酸性环境下砂岩溶质运移的数学模型及其解析解

doi:10.11988/ckyyb.20190791

长江科学院院报 ›› 2020, Vol. 37 ›› Issue (11): 89-95.DOI: 10.11988/ckyyb.20190791

酸性环境下砂岩溶质运移的数学模型及其解析解

丁凡^1,2, 霍润科^1,2, 李曙光^1,2,3,4, 秋添^1,2, 钱美婷^1,2, 韩飞^1,2

1.西安建筑科技大学土木工程学院, 西安 710055;
2.西安建筑科技大学陕西省岩土与地下空间工程重点实验室,西安 710055;
3.中铁二十局集团有限公司博士后科研工作站, 西安 710016;
4.中铁二十局集团有限公司高原隧道施工技术及装备研发中心,西安 710016

收稿日期:2019-07-09 修回日期:2019-07-21 出版日期:2020-11-01 发布日期:2020-12-02
通讯作者: 李曙光(1988-),男,河南杞县人,博士后,主要从事环境岩土工程、隧道与地下工程方面的研究。E-mail:lssgg2015@163.com
作者简介:丁凡(1995-),男,江苏姜堰人,硕士研究生,主要从事环境岩土工程、隧道与地下工程方面的研究。E-mail:1131837883@qq.com
基金资助:
中国博士后科学基金项目(2020M673525);中铁二十局集团有限公司2020年度科技研发项目(YF2000SD01A);国家自然科学基金项目(41172237)

Mathematical Model and Analytical Solution of Solute Transport in Sandstone under Acidic Environment

DING Fan^1,2, HUO Run-ke^1,2, LI Shu-guang^1,2,3,4, QIU Tian^1,2, QIAN Mei-ting^1,2, HAN Fei^1,2

1. School of Civil Engineering, Xi'an University of Architecture and Technology, Xi'an 710055, China;
2. Shaanxi Key Lab of Geotechnical and Underground Space Engineering, Xi'an University of Architectureand Technology, Xi'an 710055, China;
3. Post-doctoral Research Workstation, China Railway 20thBureau Group Co., Ltd., Xi'an 710016, China;
4. R & D Center of Plateau Tunnel ConstructionTechnology and Equipment, China Railway 20th Bureau Group Co., Ltd., Xi'an 710016, China

Received:2019-07-09 Revised:2019-07-21 Online:2020-11-01 Published:2020-12-02

摘要/Abstract

摘要： 酸性环境下,溶液中的离子在浓度差的作用下向砂岩内部扩散、传输,并与其组分发生化学反应。基于非稳态扩散理论,推导出砂岩受酸腐蚀溶质运移过程的反应-扩散控制方程,得出其解析解,编制相应的MatLab计算程序,并用室内砂岩的酸腐蚀试验结果进行初步验证。建立砂岩单轴抗压强度与酸性溶液浓度时空分布关系,可为量化分析酸性污染物对水利工程的影响提供分析方法与手段。

关键词: 砂岩, 溶质运移, 酸性环境, 数学模型, 解析解, 数值解

Abstract: Due to concentration difference, the ions in acidic solution diffuse and transport into sandstone, and chemically react with the components of the sandstone samples. On the basis of the unsteady diffusion theory, the reaction-diffusion equation for the solute transport process of acid-corroded sandstone is derived and the analytical solution is obtained. The corresponding MatLab program is compiled and preliminarily verified by indoor tests. The temporal and spatial distribution relationship between the uniaxial compressive strength of the acid-corroded sandstone and the concentration of the soaking solution is established, which provides an analytical method for the quantifying the influence of acid pollutants on water conservancy projects.

Key words: sandstone, solute transport, acidic environment, mathematical model, analytical solution, numerical solution

中图分类号:

TU45

丁凡, 霍润科, 李曙光, 秋添, 钱美婷, 韩飞. 酸性环境下砂岩溶质运移的数学模型及其解析解[J]. 长江科学院院报, 2020, 37(11): 89-95.

DING Fan, HUO Run-ke, LI Shu-guang, QIU Tian, QIAN Mei-ting, HAN Fei. Mathematical Model and Analytical Solution of Solute Transport in Sandstone under Acidic Environment[J]. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute, 2020, 37(11): 89-95.

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酸性环境下砂岩溶质运移的数学模型及其解析解

Mathematical Model and Analytical Solution of Solute Transport in Sandstone under Acidic Environment

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