本文關(guān)鍵詞：可壓縮介質(zhì)中污染物遷移規(guī)律研究

  更多相關(guān)文章： 污染物 大變形固結(jié) 層狀介質(zhì) 耦合作用 有限差分法 生物降解作用

【摘要】：城市簡易垃圾填埋場一般以較厚的、高含水量、大孔隙比的天然粘土作為主要的防滲層。在上覆荷載及覆蓋層的作用下,粘土防滲層會發(fā)生比較大的固結(jié)變形。工程實際表明:建立在小變形假定基礎(chǔ)上的固結(jié)理論不能準確地預(yù)測土體的固結(jié)過程,進而不能準確地預(yù)測污染物在大變形土體中的遷移和轉(zhuǎn)化規(guī)律。因此,當研究污染物在粘土防滲層中的遷移和轉(zhuǎn)化規(guī)律時,有必要考慮土體的固結(jié)變形。本文針對污染物在大變形土體中遷移和轉(zhuǎn)化的情形,進行了系統(tǒng)地研究,取得的研究成果如下:1、基于Gibson一維大變形固結(jié)理論,推導了均質(zhì)土體中考慮土體自重的一維大變形固結(jié)微分方程;在多層地基大變形固結(jié)理論的基礎(chǔ)上,建立了層狀土體中考慮土體自重的一維大變形固結(jié)微分方程。采用簡化的Crank-Nicholson型差分格式對所建的控制方程進行了數(shù)值求解。2、基于Gibson一維大變形固結(jié)理論與飽和多孔介質(zhì)中污染物對流-擴散方程,建立了二者耦合的、大變形土體中污染物一維與二維遷移和轉(zhuǎn)化模型,模型中綜合考慮了土體自重應(yīng)力、土顆粒的吸附作用和生物降解作用;在多層地基一維大變形固結(jié)理論與飽和多孔介質(zhì)中污染物遷移理論的基礎(chǔ)上,建立了二者耦合的、層狀大變形土體中污染物一維與二維遷移和轉(zhuǎn)化模型,這些模型最顯著的特點是:考慮了土體固結(jié)變形和不同吸附模式對污染物遷移和轉(zhuǎn)化規(guī)律的影響。采用簡化的Crank-Nicholson型隱式差分格式和交替方向隱式差分格式即ADI格式,對上述所建模型進行了數(shù)值求解。3、分析了非線性吸附條件下大變形土體中污染物一維遷移和轉(zhuǎn)化規(guī)律,結(jié)果表明:土體厚度、擴散系數(shù)和生物降解作用對污染物的遷移和轉(zhuǎn)化具有重要的影響。其次,當污染物的濃度較大時,采用等溫非線性吸附模式會得到比較安全的結(jié)果。4、研究了考慮層狀土體大變形固結(jié)的污染物一維遷移和轉(zhuǎn)化模型,分析了不同吸附模式條件下,污染物在土體中的遷移和轉(zhuǎn)化規(guī)律,系統(tǒng)地討論了相關(guān)參數(shù)的靈敏性和主要項的作用。研究結(jié)果表明:在相同條件下,不同工況的剖面濃度分布差異很大,污染物的濃度分布在土體交界面處會形成突變,但土體層序的顛倒對污染物穿透土體的時間幾乎沒有影響;其次,在污染物遷移的初始時間內(nèi),生物降解作用對土體中污染物的濃度幾乎沒有任何影響。但是隨著時間的推移,生物降解作用就能有效地降低土體中污染物的濃度。并且土體中污染物的濃度與降解系數(shù)呈負相關(guān)關(guān)系。降解作用越強,污染物達到穩(wěn)定狀態(tài)所需要的時間越短。這對評價粘土防滲層對污染物的長期阻隔效應(yīng)具有重要的意義。5、在大變形土體中污染物二維遷移和轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究中,考慮了土體顆粒對污染物的等溫線性吸附作用。采用交替方向隱式差分格式即ADI格式,對所建的控制方程進行了數(shù)值求解。分析了土層厚度、橫向擴散系數(shù)、豎向擴散系數(shù)以及生物降解作用對污染物遷移和轉(zhuǎn)化規(guī)律的影響。結(jié)果表明:擴散系數(shù)能顯著地影響污染物在土體中的遷移,擴散項在污染物的遷移和轉(zhuǎn)化過程中發(fā)揮著主要的作用。本文的研究結(jié)果表明:大變形土體的幾何非線性對粘土防滲層中污染物遷移和轉(zhuǎn)化的時間具有重要影響,在研究粘土防滲層對污染物的阻隔作用時,土體的大變形固結(jié)作用不可忽略。通過數(shù)值模擬可以發(fā)現(xiàn),以上結(jié)論對垃圾填埋場襯墊系統(tǒng)的初步設(shè)計提供了參考。
【關(guān)鍵詞】：污染物 大變形固結(jié) 層狀介質(zhì) 耦合作用 有限差分法 生物降解作用
【學位授予單位】：溫州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X705;O241.82
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 緒論13-25
• 1.1 選題依據(jù)及研究意義13-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-22
• 1.2.1 土體固結(jié)理論的研究進展14-17
• 1.2.2 污染物遷移理論的研究進展17-20
• 1.2.3 土體固結(jié)變形與污染物遷移計算分析的數(shù)值方法20-22
• 1.3 本文的主要研究工作及創(chuàng)新點22-25
• 1.3.1 本文的主要研究工作22-23
• 1.3.2 技術(shù)路線23
• 1.3.3 創(chuàng)新點23-25
• 第二章 土層中污染物的遷移機理25-33
• 2.1 對流遷移25-26
• 2.2 機械彌散26-27
• 2.3 分子擴散27-29
• 2.4 吸附與解吸作用29-31
• 2.5 污染物的生物降解作用31
• 2.6 本章小結(jié)31-33
• 第三章 現(xiàn)有污染物遷移理論33-43
• 3.1 不考慮介質(zhì)變形時污染物遷移和轉(zhuǎn)化模型33-34
• 3.1.1 模型建立的基本假設(shè)33
• 3.1.2 建立模型的基本方程33-34
• 3.2 基于Biot小變形固結(jié)理論的污染物遷移模型34-37
• 3.2.1 模型建立的基本假設(shè)34-35
• 3.2.2 建立模型的基本方程35-37
• 3.3 Smith小變形污染物遷移模型37-38
• 3.3.1 模型建立的基本假設(shè)37
• 3.3.2 建立模型的基本方程37-38
• 3.4 Smith大變形污染物遷移模型38-40
• 3.4.1 模型建立的基本假設(shè)39
• 3.4.2 建立模型的基本方程39-40
• 3.5 本章小結(jié)40-43
• 第四章 物質(zhì)坐標系下一維大變形固結(jié)方程的建立及數(shù)值求解43-57
• 4.1 一維大變形固結(jié)方程的建立43-48
• 4.1.1 模型建立的基本假定43
• 4.1.2 建立模型的基本方程43-46
• 4.1.3 土體的非線性本構(gòu)關(guān)系46-48
• 4.1.4 固結(jié)方程的求解條件48
• 4.2 層狀土體大變形固結(jié)方程的建立48-50
• 4.2.1 模型建立的基本假定48
• 4.2.2 建立模型的基本方程48-49
• 4.2.3 土體的非線性本構(gòu)關(guān)系49
• 4.2.4 固結(jié)方程的求解條件49-50
• 4.3 大變形固結(jié)微分方程的求解50-56
• 4.3.1 控制方程的無量綱化50-52
• 4.3.2 控制方程的差分格式52-56
• 4.4 本章小結(jié)56-57
• 第五章 大變形土體中污染物遷移和轉(zhuǎn)化模型的建立及數(shù)值求解57-79
• 5.1 大變形土體中二維污染物遷移和轉(zhuǎn)化方程的建立57-65
• 5.1.1 模型建立的基本假定57
• 5.1.2 建立模型的基本方程57-64
• 5.1.3 污染物一維遷移和轉(zhuǎn)化方程的求解條件64
• 5.1.4 污染物二維遷移和轉(zhuǎn)化方程的求解條件64-65
• 5.2 污染物在層狀大變形土體中遷移和轉(zhuǎn)化方程65-68
• 5.2.1 模型建立的基本假定65-66
• 5.2.2 建立模型的基本方程66-68
• 5.2.3 污染物一維遷移和轉(zhuǎn)化方程的求解條件68
• 5.3 污染物遷移和轉(zhuǎn)化方程的求解68-78
• 5.3.1 控制方程的無量綱化68-70
• 5.3.2 控制方程的差分格式70-78
• 5.4 本章小結(jié)78-79
• 第六章 非線性吸附條件下大變形土體中污染物一維遷移和轉(zhuǎn)化模型的數(shù)值分析79-97
• 6.1 一維大應(yīng)變固結(jié)方程79
• 6.2 均質(zhì)土體中污染物一維遷移和轉(zhuǎn)化方程79-82
• 6.3 模型參數(shù)82
• 6.4 不同模型之間的計算結(jié)果及對比分析82-88
• 6.5 模型中主要參數(shù)的影響88-95
• 6.6 本章小結(jié)95-97
• 第七章 考慮層狀土體大變形固結(jié)的污染物一維遷移和轉(zhuǎn)化模型97-113
• 7.1 層狀土體一維大應(yīng)變固結(jié)方程97-98
• 7.2 層狀土體中污染物一維遷移和轉(zhuǎn)化方程98-100
• 7.3 模型參數(shù)100-101
• 7.4 不同模型之間的計算結(jié)果及對比分析101-105
• 7.5 模型中主要參數(shù)的影響105-112
• 7.6 本章小結(jié)112-113
• 第八章 大變形土體中污染物二維遷移和轉(zhuǎn)化模型的數(shù)值分析113-139
• 8.1 一維大應(yīng)變固結(jié)方程113
• 8.2 均質(zhì)土體中污染物二維遷移和轉(zhuǎn)化方程113-114
• 8.3 模型參數(shù)114-115
• 8.4 不同模型之間計算結(jié)果及對比分析115-126
• 8.5 模型中主要參數(shù)的影響126-137
• 8.6 本章小結(jié)137-139
• 第九章 總結(jié)與展望139-143
• 9.1 本文小結(jié)139-140
• 9.2 下一步工作展望140-143
• 參考文獻143-149
• 致謝149-151
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文及參加的科研情況151
• 一、發(fā)表的論文151
• 二、參加的科研項目151
• 三、參加的學術(shù)會議151

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