非饱和土中温度诱致的水分迁移及污染物扩散规律研究

通过自行设计的室内模型试验装置，研究非饱和土中变热源强度温度所诱致的二维轴对称空间内热能传输、位移变化、水分迁移及金属离子污染物扩散等规律，分析土介质的含水率、惰性离子与非惰性离子吸附模式的差异性等因素的影响，揭示热-水-固体物质多相耦合流作用的物理本质。根据试验结果，建立一个考虑包括温度势、吸力势、重力势和污染物浓度势的可变形多孔介质的耦合控制方程。结合室内试验所采用的轴对称边界条件，利用热源函数法、多重Fourier变换和Laplace变换及其逆变换给出瞬时线热源非稳态热效应的基本解，然后利用数值积分方法得到变热源强度条件下非稳态温度场、体积含水率分布场、污染物浓度场、应力场等的演化过程，最终建立一个便于工程应用的理论模型。这些研究在诸如污染物治理、化学工业、核废料处置和热能贮存等工程领域有重要的应用价值。

研制了轴对称的室内模型试验装置，利用这一装置以及以往研制的一个圆柱形土样的热固结试验装置，对温度热-冷反复变化过程中粘性土的热特性进行室内试验。研究了非饱和土中变热源强度温度所诱致的二维轴对称空间内热能传输、位移变化、水分迁移及离子污染物扩散等规律，揭示热-水-固体物质多相耦合流作用的物理本质。根据试验结果，建立一个考虑包括温度势、吸力势、重力势和污染物浓度势的可变形多孔介质的耦合控制方程。结合室内试验所采用的轴对称边界条件，利用热源函数法、多重Fourier变换和Laplace变换及其逆变换给出瞬时线热源非稳态热效应的基本解，然后利用数值积分方法得到变热源强度条件下非稳态温度场、体积含水率分布场、污染物浓度场、应力场等的演化过程，最终建立一个便于工程应用的理论模型。研制了一种温控非饱和土三轴试验装置，该试验装置是把既有的非饱和土静三轴仪经改造而制成的，将所研制的温控压力室与非饱和土三轴实验系统的有机结合，实现了试验过程中对温度控制及量测的目的。利用该试验装置，对不同温度下非饱和土土水特征曲线进行了测定。此外，还利用室内土柱试验研究重力对多孔介质中胶体输运特性的影响，包括渗流方向自上向下和自下向上两种不同的试验系列，每个系列中进行了几种不同渗流速度的试验，研究结果表明渗流方向自上向下时的流出液中胶体的浓度峰值要大于自下向上时的浓度峰值，并且前者的浓度峰值出现的也快,同一渗流方向条件下渗流速度越大流出液中胶体的浓度峰值越大,其次渗流自上向下时，随着渗流速度的增加，弥散度的值随之减小，但在渗流自下向上时，渗流速度的变化对弥散度的影响很小。