【摘 要】
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本文以国家自然科学基金项目“基于冻融作用下特定重金属污染物的迁移及净化技术研究”为依托,针对利用自然冷能修复重金属污染黏性土周期过长的问题,拟利用冻土在融化过程中的重复冰分凝机制来增大土体在冻融过程中的补水量,以缩短修复周期。以黏性土为研究对象,设置双层补水层,在开放系统下进行了土柱的单向冻结和融化试验。在融化的过程中,通过中部的加热板对土柱进行局部的加热,强制形成部分融土。研究在不同的冻结和加热
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本文以国家自然科学基金项目“基于冻融作用下特定重金属污染物的迁移及净化技术研究”为依托,针对利用自然冷能修复重金属污染黏性土周期过长的问题,拟利用冻土在融化过程中的重复冰分凝机制来增大土体在冻融过程中的补水量,以缩短修复周期。以黏性土为研究对象,设置双层补水层,在开放系统下进行了土柱的单向冻结和融化试验。在融化的过程中,通过中部的加热板对土柱进行局部的加热,强制形成部分融土。研究在不同的冻结和加热融化模式下,土柱内部的水分场和温度场的变化情况。同时,建立土体水分迁移方程和传热方程,利用COMSOL Multiphysics软件进行水热耦合计算,所得模拟结果与试验结果吻合良好。基于试验和数值模拟得出如下结论:（1）在土柱的冻结过程中,土柱的降温速率越小,冻结锋面推移的速度越慢,土体的总补水量越大。（2）在土柱融化的过程中,通过中部的加热板和融化速率的控制,提高了冻融过程水分的迁移量。降温/升温速率为0.2℃/h、0.3℃/h、0.4℃/h、0.5℃/h模式下分别提高84.0g（0.268g/cm~2）,77.0g（0.245g/cm~2）,82.6g（0.263g/cm~2）,75.6g（0.241g/cm~2）水分迁移量。（3）土柱在融化的过程中,根据补水速率不同,中部补水可分为两个阶段,分别为缓慢补水阶段和快速补水阶段。在土柱顶端和底部的温度达到-5℃左右时,中部补水进入快速补水阶段,补水速率约为4.0 g/h。在土柱完全融化之后,土柱顶部和底部继续保持-5℃的低温,土体中部可以继续补水,补水速率为1.24 g/h。（4）在融化的过程中中部快速补水阶段,土柱中部的温度随时间的变化曲线存在一个明显的波谷,波谷出现的时间随着融化速率的增大而减小。（5）通过建立的水热耦合方程,模型的计算结果与试验数据吻合较好,证明了模型的正确性,可以为之后的试验方案提供参考。图39幅,表4个,参考文献66篇。
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