土壤作為一種多孔介質(zhì),是連接大氣層與地下水的橋梁,人類賴以生存的基礎(chǔ)。人類的工業(yè)活動(dòng)造成了嚴(yán)重的土壤污染,因此土壤的治理、修復(fù)成為當(dāng)下熱門的研究問題。之前,人們主要從土壤宏觀物理特性角度研究污染物在土壤中的遷移規(guī)律,土壤微觀結(jié)構(gòu)對(duì)于污染物遷移的影響研究較少。隨著分形理論的提出,計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別技術(shù)的進(jìn)步,對(duì)于土體微觀結(jié)構(gòu)的定量化描述成為可能,建立土壤微結(jié)構(gòu)與污染物遷移的統(tǒng)計(jì)模型成為當(dāng)下熱點(diǎn)。本文依托四川省教育廳重點(diǎn)課題“基于土體孔隙分形的水動(dòng)力彌散特征研究”,基于國(guó)內(nèi)外分形理論在土體學(xué)中的應(yīng)用和土體溶質(zhì)運(yùn)移理論研究現(xiàn)狀,制定了飽和土柱溶質(zhì)運(yùn)移實(shí)驗(yàn)方案;利用60目、80目、100目三種不同級(jí)配的石英砂人工配置了A、B、C、D、E、F六種不同的土體微結(jié)構(gòu)。運(yùn)用室內(nèi)土柱實(shí)驗(yàn),以飽和土柱中NaCl遷移為研究主線,結(jié)合滲透系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn),研究了土體滲流特性對(duì)于溶質(zhì)運(yùn)移的影響。根據(jù)土體電鏡掃描實(shí)驗(yàn),激光粒度實(shí)驗(yàn)獲得的土體孔隙大小分形維數(shù)、顆粒體積分形維數(shù)研究了土體微結(jié)構(gòu)與土體滲流特性的關(guān)系�；谕馏w微結(jié)構(gòu)與土體滲流特性的統(tǒng)計(jì)模型,結(jié)合水動(dòng)力彌散系數(shù)的數(shù)據(jù),得出了土體孔隙分形維數(shù)、顆粒體積分形維數(shù)與水動(dòng)力彌散系數(shù)的統(tǒng)計(jì)模型,探討了土體微結(jié)構(gòu)特征對(duì)于溶質(zhì)運(yùn)移的影響,結(jié)論如下:1、分析土柱實(shí)驗(yàn)得到的滲透系數(shù)K,滲流速度V,水動(dòng)力彌散系數(shù)D數(shù)據(jù),建立了K與V,V與D的統(tǒng)計(jì)模型;綜合以上兩個(gè)模型推導(dǎo)分析得到:滲透系數(shù)K與滲流速度V、水動(dòng)力彌散系數(shù)D呈線性正相關(guān);土體滲流特性越好,土體中的溶質(zhì)運(yùn)移越快;根據(jù)激光粒徑分析儀得到顆粒體積分形維數(shù)D_v的數(shù)據(jù),建立顆粒體積分形維數(shù)與滲透系數(shù)的統(tǒng)計(jì)模型,此模型揭示了顆粒粒徑的粗細(xì)程度與土體滲流特性規(guī)律為:顆粒粒徑越細(xì),導(dǎo)致土體孔隙之間的孔隙越小,致使水體在土體中的滲流減慢。2、根據(jù)顆粒體積分形維數(shù)D_v與滲透系數(shù)K,滲透系數(shù)K與滲流速度V,滲流速度V與水動(dòng)力彌散系數(shù)D的統(tǒng)計(jì)模型推導(dǎo)得出D_v與D的模型。模型表明D_v與D呈線性正相關(guān)。結(jié)合之前的D_v與K的統(tǒng)計(jì)模型,分析得到:土體顆粒粒徑越細(xì),土體滲流特性越差,溶質(zhì)在土體中運(yùn)移的水動(dòng)力彌散系數(shù)越低。3、利用PCAS軟件分析得到孔隙分形維數(shù)D_f數(shù)據(jù),建立了K與D_f的統(tǒng)計(jì)模型,模型反映了土體滲流特性受一定范圍內(nèi)孔隙大小分布的影響,大于這一范圍的孔隙大小與土體滲流特性關(guān)聯(lián)度不高。4、結(jié)合D_f與K,V與K、D的統(tǒng)計(jì)模型,推導(dǎo)得出D_f與D的模型。結(jié)合孔隙分形維數(shù)與水動(dòng)力彌散系數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),此模型揭示了:孔隙直徑減小,土體中孔隙通道變窄,使得滲透系數(shù)逐漸減小,溶質(zhì)運(yùn)移速度減慢,水動(dòng)力彌散系數(shù)減小。5、通過分析實(shí)驗(yàn)中六種不同結(jié)構(gòu)土體的土體顆粒體積分形維數(shù)D_v與孔隙分形維數(shù)D_f的關(guān)系,研究得到:顆粒粒徑減小,導(dǎo)致土體中的孔隙管道減小。表明同一土體滲流特性的和溶質(zhì)運(yùn)移的根本決定因素為顆粒粒徑大小的分布特征。
【學(xué)位單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S152
【部分圖文】：

技術(shù)路線圖

圖 2-1 溶質(zhì)運(yùn)移實(shí)驗(yàn)裝置土柱溶質(zhì)運(yùn)移實(shí)驗(yàn)步驟運(yùn)移實(shí)驗(yàn)步驟如下：備土樣時(shí)，首先在土柱底部鋪 2cm 厚的濾石；采用每層厚度為 5cm；據(jù)土體容重計(jì)算每層土體所需裝填的數(shù)量，然后將實(shí)度達(dá)到每層裝填厚度。如此反復(fù)次制備出實(shí)驗(yàn)要求的土柱頂端覆蓋上 3cm厚的濾石。后對(duì)土柱從上到下用自來水進(jìn)行飽和直至土樣里的空飽和完畢用超純水對(duì)土柱內(nèi)的土樣進(jìn)行淋洗直至土樣最后將事先制備好的濃度為 0.2g/L 的 NaCl 溶液通過進(jìn)行溶質(zhì)運(yùn)移實(shí)驗(yàn)，并定時(shí)在土柱底端的出水口取中的電導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)量，并記錄在電腦中，直到 NaCl

圖 2-2 激光粒度儀采用馬爾文激光粒度儀進(jìn)行土樣顆粒分析，實(shí)驗(yàn)步驟如下：1、將激光粒度儀連接至計(jì)算機(jī)上，打開軟件，在“首頁(yè)”菜單中選擇“手動(dòng)測(cè)量”，進(jìn)入測(cè)試窗口。在彈出的手動(dòng)測(cè)量設(shè)置窗口中，按順序添加樣品的信息（樣品名稱、光學(xué)參數(shù)、測(cè)量次數(shù)等）；2、當(dāng)設(shè)置完成后，按“確定”鍵，進(jìn)入測(cè)試窗口，再攪拌器內(nèi)加入清水（事先清洗 5 次以上，確定無(wú)其他固體顆粒）點(diǎn)擊“開始”，儀器先初始化，再自動(dòng)對(duì)光；3、按“開始”鍵進(jìn)入背景測(cè)量；4、背景測(cè)試完成后，儀器會(huì)提示加入樣品。此時(shí)，將樣品加入攪拌器中，直到遮光度達(dá)到范圍之后，按“開始”鍵進(jìn)行測(cè)試。在測(cè)試過程中儀器會(huì)自動(dòng)顯示每步操作的過程；5、測(cè)試完成之后，頁(yè)面會(huì)顯示 2 次測(cè)試的趨勢(shì)圖和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)值，如果誤差較大，可以按“開始”鍵重復(fù)測(cè)量；6、測(cè)試完成后再次清潔系統(tǒng)，避免污染；

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2833275