔隙水和裂隙水冻结成冰,增大了颗粒间的凝聚力和摩擦角;裂隙倾角影响破裂面的起始位置,迹长影响破裂面的扩展规模,围压影响破裂面的延伸方向;倾角对岩体强度影响最大,迹长次之,温度影响最小。 相似文献
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考虑岩体裂隙渗流变水温影响,推导单裂隙变水温水流近似解析解和有限元解,在此基础上分别建立裂隙二维网络变水温渗流数值求解方程,分别对应裂隙网络变水温渗流分析的近似解析法和子结构法。分析变温水流运动规律发现：（1）单裂隙内水流水头与水力坡降成非线性关系,当水流由高温区向低温区流动时,水头分布曲线为凸曲线,此时按线性渗流简化水头整体偏小;当由低温区向高温区流动时,水头分布曲线为凹曲线,此时按线性渗流简化水头整体偏大。（2）单裂隙内,高水温处水力坡降小,低水温处水力坡降大;裂隙平均水温越高,流速越快;裂隙网络内存在与裂隙宽度相似的温度偏流效应,即交叉节点水流有偏向水流温度高的裂隙流动的趋势。在温度较高和温度梯度较大的区域,应该考虑水流温度变化对渗流场的影响。 相似文献
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微生物诱导碳酸钙沉积技术(microbially induced calcite precipitation,MICP)在土体加固中应用广泛,但在岩体封堵领域的研究成果还不多见。为了研究岩石节理MICP封堵机制,以透明树脂模拟粗糙岩石节理试件为研究对象,考虑MICP反应影响因素,开展了6种不同工况下的岩石节理MICP封堵室内试验,得到了MICP封堵过程中岩石节理导水系数和水力隙宽变化规律以及相应的碳酸钙时空分布图像。试验结果表明：MICP封堵过程中岩石节理水力隙宽随灌注轮次大致呈线性减小趋势,且水力隙宽减小速率与岩石节理中碳酸钙分布情况密切相关,而MICP反应过程中碳酸钙分布又受灌注速率、固定液、菌液和反应液灌注时长、静置时长等因素影响;6种工况中灌注速率较大、先灌注菌液和固定液静置一段时间再灌注菌液和反应液、灌注和静置时间最长的工况4封堵效率和效果最佳,在仅灌注2轮的情况下可将岩石节理导水系数由40.51×10–6m2/s减小至0.52×10–6m2/s,降幅达98.72%,对应的水力隙宽值由0.... 相似文献
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轻非水相液体（light non-aqueous phase liquid,LNPAL）在地下介质中的运移分布与残余捕获受多种因素影响和控制。LNAPL污染场地概念模型中一般视LNAPL从地表泄漏后穿过包气带至潜水面。然而地下介质的非均质性与包气带含水量的空间变异分布可形成复杂的LNAPL污染源区结构,LNAPL可能无法到达潜水面,而在毛细水带蓄积。文章基于数值模型综合分析了LNAPL泄漏量、介质非均质性与含水量空间变异分布、潜水面周期性变化等多种因素对LNAPL污染源区结构的影响。研究表明:（1）当泄漏量较大时,LNAPL可运移至潜水面;（2）当泄漏量较小时,对于上粗下细的层状非均质条件,LNAPL可能在毛细水带边缘发生蓄积,无法到达潜水面;（3）包气带中黏土透镜体并非都是LNAPL运移的阻碍,LNAPL可以穿透低含水量的黏土透镜体,只有高含水量的黏土透镜体才对LNAPL的入渗有阻碍作用;（4）潜水面周期性变化将导致污染范围扩大。 相似文献
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非饱和带中非均质条件下LNAPL运移与分布特性实验研究 总被引：2，自引：3，他引：2
本文通过室内实验建立物理模型，研究非饱和带中层状非均质条件下轻非水相液体LNAPL（Light Non-Aqueous Phase Liquid）运移机制和分布特性。实验结果发现，介质的结构突变面改变了LNAPL的迁移模式。在LNAPL到达干湿界面以后，由于毛细水压力的作用，其入渗速度明显加快。当LNAPL迁移到夹层上界面时，纵向迁移受到阻碍。随着入渗过程的继续，污染物沿着界面产生向右横向迁移；在夹层上界面下部出现“优势流”现象，污染物由集中走向分散，随着分散块的体积不断增大，最终污染物又连接到一起，由分散走向集中；在夹层下界面附近锋面线集中在一起，说明污染物向下的纵向迁移基本停止。另外，介质的局部密实“透镜体”对LNAPL的局部迁移起到“阻滞”作用，并迫使其改变迁移路径。地下水位的变动将使污染物的产生重新分布。当地下水位降低以后，污染物产生明显的向下迁移。 相似文献
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轻非水相液体（LNAPL）进入到地下环境中,首先在非饱和带进行垂向迁移,到达毛细带后在地下水面以上形成饱和透镜体。准确预测LNAPL渗漏在毛细带形成的透镜体厚度,对于LNAPL的去除及污染含水层的修复具有重要的指导意义。通过模拟实验测定了水-油两相吸湿及脱湿曲线,采用水-油饱和度-压力曲线拟合出了吸湿及脱湿进入压力。根据透镜体达到稳定状态时脱湿、吸湿压力水头之间的关系,建立了透镜体厚度的预测计算方法,并以中砂和粗砂为例,预测出实验条件下柴油在毛细带形成透镜体稳定时的厚度分别为4.61 cm和1.29 cm。通过室内模拟槽实验,测得柴油在中砂和粗砂中迁移时形成的透镜体厚度分别为5.30 cm和1.50 cm。预测与实验结果的相对误差分别为13.0%和14.0%。误差产生的主要原因为脱湿与吸湿曲线是在非干燥情况下测得,从而导致预测的透镜体厚度偏小。 相似文献
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岩体裂隙中渗流场有限元随机模拟分析 总被引：2，自引：0，他引：2
采用有限元方法数值,模拟了开度随机分布裂隙中的渗流场问题。根据给定的裂隙开度均值和标准差,随机分布生成有限元模型中的单元裂隙开度,模型中的材料参数和单元属性用ANSYS中的APDL参数化语言赋值。根据有限元随机模拟断面的流量分布和稳态渗流问题的达西定律,计算在不同裂隙开度标准差条件下的等效导水系数,研究等效导水系数与裂隙粗糙度之间的关系。数值模拟结果表明,与光滑平直的裂隙相对比,在裂隙平均开度为常数、开度随机正态分布的条件下,表面粗糙裂隙的等效导水系数略有降低;对于裂隙平均开度为0.5 mm的裂隙模型,裂隙开度标准差从0.01 mm变化到 0.2 mm,其等效导水系数变化小于5 %。传统的渗流控制方程无法精确描述地下水在粗糙裂隙中的流动特征,因为在压力水头的定义中忽略了速度项。 相似文献
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The aim of this work was to develop an easy to handle semi-analytical method to estimate the temporal development of emission
from a multi-component LNAPL pool considering groundwater recharge. The presented approach allows the estimation of the total
mass flux out of an LNAPL pool into the gas and the water phase, the latter including the mass fluxes from groundwater recharge,
advection through and diffusion out of the LNAPL zone. Therefore, the known set of constitutive relationships to determine
fluid saturation profiles of 2- and 3-phase systems is extended in this work to account for dynamic conditions due to groundwater
recharge. The methodology is applied to a kerosene pool at a former military airfield and it is found that the mass flux due
to groundwater recharge dominates the aqueous mass flux from the kerosene contaminated zone. A sensitivity study using field
parameters shows, that the apparent kerosene thicknesses observed in monitoring wells and the lithology control mass flux
into the gas phase, whereas the mass flux into groundwater mainly depends on the groundwater recharge rate. For the kerosene
found at the site, source emission into the soil gas is estimated to last longer than the emission into groundwater, the latter
varying between less than 100 and 400 years. 相似文献
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为研究轻非水相液体污染土壤的介电性质,在实验室条件下,利用石英砂( 粒径0. 106 ～ 0. 212 mm) 、柴油和水的混合物模拟LNAPL 污染土壤,采用开口同轴探头法利用高频电磁波( 200 MHz ～ 3 GHz) 在污染土壤中的反射获得介电常数,并分析土壤中油水体积含量变化与相对介电常数的变化规律。实验结果表明: 非饱和状态下石英砂的相对介电常数随着体积含水量和含油量的增大而增大,达到饱和状态后体积含油量的增加对相对介电常的影响不明显; 被污染的非饱和状态的砂样在放置过程中,相对介电常数随着放置时间的延长呈现先增大最后趋于稳定的变化趋势。 相似文献
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W. Zhou 《Environmental Geology》2001,40(7):797-808
Two-phase flow in fractured rock is an important phenomenon related to a range of practical problems, including non-aqueous phase liquid contamination of groundwater. Although fractured rocks consist of fracture networks, the study of two-phase flow in a single fracture is a pre-requisite. This paper presents a conceptual and numerical model of two-phase flow in a variable fracture. The void space of the fracture is conceptualized as a system of independent channels with position-dependent apertures. Fundamental equations, governing two-phase displacement in each channel, are derived to represent the interface positions and fractional flows in the fracture. For lognormal aperture distributions, simple approximations to fractional flows are obtained in analytical form by assuming void occupancy based on a local capillary allowability criterion. The model is verified by analytical solutions including two-phase flow in a parallel-plate fracture, and used to study the impacts of aperture variation, mobility ratio and fracture orientation on properties of two-phase flow. Illustrative examples indicate that aperture variation may control the distribution of wetting and non-wetting fluids within the fracture plane and hence the ability of the fracture to transmit these fluids. The presence of wetting fluid does little to hinder non-wetting fluid flow in fractures with large aperture variations, whereas a small volume of non-wetting fluid present in the fracture can significantly reduce wetting fluid flow. Large mobility ratios and high fracture slope angles facilitates the migration of non-wetting fluid through fractures. 相似文献
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针对非饱和带中油类污染物时空分布的研究，室内实验很难定量分析运移机理，野外检测成本高且破坏地层。数值模拟法作为一种应用广且成熟的方法，可以用来分析油类污染物在非饱和带中的运移规律。为了研究单井抽提及原位冲洗修复时，含单裂隙非饱和带中轻非水相流体（Light non-aqueous phase liquids，LNAPL）的时空变化规律，建立了数值模型，分析不同条件下LNAPL的修复效果及时空变化规律。模拟结果发现，LNAPL注入时优先流入裂隙，停止注入时优先流出裂隙。单井抽提修复模拟表明，抽提流量越大，修复效率越高。原位冲洗技术能有效补充地下水，防止产生新的环境问题；注水井起到“冲洗”及稀释污染物的作用，模拟最优方案修复面积达到96%，修复率达到75%，LNAPL饱和度控制在约0.05；对比分析发现，注水井布设在污染物范围的上边界时修复效果最好，能有效“冲洗”污染物并携带至抽提井中抽出地表。该研究为受轻油污染的土壤及地下水修复提供了科学的理论依据及有效的评估方法。 相似文献