1、基于透明土模擬土壤對污染液滲透情況的動態研究，平，(中國礦業大學，與地球科學學院，徐州 221000)摘要：對污染液在土壤中的滲流情況的分析，一般都是在理論基礎上進行的。在室內沙子模5擬土壤則局限于邊界區域的觀測，為了能夠觀測土體內部三的滲流形狀，就需要找一種可以模擬天然土體且透明的材料。利用顆粒大小不一的硅或熔融石英砂混合相應的孔隙流體成透明土體，以此研究污染液在土壤中滲流的情況以及在土壤中滲流的范圍。配置而成的透明土與天然土壤性質相似可以通過透明土體觀測到液體在土壤中滲流的狀況，以此來推斷污染液在自然土壤中的擴散范圍,從而可以解決很多問題。：透明土；石英砂；模擬土壤；污染液號：P332Dy

2、namic study on soil infiltration of contaminated fluid simulation transparent soilZHU Xiaojie,DU Liang,ZHOU Jiaxin,ZHOU Yuchen,LIU Wenping,YU Yueying（School Of Resources And Geosciences,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221000）Abstract: The development history of introduction of trans

3、parent synthetic soil, and soil preparation of transparent material. In order to facilitate the observation of the object or the experimental results by quantitative analysis, there is necessary to simulate the soil with a transparent soil. Observation of conventional soil confined to the boundary r

4、egion, seepage change cannot pivot inside soil particle size is not liquid, using a silicon or fused quartz sand mixed pore fluid the corresponding manufacture into transparent soil pollution, to study seepage in soil condition and scope of seepage in soil.Analysis of Seepage Contamination in the so

5、il, are generally in theory on the basis of the. Observation simulation soil in the indoor sand is confined to the boundary region, in order to seepage shape capable of observing soil within the three-dimensional space, we need to find a can simulate the natural soil and transparent material. Key wo

6、rds: Transparent soil; Quartz sand; Simulated soil; contamination0引言1015202530透明土試樣通常利用顆粒大小不一的硅或熔融石英砂混合相應的孔隙流體而成。它與天然土體的物理力學性質相似，在透明土中可以完成與自然土體一樣的變形、滲流、強度等問題的研究。由于這些材料本身呈現出透明狀態，且選擇的透明土材料與對應的孔隙流體有相同或相近的折射率，光線不經折射就可穿過此透明土體。這樣一來，從土體外部就可以實現對內部的觀測。在實驗中，將相應的顏色差別較大的液體通過滴管慢慢滴入混制而成的透明土之中，可以清楚地觀測到液體在透明土中滲流擴散的

7、過程。351透明土的發展有關于透明土的研究要追述到上個世紀八十年代起，當初利用透明土是為了研究土壤內部的巖土特性，當時利用的也僅僅是碎。試驗結果表明，1-2由碎與天然土體差別很大，不能精確模擬天然土體的特性，主要表現在碎的透明介質不具有吸附液體的40明介質的透明性。后來，3Iskander，能力，使得一部分空氣殘碎孔隙體間Sadek 和 Liu 等人對于透明土研究做出了貢獻，他們透明土的材料和簡單土力學特性做了大量實驗，將模擬實驗材料限定在一個較小的范圍內，初步確定了顆粒大小不一的硅或熔融石英砂作為透明土體模擬材料。45相對于國外，國內的透明土的發展相對緩慢。近年來，4對透明土和相應圖像技術在

8、變形測量方面的研究作了相關報告，5利用熔融石英砂和相應有相近折射率的溴化鈣溶液了透明土試樣，并利用試樣進行基本的土力學試驗和三軸試驗，研究了透明土的工程性質。6和等人則利用透明土進行盾構隧道模型的試驗設計和研究，將透明土應用到工程實際中。502模擬土壤我們這個實驗主要是在成，分別有長寬高為 150*10*80 和 150*20*80 的兩個透明缸,如圖.1，分別往里面裝滿粒徑大小不一的沙粒。設計三維高密度電阻率法動態監測系統，建立相應的物理模型，以便模擬出場污染物滲透的真實情況。在利用化學藥品模擬土壤，分別制作兩塊受污染土壤，一份為污染源持續作用，另一份為污染源移除后。利用設計出的三維高密度電

9、阻率法動態監測系統，布設電極，對兩塊模擬土壤分別55污染范圍，進行實時，觀測地電場變化情況，并實驗數據。圖 1. 物理模型示意圖Fig.1 Conventional diagram of physical m實驗過程比較漫長，能夠利用儀器測出的數據得出水在沙子中擴散的情況，但是由于實60驗數據是測一次，并不是每一個時刻都下來，而且沙子不是透明物質，所以也觀察不到內部的滲透情況，但是本次實驗的關鍵就是要觀測到土壤內部的情況，于是就需要透明土用作模擬土壤，利用液體在透明土中的可見性，可以進行實時的觀測，液體在透明土中的擴散，以此來得出污染液在在土壤中的擴散實際情況，從而給后期處理土壤提供科學依據。

10、653 透明土壤3.1 透明土顆粒的材料主要材料為顆粒大小不一的石英砂，不溶于水，但又很強的吸附能力。透明土顆粒的石英砂，具有與自然圖相近的物理性質、有穩定的化學性，不與水以及模擬孔隙流體的液體反應更重要的是有良好的透明性。用來模擬孔隙流體的溶液，與水具有相似的物理性質、穩定的化學性以及良好的透明性，而且要與模擬土壤顆粒的材料具有相匹配的折射系數、無色、不與模擬土壤顆粒的材料發生化學作用。本次試驗中模擬孔隙流體的材料主要運用的是溴化鈣和水混合而成的。703.2透明土配置在本次試驗中透明土試樣的配置起著的作用。75透明土試樣的配置主要可以分為以下幾個步驟：選取顆粒大小不一的石英砂、配置相同折射率

11、的溴化鈣溶液、將石英砂浸入溶液中達到透明的效果。具體步驟主要如下：3.2.1根據顆粒級配配置石英砂本次試驗主要是沙子和透明土性質對比，從而達到透明土模擬土壤的效果，所以80選擇了與沙子顆粒級相近的石英砂進行配置。用篩選法將沙子的顆粒進行分級主要為0.25-0.5mm 和 0.5-2mm 這兩個數量級之間，然后將各級石英砂顆粒再按相同比例混合。同時，為了確保石英砂的顆粒級配盡量與模擬土壤保持一致，要先對購置的石英砂顆粒進行洗凈并且曬干，防止雜質摻雜過多，以影響石英砂顆粒的透明土，從而影響到實驗的效果。853.2.2根據折射率確定溴化鈣濃度光在兩種材料間的折射是由兩種材料折射率的差異引起的，由于折

12、射率的差異導致不能使石英砂透明。因此，通過查閱文獻，本試驗中使用與熔融石英砂需折射率相近的溴化鈣溶液混合，以避免折射。若兩者折射率差異超過容許范圍，或孔隙間包含空氣和雜質，那么光線在穿透時就會發生一定程度的折射，導致透明土介質降低，影響實驗效果。90由于選定的石英砂折射率是確定的，為了配置透明試樣，就需要使溴化鈣溶液的折射率與石英砂保持一致。為此，我們需要配置出折射率與選定石英砂相近的溴化鈣溶液來。由于溴化鈣具有很強的吸濕性，在吸收空氣中水后會形成 CaBr2·2H2O，從而影響溴化鈣溶液折射率的選定，為此，本次試驗通過查閱有關透明土的文獻后確定了溴化鈣濃度大概范圍，并通過多次實驗使

13、得效果達到最佳。用的95首先，需配置濃度不一的一些列溴化鈣溶液，測定其折射率。根據實驗結果進行線性擬合，就可以得到溴化鈣溶液濃度和折射率的線性關系。據此列出經驗公式，將石英砂的折射率代入公式，可得到溴化鈣溶液折射率的理論值。由于這個數值是由擬合直線得到的，實際值會與其有一定誤差。同時由于外界因素的干擾，溴化鈣吸水性的影響，配置出的溴化鈣需要在一定濃度范圍內進行試驗。通過不斷調整溶液濃度，觀察加入石英砂后溶液的最終確定溶液所需濃度。，1003.3試樣根據上面一系列步驟，得出合適的石英砂和溴化鈣溶液試樣數據。按實驗數據配置出標準溶液，將石英砂散落到溶液中，并且攪拌完全后待其達到完全融合，已達到飽和

14、，最后得到透明土試樣進行實驗。如若不攪拌均勻，與就不能達到完全模擬土壤的效果，使得實驗結果不精確；若粗細顆粒的透明土沒有混合均勻，而且細顆粒的在表層的話，則很有可能導致液體很難滲透到透明土深處，導致向兩邊擴散，從而不能模擬出液體在土壤中的滲流情況，而導致實驗的失敗。1053.4試樣實驗如下圖 Fig. 1-Fig. 2 所示，是整個實驗的總體布置，缸內裝配置好的透明土，最中110間的部分是入水口，在表層布好電極，利用墨水進行滴入，利用高密度電法儀器進行實時監測，并可以很直觀地觀測到液體在透明土中滲流情況及其所影響的范圍。3.5試驗成果115圖 2. 透明土微分視電阻率圖Fig2. Transp

15、arent soil Wenner differential apparent resistivity120圖 3. 砂體微分視電阻率圖125Fig3. Sand Wenner differential apparent resistivit將透明土試驗得到的數據進行分析，得到圖 2 的微分視電阻率圖。由圖可得，液體的滲流是動態的，呈球狀向四周擴散的，效果比較明顯。并且，通過對沙子所獲得數據進行處理得到圖 3 的視電阻率圖，由實測曲線很容易發現液體在透明土和模擬土壤中擴散十分相似，因此達到了透明土模擬土壤的效果。1304結論根據上述內容配置而成的透明土與天然土壤性質相似可以通過透明土體觀測到液體在土壤中滲流的狀況，以此來推斷污染液在自然土壤中的擴散范圍,從而可以解決很多問題。透明土的這種性質，可以應用到涉及實際工程的許多領域，由于土壤內部是觀測不到的， 很多現象是不能夠實時觀測的，所以利用透明土模擬土壤能夠很好的模擬土壤內部發生的一些反應及變化，在室內制作模型已達到預期的實驗目的。135參考文獻：1,宰,.用于土體內部變形的透明材料的研究J.常州報,2008(S1).1402,Liu Jinyuan.透明土實驗技術現狀與展望A.煤炭學報,2011(4).3Iskander M,Liu J