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非饱和土中的水热传输过程及重金属污染物迁移试验研究

非饱和土中的水热传输过程及重金属污染物迁移试验研究

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作者：郭文凯北京交通大学

学位级别：硕士

实际工程中,土体温度受到环境因素的影响而不断变化,而非饱和土体在受热与传热过程中容易发生水分和溶质的迁移,该过程涉及多相和多物理场的耦合变化,为深入研究温度作用下非饱和土中水热传输过程和重金属运移扩散的规律及特征,本文开... 详细信息

实际工程中,土体温度受到环境因素的影响而不断变化,而非饱和土体在受热与传热过程中容易发生水分和溶质的迁移,该过程涉及多相和多物理场的耦合变化,为深入研究温度作用下非饱和土中水热传输过程和重金属运移扩散的规律及特征,本文开展了温度作用下非饱和高岭土中水分迁移试验和温度驱动下非饱和高岭土中重金属迁移试验。在非饱和土传热理论、土水势理论和对流-扩散理论的基础上,对试验现象和规律进行了分析和总结。并结合试验物理模型和非饱和土的相关理论,建立了非饱和土的热-水-污染物迁移模型。通过土柱试验的研究和理论模型的建立,对温度驱动下非饱和土体内部的温度传输、水分运动和重金属运移的物理机制进行了研究。主要结论如下:(1)土体内部的温度传递和水分迁移是相互影响和相互耦合的。温度主要以热传导的形式在非饱和土柱内部进行传递,水分以气态水和液态水的形式在土柱内部进行迁移。温度作用下水分场的变化速率和达到稳定所需的时间在整体上滞后于温度场。(2)土体初始干密度、土柱放置方向和边界热源温度设置对水热传输过程具有显著的影响。热量传递方面,干密度越大越有利于热量的传导,土柱放置方向和边界温度通过影响不同形态水分迁移量从而影响土体的温度分布;水分迁移方面,干密度越小越有利于水分的迁移;土柱放置方向和边界温度通过温度势、重力势和基质势的差异影响土体的水分分布;此外,开展的循环升降温试验表明,第二循环土柱内部温度随时间的变化趋势与第一循环基本一致,但第二循环升温过程达到稳定后,高温端土体的温度梯度较第一循环变大;第二循环的水分分布与第一循环有较大差异,这是因为两个循环的初始含水率条件存在很大不同,第二循环无论是升温过程还是降温过程,水分迁移量均小于第一循环。(3)温度驱动下土柱中液态水分迁移能够有效促进重金属在非饱和土体中的运移扩散,这与重金属的对流作用密切相关;无温度驱动作用时,重金属在土体中的分子扩散作用并不明显。干密度对重金属在非饱和土体中的迁移具有较大的影响,土体干密度越大,水分迁移越不明显,重金属迁移距离越小,土柱同一位置处的重金属浓度越低。温度驱动下不同的重金属由于吸附性能的不同在非饱和土体中的迁移具有较大的差异性,在相同的污染源浓度下,铜离子的迁移距离和浓度扩散作用均明显大于镉离子。

关键词：非饱和高岭土循环升降温温度传递水分迁移重金属迁移

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流固耦合下温度对原煤渗透特性影响的试验研究

流固耦合下温度对原煤渗透特性影响的试验研究

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作者：邓博知重庆大学

学位级别：硕士

本文以不同地区的原煤试样为研究对象,利用自行研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验装置,在流固耦合条件下,进行了温度对煤样渗透特性影响的试验研究,并采用双孔渗透模型对煤样渗透率随温度的变化机理进行了理论分析,主要得到以... 详细信息

本文以不同地区的原煤试样为研究对象,利用自行研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验装置,在流固耦合条件下,进行了温度对煤样渗透特性影响的试验研究,并采用双孔渗透模型对煤样渗透率随温度的变化机理进行了理论分析,主要得到以下结论:①通过进行不同温度、不同有效应力条件下煤样的渗透试验,得出:在较高有效应力状态下,随温度的升高,煤样渗透率呈现下降的趋势。在较低有效应力状态下,随温度的升高,煤样渗透率呈现先下降后上升的趋势。②对不同温度条件下,滑脱效应对煤样渗透率的影响规律进行了分析,计算了煤样的绝对渗透率和滑脱因子。随着温度的升高,煤样的绝对渗透率呈现减小的趋势,而滑脱因子呈现增加的趋势,滑脱效应越来越明显。③进行了不同瓦斯压力条件下,煤样循环升降温的渗透试验,得出:经历循环升降温后,煤样渗透率减小。随着循环次数的增加,煤样渗透率逐渐减少并趋于稳定。④进行了不同层理方向煤样的渗透试验,得出:在相同有效应力条件下,平行层理煤样的渗透率、径向应变均大于垂直层理煤样的渗透率,而其体积应变和轴向应变均小于垂直层理试样。⑤基于双孔渗透模型,得出煤体渗透率受其基质的“孔隙”和基质之间的“裂隙”的共同控制。通过分析温度升高引起的热膨胀对双孔渗透模型的影响,得出随温度的升高,基质之间的“裂隙率”减小,因此煤体渗透率减小。

关键词：温度渗透率热膨胀循环升降温

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