基于自然电位的裂隙-基质系统溶质运移试验研究

作     者：王展 闫亚景 赵贵章 丁力 刘少康 李文曦 

作者机构：华北水利水电大学地球科学与工程学院 

出 版 物：《华北水利水电大学学报(自然科学版)》 (Journal of North China University of Water Resources and Electric Power(Natural Science Edition))

年 卷 期：2023年

学科分类：081803[工学-地质工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 

基　　金：南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室“一带一路”水与可持续发展科技基金资助项目(2021490511) 华北水利水电大学研究生教育创新计划基金（YK-2021-68） 

主　　题：自然电位 溶质运移 裂隙-基质系统 非达西流 

摘      要：为了精细刻画岩石裂隙溶质运移过程及特征，试验构建了长×宽×高为0.20 m×0.03 m×0.50 m的砂箱模型，模型中间为裂隙，模型两侧为基质，两者共同构成了裂隙-基质系统。通过自然电位这一无损、快捷监测手段，开展不同粒径基质渗流速度下溶质运移试验，研究裂隙-基质系统溶质运移特征。结果表明：①在试验流速为0.0097～3.1959 mm/s时，裂隙-基质系统内裂隙渗透系数为5.5×10-2m/s，与基质渗透系数2.4×10-3m/s、3.5×10-4m/s相差不大，水流符合达西定律；随着基质粒径的不断减小，当裂隙渗透系数5.5×10-2m/s与基质渗透系数3.6×10-5m/s相差约3个数量级时，水流由达西流向非达西流转变。②在3种不同粒径的基质条件下，沿溶质运移方向，随着基质渗透系数的不断减小，裂隙域和基质域电极测点SP峰值不断减小，到达峰值的时间逐个增大。③随着流速的不断增大，裂隙域和基质域电极测点SP峰值出现时间提前且同一系统流速下的裂隙域电极测点SP峰值出现时间与基质域的相比较短。④通过SP峰值时间与溶质运移距离可以量化流速。计算所得流速值略小于系统测量流速值，其相关性拟合优度R2均大于0.99，其中利用裂隙域电极测点自然电位数值计算所得的流速误差在10%以内，相对于基质域，流速计算精度更高，这与试验现象高度吻合，为探究裂隙-系统中的溶质运移过程提供了参考。