地下水曝气修复技术模型试验研究

论文摘要

地下水曝气法是一项高效的土壤和地下水修复技术。本研究使用0.08-0.1mm、0.8-1.0mm、1.5-2.0mm、4.0-5.0mm、5.0-6.0mm五种粒径范围的玻璃珠，通过二维常规模型试验和离心模型试验，观察气体在土体中的运动方式；研究曝气压力、离心加速度、粒径级配、试样分层以及曝气方向等因素的改变对气体流量以及曝气影响区域的影响；研究相同原型在不同离心加速度下物理量的相似比。研究成果可以为数值模拟和地下水曝气法实际工程设计提供参考依据。不同粒径级配试样的二维模型试验结果表明，气体在试样中的运动方式取决于试样粒径级配的大小。在粒径小于0.1mm的试样中，气体的运动方式为微通道；在粒径大于1.5mm的试样中，气体的运动方式为独立气泡。曝气影响区域形状为锥台形，可以采用渗气夹角和横向扩展两个物理量描述。曝气压力在影响区域的发展过程中存在临界值，曝气压力达到临界值以后，曝气影响区域不再随有效曝气压力的增加而增大。气体质量流量随有效曝气压力的增加而增大，并且两者基本保持线性关系；同时，气体质量流量与有效曝气压力的关系曲线斜率和渗气夹角与有效曝气压力的关系曲线斜率存在“突变有效曝气压力一致”现象。离心加速度越高、试样粒径越大，气体质量流量越大、气体质量流量和有效曝气压力的关系曲线斜率越大、渗气夹角和横向扩展越小，即曝气影响区域越“尖锐”。将二维与三维的模型试验结果比较发现，二维模型试验中曝气影响区域的曝气夹角和横向扩展都较大。分层试样模型试验中，气体在试样中的流量主要受细颗粒层的影响，但随着离心加速度的增加，浮力成为影响气体在土体中运动的主要因素，不同粒径级配试样的气体质量流量与有效曝气压力关系曲线趋于重合。相同原型的离心试验结果表明，单宽质量流量比是1:1；验证了试样渗气率相似比为N；当有效曝气压力与曝气点处有效应力比值一定时，试样的曝气影响区域范围一致。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 土壤及地下水污染现状
• 1.1.2 土壤和地下水修复技术
• 1.1.3 地下水曝气修复技术简介
• 1.2 课题提出的意义
• 1.3 本章小结
• 第2章 地下水曝气修复技术研究现状
• 2.1 课题研究现状
• 2.1.1 试验研究进展
• 2.1.2 理论模型研究进展
• 2.2 本文的主要工作
• 2.2.1 研究现状分析
• 2.2.2 本文的研究目的和主要内容
• 2.3 本章小结
• 第3章 试验材料物理特性分析
• 3.1 试验材料的基本物理特性
• 3.2 土水特征曲线试验
• 3.2.1 试验设备
• 3.2.2 试验过程
• 3.2.3 试验结果分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 地下水曝气法模型试验研究
• 4.1 试验设计及内容
• 4.1.1 试验材料
• 4.1.2 试验设备
• 4.1.3 试验步骤
• 4.1.4 试验内容
• 4.2 0.08-0.1 mm 粒径试样试验
• 4.2.1 常规模型试验
• 4.2.2 离心模型试验
• 4.3 0.8-1.0 mm 粒径试样试验
• 4.3.1 常规模型试验
• 4.3.2 离心模型试验
• 4.4 1.5-2.0 mm 粒径试样试验
• 4.4.1 常规模型试验
• 4.4.2 离心模型试验
• 4.5 4.0-5.0 mm 粒径试样试验
• 4.5.1 常规模型试验
• 4.5.2 离心模型试验
• 4.6 5.0-6.0 mm 粒径试样试验
• 4.6.1 常规模型试验
• 4.6.2 离心模型试验
• 4.7 分层试样试验
• 4.7.1 常规模型试验
• 4.7.2 离心模型试验
• 4.8 横向曝气试验
• 4.8.1 常规模型试验
• 4.8.2 离心模型试验
• 4.9 离心模型相似比研究
• 4.9.1 曝气过程中单宽流量的相似比
• 4.9.2 曝气过程中渗气率的变化
• 4.9.3 不同离心加速度下 ZOI 的一致性
• 4.10 试样粒径级配对试验结果的影响分析
• 4.10.1 气体运动方式
• 4.10.2 气体流量
• 4.10.3 曝气影响区域
• 4.11 二维模型与三维模型的试验结果对比分析
• 4.12 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 主要研究内容
• 5.2 主要结论
• 5.2.1 气体运动方式
• 5.2.2 气体流量
• 5.2.3 曝气影响区域
• 5.2.4 离心模型中相似比的研究
• 5.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果