考虑尺寸排除效应颗粒迁移模型的建立

以地下水源热泵回灌中的物理堵塞问题作为研究背景,建立一种基于质量平衡方程来模拟多孔介质中颗粒迁移和沉积造成孔隙损伤的数学模型,同时考虑了多孔介质孔隙中悬浮颗粒浓度随时间的动态变化,引入了流量折减系数 和进入系数 这两个变量,充分考虑了尺寸排除效应的影响。堵塞的发生往往是由一个颗粒所引起的,即一个颗粒堵塞一个孔隙,反之亦然。研究结果为解决回灌井物理堵塞的室内外试验研究提供理论依据。     

甲基叔丁基醚污染黏土的Archie电阻率模型修正方法

通过引入污染物影响系数及修正孔隙率，提出了一种挥发性有机物污染黏土的Archie电阻率修正模型，并通过米勒土盒单元试验结果给出了模型中的4个参数（胶结指数、饱和度指数、污染物影响系数和孔隙微观分布不均匀性系数）的确定方法。结果表明，黏土的地层因子与孔隙率呈正相关关系，与砂土的相应关系相反，这是黏土颗粒表面电荷对电阻率的影响所致。饱和度指数随体积含湿率的增加呈抛物线变化，随孔隙率的增加呈线性增加，据此提出了同时考虑两种因素的饱和度指数经验公式。综合土体电阻率与体积含水率之间的幂函数关系及与体积含污率之间的线性关系，得到了污染物影响系数的确定方法。孔隙微观分布不均匀性系数a随体积含水率的变化可分为陡降、趋平和缓升3个阶段，土中孔隙水的赋存状态是主要影响因素。     

城市雨水地下回灌过程中悬浮物表面堵塞规律

雨洪资源地下回灌是缓解城市供水压力、解决地下水过量开采引起环境负效应的有效途径之一,但堵塞问题却是制约回灌技术推广的关键问题。基于前人理论,研究了入渗介质与悬浮物粒径中值之比(D₅₀/d₅₀)对堵塞层空间分布的影响。以建立表面堵塞预测模型为目的,利用城市雨水回灌细粒石英砂介质开展室内实验,观测雨水回灌的表面堵塞过程并获取渗透性变化的观测数据。根据物理、化学与生物堵塞的产生条件及堵塞特点,判断雨水回灌产生的堵塞性质为物理堵塞。引入过滤模型描述堵塞的发展过程,确定了模型用于模拟细砂表面堵塞的参数值：孔隙堵塞系数（α）为0.15 m²/kg,阻力增长系数（f′R′）为20 000 m/kg。在不改变以上2个参数值的条件下,用该模型模拟不同悬浮物粒径悬浊水回灌细粒石英砂的堵塞过程,取得了较好的拟合效果。此过滤模型可以用于模拟入渗介质与悬浮物粒径D₅₀/d₅₀值小于5的表面堵塞的发展过程,可定量预测堵塞对回灌速率的影响。     

基于Origin的渗透系数衰减方程在地热水回灌中的应用

孔隙型热储层的回灌过程中,由于物理堵塞、生物化学堵塞、悬浮物堵塞和气体堵塞,热储层的渗透性下降,回灌能力变弱.为了定量查明渗透系数的衰减,以辽南地区某回灌试验为例,使用Origin软件计算出研究区渗透系数衰减方程,在此基础上计算了回灌井灌压-时间关系曲线和回扬周期.研究表明,利用Origin软件求取渗透系数衰减方程具有方便快捷、规范性好等优点,可在回灌试验数据处理中推广使用.     

超深层孔隙型热储地热尾水回灌堵塞机理

超深层孔隙型地下热水回灌难的问题已成为制约关中盆地地下热水可持续开发利用的瓶颈.本文以超深层孔隙型地热流体为载体,以热储原水-回灌尾水-热储介质-堵塞垢物之间水岩作用下矿物组分溶解沉淀规律为基础,以咸阳回灌1号井为例,应用室内堵塞实验模拟及水文地球化学模拟耦合方法,展开超深层孔隙型地热尾水回灌堵塞机理研究.结果表明:造成堵塞的主要因素有物理、化学、气体、微生物等,其中物理堵塞形式主要为颗粒运移和悬浮物堵塞,颗粒运移受回灌流速和储层物性影响明显,温度、压力是悬浮物堵塞的主控因素,而粘土膨胀影响甚微;化学堵塞程度随温度升高而加剧,主要化学沉淀为碳酸盐垢,且在回灌初期-中期达到沉淀量最大值;气体堵塞在回灌初期影响较大,之后随温度升高而减小;微生物堵塞的主要细菌类型为腐生菌,其堵塞程度与环境开放程度有关.     

地热回灌防腐过滤器及配套技术试验

利用专题立项开凿的地热生产井和地热回灌井,对第三纪孔隙型热储层进行了加压条件下的对井同层回灌试验。通过研发地热回灌防腐过滤器及配套技术,解决了先前在回灌过程中由各种物理、化学和生物因素引起的堵塞,导致回灌量减小、回灌井早期丧失回灌能力这一技术难题。     

孔隙结构和水动力对饱和多孔介质中颗粒迁移和沉积特性的耦合影响

为了研究孔隙结构和水动力对悬浮颗粒在饱和多孔介质中沉积和迁移特性的影响,对天然硅粉（悬浮颗粒）和荧光素钠（示踪剂）在饱和多孔介质中的渗流迁移特性进行土柱试验,分别得到了5种不同渗流速度（0.033、0.066、0.132、0.199、0.265 cm/s）、两种不同多孔介质（石英砂和玻璃球）的悬浮颗粒和示踪剂全组合下的20条穿透曲线。根据试验结果,研究孔隙结构、渗流速度对饱和多孔介质中颗粒迁移和沉积过程中水动力作用机制、弥散效应、加速效应的影响。研究表明,悬浮颗粒的穿透曲线可以用一阶沉积动力学对流弥散方程的解析解来描述。随着渗流速度的增大,水动力学作用对颗粒出流浓度的影响越来越大,而孔隙结构的影响则相对减弱。同时,存在一个临界渗流速度值。当渗流速度超出该值时,悬浮颗粒迁移要快于示踪剂,而且临界渗流速度对于玻璃球和石英砂两种多孔介质是不同的;其次,在两种介质中,随渗流速度增大,弥散度增加,回收率和回收悬浮颗粒粒径增大,沉积系数先增大后减小。此外,在孔隙比相近的情况下,悬浮颗粒在玻璃球介质中的回收率要大于其在石英砂中的。可见,孔隙结构和渗流速度是影响饱和多孔介质中颗粒输运的重要因素,渗流速度越大,孔隙结构的作用越明显。     

回灌井暂时性堵塞物的形成及其排除过程变化机制分析

以定期回扬方法及时排除回灌井中的暂时性堵塞物是整个回灌工作的重要环节,它对延长回灌井寿命提高回灌效益是至关重要的。回灌过程中井下形成的暂时性堵塞物,主要由三部分物质组成:回灌水本身固有的杂质;回灌水源转入地下后与地下水之间产生一系列物理、化学和生物化学反应所形成的物质;含水介质中的细颗粒成份。在回扬作用下这些暂时性堵塞物形成回扬水混浊度而被排除到井外,所以研究暂时性堵塞物的形成及其排除过程变化规律,要从研究回扬水混浊度变化机制入手,亦即通过回扬试验来实现。     

人工回灌物理堵塞特征试验及渗滤经验公式推导

人工回灌是提高水资源利用水平的重要工程措施,然而回灌过程中的堵塞问题会影响入渗效率和入渗工程的使用寿命。为了深入研究堵塞的机理,以控制堵塞问题,通过砂柱试验模拟了地下水人工回灌物理堵塞过程,通过测定含水率的变化分析了由堵塞引起的砂柱饱和-非饱和状态的转化。试验中出流速率经过了迅速增大到一峰值后快速减小,然后又缓慢变小的过程,即：仅经过72 h的回灌,砂柱的出流速率减小为2.18 m/d;72 h后砂样出流速率的减小明显放缓;192 h时,砂样出流速率为0.81 m/d,约为出流速率最大值的1/10。试验结果表明：回灌水悬浮物颗粒进入砂样空隙中引起渗透性减弱,和逐渐沉积在砂柱顶部形成的淤泥层是造成堵塞的直接原因,而淤泥层的形成是造成渗滤速率迅速下降的关键因素;淤泥层的弱透水性使砂样由上至下含水率发生了变化,导致了砂样导水率和水力梯度都降低,促使回灌渗滤速率迅速减小;回灌时间越长,淤泥层厚度越大,出流速率越小。由10组对比试验的结果,综合考虑引起雨洪渗滤系统堵塞的各种因素,建立了无砾石滤料雨洪水回灌过程计算渗滤速率变化的经验模型,拟合结果决定性系数为0.932。     

井周堵塞对承压含水层定流量回灌渗流场影响的半解析研究

为分析定流量条件下回灌堵塞对井周含水层渗流响应的影响,采用指数形式的渗透系数衰减方程反映堵塞作用下井周含水层渗透特性的时变效应,建立了考虑堵塞效应的定流量非完整回灌井流力学模型,采用变量代换、Laplace变换和有限余弦Fourier变换得到了井周含水层中水位抬升在Laplace空间的解,应用Stehfest数值逆变换方法获得了实时空间内的水头抬升和回灌压力。参数分析结果表明,较小的渐近渗透系数Kr,∞会增加回灌过程中水头抬升和回灌压力,并加剧含水层达到拟稳态时的渗流响应;较大的渗透系数衰减指数λ仅增加回灌过程中水头抬升和回灌压力,但不影响含水层达到拟稳态时的渗流响应;因Kr,∞和λ不同而引起的水头差在井筒处达到最大值并沿径向距离逐渐减小。研究结果可以为定流量回灌中井周含水层堵塞的识别与预测提供理论依据。     

瑞利波在非均匀饱和地基中的传播特性

考虑地基横观各向同性和非均匀性，建立孔隙率、密度、剪切模量及渗透系数同时随深度变化的非均匀饱和地基模型，模型中考虑参数间的耦连影响，并引入非均匀因子表征地基的不均匀程度。基于Biot多孔介质理论建立以土骨架位移和孔隙水压力为基本未知量的控制方程，采用微分算子法对控制方程进行解耦求解，推导出非均匀饱和地基中瑞利波的频散方程。将推导结果分别退化到均匀饱和地基和单一弹性地基，验证了结果的正确性。通过数值算例，对非均匀饱和地基中瑞利波的传播速度、衰减系数及位移分布进行分析。结果表明：在低频区，饱和地基的非均匀性对瑞利波传播速度、衰减和位移都有显著影响，质点运动轨迹也由此发生变化；随着频率的升高，这种影响逐渐减小，当频率趋于无穷大时，瑞利波速度收敛于弹性地基中的波速；地基非均匀性增大了瑞利波的传播阻抗性，瑞利波位移加速衰减，传播深度小于均匀饱和地基。随着非均匀性增大，质点竖向位移的衰减快于水平位移，这种差异造成质点椭圆运动轨迹的扁率减小。此外，地基中非均匀土层厚度越小，则地基非均匀程度越高，对瑞利波的传播影响越大。     

孔隙率、级配参数对粉土双轴压缩性状影响的颗粒流分析

针对颗粒流法中颗粒几何参数等对土体宏观力学性质的影响进行了数值模拟,并将数值模拟结果与室内模型试验验证进行了对比。对二维、三维下土体级配及孔隙率进行了理论分析,并提出二维数值试样颗粒数目及孔隙率转换公式。采用PFC2D软件进行了6组参数验证及24组交叉对比（含4组级配、3组孔隙率及2类接触模型）双轴压缩试验。结果表明：孔隙率对土体力学性质的影响大于级配;随着孔隙率增加,土体强度峰值逐渐降低,对应轴向应变增大,体应变则由剪胀性逐渐向剪缩性过渡。当孔隙率较低时,采用线性及Hertz-Mindlin (H-M)接触模型得到的模拟结果均较接近;而当孔隙率升高时,建议采用H-M接触模型,以更好地反映土体到达强度峰值后产生的后续剪胀效应。     

Apollo16登月区Hapke模型参数反演及模型敏感性分析

月表光度行为描述了月表物质反射的太阳光随入射、出射和太阳相角的变化,其反射率的不同取决于月壤颗粒大小、粒子形状、透明度、孔隙度、表面粗糙度等因素。为了分析月表光度行为,了解区域反射率差异原因,本文以Apollo16登月区为例,使用M³（moon mineralogy mapper）数据反演Hapke模型物理参数,并分析了Hapke模型光度参数对二向性反射率的影响程度。反演结果显示,本文研究区域光度参数b、h_S变化很小,光度参数w有一定的变化;表明本文研究区域反射率不同主要是w的差异造成的。研究区域月壤中各类矿物颗粒的前向散射占主导地位,月壤结构和粒径总体相近,但在孔隙度、风化层填充物状态及表面粗糙度等因素中至少有一种因素存在差异。     

Electron Probe Microanalysis of Environmental Samples: Preparation of Reference Materials, Correction for Particle Size Effects and Representative Results on Sediments Recovered from Snow, Power Station Fly Ash and Bone Samples

In this paper we report the results of electron probe X-ray microanalysis (EPMA) that was used to study environmental materials. The mode of preparation and certification of reference samples based on a basaltic glass matrix for environmental applications of EPMA is described. These samples were prepared containing scandium, strontium and barium (from 0.03 up to 7% m/m) and an evaluation was made of homogeneity, their stability to local heating, followed by analysis by independent methods for certification of composition. Matrix correction procedures for the EPMA technique have been developed for particles having a size commensurable with the volume of X-ray generation. An analytical equation for the size factor is proposed and two techniques for selecting optimum conditions for the analysis of environmental samples by EPMA are reported. These procedures provided satisfactory results when utilized in analysing sediments recovered from snow, coal fly ash and the bones of animals and fish, results from which can be used as indicators for evaluating the pollution level of the lower atmosphere, surface and ground water, as well as revealing pollution mechanisms.     

CCL吸附特性及孔隙率降低对污染物运移的影响

假定孔隙均匀地分布于土体的物质空间内和土骨架对污染物的吸附特性服从平衡线性,对基本体积质量关系进行分析,提出了由于土体对污染物的吸附而引起的孔隙率降低的估算公式。在考虑土体孔隙率变化的条件下,建立了污染物一维运移的控制方程,并考虑垃圾生物降解效应、压实黏土衬里（CCL）防渗层、下覆有限厚度含水层等实际情况,确定了初始条件和边界条件。对所建立的初边值问题进行了数值求解,且对某假想填埋场情况进行了变动参数与对比计算,结果表明,由于土颗粒对污染物的吸附所引起的孔隙率降低,显著地降低了污染物对压实黏土衬里的穿透能力。与常孔隙率情况相比,CCL中污染物的峰值浓度降低近10 %,含水层中污染物浓度降低更显著。当考虑土体孔隙率变化时,弥散对污染物运移具有控制作用,分布系数对污染物的运移具有重要影响。     

同时实现地质雷达数据地形校正和偏移成像的方法

起伏地形使地质雷达图像变得复杂、地层界面的反射同相轴畸变、绕射同相轴严重偏离双曲线形状.提出了用麦克斯韦方程逆时偏移的方法同时实现地形校正和偏移成像以消除地形的影响.该方法将等偏移距逆时记录作为在接收点位置处的电流源,用时间域有限差分法求介质中的波场,输入波场退为零时刻时的空间电场分布即为地形校正和偏移成像结果.由于地形校正也是基于波动方程实现的,因此它比基于射线理论的常规静校正方法精确.通过比较该方法与常规静校正加逆时偏移之效果可知,该方法能更准确地对起伏地形下方的金属管线等绕射体成像.     

判定地下水二维水动力弥散参数的直线图解法

弥散参数的求得，是正确认识地下水污染运移及对其控制的前提。本文根据极值理论和非线性方程线性化手段，导出了浓度和时间变化的线性关系，得出了确定弥散参数的直线图解法。它可以弥补其它方法的不足。借用实际弥散试验资料对其进行了检验，表明所建数学模型与实际模型之间吻合良好，即所求得的参数结果可信。     

Single-element Anomaly Mapping from Stream Sediment Geochemical Landscapes Aided by Digital Terrain Analysis

The identification of anomalies within stream sediment geochemical data is one of the fastest developing areas in mineral exploration. The various means used to achieve this objective make use of either continuous or discrete field models of stream sediment geochemical data. To map anomalies in a discrete field model of such data, two corrections are required: background correction and downstream dilution correction. Topography and geomorphology are important factors in variations of element con...     

不同粒径级砂土渗透特性试验研究

渗透性是砂土的重要工程性质之一,影响砂土渗透性的因素有很多,比如土体密实程度、土颗粒自身特性、流体性质等,其中孔隙率与颗粒粒径是两个重要影响因素。而以往基于混合粒径的天然砂土的研究很难分别对这两个因素进行独立的研究。基于此,首先开展了单一粒径级砂土的常水头渗透试验,分别研究了同一粒径级砂土渗透系数随孔隙率的变化和同一孔隙率下不同粒径级砂土渗透系数随均值粒径的变化规律。试验结果显示,渗透系数随着孔隙率的增加而线性增加、随均值粒径二次方的增加而线性增加,其中均值粒径的影响较大,其变化能导致渗透系数量级上的差异。在此基础上,开展了多粒径混合砂土的渗透试验,讨论了曲率系数、不均匀系数等级配参数对渗透性的影响,从而将单一粒径级的研究成果推广到天然砂土,最终拟合出渗透系数与相关影响因素的经验公式,以便工程实践参考使用。