多孔介質(zhì)水敏感性的機理與應(yīng)用研究.pdf

1、在前人研究的基礎(chǔ)上，通過砂柱的水平滲流和鹽度沖擊試驗，首先對影響多孔介質(zhì)水敏感性的水化學(xué)(鹽濃度及其變化率、pH值、陽離子類型)和水動力(滲透流量、水流速度)因素進行了深入的研究。其次，研究了多孔介質(zhì)中不同粘土礦物(高嶺土、伊利石和蒙脫石)自身的水敏感性特征及其含量對多孔介質(zhì)水敏感性的影響，為建立低滲透帷幕或地下防滲墻提供了理論依據(jù)。最后，通過水敏感性過程中的顆粒釋放及其遷移特征，對利用該現(xiàn)象去除多孔介質(zhì)中的重金屬污染物和有機污染物進行

2、了創(chuàng)新性的試驗研究。 鹽濃度試驗表明，只有當(dāng)沖擊溶液的鹽濃度以一定的梯度降到某一臨界值(稱為臨界鹽濃度)以下時，方能引起多孔介質(zhì)中的顆粒釋放，導(dǎo)致滲透性發(fā)生變化，即水敏感性發(fā)生。在pH值影響試驗中發(fā)現(xiàn)，在強酸性條件下(pH=2.04)，顆粒釋放累積量少；而強堿性條件下(pH=12.00)，顆粒釋放累積量最多：中性條件下(pH=6.88)，顆粒釋放累積量居中，即相同水動力條件下，高pH值時的顆粒釋放傾向遠遠大于低pH值時的情況；

3、臨界流量試驗結(jié)果表明，流體流動速率越大，水動力在顆粒之間產(chǎn)生的剪切力也越大，微細顆粒就越容易與骨架顆粒分離并發(fā)生運移，試驗確定的臨界進水流量為21 ml/min。 為了研究不同陽離子的水敏感性特征，本試驗分別以NaCl、LiCl，KCl，NH4Cl，MgCl2，CaCl2為例，測定含陽離子Na+，Li+，K+，NH4+，Mg2+，Ca2+的鹽溶液的臨界鹽濃度。試驗結(jié)果表明，NaCl、LiCl，KCl，NH4Cl的臨界鹽濃度分別

4、為0.06m01/L±0.005mol/L、0.05±0.005mol/L，0.05±0.005mol/L，0.01±0.005mol/L，而MgCl2引起顆粒釋放量非常微小，且沒有規(guī)律，不存在臨界鹽濃度，CaCl2溶液不但不能引起顆粒釋放，而且對該現(xiàn)象有明顯的抑制作用。 多孔介質(zhì)中的粘土礦物是影響其水敏感性的主要物質(zhì)。而對于粘土礦物來說，不同種類和含量引起的水敏感性程度也不同。水敏性過程中，含有高嶺土，伊利土和蒙脫土的砂柱的

5、滲透率都隨著其含量的增大而呈降低趨勢，但降低的速度和程度差別極大，其中，當(dāng)高嶺土含量從1％增加到7％時，滲透系數(shù)下降了略大于一個數(shù)量級。而用淡水進行沖擊伊利土-砂樣體系和高嶺土-砂樣體系時，滲透系數(shù)并沒有發(fā)生較明顯的下降。當(dāng)用蒸餾水驅(qū)替砂柱中的咸水時，蒙脫石-砂樣混合體系的滲透系數(shù)急劇下降，且變化幅度隨著蒙脫石含量的升高而升高。砂柱中蒙脫石礦物含量為3％～4％時，其滲透系數(shù)下降到0cm/s。蒙脫石含量為3％的砂柱在淡水驅(qū)替高濃度鹽溶液的

6、過程中，推測其滲透系數(shù)的變化值相當(dāng)于含伊利土85和含高嶺土10％的砂柱滲透系數(shù)的變化效果。為研究水敏感性對地下水中重金屬和有機污染物的遷移特征的影響，試驗分別以二價汞離子(Hg2+)和苯酚為代表，研究水力條件和水敏感性發(fā)生過程中釋放的顆粒對二者遷移特征的影響。試驗結(jié)果表明：單純的水力沖擊分別能夠去除砂柱中二價汞和苯酚總量的31.68％和55.71％，還有大部分的污染物仍滯留砂柱中；而在相同的水力作用下，水敏感性過程又可以分別去除二價汞和