考慮相變與滯后效應(yīng)的汽油在非飽和土中運(yùn)移規(guī)律研究.pdf

1、現(xiàn)代城市建設(shè)過程中，地鐵隧道開挖導(dǎo)致的加油站油庫及輸油管線泄露、石油開采以及城市污染企業(yè)廠址外遷而引發(fā)的土壤污染等工程問題，均涉及到含油氣有機(jī)污染物在土中的遷移問題。因此，研究汽油等有機(jī)污染物在非飽和土中的運(yùn)移分布規(guī)律、分析其影響因素十分必要，將為相關(guān)工程的安全建設(shè)運(yùn)營以及污染治理提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。
　　本文首先基于多孔介質(zhì)污染物遷移理論，從系統(tǒng)的平衡方程出發(fā)，重點(diǎn)考慮土中泄露汽油相變作用和液相滯后效應(yīng)的影響，建立了描述非飽

2、和土中NAPL-水-氣運(yùn)移規(guī)律的理論模型。隨后，自主研制了能夠模擬汽油在土層中運(yùn)移的土柱實(shí)驗(yàn)裝置，對汽油液、氣兩相在不同干密度、含水率條件下非飽和土中的運(yùn)移規(guī)律開展了實(shí)驗(yàn)研究。最后，基于建立的模型，采用數(shù)值方法模擬了汽油在非飽和土中運(yùn)移過程，研究了液、氣兩相汽油在土層中的運(yùn)移分布規(guī)律，重點(diǎn)分析了滯后效應(yīng)對汽油運(yùn)移分布的影響，并對于密度和含水量等土體參數(shù)進(jìn)行了敏感性分析。主要研究成果包括:
　　(1)基于多孔介質(zhì)污染物遷移理論，重點(diǎn)

3、考慮土中非水相流體(NAPL)的相變和液相滯后效應(yīng)的影響，建立了非飽和土中NAPL-水-氣運(yùn)移模型。針對非飽和土以及NAPL的特點(diǎn)，分析了影響非飽和土中NAPL運(yùn)移的主要因素;建立了非飽和土中NAPL運(yùn)移質(zhì)量平衡方程，并對流體物性參數(shù)、動(dòng)力彌撒系數(shù)以及相變速率和流體流動(dòng)特性進(jìn)行了描述;以VG模型為基礎(chǔ)，建立了考慮滯后效應(yīng)的兩相和三相流K-S-P本構(gòu)模型。
　　(2)研制了非飽和土中汽油運(yùn)移土柱實(shí)驗(yàn)裝置，通過開展土柱實(shí)驗(yàn)研究，揭示了

4、不同相態(tài)汽油在非飽和土中的運(yùn)移及分布規(guī)律。研制了一種能夠模擬汽油運(yùn)移的土柱實(shí)驗(yàn)裝置，提出了不同狀態(tài)非飽和土中不同相態(tài)汽油遷移分布的測定方法;基于該裝置，針對北京有軌電車西郊線植物園站-萬安公墓站區(qū)間下穿香泉環(huán)島隧道工程中的加油站油庫泄漏問題，對取自該工程現(xiàn)場的土樣開展了不同干密度和含水量土樣的汽油滲透土柱實(shí)驗(yàn)研究，揭示了液相和氣相汽油在非飽和土中的運(yùn)移及分布規(guī)律，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，增大含水率或減小干密度均會(huì)加速汽油的運(yùn)移。
　　(3)

5、基于土柱實(shí)驗(yàn)成果，采用已建立的數(shù)學(xué)模型，利用數(shù)值模擬的手段，通過建模計(jì)算分析了汽油泄漏后在非飽和土中的運(yùn)移分布規(guī)律。基于所建立的數(shù)學(xué)模型及實(shí)驗(yàn)研究成果，利用NAPL Simulator完善了考慮相變和滯后的非飽和土中NAPL運(yùn)移計(jì)算程序和模擬方法;建立了一維土柱計(jì)算模型并開展計(jì)算，通過與土柱實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比驗(yàn)證了所建立理論模型及程序的合理性;建立了二維數(shù)值模型，通過數(shù)值計(jì)算給出了液相和氣相汽油的空間分布特點(diǎn)、典型位置汽油濃度演化規(guī)律，并重