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温度作用下非饱和土中湿热传递及污染物迁移的试验研究

李朋朋  
【摘要】:近年来,多孔介质中热、水、力耦合及污染物迁移的研究是环境岩土领域的一个重要内容,在地热资源开发、核废料处置等领域有着很好的实用价值。通过相关研究发现,目前关于循环升降温作用下非饱和土中的湿热传递及温度作用下重金属离子迁移的试验研究几乎没有。因此,本文通过自行研制的试验装置,开展了不同升降温过程中非饱和土的湿热传递及加热时间、初始含水率和干密度等因素对铅离子迁移过程影响的试验研究,主要工作内容有以下几点:(1)经观察发现,水分传感器所测的体积含水率读数受温度变化影响较大,因此对试验所用水分传感器进行了校准。结果发现两者之间存在线性关系,利用该数量关系对各个传感器在后续试验中所测数据进行校准。另外对不同干密度的高岭土进行了渗透系数的测定试验,确定了其渗透系数与干密度之间的关系。(2)对不同初始含水率的土柱进行了单一升温、单一降温过程中的湿热传递试验。结果表明,升温过程中,离热源端越远,初始含水率越高,其温度值越低,温度变化越慢,稳定所需的时间越长,有一定的温度影响范围;降温过程与升温过程类似,但稳定时的温度值趋于一致。升温过程中其湿度场分布情况为:离热源端越近,初始含水率越低,湿度峰值现象越明显,稳定时的湿度值越低,达到稳定状态的时间越短,有一定的湿度影响范围;降温过程中,湿度的变化情况取决于降温开始时刻的湿度值和初始含水率。(3)对不同初始含水率的土柱进行了循环升降温过程中的湿热传递试验。结果表明,循环升降温过程中的温、湿度变化特点与单次升降温过程类似,但随着循环次数的增加,稳定时的温度值和湿度值都有所升高;无论是哪次循环,土柱在竖放时的温度值都比横放时要低,但湿度值整体要比横放时高,这一现象在近热端比较明显;土柱横放时,降温过程中各测点的温度值和湿度值都能趋于一致;土柱竖放时,近热端测点的湿度值变化幅度较大,较远处测点的湿度值变化幅度较小。(4)单一升温过程中,进行了多种条件下铅离子在非饱和土中的迁移试验。结果表明,加热时间越长,铅离子迁移得越远;初始含水率越大,铅离子迁移得越远;对于初始含水率较低的土柱来说,干密度对铅离子迁移过程的影响不明显,而对初始含水率较高的土柱来说,干密度越小,同等条件下迁移得越远。但总的来说,铅离子迁移过程十分缓慢,且发生迁移的离子数量较少,铅离子在非饱和土中的迁移是一个十分复杂、受多种因素影响的过程。


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