張宏宇（沈陽(yáng)師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，遼寧遼陽(yáng)110034）

黏性巖土的化學(xué)滲透效應(yīng)及其研究進(jìn)展

張宏宇（沈陽(yáng)師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，遼寧遼陽(yáng)110034）

化學(xué)的滲透情況引發(fā)了耦合流的分析與研究，其己普遍的運(yùn)用在地球和環(huán)境科學(xué)及土木工程當(dāng)中，一直經(jīng)來(lái)對(duì)化學(xué)的滲透與黏土的半透膜效應(yīng)的研究，從理論的基礎(chǔ)與試驗(yàn)的研究及數(shù)值模型等方面論述黏性巖土化學(xué)滲透的效應(yīng)理論與其研究，主要表述化學(xué)滲透情況與其黏土的半透膜效應(yīng)在室、場(chǎng)地、野外的試驗(yàn)及化學(xué)滲透耦合流的連續(xù)及不連續(xù)模型，并指出未來(lái)需主要的對(duì)黏性土質(zhì)的化學(xué)滲透現(xiàn)象所給地下的水流與溶質(zhì)的運(yùn)移方面帶來(lái)的影響。

黏性巖土；化學(xué)滲透效應(yīng)；耦合流的模型

當(dāng)沉積物與頁(yè)巖當(dāng)中所含有的黏土礦特時(shí)主要是因?yàn)闈B透的系數(shù)較低，所以在對(duì)地下水實(shí)施水流運(yùn)協(xié)與溶質(zhì)運(yùn)移的相關(guān)研究時(shí)，經(jīng)常的被認(rèn)為是不透水或者是弱透水。在這種的狀況下來(lái)構(gòu)建地下的水流與溶質(zhì)的運(yùn)移模型時(shí)，對(duì)于流項(xiàng)方面的一些問(wèn)題經(jīng)常的會(huì)被忽略，在溶質(zhì)發(fā)生運(yùn)移的時(shí)候彌散的作用占有主導(dǎo)性。而研究的工作人員察覺(jué)黏土并不是切實(shí)的有隔水的功能，所以在水頭的梯度下會(huì)出現(xiàn)越流。隨化學(xué)性的滲透及與半透膜的相關(guān)性質(zhì)表明，在低滲透性的黏土介質(zhì)當(dāng)中，黏土能夠呈現(xiàn)出和生物的半透膜選擇性質(zhì)的滲透性較為相像。

1 化學(xué)滲透、反滲透與耦合流之間的原理

1.1 化學(xué)滲透和反滲透間的聯(lián)系

兩中不一樣濃度的溶液隔在半透膜的時(shí)候，水分子或是別的溶劑能夠從水勢(shì)高的溶液當(dāng)中經(jīng)過(guò)半透膜而進(jìn)到水勢(shì)低的溶液當(dāng)中，這樣的現(xiàn)象稱作滲透的現(xiàn)象?；瘜W(xué)的滲透壓是因?yàn)榘胪改さ膬啥嘶瘜W(xué)勢(shì)能差造成的，滲透壓計(jì)算的公式是：(1)式中的R熱力學(xué)的常數(shù)，它的值是8.314J/;T表示的是熱力學(xué)的溫度（K）；V表示的是水的摩爾體積和是低濃度端和高濃度端的水活性。或：Δπ=vRTΔC(2)式子中的v表示的是解離常數(shù)；ΔC是半透膜兩端濃度差。以0.1的NaCl的溶液來(lái)做示范，在25°C情況下，通過(guò)這個(gè)公式能夠計(jì)算獲得半透膜兩端滲透壓力差是495.5kPa,與50m水頭壓力相近。

1.2 黏土膜的性質(zhì)功能

和普能的生物半透膜相互比較，黏土或是黏質(zhì)頁(yè)巖中的半透膜性是因黏土的顆粒表面的雙電層性質(zhì)。在透水性相對(duì)比較良好的含水層之中，大多的孔隙水溶液之中的離子不會(huì)因?yàn)殡p電層的關(guān)系而影響到其進(jìn)行自由的通過(guò)。相反的在黏土的沉積物內(nèi)，當(dāng)黏土在受到較大壓力的時(shí)候，黏土顆粒間的距離變小，這時(shí)雙電層形成了重疊，溶液內(nèi)帶有電粒子，主要是因?yàn)殡姾傻呐懦?，所以?huì)不容易通過(guò)黏土的介質(zhì)。而水這種不帶電分子會(huì)很容易通過(guò)。

2 化學(xué)滲透的試驗(yàn)分析

2.1 室內(nèi)試驗(yàn)

因?yàn)轲ね翗悠肥翘幵诤推淇紫端疂舛炔灰粯拥脑囼?yàn)溶液當(dāng)中會(huì)產(chǎn)生膨脹或是收縮，在硬壁式的滲透儀當(dāng)中，黏土的樣品性質(zhì)將會(huì)在膨脹的時(shí)候出現(xiàn)擠壓的變形或者是收縮使樣品和滲透儀壁形成分離而導(dǎo)致滲漏。而柔性壁滲透儀更便于使圍壓環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)。

2.2 場(chǎng)地試驗(yàn)

因?yàn)榧夹g(shù)方面和經(jīng)濟(jì)方面的原因，與室內(nèi)的試驗(yàn)相比，對(duì)黏土膜的場(chǎng)地規(guī)模的試驗(yàn)少。經(jīng)直接的與間接的測(cè)定及相關(guān)的場(chǎng)地試驗(yàn)獲得了滲透率系數(shù)，但由于試驗(yàn)的方法不一樣及取材也不相同及評(píng)估的方法不一樣所以測(cè)得的化學(xué)滲透率系數(shù)也是大不相同的。

3 化學(xué)滲透的模型

3.1 不連續(xù)性的模型

關(guān)于化學(xué)滲透的一些現(xiàn)象，不連續(xù)性的模型重點(diǎn)是以黏土半透膜的兩端濃度差與壓力差對(duì)膜性能展開(kāi)評(píng)估，此類方法己普遍在實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中獲得了應(yīng)用，主要用于對(duì)平均膜的性能計(jì)算上面。另外，部分的研究人員利用理論來(lái)進(jìn)行分析，明確黏土內(nèi)孔隙度與顆粒的排列規(guī)律、顆粒和孔隙水離子之間的特點(diǎn)、黏土排鹽的作用與雙電層本身的厚度及黏土孔隙內(nèi)的水濃度等各類參數(shù)和黏土膜性能之間的重要聯(lián)系。與別的模型相比來(lái)說(shuō)，Bresler的模型只需確定黏土內(nèi)雙電層水膜的厚度與試驗(yàn)的溶液濃度如此便能夠通過(guò)計(jì)算獲得化學(xué)滲透的系數(shù)，這種方法是比較實(shí)用且可靠性強(qiáng)的不連續(xù)性的模型。

3.2 連續(xù)的模型

不連續(xù)性的模型只參照半透膜兩端在穩(wěn)定地期時(shí)來(lái)評(píng)定膜性能的能力，并不能較好的解讀滲透情況的壓力與濃度因時(shí)間的變化情況。所以建立連續(xù)模型可充分的對(duì)壓力與濃度的及時(shí)狀態(tài)開(kāi)展模擬操作。以這個(gè)模型，對(duì)室內(nèi)的試驗(yàn)結(jié)果開(kāi)展模擬操作，通過(guò)試驗(yàn)獲得參數(shù)值、經(jīng)驗(yàn)值，模擬的結(jié)果和試驗(yàn)的結(jié)果得出了良好的擬合。這個(gè)模型對(duì)于室內(nèi)的試驗(yàn)或是場(chǎng)地的試驗(yàn)都有非常好的適用性。這個(gè)模型含有5種平衡的方程，即空氣質(zhì)量的平衡方程、液體及蒸汽質(zhì)量的守恒方程，溶于水的液體離子質(zhì)量守恒的方程、多相介質(zhì)的熵平衡與介質(zhì)動(dòng)量守恒的方程。經(jīng)過(guò)模擬可知，在建筑物內(nèi)的材料存有一定的膜性能，在解決建筑物的穩(wěn)定時(shí)需把化學(xué)滲透的現(xiàn)象考慮在內(nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

從研究的工作成果可以說(shuō)明，化學(xué)滲透、反滲透會(huì)對(duì)低滲透黏土的地下水流動(dòng)與溶質(zhì)運(yùn)移有很直接的影響。不管是室內(nèi)或是場(chǎng)地的試驗(yàn)及數(shù)值模型上均獲到明顯的成果。對(duì)黏土膜性能與化學(xué)滲透情況的分析，有很重要的意義與現(xiàn)實(shí)的價(jià)值。

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張宏宇（1995-），女，漢族，遼寧省撫順市撫順縣，沈陽(yáng)師范大學(xué)，化學(xué)化工學(xué)院，化學(xué)（師范）。