考虑干缩裂隙动态变化的优势流入渗模型

为解决定量评估干缩裂隙优势流的难题,基于双孔隙域入渗理论,将开裂土体分为裂隙两侧基质域、裂隙底部基质域与裂隙域三部分,结合Green-Ampt入渗模型,提出了一种考虑干缩裂隙动态变化的优势流入渗模型,并基于该模型探讨了降雨强度、裂隙初始面积率及裂隙深度对土体两域积水时间、优势流入渗量及入渗深度的影响规律。结果表明:干缩裂隙产生的优势流入渗量占总降水量的73.4%~91.4%,入渗深度为裂隙深度的3.1~7.2倍;降雨强度增大将缩短土体基质域积水时间,增大优势流入渗深度;降雨过程中干缩裂隙面积率减小使优势流入渗量减小;裂隙初始面积率增大使两侧基质域入渗量减小,优势流入渗量增大但入渗深度减小;裂隙深度增大使裂隙域积水时间延后,优势流入渗深度增大;模型计算结果与干缩裂隙实际入渗规律相符, 同时避免了为裂隙域赋水力学参数带来的误差与不便。     

一种裂隙土的双重入渗模型及对边坡稳定的影响

在降雨条件下,裂隙的存在为雨水在土中的入渗提供了优势通道,导致雨水在裂隙土坡中的入渗具有不均匀性;裂隙会优先饱和,使得裂隙网络和基质存在水头差,导致基质和裂隙网络存在横向的水流交换.文中将裂隙土表示为由裂隙网络和基质共同组成的双孔隙系统,基于双孔隙模型的Richard渗流方程和伽辽金法,分别求得基质和裂隙网络的压力水头分布,并与Hydrus-1D的计算结果进行了对比分析,验证了该方法的合理性.同时发现,基质和裂隙网络的湿润峰面分布不同,前者陡直,后者平缓.边坡稳定性分析表明,基质宽度越大,雨水入渗影响边坡稳定性的范围越深;当基质宽度变小时,雨水入渗接近均匀入渗,雨水入渗影响稳定性的深度变小,但是饱和度的增加使得浅部土体的抗剪强度降低更大.     

天然花岗岩残积土大孔隙水分迁移特征的染色示踪试验

选取福州某地山坡天然花岗岩残积土为研究对象,借助亮蓝染色剂开展大孔隙水分迁移入渗试验,对原生态土体大孔隙分布特征及水分入渗情况进行研究.结果表明:天然土体表层土质松散、孔隙分布均匀,水分以均质流形式下渗为主,但同时部分大孔隙通道分布方向各异,存在高度不均匀性,水分与基质域间存在不同程度水分交互现象;染色面积随入渗深度呈...     

基于正态分布概率模型的渗滤液回灌影响分析

渗滤液回灌能有效加速填埋场的稳定并处理多余的渗滤液,而预测回灌过程中渗滤液的运移规律对于合理设置回灌井的间距和数量具有重要的意义.考虑了垃圾体的非均质性,建立了垃圾体的渗透系数随空间正态分布变化的概率模型.利用COMSOL Multiphysics?软件,首先对单孔隙度的横纵向均质模型和正态分布模型的渗透系数以及压力水头进行了比较,其次研究了在横纵向渗透系数比值、回灌速率和回灌时间等不同影响因素下,均质模型和正态分布模型的含水率以及横向影响范围的变化规律.结果表明,随着横纵向渗透系数比值的增加,最终在100 d时:均质模型的含水率由0.609增加到0.68,横向影响范围从4.842 m增加到6.79 m;正态分布模型的含水率由0.573增加到0.610,横向影响范围从4.097 m变为4.04 m.这说明横纵向渗透系数比值对正态分布模型的含水率和渗滤液横向影响范围的影响明显高于均质模型.而当回灌速率和回灌时间相同时,正态分布模型渗滤液的渗流速度更快,易于优先达到饱和含水率,并在短暂的峰值后迅速下降,且随着回灌速率和回灌时间的增加,达到饱和含水率和峰值的时间也逐渐增加.     

基于正态分布概率模型的渗滤液回灌影响分析

渗滤液回灌能有效加速填埋场的稳定并处理多余的渗滤液, 而预测回灌过程中渗滤液的运移规律对于合理设置回灌井的间距和数量具有重要的意义. 考虑了垃圾体的非均质性, 建立了垃圾体的渗透系数随空间正态分布变化的概率模型. 利用 COMSOL Multiphysics^® 软件, 首先对单孔隙度的横纵向均质模型和正态分布模型的 渗透系数以及压力水头进行了比较, 其次研究了在横纵向渗透系数比值、回灌速率和回灌时间等不同 影响因素下, 均质模型和正态分布模型的含水率以及横向影响范围的变化规律. 结果表明, 随着横纵向渗透系数比值的增加, 最终在 100 d 时: 均质模型的含水率由 0.609 增加到 0.68, 横向影响范围从4.842 m 增加到 6.79 m; 正态分布模型的含水率由 0.573 增加到 0.610, 横向影响范围从4.097 m 变为 4.04 m. 这说明横纵向渗透系数比值对正态分布模型的含水 率和渗滤液横向影响范围的影响明显高于均质模型. 而当回灌速率和回灌时间相同时, 正态分布模型渗滤液的渗流速度更快, 易于优先达到饱和含水率, 并在短暂的峰值后迅速下降, 且随着回灌速率和回灌时间的增加, 达到饱和含水率和峰值的时间也逐渐增加.     

面向黄土地质灾害的优势流研究

在分析以往优势流研究方法和存在问题的基础上,对拓展优势流研究与应用领域、深化优势入渗机理以及定量刻画优势入渗规律进行了探讨.研究表明,黄土斜坡地带包气带按优势通道发育特征可概化为优势通道不明显的均匀介质、以大孔隙和裂隙为通道的优势介质、以落水洞、宽大裂隙为通道的灌入介质,将包气带水分运移入渗概化为均匀入渗、优势入渗和直接灌入,均匀入渗模式可用非饱和达西流刻画,优势入渗模式亟待理论突破和软件开发,直接灌入模式可分解为均匀入渗和优势入渗来刻画.     

降雨条件下含大孔隙土柱水-气两相流试验

为揭示降雨条件下含大孔隙土中水—气两相流运移机制,基于室内人工降雨试验,通过自行设计试验装置并借助各类试验设备,对不同工况下大孔隙和基质域的含水率、孔隙水压力、孔隙气压力分别进行实时监测.结果表明：大孔隙的存在可明显加快水分入渗速率,使土柱湿润锋呈现漏斗状,大孔隙附近水分入渗速率明显较快(即产生优先流),但是降雨需持续一定时间才会产生优先流;模型箱底部边界开通有利于气体的排出,可降低孔隙气压力,从而更有利于水分的入渗;大孔隙存在情况下,增加降雨强度可加快优先流的产生,使水分更快地沿着大孔隙入渗至土壤深层,并沿着大孔隙壁向周围基质扩散.此外当降雨强度大于水分入渗速度时,会在土体表面形成积水,一定程度上增加孔隙气压力.     

降雨条件下残积土的优先渗流机理分析

为揭示强降雨条件下残积土的优先流水分运移特性,基于双重孔隙模型,采用有限差分技术编制计算程序,对考虑与不考虑大孔隙的土体模型入渗进行比较,并对降雨强度、持时、基质域与大孔隙域间的水分传导系数(Ksa)等对水分非平衡迁移特性进行分析。结果表明,相同降雨条件下,考虑大孔隙条件下土体基质域湿润峰深度约为不考虑大孔隙条件下湿润峰深度的3倍,且同一湿润峰位置处的含水率较大。随着雨强和持时的增加,水流通过大孔隙入渗导致湿润峰深度快速增加,两域水分交换深度逐渐增大,但其峰值减小。增大Ksa值,土体基质域湿润峰深度逐渐增大,而大孔隙域湿润峰深度逐渐减小。     

采用核磁共振的大孔隙残积土水分迁移分析

为揭示大孔隙残积土的水分迁移机理，以原状、重塑花岗岩残积土为研究对象，基于核磁共振分析入渗试验、吸湿试验及干湿循环试验过程中土样基质域和大孔隙域的水分迁移规律。结果表明：入渗试验中，初始状态下原状和重塑土试样中水分主要分布在基质孔隙，随着入渗持续，大孔隙中T2曲线信号幅值逐渐增大且随着时间增加增速变快；吸湿试验中，由于基质吸力的存在，水分主要进入基质孔隙中，且土壤初始含水率与基质吸力呈反相关关系；干湿循环试验中，干湿循环后土壤中出现微小裂缝和孔隙，随着循环次数增加，裂隙逐渐贯通形成大孔隙，部分基质域中的水分进入大孔隙中。     

液体回灌对生活垃圾好氧反应温度变化影响的模拟预测

好氧反应过程中的温度变化模拟预测,对于垃圾填埋场好氧通风系统的安全运行具有重要意义。在热释放守恒定律的基础上,建立了考虑液体回灌条件下生活垃圾好氧反应过程中的热平衡方程。将氧气消耗速率引入热释放速率模型中,并提出两阶段氧气消耗速率模型来描述好氧反应过程中的热释放效应。开展了通风强度、回灌条件和等效热传导系数对好氧反应过程中垃圾堆体温度变化影响的模拟,结果表明：气体交换导致垃圾堆体的峰值温度至少下降3.6%,液体回灌使垃圾温度降低超过24.1%;液体回灌量从500ml/周增加到1500ml/周,垃圾峰值温度下降29.1%;回灌液体温度每相差10 ,对垃圾温度的影响最多可达4.0 ;随着等效热传导系数从0.3升到1.0,垃圾峰值温度逐渐降低,达到峰值强度的时间提前25.9%,后期温度下降幅度变小。以上成果为好氧通风系统运行过程中温度预测及安全调控提供了理论依据。     

拉萨生活垃圾卫生填埋场渗滤液电絮凝处理研究

垃圾渗滤液是垃圾填埋场渗沥出来的高浓度的有机废水。若不妥善处理,则会对周围环境造成严重污染。文章用电絮凝技术处理拉萨生活垃圾卫生填埋场渗滤液进行了实验研究。研究表明,用电絮凝技术对垃圾填埋场渗滤液能起到很好的处理效果;而且当电絮凝时间、电流密度、PH不同时,对垃圾渗滤液的处理效果也不同。当电解时间为10min,电流密度为12A/dm2,PH=8.1时,渗滤液中COD去除率为77.8%,电解后渗滤液水质能达到污废水二级排放标准。     

基于物质平衡原理解释致密油藏体积压裂有效改造体积的新方法

致密油藏需要经过大规模体积压裂改造才能获得工业油流。本文在物质平衡原理的基础上综合考虑了体积压裂施工过程中大量压裂液注入导致油藏压力升高,压后流体产出导致油藏压力降低以及裂缝与基质孔隙体积随压力非线性变化等致密油藏实际情况,进行合理假设,建立了模型方程,并推导计算了体积压裂有效改造体积和裂缝与基质的有效接触面积等参数。该方法解释出的三个新参数：能够提供有效渗流的裂缝总体积、油藏有效渗流体积、裂缝有效渗流面积,其物理意义更明确,对致密储层的开发设计及增产改造指导意义更强。将该方法应用到油田现场,并评价了3口已实施体积压裂油井的应用效果。现场应用表明该方法具有评价解释快捷、获取数据方便、成本低、准确度高的优点,适合于油田现场多井次大规模推广应用。     

注水井井筒中碳酸钙结垢预测

以注水井井筒为研究对象,根据注水沿井筒的流动过程与地层间的传热过程,将传热学理论和结垢预测技术相结合,考虑注水量、温度、压力、pH值以及离子质量浓度等因素对注水井井筒碳酸钙结垢的综合影响,建立注水井井筒中碳酸钙结垢预测的数学模型,并开发注水井井筒中碳酸钙结垢预测软件.运用该软件对胜利油田某一油区的注水井井筒进行结垢预测.结果表明,注水井井筒中碳酸钙垢的预测结果与实际测试结果相符,且能预测注水井中碳酸钙垢随着时间、井深、温度、压力及水质等参数的变化情况,可为油田采取防垢、除垢措施提供依据.     

洛阳市某垃圾场渗滤液对地下水的污染预测

垃圾填埋场的主要危害在于垃圾淋滤液对地下水的污染。本文以洛阳市某垃圾场为例,运用MODFLOW和MT3D软件模拟分析在未来垃圾渗滤液对地下水的污染程度。结果证明,虽然该垃圾场做过卫生防护,但仍然会对地下水造成一定的污染,污染范围随着时间的推移而逐渐增大,因此必须采取必要的防护措施。     

致密油藏动态渗吸实验及主控因素

渗吸作用对于致密油藏的注水开发有着重要作用,目前中外学者在动态渗吸方面开展大量的室内研究,但由于实验模型设计过于理想,不能真实而全面地反映注水驱替过程中储层特征、裂缝及注水参数对动态渗吸的影响规律。针对以上问题,设计制作了二维平板双重介质模型,定量评价了基质渗透率、储层非均质性、层内天然裂缝、人工裂缝、层间非均质性、隔层发育程度及注水速度对渗吸贡献的大小,明确了影响渗吸贡献的主控因素。结果表明,层内天然裂缝和注水速度是影响基质渗吸贡献的主要因素,基质渗透率和人工裂缝影响次之,隔夹层发育程度影响最小,建立了一种适用于双重介质储层的基质-裂缝采出程度贡献估算方法,实现了定量计算并区分基质与裂缝对采收率的贡献率。     

地浸采铀井场溶浸范围的地下水动力学控制模拟研究

以内蒙某砂岩铀矿地浸井场中抽液孔和注液孔之间的天然地下水流场为研究对象,通过地下水动力学模拟研究地下水的流速场,根据井场边缘注液孔的地下水流速场特征来探讨溶浸范围的确定方法和影响机制。结果表明:单孔抽、注液量对井孔处水位降升、溶浸液运移速度及距离有决定性的影响,其次叠加了地下水流向对井场的影响;由井场边缘注液孔向外的地下水流速随距离增大呈指数下降,地下水的流速场变化控制了溶浸液向井场外的运移距离和井场的溶浸范围。井场溶浸范围在垂直于地下水流向的东、西两侧对称,下游溶浸范围略大于上游,在开采年限5~10年内溶浸范围为60 m左右,比较符合该矿山的浸出效益及环保要求。     

矸石山渗滤液对地下水污染的多维分形预测

为了研究复杂环境下矸石山渗滤液对地下水的污染,将多维分形理论应用于地下水污染状况的预测,借助于仿射映射．构建了地下水污染的多维分形模型。利用抚顺市某矸石山周围地下水质的检测数据,对SO4^-2离子含量的等值线分布进行了多维分形预测．并对预测结果和实测结果进行了对比分析。结果表明：预测结果与检测数据相吻合,并且预测结果反映了地下流场和地表状况对地下水污染的综合作用,因此采用多维分形的方法预测地下水的征;染状况是可行的。针对矸石山附近存在冲沟、积水池等复杂条件下的地下水污染问题,多维分形提供了一种新的研究方法。     

磨料水射流旋转切割岩石深度计算模型

针对地下洞库结构防护设计,需对洞库围岩实施人工致裂,从而在围岩中构建人工裂隙群以达到抗爆消波的目的,提出利用环形磨料水射流切割围岩施工方法。根据磨料颗粒去除非岩石材料体积模型,推导了磨料粒子对岩石的体积去除量与磨料速度关系模型;基于磨料射流切口形状假设了环形磨料射流切割深度估算模型,并与已有数据进行对比验证了模型的有效性;定义磨料射流在外流场的流量衰减系数,提出了磨料射流岩石极限切割深度计算方法,通过算例分析了特定工况下磨料水射流切割砂岩及花岗岩的理想极限深度,得到磨料水射流对岩石的切割半径满足围岩人工割缝半径目标。研究表明:磨料水射流对花岗岩的制缝深度约为切割砂岩的55.7%;使用磨料水射流进行围岩割缝在工程应用中具备施工可行性。