基于XDMT成像技術(shù)的膠體沉積導致多孔介質(zhì)內(nèi)部空間變異性研究.pdf

1、水體中的膠體顆粒可以通過吸附污染物形成膠體污染物顆粒，從而促進污染物的運移。而膠體顆粒在土壤、含水層和河床等多孔介質(zhì)中的運移、沉積和釋放等動力學過程，將會對介質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其滲透性能等產(chǎn)生一定的影響，這種由于顆粒沉積而導致多孔介質(zhì)滲透性能下降的現(xiàn)象稱為堵塞。堵塞會導致介質(zhì)的滲透性能發(fā)生空間變異性，而滲透性能的空間變異性又會直接影響到膠體顆粒的運移過程，這種現(xiàn)象往往會對諸如污水過濾設施、病原體和污染物在地下水中的運移、石油開采、地下水的原

2、位修復等工程應用產(chǎn)生較大的影響。
　　目前對于膠體顆粒在多孔介質(zhì)中的動力學過程研究多是依賴于中等尺度(10-3～100m)的室內(nèi)土柱實驗進行的，但對于膠體沉積對多孔介質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化的孔隙尺度(10-6m)研究卻十分缺乏。研究表明，孔隙結(jié)構(gòu)對膠體顆粒的動力學過程具有重要的影響。本論文以X射線差異微斷層掃描(XDMT)技術(shù)為基本工具，實現(xiàn)了對多孔介質(zhì)及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維無損成像，并應用格子波爾茲曼法(LB法)，對多孔介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的空間

3、變異性進行了量化分析，從孔隙尺度評價顆粒沉積對多孔介質(zhì)的局部孔隙率和滲透率等參數(shù)的影響，主要研究工作有：
　　(1)利用XDMT技術(shù)對富砷河床沉積物及人工配制的含砷樣品進行掃描，使用Avizo6和Blob3D等軟件對多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)和含砷沉積物的三維可視化，實現(xiàn)了在不破壞樣品的前提下對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和沉積物的空間分布情況的直接觀測，并對顆粒沉積物的形態(tài)與大小進行了分析。
　　(2)應用地質(zhì)統(tǒng)計學和小波分析法，對膠體顆粒在多孔介質(zhì)中的

4、分布規(guī)律和控制顆粒沉積的空間相關尺度進行研究，發(fā)現(xiàn)膠體沉積物的分布與介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在重要聯(lián)系，而控制其沉積過程的空間相關尺度與介質(zhì)顆粒的粒徑相近。
　　(3)在室內(nèi)水槽試驗的基礎上，結(jié)合使用XDMT和格子波爾茲曼法模擬研究了河床介質(zhì)的形成過程，并使用ZrO2顆粒模擬研究了膠體顆粒物在河流-河床系統(tǒng)中的潛流交換過程。從孔隙尺度觀測和定量分析了膠體顆粒沉積對河床介質(zhì)的局部孔隙率和滲透率的影響情況，并擬合發(fā)現(xiàn)河床介質(zhì)的局部滲透率隨著局部