黏性岩土的化学渗透效应及其研究进展

张宏宇（沈阳师范大学化学化工学院，辽宁辽阳110034）

黏性岩土的化学渗透效应及其研究进展

张宏宇（沈阳师范大学化学化工学院，辽宁辽阳110034）

化学的渗透情况引发了耦合流的分析与研究，其己普遍的运用在地球和环境科学及土木工程当中，一直经来对化学的渗透与黏土的半透膜效应的研究，从理论的基础与试验的研究及数值模型等方面论述黏性岩土化学渗透的效应理论与其研究，主要表述化学渗透情况与其黏土的半透膜效应在室、场地、野外的试验及化学渗透耦合流的连续及不连续模型，并指出未来需主要的对黏性土质的化学渗透现象所给地下的水流与溶质的运移方面带来的影响。

黏性岩土；化学渗透效应；耦合流的模型

当沉积物与页岩当中所含有的黏土矿特时主要是因为渗透的系数较低，所以在对地下水实施水流运协与溶质运移的相关研究时，经常的被认为是不透水或者是弱透水。在这种的状况下来构建地下的水流与溶质的运移模型时，对于流项方面的一些问题经常的会被忽略，在溶质发生运移的时候弥散的作用占有主导性。而研究的工作人员察觉黏土并不是切实的有隔水的功能，所以在水头的梯度下会出现越流。随化学性的渗透及与半透膜的相关性质表明，在低渗透性的黏土介质当中，黏土能够呈现出和生物的半透膜选择性质的渗透性较为相像。

1 化学渗透、反渗透与耦合流之间的原理

1.1 化学渗透和反渗透间的联系

两中不一样浓度的溶液隔在半透膜的时候，水分子或是别的溶剂能够从水势高的溶液当中经过半透膜而进到水势低的溶液当中，这样的现象称作渗透的现象。化学的渗透压是因为半透膜的两端化学势能差造成的，渗透压计算的公式是：(1)式中的R热力学的常数，它的值是8.314J/;T表示的是热力学的温度（K）；V表示的是水的摩尔体积和是低浓度端和高浓度端的水活性。或：Δπ=vRTΔC(2)式子中的v表示的是解离常数；ΔC是半透膜两端浓度差。以0.1的NaCl的溶液来做示范，在25°C情况下，通过这个公式能够计算获得半透膜两端渗透压力差是495.5kPa,与50m水头压力相近。

1.2 黏土膜的性质功能

和普能的生物半透膜相互比较，黏土或是黏质页岩中的半透膜性是因黏土的颗粒表面的双电层性质。在透水性相对比较良好的含水层之中，大多的孔隙水溶液之中的离子不会因为双电层的关系而影响到其进行自由的通过。相反的在黏土的沉积物内，当黏土在受到较大压力的时候，黏土颗粒间的距离变小，这时双电层形成了重叠，溶液内带有电粒子，主要是因为电荷的排斥，所以会不容易通过黏土的介质。而水这种不带电分子会很容易通过。

2 化学渗透的试验分析

2.1 室内试验

因为黏土样品是处在和其孔隙水浓度不一样的试验溶液当中会产生膨胀或是收缩，在硬壁式的渗透仪当中，黏土的样品性质将会在膨胀的时候出现挤压的变形或者是收缩使样品和渗透仪壁形成分离而导致渗漏。而柔性壁渗透仪更便于使围压环境的优点。

2.2 场地试验

因为技术方面和经济方面的原因，与室内的试验相比，对黏土膜的场地规模的试验少。经直接的与间接的测定及相关的场地试验获得了渗透率系数，但由于试验的方法不一样及取材也不相同及评估的方法不一样所以测得的化学渗透率系数也是大不相同的。

3 化学渗透的模型

3.1 不连续性的模型

关于化学渗透的一些现象，不连续性的模型重点是以黏土半透膜的两端浓度差与压力差对膜性能展开评估，此类方法己普遍在实验室当中获得了应用，主要用于对平均膜的性能计算上面。另外，部分的研究人员利用理论来进行分析，明确黏土内孔隙度与颗粒的排列规律、颗粒和孔隙水离子之间的特点、黏土排盐的作用与双电层本身的厚度及黏土孔隙内的水浓度等各类参数和黏土膜性能之间的重要联系。与别的模型相比来说，Bresler的模型只需确定黏土内双电层水膜的厚度与试验的溶液浓度如此便能够通过计算获得化学渗透的系数，这种方法是比较实用且可靠性强的不连续性的模型。

3.2 连续的模型

不连续性的模型只参照半透膜两端在稳定地期时来评定膜性能的能力，并不能较好的解读渗透情况的压力与浓度因时间的变化情况。所以建立连续模型可充分的对压力与浓度的及时状态开展模拟操作。以这个模型，对室内的试验结果开展模拟操作，通过试验获得参数值、经验值，模拟的结果和试验的结果得出了良好的拟合。这个模型对于室内的试验或是场地的试验都有非常好的适用性。这个模型含有5种平衡的方程，即空气质量的平衡方程、液体及蒸汽质量的守恒方程，溶于水的液体离子质量守恒的方程、多相介质的熵平衡与介质动量守恒的方程。经过模拟可知，在建筑物内的材料存有一定的膜性能，在解决建筑物的稳定时需把化学渗透的现象考虑在内。

4 结语

从研究的工作成果可以说明，化学渗透、反渗透会对低渗透黏土的地下水流动与溶质运移有很直接的影响。不管是室内或是场地的试验及数值模型上均获到明显的成果。对黏土膜性能与化学渗透情况的分析，有很重要的意义与现实的价值。

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张宏宇（1995-），女，汉族，辽宁省抚顺市抚顺县，沈阳师范大学，化学化工学院，化学（师范）。