非饱和土壤中重金属污染物迁移机理分析

视土壤为非饱和多孔介质,将描述非饱和多孔介质中多种迁移场量耦合的热质传递模型,结合土壤中溶质迁移的对流-弥散规律,并考虑土壤固体骨架对重金属污染物的吸附特性,建立非饱和土壤中重金属污染物迁移的数学模型.数值分析了非饱和土壤不同深度处和土壤含湿量不同时,污染物在土壤中的迁移状况.随着土壤深度的增加,污染物在土壤中的迁移呈现滞后性;湿含量较高的土壤,在迁移状况趋于稳定时,污染物沿土壤深度的增加其浓度梯度相对较小,数值分析所得污染物在土壤中的迁移规律与文献已有试验结果相一致.因此,所建立的数学模型和数值分析结果,可为分析重金属污染物在土壤中的迁移状况和修复重金属污染的土壤提供一定的理论指导.     

重金属砷在饱和土壤中迁移过程模拟

重金属污染预测和评估是土壤与地下水修复的重点与难点,土壤中重金属迁移过程模拟能够为污染防治和水资源保护提供科学指导。本文基于有限元方法,建立了三维地下水重金属溶质运移模型,考察南京某化工场地重金属As(V)的迁移运动规律。数值模拟通过改变渗透系数、弥散度、分配系数、孔隙率,对比分析不同参数条件下,重金属As(V)溶质在土壤中的迁移规律。引入敏感性指数作为量化指标,比较各参数对重金属砷迁移的影响。数值分析结果表明：污染晕中心砷质量浓度随污染物持续通入逐渐增加到7.12 mg/L,污染范围不断扩大,纵向迁移距离远大于横向;七年后污染物不再注入,污染范围在水流的作用下整体往下游迁移,污染晕中心浓度不断下降,第40年污染晕中心往下游迁移6.5 m,浓度已下降为0.33 mg/L。连续注入污染物10年情况下,增加渗透系数与弥散度都会导致污染晕中心As(V)浓度下降,纵向迁移距离增加;分配系数增加则出现污染晕中心浓度与纵向迁移距离都减少的情况;由于土壤对重金属As(V)的吸附较强,在参数±50%的变化中,分配系数对重金属的迁移距离影响较大,与渗透系数、弥散度的影响程度相当,敏感性指数分别为18.0%、18.0%与16.3%;孔隙率敏感性指数为0.006%,在本文模型下对重金属As(V)迁移的影响几乎可忽略。     

溶质在土壤中的渗流建模与数值仿真

针对液态溶质在土壤中的渗流问题,利用数学模型描述了符合达西定律的二维非稳定渗流,并运用有限体积法对该模型进行了数值求解.得出了给定渗流场不同渗透系数、单位贮藏量下的水头、渗流量的变化规律,模拟了液态溶质在土壤中的渗流过程.通过对计算结果的可视化处理、比较分析,发现渗透系数、单位贮藏量等因素对液态溶质在土壤中的运移都有不同程度的影响,渗透系数越小,液态溶质运移速度越慢;单位贮存量越小,液态溶质运移速度越快;反之亦然.     

铀尾矿库周围地下水运动数值模拟

铀尾矿库中的放射性核素及重金属等有害物质随着渗水进入含水层后，将随地下水的运动而进行迁移。为了研究污染物在地下水中的迁移规律，采用二维稳定流数学模型对铀尾矿库周围地下水流场进行概化，并用Galerkin有限元法对模型进行了求解。将数值模拟的等水位线同实测的等水位线进行对比可以发现，两者拟合较好，将流场模拟的结果作为水质模型的输入参数是比较可靠的。     

某渣场污染物在非饱和岩土介质中的迁移模拟研究

为研究某渣场污染物对周边地下水的污染状况,通过对渣场场地非饱和土壤弥散、渗流特性试验,并运用模拟地下水溶质迁移的软件Comsol Multiphysics建立渣场污染物在非饱和岩土介质中的迁移模拟计算模型.试验结果表明:土壤水扩散率D(θ)和非吸附性溶质C1-1的水动力弥散系数Dsh(θ)与土壤含水率θ成显著幂函数关系;同一吸力水头下,黏粒含量越高,储水能力越强,脱水速度越慢,即黏土②土样其持水性能远远高于熔炼渣①土样.100年内渣场污染物氟和锌的迁移污染对周边地下水污染浓度满足二类水标准;通过对渣场周边地下水试验结果表明:渣场现状下对周边地下水并未形成污染,这也验证了采用Comsol Multiphysics软件对渣场污染物迁移模拟分析的可靠性.     

基于流固耦合的充水采空区渗流模型

为研究潜水面升降对充水采空区渗透系数的影响,根据立方定律推导以应变为参数的3个渗透主方向上的等效渗透系数,通过FISH函数完善FLAC^3D的非饱和渗流计算功能,基于FLAC^3D的流固耦合计算模式,对采动岩体的等效连续介质流固耦合模型非饱和单元进行修正,实现充水采空区渗流场与应力场的模拟计算.通过主渗透系数比与1差值的绝对值反映渗流场对应力场的影响程度,对比模型修正前后矿柱中部单元的计算结果可知：该值随潜水面升高而增大;模型修正前渗流场对应力场的影响大于修正后;模型修正后最大和最小主应变的变化曲线在饱和度为1后出现拐点.因修正前渗流模型参数与饱和渗流参数相同,由此可验证修正后的模型更符合非饱和渗流理论.最后通过与实际工况中地下水渗流量的数据对比,验证了修正后的模型更符合实际.     

尾矿坝渗流稳定性研究

因渗流而导致的尾矿库溃坝事故频发,使得对尾矿库的渗流稳定性的研究尤为重要。本文应用geo-studio软件以渗流理论为基础,建立了某尾矿库扩容并库后的坝体剖面计算模型,对其进行渗流稳定性计算分析。得出坝体在不同工况下的浸润线及流速矢量图,经分析可知该尾矿库不会产生流土、管涌等渗透破坏,为类似尾矿库工程的研究提供借鉴意义。     

降雨条件下边坡各向异性渗流及稳定性的模拟分析

基于饱和-非饱和渗流理论,针对不同的渗透系数异向性比值,以及不同的渗透系数张量主轴方向与水平方向夹角,对降雨条件下边坡地下水渗流场动态变化进行了数值模拟,分析了降雨过程中边坡孔隙水压力分布规律,得到了边坡安全系数随降雨持续时间的变化规律.数值模拟结果表明,土体各向异性渗流对降雨条件下边坡渗流场及安全系数有着显著的影响.     

大脚岭铅锌尾矿库重金属迁移规律与污染评价

为了保护东江湖的水质生态,以湖区大脚岭铅锌尾矿库为对象,采用工程取样、荧光成分分析技术对重金属迁移规律、迁移机理及污染特征进行分析与评价。研究结果表明:尾矿库复垦区、尾砂层和深部区的重金属元素质量分数均超过国家背景值,重金属污染表现为从上游到下游以及从复垦区到深部区污染程度逐渐变大的趋势;尾矿库重金属迁移机理主要是土壤的吸附作用和雨水的淋滤作用;尾矿库复垦区、尾砂层和深部区的重金属综合污染等级达到了五级,属于重度污染,因此,应针对重金属迁移规律和机理及时采取措施对该尾矿库进行无害化处理。     

渗流影响下尾矿库动力反应的数值模拟研究

以金堆城栗西尾矿库为工程实例,采用数值模拟手段,研究了不同渗透系数下尾矿库加速度、应力、位移及液化区域的动力反应。结果表明:随着渗透系数的增大,加速度反应减小;耦合渗流后较耦合前的垂向有效应力明显减小,而耦合后两种渗透系数下的差别较小;剪应力在耦合渗流后增大,但耦合后渗透系数的变化对剪应力的影响很小;耦合前后坝体的垂向位移场发生了一定变化,耦合前坝体内的垂向位移以正位移为主,而耦合后很多地方变为负位移,且耦合后随着渗透系数的增大,位移也有所增大;液化区在耦合渗流后明显增大,而且随着渗透系数的增加,液化区域有所扩大。     

不同粒级与结构铁尾矿渗透破坏模式判别方法

渗透破坏是引起尾矿坝事故的重要原因。渗透破坏模式不同，影响也不尽相同。有必要对其判别方法进行研究，进而有效预判可能发生的尾矿坝渗透破坏形式，从而更为有效的保护尾矿坝下游人员的生命与财产安全。通过开展铁尾矿的渗透破坏试验，电镜扫描观测，显微镜观测，对细颗粒含量与结构影响下的铁尾矿渗透破坏模式进行了分析。研究表明：1）应用现行的一些渗透破坏模式判别方法对铁尾矿渗透破坏模式进行判别时，其准确性降低。2）以达西定律为基础，提出采用渗透系数对平均孔隙直径进行计算的方法，这种方法可以有效计算均匀尾矿的平均孔隙直径，沉积尾矿粗、细粒层的平均孔隙直径。为后续尾矿渗透破坏模式的判别提供有力依据。3）提出了适用于铁尾矿的渗透破坏模式判别方法。对不同粒级与结构铁尾矿的渗透破坏模式判别准确性较高。开展砂槽试验，在较大尺度范围上对提出的铁尾矿渗透破坏模式判别方法进行了验证，结果较为准确。研究成果对维持尾矿坝安全运行具有一定指导意义。     

浑水入渗作用下尾矿砂渗透规律试验研究

通过自制的多功能浑水渗透试验装置,配置浓度为0%、10%、20%、30%、40%的浑水做砂柱入渗对比试验,模拟浑水入渗过程中累积入渗量、渗透系数与孔隙度等的变化情况。实验结果表明,浑水浓度在入渗过程中对尾矿砂的物性参数具有显著的影响,浓度越大,浑水中固体颗粒沉积得越快,入渗后砂柱的渗透系数和孔隙度越小。在浑水入渗的初始阶段,粗颗粒的沉积滞留起主要作用,随着入渗时间的增长,细颗粒的入渗和滞留对参数影响变大。研究结果对尾矿坝的设计和渗流分析具有一定的参考价值。     

基于线性吸附效应的CCL非饱和渗透特性

压实黏土衬垫(CCL)作为卫生填埋场最主要的防渗措施,其主要组成成分为粘性土体,在阻渗过程中会吸附渗滤液中的污染物质,改变土体孔隙结构,显著影响CCL防渗性能.假定CCL土体对污染物的吸附服从线性模式,土中孔隙均匀分布,土孔隙体积的改变只受污染物吸附效应影响,基于质量和体积关系分析,建立考虑污染物吸附效应的非饱和渗流模型,采用数值方法分析CCL对污染物的吸附效应对其非饱和渗透系数的影响.结果表明,填埋场CCL对污染物的吸附作用可有效降低防渗系统孔隙率,显著提高CCL防渗性能.在考虑吸附效应条件下,吸附分配系数、污染物浓度、初始孔隙率和有效饱和度等参数对CCL非饱和渗透性能有较大影响.     

低渗透非达西流场中溶质运移实验及数值模拟

为了更好的研究低渗介质中污染物的运移规律,运用低渗岩芯中溶质运移实验,比较了不同启动压力梯度下溶质运移规律及其特征,并应用所建立的数学模型模拟了饱和的低渗岩芯中溶质运移过程。结果表明:不同质地的低渗岩芯,其启动压力梯度不一样,启动压力梯度越大,流速越小,水动力弥散作用对溶质运移的影响更加明显,应用对流扩散方程可以很好的模拟溶质在低渗岩芯中运移的过程。     

尾矿坝加高渗流和液化稳定性分析

 尾矿库加高扩容,需对尾矿坝进行稳定性评价。依钻孔资料,结合加高设计方案,建立尾矿坝地质模型。对洪水及地震作用双重工况下,应用强度折减法进行了尾矿坝渗流稳定性、静力稳定性和动力液化稳定性计算。结果表明,浸润线没有从坝坡出溢,渗流稳定。从坝体动力反应及液化结果得出该坝是动力稳定的,安全系数满足规范要求。本研究基于有效应力原理,结果对尾矿坝渗流、静力及动力稳定性评价方面有一定的借鉴意义。     

基于裂隙岩体渗透张量的水封油库水幕布置方式研究

为研究岩体渗透张量对于水封油库水幕布置方式及渗流场的影响规律,推导了等效渗透张量计算公式,模拟分析不同渗透张量与水幕布置方式组合下的渗流场。通过二维裂隙介质网络模型求得不同方向渗透系数,并拟合成渗透椭圆,求得等效渗透张量。开展了不同等效渗透张量和不同水幕布置方式的数值模拟,进行了渗流场及洞周速度分析,并采用黄岛油库进行了分析验证。研究结果表明:裂隙介质可通过各方向渗透系数的计算求出等效渗透张量,通过分析不同渗透张量与水幕布置方式组合,得出应采用水幕孔垂直于渗透主方向的布置方式。     

Mine tailings as a raw material in alkali activation: A review

The mining industry produces billions of tons of mine tailings annually. However, because of their lack of economic value, most of the tailings are discarded near the mining sites, typically under water. The primary environmental concerns of mine tailings are related to their heavy metal and sulfidic mineral content. Oxidation of sulfidic minerals can produce acid mine drainage that leaches heavy metals into the surrounding water. The management of tailing dams requires expensive construction and careful control, and there is the need for stable, sustainable, and economically viable management technologies. Alkali activation as a solidification/stabilization technology offers an attractive way to deal with mine tailings. Alkali activated materials are hardened, concrete-like structures that can be formed from raw materials that are rich in aluminum and silicon, which fortunately, are the main elements in mining residues. Furthermore, alkali activation can immobilize harmful heavy metals within the structure. This review describes the research on alkali activated mine tailings. The reactivity and chemistry of different minerals are discussed. Since many mine tailings are poorly reactive under alkaline conditions, different pretreatment methods and their effects on the mineralogy are reviewed. Possible applications for these materials are also discussed.     

水位骤降条件下强透水基础岸墙填土渗流分析

根据强透水基础岸墙填土渗流的特点,基于饱和、非饱和土渗流理论,编写了水位骤降条件下的一维瞬态渗流差分程序,并用模型试验以及数值模拟验证了程序的可靠性。利用该程序研究了3个参数降水速度、渗透系数及土的饱和含水量对渗流过程中水压变化规律的影响。结果表明,降水速度及渗透系数对水位骤降过程水压的变化影响较大,土的饱和含水量则对此影响微弱。     

特殊环境条件下复合重金属污染固化土中离子迁移特性分析

运用有限元软件建立二维轴对称分析模型,研究了重金属离子(Cu2+,Cd2+)在土壤中的迁移扩散规律,对比了单一重金属离子(Cu2+)和复合重金属(Cu-Cd)的迁移特性,分析了固化前后重金属的扩散规律,并考虑了温度和干湿作用的影响。结果表明:复合重金属在渗透过程中的迁移半径大于单一重金属离子的迁移半径;固化后的污染土对于重金属离子的扩散速率有着良好的控制作用,固化作用对单一重金属离子扩散的影响更为明显。环境温度对于重金属离子的扩散速率和范围呈现出正相关的影响;干湿循环作用下重金属离子的扩散范围明显增大。