非饱和水流和污染物迁移对垂直裂隙响应的研究

从垂直单裂隙入手，研究裂隙的走向、开度、充填情况以及水流方向与垂直裂隙面成一定角度时对非饱和水流和污染物迁移的影响，重点讨论两组垂直交叉裂隙中非饱和水流和污染物通过裂隙交叉处后其水量和污染物通量的分配与裂隙开度的关系，探讨裂隙与岩体基质的相互作用，揭示非饱和水流和污染物在垂直网络裂隙中的迁移规律。研究大小不同的垂直裂隙模型以及模型大小相同，但裂隙几何特征不同时非饱和水力和弥散参数的尺度效应问题，探索新的数值模拟方法以解决常规数值模拟方法出现的数值弥散等问题。本研究以室内试验和数值模拟相结合，提出一套能用于垂直裂隙中非饱和水流和污染物迁移规律研究的试验和数值模拟方法，研究结果对地下水污染物的控制、水电工程的渗控以及裂隙岩体中核废料的存贮等具有重要的理论意义和实用价值。

从垂直单裂隙入手，研究裂隙的走向、开度、充填情况以及水流方向与垂直裂隙面成一定角度时对非饱和水流和污染物迁移的影响。基于前人的非饱和渗流实验，研制了一套适用于非饱和裂隙中溶质运移的实验装置，该装置能考虑不同水头、裂隙组数、不同岩性以及不同开度条件下裂隙介质中的溶质运移规律。实验过程中，探索应用电阻率方法来监测污染物迁移的浓度，为非饱和裂隙岩体中污染物迁移研究提供了一种新方法。同时采用对比法和概率统计等方法探讨了非饱和条件下完整岩体中水流和污染物迁移规律研究，非饱和条件下完整岩体中析出物的变化特征以及非饱和条件下裂隙岩体中水流和污染物迁移规律研究。研究结果显示，溶质在非饱和砂岩中运移时，可以将砂岩空隙中的固体颗粒、含矿物成分的液体、气体从固体基质孔隙中排挤出来，随着排出物含量和浓度的变化，示踪剂浓度也出现多个峰值。示踪剂到达完整岩样各观测断面的时间间隔不大，滞后性不明显，而垂直裂隙对溶质运移影响明显，溶质由于裂隙的存在，其滞后性显著。. 分析了裂隙结构面中接触面积的影响，将裂隙分为完整贯通裂隙和非完整贯通裂隙。考虑孔隙度（面积接触率）及接触点大小等因素，建立相应的试验模型。通过试验及对比分析，在定流量注入情况下，裂隙内孔隙度及接触点尺寸对溶质运移的影响显著，随着孔隙度的减小，接触点大小对溶质运移的影响更趋于显著；并通过数模研究与实测结果进行对比。. 这些研究结果对地下水污染物的控制、水电工程的渗控以及裂隙岩体中核废料的存贮等具有重要的理论意义和实用价值。