LNAPLs在土体中的运移特性研究

论文题目: LNAPLs在土体中的运移特性研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 土木工程

作者: 邢巍巍

导师: 胡黎明

关键词: 环境岩土工程,轻非水相流体,离心模型试验技术,数值模拟

文献来源: 清华大学

发表年度: 2005

论文摘要: 轻非水相污染物(LNAPLs)的泄漏将导致地表土和地下水的污染,给人类生存环境带来巨大危害。研究 LNAPLs 在土体中的运移特性对于环境治理有重要的意义。本文首先介绍了地下水动力学和溶质运移的基本理论,详细阐述了 LNAPLs在非饱和土体中的运移机理及描述 LNAPLs 运移的多相流问题的基本概念和理论模型,为离心模型试验和数值模拟提供理论基础。离心模型试验可以显著缩短试验时间,是研究污染物运移的一种有效手段。本文利用离心模型试验模拟 LNAPL 在非饱和土体中的运移过程,采用化学分析和图像数据采集分析相结合的方法得到了LNAPL的最终质量分数空间分布及污染物锋面的运移情况,研究了 LNAPL 在均质和含低渗透性夹层条件下的非饱和土体中运移规律。数值模型方法能方便模拟不同历时和复杂边界条件下污染物的运移问题,且成本较低。根据试验确定的部分模型参数,本文利用多孔介质多相流有限元程序模拟了 LNAPL 在均质和含夹层条件下的非饱和土体中的运移过程,并将数值模拟结果与离心模型试验结果相对比,进一步分析 LNAPL 在非饱和土体中的时空分布特征,并对模型相关参数进行了敏感性分析。此外,本文对土壤抽气修复过程和重非水相流体运移过程进行了数值模拟。研究结果表明:通过“模型模拟”的方法进行 37.5g、50g、75g 和 100g 加速度离心模型试验得到的 LNAPL 迁移一年后的空间分布特征较为相似,说明采用较高加速度离心模型试验研究污染物的长期迁移过程是基本可行的;图像采集和分析系统可以实时观测污染物锋面的运动情况,与化学分析相结合能够用于分析污染物的迁移过程和污染分布特征;数值分析能够较好模拟污染物的运移过程,反映材料特性对运移规律的影响,计算结果与离心模型试验成果相一致,并且还可以较好得模拟土壤抽气修复过程及重非水相污染物在非饱和土体和地下水系统中的运移过程。数值模拟和离心模型试验相结合是研究污染物运移问题的有效手段。

论文目录:

第1章 引言

1.1 环境污染状况与环境岩土工程

1.1.1 环境污染状况

1.1.2 环境岩土工程

1.1.3 本文研究的环境岩土工程问题

1.2 土工离心模型试验技术

1.2.1 环境岩土工程离心模型试验研究

1.2.2 离心模拟相似率

1.3 污染物运移的数值模拟

1.3.1 污染物运移控制方程

1.3.2 控制方程的解法

1.4 本文主要工作

第2章 地下水动力学理论基础

2.1 多孔介质的基本概念及研究方法

2.1.1 多孔介质的基本概念

2.1.2 多孔介质的研究方法

2.1.3 土壤介质的物理性质

2.2 土中水的形态和能态

2.2.1 土中水的形态分类

2.2.1.1 结合水

2.2.1.2 毛细水

2.2.1.3 重力水

2.2.2 土中水的能态

2.2.2.1 重力势Ψ_g

2.2.2.2 压力势Ψ_p

2.2.2.3 基质势Ψ_m

2.2.2.4 溶质势Ψ_o

2.3 地下水动力学的基本方程

2.3.1 饱和带渗流的Darcy 定律

2.3.2 非饱和带渗流的Darcy 定律

2.3.2.1 水相流动

2.3.2.2 气相流动

2.4 非饱和区地下水渗流的基本方程[4]

2.4.1 连续性方程

2.4.2 渗流微分方程

2.4.2.1 基本微分方程

2.4.2.2 源汇项

2.4.2.3 定解条件

2.5 小结

第3章 污染物扩散与运移理论

3.1 土壤和地下水中溶质的运移

3.1.1 物理、化学和生物作用

3.1.1.2 化学作用

3.1.1.3 生物作用

3.1.2 溶质运移的控制方程

3.2 土壤和地下水中不溶性污染物的运移

3.2.1 NAPLs 迁移的宏观现象

3.2.1.1 LNAPLs 的迁移

3.2.1.2 土壤抽气法清除过程中LNAPLs 的迁移情况

3.2.1.3 DNAPLs 的迁移

3.2.2 NAPLs 迁移的理论基础

3.2.2.1 润湿性

3.2.2.2 界面张力

3.2.2.3 毛细压力(基质吸力)

3.2.2.4 相对渗透率

3.2.2.5 NAPLs 的存在形态

3.2.3 NAPLs 迁移的微观机理

3.2.3.1 对流作用

3.2.3.2 弥散作用

3.2.3.3 吸附作用

3.2.3.4 降解作用

3.2.3.5 挥发作用

3.2.3.6 溶解作用

3.2.3.7 滞留作用

3.2.4 NAPLs 迁移的控制方程

3.2.4.1 质量平衡方程

3.2.4.2 运动方程

3.3 小结

第4章 LNAPLs 运移的土工离心试验模拟

4.1 污染物运移的离心模型试验研究状况

4.2 土工离心模型试验

4.2.1 试验内容和目的

4.2.2 试验材料

4.2.3 试验设备

4.2.3.1 土工离心机

4.2.3.2 离心模型箱及土样模型

4.2.3.3 污染物泄漏控制系统和地下油罐模型

4.2.3.4 取样设备和化学分析仪器

4.2.3.5 图像采集与分析系统

4.2.4 试验程序

4.3 土工离心模型试验结果分析

4.3.1 不同加速度离心试验含水量分布情况

4.3.2 图像采集与分析系统得到的甲苯锋面迁移过程

4.3.3 甲苯在非饱和土体中的运移规律分析

4.3.4 甲苯在含有低渗透性夹层的非饱和土体中的运移规律

4.4 小结

第5章 LNAPLs 迁移的数值模拟

5.1 多相流数值模拟研究的发展过程

5.2 NAPL Simulator 程序[53]

5.2.1 控制方程

5.2.1.1 质量平衡方程

5.2.1.2 运动方程

5.2.1.3 源汇项

5.2.2 NAPL simulator 程序使用的本构关系模型

5.2.2.1 两相模型

5.2.2.2 三相模型

5.2.3 时间和空间离散

5.2.3.1 时间离散过程

5.2.3.2 空间离散过程

5.2.4 初始条件和边界条件

5.2.4.1 初始条件

5.2.4.2 边界条件

5.2.5 程序参数输入的前处理

5.3 LNAPLs 运移的数值模拟

5.3.1 离心模型试验的验证

5.3.1.1 甲苯在均质细砂非饱和区中运移的数值模拟

5.3.1.2 甲苯在含有夹层的非饱和区中运移的数值模拟

5.3.2 模型参数敏感度分析

5.3.2.1 污染物残余饱和度对计算结果的影响

5.3.2.2 非饱和土固有渗透系数对计算结果的影响

5.3.3 NAPL Simulator 程序算例

5.3.3.1 土壤抽气法（SVE）清除技术

5.3.3.2 DNAPL 在非饱和土和地下水系统中的迁移

5.4 小结

第6章 结论和展望

参考文献

致谢

声明

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

发布时间: 2006-06-29

参考文献

• [1].交河故城台地危险土体研究[D]. 崔凯.兰州大学2006
• [2].降雨下滑坡土体渗透性的研究[D]. 钟声.成都理工大学2015
• [3].基于结构性的土体本构模型[D]. 张本一.大连理工大学2006
• [4].土体滑坡临界点的模拟试验研究[D]. 张杰.湖南师范大学2014
• [5].考虑非连续性土体性状的试验研究[D]. 张俊.浙江大学2011
• [6].强夯作用下土体动力特性研究[D]. 吴高权.中南大学2013
• [7].有限土体土压力理论及其在工程中的应用研究[D]. 杨锐锐.华东交通大学2016
• [8].土体开裂的理论研究[D]. 姜世新.天津大学2014
• [9].大气作用下土体强度衰减及裂隙开展研究[D]. 陈承佑.广西大学2012
• [10].抗生素在土体中迁移规律研究及集中处置场的防污方案初探[D]. 凌睿雯.成都理工大学2016

相关论文

• [1].盐胁迫下扁桃砧木营养器官细胞结构的研究[D]. 侯江涛.新疆农业大学2006
• [2].回填土软土地基蠕变问题的有限元分析[D]. 吴晓梅.天津大学2006
• [3].地下水生物修复释氧过程及污染物迁移研究[D]. 李木金.天津大学2006
• [4].表面活性剂和环糊精对土壤有机污染物的增溶作用及机理[D]. 邓军.湖南大学2007
• [5].土壤中石油污染物迁移规律实验模拟研究[D]. 纪学雁.大庆石油学院2005
• [6].地下水曝气（AS）及生物曝气（BS）处理有机污染物的研究[D]. 王战强.天津大学2005
• [7].关于土体中污染物迁移转化问题的研究[D]. 孙智.浙江大学2004
• [8].非水相流体在土壤中运移规律研究[D]. 王锐.西北农林科技大学2004
• [9].地下水曝气（AS）处理有机物的研究[D]. 张英.天津大学2004
• [10].生物通风(BV)法去除土壤中石油污染物的研究[D]. 段云霞.天津大学2004

标签：环境岩土工程论文;  轻非水相流体论文;  离心模型试验技术论文;  数值模拟论文;