饱和-非饱和红黏土中溶质迁移机理及数值模拟

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鉴于近几年广西环境污染日益严重的现状,本论文以广西桂林和柳州红黏土为主要研究对象,结合已有的物性试验结果(液塑限、颗粒分析、矿物成分等),进行渗透实验和室内土柱的饱和穿透实验与非饱和上渗实验,并根据实验结果进行数值模拟,系统地分析红黏土中溶质迁移规律。主要的研究结果如下:(1)柳州红黏土与桂林红黏土有着不同水动力学性质,桂林红黏土具有更好的持水性能,同样吸力下具有更高的体积含水率,渗透性小于柳州红黏土。(2)对流-弥散模型的参数主要有平均孔隙流速、弥散系数、阻滞因子。这些参数主要影响穿透曲线的峰值,起始变化时间,变化速率。两区流模型的参数还有分型系数、溶质交换系数。随着分形系数减小,两区流模型更加明显。随着溶质交换系数增大,两区之间的差异变得不明显。当溶质交换系数足够大时,两区流模型演化为平衡对流-弥散模型。(3)桂林和柳州红黏土都是碳酸盐岩风化残坡积形成的。通过室内土柱淋溶试验得出其穿透曲线,利用CXTFIT软件中的对流-弥散模型和两区流模型拟合发现,两种红黏土都更适合两区流模型。(4)对比红黏土与普通土质发现,砂土、砂质壤土、粉质黏土、重粉质黏土、壤质黏土、黏土中基本不存在两区流现象,这与其颗粒组成以及含有的矿物成分相关,红黏土中含有的游离氧化物具有胶结作用。对比红黏土与砖红壤、红壤、泰国红土发现,红黏土中两区流现象更明显。(5)非饱和红黏土的上渗由于受复杂孔隙结构的影响,土柱中水分变化比较明显;盐分的迁移则比较缓慢,且迁移量比较小,相对浓度达到30%就接近稳定了。利用CXTFIT软件反演非饱和穿透曲线,发现用CXTFIT软件反演出的参数与实际情况不相符,没有意义。利用GEO-STUDIO软件拟合,发现对于非饱和的红黏土,GEO-STUDIO软件拟合的效果不明显,但是拟合的结果能够在一定程度上反应实际的变化趋势。
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