岩体裂隙网络矿物溶解-沉淀-迁移数值模拟

为了研究岩体裂隙网络中矿物溶解-沉淀的变化规律及其对溶质运移的影响,联合矿物溶解-沉淀动力学模型、渗流模型和溶质运移模型建立了岩体裂隙网络矿物溶解-沉淀-迁移模型,经过水溶液络合物计算和矿物成分分析,对研究区域方解石溶解-沉淀作用及溶质运移进行了数值模拟。得出的结论主要有:(1)受裂隙网络分布的影响,溶质运移分布极不均匀,溶质主要通过连通的裂隙从上游向下游迁移;(2)考虑方解石的溶解-沉淀作用之后,在溶解区域溶质浓度增加,在沉淀区域溶质浓度减少;(3)通过对比分析,可知方解石溶解-沉淀受水溶液中CO23-浓度影响较大。     

某核废物处置预选区中核素迁移模拟研究

核素在裂隙介质中的迁移问题是核废物深地质处置中极为关注的问题。为了解裂隙介质中核素的迁移规律,建立了基于双重介质理论的描述核素在裂隙域和基质域中迁移的基本微分方程,利用拉普拉斯变换推导出其解析解;在对西北某核废物处置场预选区地水文地质条件分析的基础上,获取相关参数,利用一维多途径核素迁移模型,选取国内在花岗岩中研究较多的核素Cs-134、Co-57、Tc-99,模拟这几种核素的相对浓度随模拟时间、迁移距离的变化规律。模拟结果表明：在其他条件都相同的情况下,Cs-134的迁移是最快的,而Tc-99迁移是最慢的。     

采用复合单元法模拟裂隙多孔介质变饱和流动

采用复合单元法建立了模拟裂隙多孔介质变饱和流动的数值模型。该模型具有以下特点：裂隙不需要离散成特定单元，而是根据几何位置插入到孔隙基质单元中形成复合单元；在复合单元中，分别建立裂隙流和孔隙基质流的计算方程，二者通过裂隙?基质界面产生联系并整合成复合单元方程；复合单元方程具有和常规有限单元方程相同的格式，因此，可以使用常规有限单元方程的求解技术。采用欠松弛迭代、集中质量矩阵以及自适应时步调节等技术，开发了裂隙多孔介质变饱和流动计算程序。通过模拟一维干土入渗和复杂裂隙含水层内的流动问题，验证了该模型的合理性和适用性。模拟结果为进一步认识非饱和裂隙含水层地下水流动特性提供了理论依据。     

双重介质中的一类核素迁移数学模型及其反演

探讨了孔隙与单裂隙双重介质中的一类核素迁移数学模型及其反演问题。该核素迁移模型是一个耦合的抛物型方程组定解问题。若已知排污点的核素浓度变化规律,利用Laplace变换及其逆变换方法,求得了核素迁移模型正问题的解析解;反之,由下游裂隙中某个点的实测核素浓度,利用偏微分方程的叠加原理和反问题的拟解法,反求出核素迁移模型反问题的解,即排污点的核素状态。最后,给出核素迁移模型的正问题和反问题的数值模拟。数值结果表明,正问题的解析解能够刻画核素的迁移规律,也显示出所提反问题方法能有效地反演核素污染源。     

热-水-应力-迁移耦合条件下双重孔隙-裂隙介质的抗剪强度及有限元分析

考虑裂隙的连通率、间距、孔隙基质和裂隙材料在表征单元（REV）中的体积分数,并假定双重孔隙-裂隙介质的等效内摩擦角保持常数,而等效黏聚力是固有黏聚力、等效塑性应变、基质吸力、溶质浓度及温度的函数,提出了一种在热-水-应力-迁移耦合条件下确定表征单元内任一平面上等效的黏聚力及内摩擦角的方法。针对一个假定的位于非饱和双重孔隙-裂隙岩体中的高放废物地质处置模型进行了数值模拟及分析。结果表明,基质吸力对于等效黏聚力的增强作用大于等效塑性应变和溶质浓度的减弱作用,使得等效黏聚力得到了提高,故减少了围岩中的塑性区;由此岩体应力、孔（裂）隙水压力及流速、孔（裂）隙溶质浓度的分布及量值也发生相应的改变。     

基于离散裂隙网络模型的核素粒子迁移数值模拟研究

高放废物地质处置过程中涉及的核素在围岩裂隙地下水中的迁移问题已引起广泛关注,数值模拟是研究核素粒子运移的重要方法。目前裂隙介质中渗流模型主要是等效连续介质模型、双重介质模型和离散裂隙网络模型。对于岩体尺度裂隙地下水的流动,离散裂隙网络模型能充分表现裂隙介质的各向异性、不连续性等特征。因此,针对裂隙介质准确概化及核素迁移模拟等难点,文章结合Monte Carlo随机生成裂隙方法、裂隙渗流有限元算法和高放射性核素衰变方程等方法,依据花岗岩深钻孔裂隙统计数据,采用离散裂隙网络模型对内蒙古阿拉善高放废物地质处置预选区展开了核素粒子迁移数值模拟研究,并讨论了实例预测分析结果。结果显示:针对设定的地质模型,核素粒子从中心运移到边界的迁移路径长度平均为1293.35 m,粒子运移到边界耗费的时间平均为1.70E+11 d。     

深部CO2泄漏对浅层地下水水质影响研究进展

由于盖层中存在的未知断层、裂隙或被废弃井穿透等原因,深部储存的CO₂可能会发生渗漏,并向上迁移进入浅部含水层,改变地下水中酸度和溶解组分的浓度分布。国外开展CO₂泄漏对浅层地下水水质影响相关研究尚处于起步阶段,且室内实验、野外试验和数值模拟等研究结果表明,CO₂泄漏对浅层地下水中pH和微量重金属组分浓度影响显著,虽浓度大多未超饮用水标准,但由于含水介质之间矿物组成的差异较大,有必要针对具体场地的地下水水质和矿物组分特征进行调查,研究CO₂侵入对地下水水质的影响,在总结已经达成共识和存在的问题基础上提出下一步研究趋势。     

平面单裂隙介质中核素的迁移模型

本文提出核素在平面单裂隙中的迁移模型 ,用于模拟放射性核素在裂隙介质中的迁移问题 ,并以实例说明该模型的可靠性     

基于COMSOL Multiphysics的非饱和裂隙土降雨入渗特性研究

基于COMSOL Multiphysics软件对非饱和裂隙土降雨入渗特性进行数值模拟研究。通过将裂隙和基质分别离散成有限单元,建立了能充分模拟土中裂隙流、基质流以及裂隙-基质流量交换的离散裂隙-孔隙介质模型。结合"空气单元"的概念,对裂隙土的上边界进行模拟。该方法不仅能描述降雨初期雨水沿裂隙优先入渗的现象,还能描述当降雨量大于裂隙土入渗量时雨水沿地表流走的现象。通过对地表以下2 m深度内低渗含裂隙土体进行模拟,分析了裂隙的几何特征、基质的水力特性、前期水分条件以及降雨强度对非饱和裂隙土降雨入渗过程的影响。结果表明,在非饱和裂隙土中,存在两个主要的渗流过程:一是水沿裂隙优先流动;二是水不断从裂隙吸入基质中,基质吸收水的作用抑制了裂隙中优势流的发展。与裂隙的几何特征相比,基质的水力特性对非饱和裂隙土渗流的影响较大。增大基质的饱和渗透系数可能使由裂隙流主导的渗流过程转变为由基质流主导的渗流过程,而基质的非饱和特性与裂隙土的初始含水率改变了土体的储水能力,从而加速或延缓了降雨入渗至某一深度的时间。降雨强度对土体入渗速率和入渗量均有影响,当超过裂隙土的入渗能力时,多余积水沿地表流走,断面入渗率随...     

基于电阻率法的充填裂隙-基质中盐热运移试验研究

为探究盐、热示踪剂在裂隙-基质中示踪的有效性,设计了充填裂隙-基质试验模型,开展了不同示踪剂下的试验,结合不同测点的实时动态电阻率监测数据,研究充填裂隙-基质中示踪剂运移过程,并讨论基于电阻率法的盐、热示踪的有效性结果表明：（1）电阻率法可以揭示3种不同示踪剂注入充填裂隙-基质系统的过程以及裂隙-基质系统中裂隙的存在;（2）盐热示踪剂下裂隙与基质内的体积电导率变化率差异最为显著;（3）质量浓度与体积电导率拟合效果要优于温度与体积电导率拟合效果。这说明了基于电阻率法的示踪剂对刻画裂隙-基质中裂隙与基质位置的有效性,且盐热联合示踪剂效果最好。数据成果对野外电法勘探裂隙位置及其他非均质地层构造研究具有一定的参考价值。