近几十年来,地下水污染、高放废物处置库选址等问题使多孔介质中溶质迁移这一课题成为研究热点。与孔隙介质中溶质迁移研究相比,裂隙溶质迁移研究还处于起步阶段。本次研究采用自制花岗岩裂隙溶质迁移设备,开展了以Na、Cu、U为示踪剂的迁移实验,实验包括:1)Na、Cu、U在花岗岩薄板中的扩散实验;2)Na、Cu、U在花岗岩薄板中的弥散实验;3)Na、Cu、U在花岗岩单裂隙中的对流-弥散实验;4)Na在花岗岩单裂隙中迁移的弥散尺度现象分析实验。在实验数据的基础上,采用配线法求出Na、Cu、U的扩散系数、阻滞系数、弥散系数等有关参数,为后续数值模拟提供基础。实验结果表明:(1)扩散、弥散实验中发现,由于浓度差以及花岗岩的阻滞作用使原、取液箱中浓度变化速率相差较大,且弥散实验中存在的水压作用使溶质浓度变化速率比扩散实验的变化速率快。此外,对比扩散、弥散曲线得到浓度变化速率U>Na>Cu,分析主要原因为花岗岩对各元素产生阻滞作用Cu>Na>U,而随后利用实验所得曲线,求得扩散系数、弥散系数以及阻滞系数也证明了此观点,计算结果为:扩散条件下,Na、Cu、U扩散系数分别为8.57×10-13 m2/s、6.45×10-13 m2/s、1.03×10-12 m2/s,阻滞系数分别为6214、12047、2031,弥散条件下,Na、Cu、U的弥散系数分别为4.83×10-12 m2/s、5.35×10-12 m2/s、3.08×10-13 m2/s;阻滞系数分别为6079、12005、1705;最后,实验中发现在严格计算取样量的前提下,高浓度液面会有所上升,推测原因为岩板起“半透膜”作用,发生反渗透现象。(2)对流-弥散实验中发现,各元素迁移曲线整体为倒“V”字型且由于水动力弥散作用使曲线随时间与迁移距离增加,浓度峰值逐渐减小,峰面积逐渐增大,曲线“缩首”程度减弱而“拖尾”现象明显。此外,对比迁移曲线发现:曲线“缩首”程度:U>Na>Cu,曲线“拖尾”程度Cu>Na>U;推测花岗岩对三种元素的阻滞作用Cu>Na>U;通过使用配线法求出Na、Cu、U的纵向弥散度分别为:0.0858-0.1077 m、0.0921-0.1162 m、0.0958-0.1337 m,横向弥散度为:0.00077 m、0.00066 m、0.00030 m。(3)弥散尺度实验表明室内小尺度试验也可产生“尺度效应”为后续研究提供思路。数值模拟研究主要包括:1)以对流-弥散实验为基础,选择双重连续介质模型构建瞬时注入数学模型,验证有关参数;2)根据野外实际情况,选择双重连续介质模型构建恒定注入数学模型,模拟预测Na、Cu、U在青山花岗岩裂隙内部的迁移情况。模拟结果表明:(1)对比实验曲线与模拟曲线,验证了实验求得数据的准确性;同时证明在未知参数较多的情况下,使用等效连续介质模型求取有关参数是可行的;(2)模拟Na、Cu、U在青山花岗岩裂隙中的迁移情况,发现当溶质在同一迁移位置处,随时间增加,浓度值逐渐增大;由于花岗岩对Na、Cu、U的阻滞系数不同导致在同一时刻裂隙中溶质迁移距离U>Na>Cu,而从Na、Cu、U基质中的迁移情况看到当迁移距离的增加,基质中各元素浓度含量逐渐减少;此外,在相同位置处,Na、Cu、U在基质中的扩散深度U>Na>Cu,且在扩散到相同基质深度处浓度始终保持U>Na>Cu,分析原因主要为花岗岩基质对各元素的阻滞系数不同所致。