非飽和土中溫度誘致的水分遷移及污染物擴散規律研究

《非飽和土中溫度誘致的水分遷移及污染物擴散規律研究》是依託北京交通大學，由白冰擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：非飽和土中溫度誘致的水分遷移及污染物擴散規律研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：白冰
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

通過自行設計的室內模型試驗裝置，研究非飽和土中變熱源強度溫度所誘致的二維軸對稱空間內熱能傳輸、位移變化、水分遷移及金屬離子污染物擴散等規律，分析土介質的含水率、惰性離子與非惰性離子吸附模式的差異性等因素的影響，揭示熱-水-固體物質多相耦合流作用的物理本質。根據試驗結果，建立一個考慮包括溫度勢、吸力勢、重力勢和污染物濃度勢的可變形多孔介質的耦合控制方程。結合室內試驗所採用的軸對稱邊界條件，利用熱源函式法、多重Fourier變換和Laplace變換及其逆變換給出瞬時線熱源非穩態熱效應的基本解，然後利用數值積分方法得到變熱源強度條件下非穩態溫度場、體積含水率分布場、污染物濃度場、應力場等的演化過程，最終建立一個便於工程套用的理論模型。這些研究在諸如污染物治理、化學工業、核廢料處置和熱能貯存等工程領域有重要的套用價值。

結題摘要

研製了軸對稱的室內模型試驗裝置，利用這一裝置以及以往研製的一個圓柱形土樣的熱固結試驗裝置，對溫度熱-冷反覆變化過程中粘性土的熱特性進行室內試驗。研究了非飽和土中變熱源強度溫度所誘致的二維軸對稱空間內熱能傳輸、位移變化、水分遷移及離子污染物擴散等規律，揭示熱-水-固體物質多相耦合流作用的物理本質。根據試驗結果，建立一個考慮包括溫度勢、吸力勢、重力勢和污染物濃度勢的可變形多孔介質的耦合控制方程。結合室內試驗所採用的軸對稱邊界條件，利用熱源函式法、多重Fourier變換和Laplace變換及其逆變換給出瞬時線熱源非穩態熱效應的基本解，然後利用數值積分方法得到變熱源強度條件下非穩態溫度場、體積含水率分布場、污染物濃度場、應力場等的演化過程，最終建立一個便於工程套用的理論模型。研製了一種溫控非飽和土三軸試驗裝置，該試驗裝置是把既有的非飽和土靜三軸儀經改造而製成的，將所研製的溫控壓力室與非飽和土三軸實驗系統的有機結合，實現了試驗過程中對溫度控制及量測的目的。利用該試驗裝置，對不同溫度下非飽和土土水特徵曲線進行了測定。此外，還利用室內土柱試驗研究重力對多孔介質中膠體輸運特性的影響，包括滲流方向自上向下和自下向上兩種不同的試驗系列，每個系列中進行了幾種不同滲流速度的試驗，研究結果表明滲流方向自上向下時的流出液中膠體的濃度峰值要大於自下向上時的濃度峰值，並且前者的濃度峰值出現的也快,同一滲流方向條件下滲流速度越大流出液中膠體的濃度峰值越大,其次滲流自上向下時，隨著滲流速度的增加，彌散度的值隨之減小，但在滲流自下向上時，滲流速度的變化對彌散度的影響很小。