基于高密度电法监测双重介质溶质运移实验与 模拟研究

为了对孔隙裂隙双重介质中溶质运移现象进行量化研究,文章设计了孔隙裂隙双重介质物理模型,运用高密度电法仪器监测示踪剂(氯化钠)溶液的电阻,开展了一定流速条件下双重介质运移实验研究,利用对流弥散方程(advection-dispersion equation,ADE)以及连续时间随机游走(continuous time random walk,CTRW)中截断幂函数(truncation power-law function,TPL)对溶质运移穿透曲线进行了拟合分析。研究结果表明:实验条件下,孔隙的溶质运移速度明显慢于裂隙内溶质运移速度;孔隙裂隙内溶质运移呈现出明显的非费克现象,表现出拖尾现象;在模拟溶质穿透曲线时,CTRW-TPL模型拟合结果优于ADE模型。     

平行大理石板裂隙污染物运移实验与连续时间随机游走模拟

单个裂隙是构成裂隙网络的基础,其中的水流和溶质运移机理目前尚未完全清楚。文章使用平行大理石板构成单裂隙试验模型,研究了水力梯度和流速之间的关系以及溶质运移规律,采用连续时间随机游走(continuous time random walk,CTRW)模拟软件包中的截断幂函数(truncation power-law function,TPL)对溶质的穿透曲线进行模拟,并与传统的对流-弥散方程(advection-dispersion equation,ADE)模拟结果进行了对比,探讨了CTRW中参数的变化特征。结果表明:实验条件下的水流呈非达西流,用Forchheimer方程能更好地拟合裂隙中水力梯度和流速的关系;裂隙内的溶质运移为非费克运移,表现出明显的"拖尾"现象;在实验条件下拟合溶质运移的穿透曲线,TPL的拟合结果均明显优于ADE;同一隙宽下,模型参数β随流速的增加而增加,其值分别为0.882、1.045、1.375;同一流速下,β随隙宽的增加而减小,其值分别为1.375、1.263、1.112。     

采用图像法实时监测二维多孔介质溶质运移实验与模拟研究

为了对非干扰条件下二维多孔介质中溶质运移现象进行量化研究,进而探索介质条件、水动力条件对二维溶质运移的影响。文章设计了二维承压含水层物理模型,运用图像分析法监测示踪剂质量浓度,开展了不同流速、不同粒径条件下多孔介质溶质运移实验研究,使用交互式地下水(Interactive Groundwater,IGW)模型对溶质运移穿透曲线进行了模拟,研究结果表明:相同流速不同粒径条件下,介质粒径小,亮蓝溶液先穿透,对应的峰值质量浓度小,且弥散系数随着介质粒径的减小而增大;相同粒径不同流速条件下,流速越大,到达峰值质量浓度的时间越短且峰值质量浓度越大,弥散系数随着流速的增大而增大;IGW模型总体拟合精度较高,存在拖尾现象,且这种现象随着流速减小及粒径减小而更明显。     

单个粗糙裂隙中水流及溶质运移研究进展

文章回顾了有关单个粗糙裂隙中水流和溶质运移的理论、实验研究和数值模拟的成果,重点评述了对裂隙结构面粗糙度的分形特征、粗糙裂隙中描述水流的模型和溶质运移的弥散系数和穿透曲线,并对反映单个粗糙裂隙中水流特征的“局部立方定理“适用条件和溶质运移所呈现的“非费克”运移机理作了初步分析,在此基础上探讨了今后的研究趋势。     

地下河不同流量状态下溶质运移的参数及模拟

在官村地下河流域一段长为750m的管道进行了十一次弥散试验,以考察岩溶管道流的溶质运移行为.采用NaCl作为示踪剂,利用电导仪记录浓度的变化和流速仪测量管道流的流量.试验表明溶质的平均运移速度为1.3~5.8cm·s-1,通过弥散试验求的管道平均截面面积在不同流量时差别不大,表明岩溶管道处于有压管流状态,并且雷诺数大于20000,据此判断管道流为紊流.弥散系数与溶质平均运移速度之间为近似线性关系.利用经典对流弥散方程以及由试验结果取得的参数模拟溶质的穿透曲线,发现模拟结果的溶质运移总比实际滞后,这种现象与模拟时管道形状的平均化处理无关,是用管道截面平均流速代替管道截面实际流速产生的.改用代表暂存区机理的溶质运移模型模拟试验结果,将管道水流截面分为主流区和不流动区,模拟结果与实际吻合,这解释了溶质平均运移时间提前和穿透曲线出现拖尾的原因.     

粗糙裂隙溶解过程反应性溶质运移特征

岩体裂隙中溶质运移受对流、扩散和水岩化学反应三种机制控制.分析了不同机制主导作用下，粗糙裂隙溶解过程中反应性溶质运移特征，并分析粗糙度的影响.研究结果显示，粗糙裂隙溶解过程存在4种类型，分别是均匀、非均匀、极度非均匀和均匀-非均匀溶解.其中对流占主导作用条件下，裂隙发生均匀溶解；化学反应占主导作用条件下，流体上游溶解速率高于下游.初始粗糙度对裂隙溶解过程也具有重要影响:初始粗糙度增大会使水岩化学反应速率增大，同时随着水岩反应的进行，裂隙溶解后粗糙度增大.     

多尺度裂隙介质中溶质运移研究进展

总结了单裂隙尺度和网络裂隙尺度中溶质运移的基本特点、试验研究成果、裂隙交叉处的混合模式、数学模型以及模拟方法等．分析了裂隙介质中溶质运移试验研究的局限性,评价了各种数学模拟方法在实际应用中的优缺点,指出了溶质运移的研究特别是裂隙几何特征和交叉处的混合模式的研究还有待进一步完善．     

基于多点地质统计的二维裂隙网络溶质运移模拟

应用多点地质统计模拟方法对某理想二维裂隙研究区进行还原,并将生成的二维裂隙网络模型与MODFLOW和MT3DMS结合,进行水流及溶质运移模拟.模拟结果表明,随着时间的推移,溶质较为严格地按照裂隙发育的方向运移,优势流现象明显;改变裂隙渗透系数与基岩渗透系数的比值,则随着比值的不断增大,裂隙研究区水流的各向异性及优势流现象愈加明显.研究表明,多点地质统计方法可以有效模拟裂隙网络结构特征及裂隙地下水流及溶质运移特征,是一种较为有效的裂隙网络模拟方法.     

含透镜体多孔介质中溶质二维运移实验与模拟研究

为了研究透镜体对污染物运移的影响,文章设计了二维承压含水层物理模型,以惰性溶质亮蓝为例,开展了不同流速下多孔介质溶质运移实验和模拟研究。研究结果表明:透镜体加入模型后,污染物会优先从透镜体周围流过,出现绕流现象,透镜体对溶质运移具有明显的阻碍作用;采用解析解模型和IGW(Interactive Groundwater)模型对溶质运移穿透曲线进行拟合,都出现早到和拖尾等非费克现象,IGW模型拟合精度明显好于解析解模型,能较好地拟合溶质运移中的非费克现象;透镜体的存在相当于增加了介质的非均质性,因此含有透镜体时弥散系数D增大;当仅考虑流速变化时,D随着流速的增加而变大。     

裂隙介质溶质运移模型的数值模拟

考虑裂隙介质中溶质运移问题的数学模型,建立离散的广义差分格式,给出不同的裂隙介质阻滞系数下的数值算例,并将数值解与解析解进行比较;比较结果表明:利用所建广义差分格式求解裂隙介质中的溶质运移问题是可靠的,且该格式具有稳定性和可实用性,可以用来数值模拟更加复杂的裂隙介质中溶质运移的物理过程.     

沈阳石蜡化工有限公司厂区地下水污染模拟预测

根据沈阳石蜡化工有限公司厂区水文地质条件以及周边农业灌溉等废水排放条件,并分析地下水污染机理,建立了地下水溶质运移数学模型,预测地下水水质时空变化特征.将含水层概化为单层非均质不等厚各向同性的二维非稳定潜水渗流系统,模拟因子确定为石油类,向水源地的运移概化为二维对流-弥散运动.模拟区边界按一类边界处理,并在厂区位加一虚拟点污染源.预测结果表明,未做防渗层条件下,随着开采时段的增长,区内各节点浓度逐渐增高,其变化幅度在近河近开采井地段较明显,但未出现预警浓度（0.05mg/L）;加防渗层后,石油类浓度相对于原背景值将大幅减小.     

裂隙岩体核素迁移的稳态时间模型

将裂隙岩体渗流视为裂隙网络流 ,核素仅在岩体裂隙网络流中迁移 ;核素在迁移过程中同时存在吸附和解吸作用 .基于图论和单一裂隙渗流的立方定律 ,建立了裂隙岩体裂隙网络渗流模型 ;在此基础上 ,考虑核素在裂隙网络流中迁移时既被裂隙表面吸附同时又发生解吸 ,建立了裂隙岩体核素迁移的二维稳态平衡和非平衡时间模型     

飞机机身小型天线的阻力特性研究

采用求解RANS方程的方法研究了飞机机身表面不同位置安装相对厚度为20%、不同剖面形状的小型天线的阻力特性。通过流场显示表明随着距离机头距离增加,天线逐渐淹没在附面层中;随着迎角变化背风面的附面层厚度增大。自由流中翼型剖面天线的阻力最小,椭圆剖面、倒角菱形剖面天线阻力分别增加了22%和107%,主要原因压差阻力显著提高。受到机身的干扰影响后天线相对单独部件的阻力增加在0~50%之间;包括3种影响因素:第一是前缘吸力的降低,第二是后缘负压的增加,第三是局部速压的变化。前缘吸力降低的程度正比于当地附面层厚度,附面层厚度越大前缘负压峰值越低,阻力也越大。倒角菱形剖面受机身干扰后缘负压增加,但流线性较好的翼型及椭圆剖面后缘压力变化不大。机身外形变化导致的局部速压增大或缩小可影响天线的摩阻和压力分布。采用单独天线的阻力并考虑干扰影响的方法能够获得较为准确的阻力特性,对附面层内天线的光顺整流对于降低飞机阻力是有效的。     

扰动条件下细粉质砂土浆体流场PIV试验研究

基于高速粒子图像测速技术(PIV)对粉细质砂土浆体在扰动条件下颗粒流场的流动规律以及颗粒分选现象进行研究,PIV测试实验采用黄河三角洲地区分布的细粉质土层为实验级配土样,通过对扰动条件下浆体流场变化的PIV实验结果与颗粒迁移受力情况分析,建立扰动条件下细粉质颗粒分选流膜理论模型,研究结果表明,随着F_扰动逐渐增大,当流场中颗粒在F_扰动逐渐大于G_自重时,侧边μ_孔隙逐渐增大,沉积土层逐渐液化,而PIV观测的浆体流场结构,随着人工扰动力增强,扰动力上升方向与自由面之间形成负涡量涡旋区域后,且涡旋区域伴随主循环逐步扩大,由上部逐步下沉形成完整主循环涡旋结构,根据PIV流线测试可知颗粒迁移路径形成的区域呈现上宽下窄分布;对静置后的土层取样进行颗粒级配、塑液限、压缩性等实验分析,扰动后的土体呈现分层沉积,粒度特性呈上粗下细,粒径是造成颗粒扰动后分层沉积的主要原因,黏度造成黏粒颗粒在扰动迁移运动过程中粘聚富集,压缩性表明在流动过程中的土体结构变化规律呈上扰下固;本文通过试验现象以及力学分析建立浆体流膜分选理论分析模型,与PIV测试试验结果分析较为吻合,能够有效解释扰动条件下粉细质砂浆体流场运动及颗粒分选规律,并为相关工程提供理论基础。     

Status and trend of hydrogeological experiments concerning the side-wall flow effect in porous media

Hydrogeological experiments provide an important means to understand groundwater seepage and solute transport problems. Basic hydrogeological parame- ters can be obtained for use in assessing groundwater resources. In current porous-media research, studies of side-wall flow are in a preliminary and qualitative phase, and lack systematic and comprehensive understanding. Side-wall flow refers to the non-uniform infiltration and solute transport that occurs near the seepage device boundary. Flow dynamics depends on the fluid under the specific hydraulic conditions, physical properties and chemical composition, medium permeability, the rough- ness of the side wall, geometric features, and physical chemistry. Such phenomena not only occur in indoor water flows and solute transport, but also under natural conditions in the field. Side-wall flow has features both in common as well as distinct from preferential flows. In porous-media experiments, once side-wall flow commences, it affects the groundwater flow field and chemistry field, resulting in parameter values deviating from actual values. Based on a comprehensive analysis of the influence of side-wail flow, a definition of the side-wall flow effect in porous media is given. Three directions of research are identified concern- ing side-wall flow： the mechanism of the side-wall flows effect, the study of its quantitative impact on seepage flow and solute transport, and the methods and measures that need to be taken in hydrogeological experiments to reduce （or prevent） side-wall flow development.     

基于PFC离散元的多层岩质陡坡危岩崩落序列研究

以三峡库区重庆万州青草背后山多层危岩边坡为研究对象,结合离散元仿真技术建立PFC3D颗粒流多层岩质陡坡危岩崩落的过程,并根据区域颗粒岩块位移、速度、荷载指标进行对比分析,分析了多层岩质陡坡危岩崩落序列规律及层间荷载变化规律。结果表明：该方法能合理呈现危岩陡坡的崩落规律,从曲线可以得到岩体峰值运动速度会随崩落时间逐渐衰减,崩落速度受力链断裂的影响较大,第1层力链影响速度峰值最大可达2.5m/s,下部危岩体对上部的回弹作用导致力链断裂速度由500st/p加快至167st/p。力链在每个崩落的峰值强度时刻都有明显的衰减,且随崩落时间推移衰减逐渐增大。该方法模拟的危岩崩落过程更加简便直观,为以后研究岩质陡坡危岩的破坏预测提供了重要手段。     

渗流管涌作用下松散堆积层结构演化规律

为揭示渗流管涌作用下松散堆积层结构演化规律,基于颗粒-孔隙尺度流固耦合方法,分别对密实、中密和疏松结构的松散堆积层开展渗流管涌仿真试验,从细观层面分析渗流管涌作用下松散堆积层颗粒迁移特征、颗粒流失量、颗粒间接触力链演化和骨架变形的结构演化特征。结果表明：渗流管涌主要以细颗粒迁移为主,存在局部“堵塞”现象,块石颗粒仅会在细颗粒迁移脱空后自由堆积。细颗粒迁移具有明显的“颗粒堆积”现象,主要集中在出口处,呈“上多下少”的特点。同时,渗流管涌发展过程中相同部位的孔隙率变化具有高度相似性,且结构越疏松愈加显著。管涌发展过程中,块石颗粒间接触承担主要的应力传递,力链演化的本质是堆积填料内部应力传递结构的改变。此外,下沉量和体应变均随时步增加,呈先急剧增加,后趋于平稳的态势,且随初始渗流速度越大,平稳时刻逐步提前。该研究成果可为从细观角度认识松散堆积层渗流管涌结构演化规律提供一定借鉴。     

混凝土试样单轴压缩端面效应及破坏数值模拟

采用复合型界面损伤本构模型,数值模拟了不同端面约束条件下混凝土立方体试样的单轴压缩试验,分析了端面约束对试样变形特征和破坏过程的影响.考虑两种理想端面约束条件,以试样上、下端面垂直于加载方向的侧向变形完全不受试验机加载端头限制模拟光滑端面条件,以试样上、下端面侧向变形完全被限制模拟粗糙端面条件.数值结果表明,端面粗糙条件下得到的试样峰值应力高于光滑端面,对应的峰值应变也是如此;相比于光滑端面,端面粗糙条件下试样的应力-应变曲线所围面积较大,而且曲线峰后软化段表现出更好的延性;光滑端面条件下试样破坏的宏观表现形式为轴向劈裂,粗糙端面条件下则是以在试样上、下端部形成正倒相连的锥形为特征的破坏形式.数值模拟结果可在众多的试验结果中找到佐证.