岩土渗透流速荧光监测的广义稀释模型
岩土渗透流速是研究库岸滑坡体地下水响应和滑坡演化规律的重要因素。在传统模式下，采用放射性同位素示踪技术估算渗透流速，但传统的示踪技术受到流场畸变系数、垂向流和地质岩层构造等因素影响，使得该技术不能精确测定渗透流速。本文借鉴传统的人工放射性同位素示踪理论，提出了新型的荧光监测法，利用微元思想，基于荧光剂浓度近似相等和质量守恒，推导出广义荧光稀释模型，求取地下水渗透流速，再采用三点法求出的水力坡度，根据达西定律求解出岩土内的渗透系数，还讨论了新模型的求解方法及其与传统点稀释模型的内在联系。然后，引入北江大堤的实测数据，验证广义荧光稀释模型的可靠度和合理性。最后，提出了一套测定渗流流向的监测仪器设计方案。本文的主要研究内容和成果概述如下： (1)荧光电流强度变化规律。在相同的外界实验环境下，观测不同荧光溶液浓度与光电流强度的变化规律，试验结果表明：光电流强度和荧光剂浓度呈线性关系。为后文推导广义荧光稀释模型提供理论基础。 (2)荧光剂浓度稀释的影响因素。在构建广义荧光稀释模型前，确定流场畸变系数、垂向流和弥散作用等因素对荧光剂浓度稀释的影响程度，重点分析在滤网处有无填砾时流场畸变系数?的计算公式、以及垂向流速的求解和曲线峰值位置的确定，并利用曲线拟合法对不同测孔深度的垂向流速进行修正。 (3)广义荧光稀释模型的构建和模型验证。针对传统单孔点稀释法的局限性，利用微元的思想，根据薄层水柱内外荧光剂浓度近似相等建立了基于浓度近似相等的广义荧光稀释模型，并考虑下游含水层中水平渗透流速是关于时间变化的函数()Dv? f t，对其进行修正，并讨论了广义稀释模型的在不同的状态（涌水状态和吸水状态）下的适用条件。再次弱化测孔内流量守恒的条件，根据荧光剂质量守恒原理，建立了基于质量守恒的广义荧光稀释物理模型，利用微元法和降元的思想，推导了含水层中水平流速计算新公式，并讨论了三个广义稀释模型和传统单孔点稀释模型的内在联系。 基于北江大堤的监测数据，在不同地质条件下，先进行垂向流的测定，再代入相应的稀释模型中计算地下水的水平渗透流速，并对不同模型的计算结果进行对比分析和验证，确定基于质量守恒的广义稀释模型为最优模型。 (4)渗流流向的测定。在特定测孔深度上，采用6个探头器并联组合装置，沿着探测孔深度方向布设探测器串联组，采用串并联结合的方式设计了一套渗透流向探测组，可以有效地避免在现场监测时单一探测器的故障造成实测数据的空缺。用各方向上监测荧光电流强度平均值，按同一比例作成梅花图，推求特定高程上的渗透流向。
岩层构造;荧光监测;库岸滑坡;地下水响应;广义稀释模型
三峡大学
硕士
水利工程
孟永东
2015
中文
TV698.232
72
2015-09-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）