离子型稀土是我国特有、世界关注的战略型矿产资源,目前广泛使用原地浸矿工艺开采。在离子型稀土注液浸矿过程中,溶浸液入渗速率和入渗范围难以预测和有效控制,矿体渗流规律不清、土水特性变化机理不明,生产中多凭经验确定井网参数和注液强度,造成稀土浸取率不确定性大和资源利用率低,这些问题在一定程度上制约了离子型稀土高效开发利用。为此,需要开展离子型稀土原地浸矿过程的渗流规律及作用机理研究,建立行之有效的理论模型,故本文提出非饱和离子型稀土入渗模型及土水特性研究,旨在建立描述非饱和流动现象的入渗模型和土-水特征曲线两个本构关系,结合矿体持水特征演化规律诠释渗透特性的作用机理。根据离子型稀土原地浸矿工程背景,本文在国内外相关研究的基础上,通过室内试验和理论分析相结合的研究方法,运用溶浸采矿、非饱和土力学、渗流力学、地下水动力学、分形理论等多学科知识,围绕离子型稀土溶浸过程的入渗模型及影响因素、土-水特征曲线模型进行了系统研究,建立了不同注液水头、不同粒径离子型稀土的入渗特征参数计算模型,揭示了粒径和溶浸作用对离子型稀土土水特性影响机理,探究了分形理论预测土-水特征曲线的理论方法。本文主要研究结论如下:（1）为了探明离子型稀土二维渗流规律及水头压力对渗流特性的影响,基于自制渗流装置开展了不同恒定水头条件下注液入渗试验。结果表明,在恒定水头条件下入渗,离子型稀土湿润体形状近似为半椭球体。在注液入渗初期,湿润体的水平湿润锋距离大于垂向湿润锋距离,随着入渗的进行,垂向湿润锋距离逐渐接近水平湿润锋距离,湿润体形状由半椭球体向半球体发展,湿润锋距离与时间呈现良好的幂函数关系y（t）=at^b,参数a、b为与水头相关的拟合参数,a与水头高度正相关。在不同水头条件下,水头压力越大,入渗距离越大。（2）在恒定水头条件下入渗时,湿润锋速度与时间关系可以用Philip模型进行表征:v（t）（28）ct^-12（10）d,参数c、d为优化参数,水头高度越大,湿润锋运移速度越大。湿润锋速度在注液初始时刻达到最大值,随后急剧下降,随着入渗时间增加,进入缓慢下降阶段,最后趋于一个稳定水平。基于Green-Ampt模型和水量平衡原理,建立了单井注液过程湿润体特征参数的计算模型,理论值与实测值吻合度较好。（3）对不同粒径和颗粒级配的离子型稀土进行了二维入渗试验,基于数字图像技术实现了离子型稀土二维入渗过程可视化,直观地刻画了湿润体形状及其参数演化规律。在相同入渗时间,对于不同粒径及颗粒级配的矿体,粗颗粒含量越多,湿润体形状越大;细颗粒含量越多,入渗距离越小,入渗曲线越平缓。将水平方向与垂直方向入渗速度的比值定义为方向速度比β,在入渗过程中β由大于1逐渐减小至接近1。在注液初期水平方向入渗速率快,随后垂直方向入渗速率逐渐增大,然后逐渐接近水平方向的入渗速率。（4）通过理论推导可知,在离子型稀土溶浸过程中,当浸矿液类型及浓度固定不变,入渗速度与土颗粒的形状因子和计算粒径具有高度关联。分别建立了限制粒径d₆₀、平均粒径d₅₀、中值粒径d₃₀、有效粒径d₁₀、不均匀系数C_u、曲率系数C_c等特征参数与稳定入渗率i_s的计算模型,其中,限制粒径d₆₀与稳定入渗率的线性相关性最高。（5）采用压力板仪对不同粒径和溶浸前后的土样进行土-水特征曲线试验。研究发现,在相同基质吸力下,颗粒粒径越小及细颗粒含量越多,土体含水率越大,持水能力越强。在相同体积含水率情况下,基质吸力与粒径大小成反比。在土体内处于低含水量和高吸力值时,吸力主要由土颗粒表面性质控制的短程吸附作用形成,通过扫描电镜进行微观结构分析,土颗粒粒径越小,颗粒表面开口孔隙越大,提供给自由水分流动和贮存的空间越宽广,短程吸附作用越大,可吸附的水分就越多,故持水能力越大。在处于高含水量之后,孔隙水主要以毛细水形式存在,土颗粒粒径越大,平均弯液面曲率半径随之增大,基质吸力随之减小。（6）根据溶浸前后离子型稀土的土-水特征曲线进行分析,在相同基质吸力下,相比溶浸之前的土样,发生溶浸作用后的土样含水率更小,说明溶浸使得土的持水能力减小。在脱湿和吸湿过程中,溶浸后的含水率变化幅度小于溶浸前的含水率变化幅度。根据水膜理论分析得知溶浸作用使得双电层厚度增加,孔隙水压力增加,基质吸力减小,导致溶浸后土体的持水能力下降。（7）通过筛分试验和粒度分析仪研究颗粒粒径分布情况,理论上证明了单粒级离子型稀土的粒径分布具有很好的分形特性。不同粒径范围内的试样具有不同的分形维数,粒径范围越小,分形维数越大。在离子型稀土脱湿和吸湿过程中,随着粒径的增加,分形维数逐渐减小,饱和含水率和空气进气值随之减小,基质吸力减小,持水能力降低。采用分形理论建立的土-水特征曲线预测模型具有较好适用性,理论模型的预测结果和试验测试结果比较吻合。上述研究结果有助于预测和适时调控原地浸矿过程,为工程注液井网设计及确定注液强度提供理论依据,从而提高稀土资源浸取率,促进离子型稀土科学化开采。