›› 2012, Vol. 33 ›› Issue (10): 3025-3029.

• 岩土工程研究 • 上一篇    下一篇

溶质入渗土工合成衬垫的化学-渗透特性研究

刘 磊,薛 强,赵 颖,王 静,张 乾   

  1. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室,武汉 430071
  • 收稿日期:2011-10-14 出版日期:2012-10-10 发布日期:2012-10-19
  • 作者简介:刘磊,男,1982年生,博士,助理研究员,主要从事固体废弃物安全处置及环境岩土工程方面的研究
  • 基金资助:

    国家重点基础研究发展计划(973计划)课题(No. 2012CB719802);国家自然科学基金专项基金(No. 50927904);中国科学院知识创新工程重要方向项目(青年人才)(No. KZCX2-YW-QN114);国家自然科学基金项目(No. 51079143);中国科学院重大科研装备研制项目(No. YZ200942)

Chemosmosis performance of solute permeating into geosynthetic clay liners

LIU Lei,XUE Qiang,ZHAO Ying,WANG Jing,ZHANG Qian   

  1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering,Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China
  • Received:2011-10-14 Online:2012-10-10 Published:2012-10-19

摘要: 溶质在土工合成衬垫(GCL)长期入渗过程中具有明显的化学-渗透特性。室内渗透试验表明:阳离子之间的置换效应对GCL衬垫渗透系数影响较大,10 mM的CaCl2溶液使渗透系数上升至2.5×10-11 m/s,而30 mM的CaCl2溶液使渗透系数上升至5.6×10-11 m/s。渗透液体浓度的增加缩短了溶质穿透GCL的时间,且预饱和处理试剂对GCL渗透系数的变化影响较大,采用蒸馏水作为预饱和试剂处理GCL衬垫对其渗透系数的影响明显小于CaCl2溶液;建立了考虑膜效应和离子交换效应条件下溶质运移耦合动力学模型,并对GCL穿透试验过程中溶质浓度的变化进行了预测,仿真计算结果表明,10 mM和30 mM两种CaCl2溶液渗透条件下,Ca2+浓度变化的试验结果和计算结果均相吻合,验证了耦合动力学模型的可靠性;从Ca2+浓度及流量穿透曲线分布可知,化学-渗透效应可有效地延缓溶质的迁移速度。随着溶质浓度的降低,阻滞作用更显著。因此,在分析GCL衬垫中溶质入渗特征时,必须考虑化学-渗透效应的影响。

关键词: 溶质入渗, GCL衬垫, 化学渗透, 耦合模型, 穿透

Abstract: The chemosmosis performance for long-term solute permeation in the geosynthetic clay liner (GCL) is obvious. The laboratory test of permeation with solute is introduced. And the test result indicates that the cation exchange has largely effect on the hydraulic conductivity of GCL. The hydraulic conductivity of GCL is up to 2.5×10-11 m/s and 5.6×10-11 m/s permeated with 10 mM and 30 mM CaCl2 solution respectively. The time of solute breakthrough the GCL decreases with the solution concentration increasing. The change of the hydraulic conductivity of the GCL is impacted largely on the presaturation reagent. The effect of the hydraulic conductivity of GCL by using the distilled water for presaturated sample is much smaller than that using the CaCl2 solution. Considering the effect of the membrane behavior and cation exchange, the coupling dynamic model of solute transport has been developed. And the coupling model is applied to modeling the variation of the solute concentration in permeation process. The Ca2+ concentration is anastomotic by data match from the test and simulation result; and the reliability of the coupling model is approved. The chemosmosis in GCL is important, which can effectively delay the solute transport velocity described by the breakthrough curve of Ca2+ concentration and flux. Moreover, the level of the retardation effect by chemosmosis becomes obviously with decreased of the solute concentration. Therefore, the effect of the chemosmosis should be taken into account for analysis of the solute transport in GCL.

Key words: solute permeation, geosynthetic clay liner, chemosmosis, coupling model, breakthrough

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[1] 谢 强, 田大浪, 刘金辉, 张建华, 张志斌, . 土质边坡的饱和−非饱和渗流分析及特殊应力修正[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 879-892.
[2] 郑安兴, 罗先启, 陈振华, . 基于扩展有限元法的岩体水力劈裂耦合模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 799-808.
[3] 姚志华, 陈正汉, 方祥位, 黄雪峰, . 非饱和原状黄土弹塑性损伤流固耦 合模型及其初步应用 [J]. 岩土力学, 2019, 40(1): 216-226.
[4] 孙永福,黄波林,宋玉鹏,赵永波,. 海底滑坡海啸的颗粒流耦合模型[J]. , 2018, 39(9): 3469-3476.
[5] 蒋思晨,白 冰. 悬浮颗粒形状对其在多孔介质中迁移和沉积特性的影响[J]. , 2018, 39(6): 2043-2051.
[6] 舒 才,王宏图,施 峰,胡国忠,. 基于两能态吸附热理论的煤层瓦斯流动热-流-固多场耦合模型[J]. , 2017, 38(11): 3197-3204.
[7] 张鹏远,白 冰,蒋思晨. 孔隙结构和水动力对饱和多孔介质中颗粒迁移和沉积特性的耦合影响[J]. , 2016, 37(5): 1307-1316.
[8] 虞 松 ,朱维申 ,张云鹏,. 基于DDA方法一种流-固耦合模型的建立及裂隙体渗流场分析和应用[J]. , 2015, 36(2): 555-560.
[9] 王良民,叶剑红,朱长歧. 近海欠密实砂质海床内波致渐进液化特征研究[J]. , 2015, 36(12): 3583-3588.
[10] 王军祥 ,姜谙男 ,宋战平,. 岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型研究(Ⅱ):参数反演及数值模拟[J]. , 2015, 36(12): 3606-3614.
[11] 王军祥 ,姜谙男 ,宋战平,. 岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型研究(Ⅰ):模型建立及其数值求解程序[J]. , 2014, 35(S2): 626-637.
[12] 贾善坡 ,吴 渤 ,陈卫忠 ,伍国军 ,高 敏 ,龚 俊,. 热-应力-损伤耦合作用下深埋隧洞围岩稳定性分析[J]. , 2014, 35(8): 2375-2384.
[13] 王 刚 ,吴学震 ,蒋宇静 ,黄 娜,. 大变形锚杆-围岩耦合模型及其计算方法[J]. , 2014, 35(3): 887-895.
[14] 张敏静 ,罗 强 ,詹学启 ,张 良 . 高速铁路穿透型CFG桩复合地基沉降计算修正系数分析[J]. , 2013, 34(2): 519-525.
[15] 徐 斌 ,张 艳 ,姜 凌 . 矿井涌水水源判别的GRA-SDA耦合模型[J]. , 2012, 33(10): 3122-3138.
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[1] 向天兵,冯夏庭,陈炳瑞,江 权,张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[2] 张宜虎,周火明,邬爱清. 结构面网络模拟结果后处理研究[J]. , 2009, 30(9): 2855 -2861 .
[3] 张常光,张庆贺,赵均海. 非饱和土抗剪强度及土压力统一解[J]. , 2010, 31(6): 1871 -1876 .
[4] 杨天鸿,陈仕阔,朱万成,刘洪磊,霍中刚,姜文忠. 煤层瓦斯卸压抽放动态过程的气-固耦合模型研究[J]. , 2010, 31(7): 2247 -2252 .
[5] 李卫超,熊巨华,杨 敏. 分层土中水泥土围护结构抗倾覆验算方法的改进[J]. , 2011, 32(8): 2435 -2440 .
[6] 张桂民 ,李银平 ,施锡林 ,杨春和 ,王李娟. 一种交互层状岩体模型材料制备方法及初步试验研究[J]. , 2011, 32(S2): 284 -289 .
[7] 王 伟 李小春 李 强 石 露 王 颖 白 冰. 小尺度原位瞬态压力脉冲渗透性测试系统及试验研究[J]. , 2011, 32(10): 3185 -3189 .
[8] 胡 存,刘海笑,黄 维. 考虑循环载荷下饱和黏土软化的损伤边界面模型研究[J]. , 2012, 33(2): 459 -466 .
[9] 李术才 ,赵 岩 ,徐帮树 ,李利平 ,刘 钦 ,王育奎 . 海底隧道涌水量数值计算的渗透系数确定方法[J]. , 2012, 33(5): 1497 -1504 .
[10] 王洪新 ,孙玉永 . 考虑基坑开挖宽度的杆系有限元算法及试验研究[J]. , 2012, 33(9): 2781 -2787 .