多场耦合作用下裂隙岩体中工业废水迁移规律研究

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我国的工业生产保持中高速增长,工业废水排放带来的地下水环境污染问题也开始逐渐受到重视。在实际工程中,工业废水的运移是物理、化学等多种因素共同作用下的结果,同时地下岩层中裂隙与基质孔隙的存在导致岩层具有很强的非均质性。本文通过理论分析和数值模拟,首先建立了等效连续介质中污染物的运移模型分析了污染物在运移过程中热-流-固-化多场耦合作用对其渗透性的影响,其次建立了裂隙-基质双重介质中污染物的运移模型,分析化学侵蚀作用与裂隙的存在对模型中污染物浓度分布的影响,最后通过因子变化法,详细地讨论了天然裂隙的存在、化学侵蚀作用、主裂隙以及天然裂隙等因素对污染物运移的影响,并对这些参数的敏感性进行分析,对模型的污染情况进行评估。主要结论如下:(1)基于达西定律、质量守恒定律、傅里叶定律、热能量守恒定律和静力学平衡方程推导了等效连续介质中污染物运移的多场耦合控制方程,建立了同时受温度应力、孔隙水压力、地应力和化学侵蚀作用影响的动态孔隙率模型和动态渗透率模型,得到了多场耦合作用下岩体基质中污染物的运移模型,探究化学场、温度场和渗流场对模型中污染物运移规律的影响。(2)在此基础上,推导了裂隙-基质双重介质中污染物运移的多场耦合控制方程,通过岩体裂隙渗透率随围压变化特性的实验得到了岩体裂隙的动态渗透率模型,建立了多场耦合作用下岩体裂隙-基质双重介质中污染物运移数值模拟模型,通过对考虑化学侵蚀作用的单裂隙模型、考虑化学侵蚀作用的多裂隙模型和不考虑化学侵蚀作用的多裂隙模型这三种情况下污染物的浓度分布和压力分布进行分析对比,发现裂隙可以增大模型的局部渗透率,化学侵蚀作用可以增大岩层的孔隙率,对污染物的运移产生影响。(3)从模型底部的污染物含量和模型底部污染物的累积量两个方面详细地分析天然裂隙的存在、化学侵蚀作用、主裂隙(长度、宽度、渗透率和倾角)以及天然裂隙(密度、开度和渗透率)等参数对污染物运移的影响,并对这些参数的敏感性进行分析,对于裂隙岩体而言,化学侵蚀作用对污染物运移的影响最大,天然裂隙的存在的影响较大,其次对污染物运移的影响从大到小依次为压力梯度、基质渗透率、主裂隙倾角、主裂隙长度、温度边界、主裂隙宽度、主裂隙渗透率、天然裂隙密度、天然裂隙渗透率和天然裂隙开度。
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