基于表面反应和扩散迁移控制的灰岩单裂隙渗流—溶解模型及其数值模拟

摘要：

针对碳酸盐类可溶岩地区水电站坝址流场、化学场及固相介质属性等随时间发生改变对工程安全运行造成不利影响等问题,研究了灰岩地区地下水运移过程中各物理场间的相互作用,分析了影响灰岩溶解速率的2个因素,即表面反应控制和扩散迁移控制.在此基础上,建立了单裂隙中的渗流—溶解耦合模型,并进行数值求解.模拟结果表明:在垂直裂隙延伸方向,其溶蚀锋面不为齐整平面,而是呈似“虫洞”状非均一变化,而沿裂隙延伸方向即自上游侧向下游方向溶蚀程度逐渐减轻;通过裂隙的流量呈现随时间逐渐增大的趋势,但变幅不大;根据流量求得的等效水力隙宽,其增幅和增长速率均小于实际平均隙宽;同时,化学场中Ca2+浓度的分布与裂隙开度变化具有相似性,不同时刻上游侧反应速率R均大于下游侧;就反应机制而言,初期均受表面反应控制,随反应进行,位于上游的补给区部位转为受扩散迁移控制,但在下游位置仍受表面反应控制.

关键词：灰岩裂隙、渗流—溶解耦合模型、表面反应控制、扩散迁移控制、数值模拟

所属期刊栏目：46

分类号：TU42(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家自然科学基金资助项目41272265;江苏省普通高校研究生科研创新计划资助项目CX10B_218Z

在线出版日期：2017-01-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：42-48