颗粒粒径和水溶液性质对多孔介质渗透性的影响

水化膜厚度对多孔介质渗透性的影响已为人们所认知,很多文献对此进行了定性的阐述,但这方面的量化研究至今尚处空白.本文首先总结了不同领域有关水化膜厚度的研究成果,确定不同水溶液环境中水化膜厚度的范围在0～200 nm,并在此基础上,模拟计算了水化膜厚度对不同粒径球体多孔介质渗透性的影响.为验证模拟结果,试验选用平均粒径分别为8.86(S1)和1.67 μm(S2)的2种玻璃微珠进行渗透试验,利用变水头渗透仪,测定不同浓度NaCl和CaCl2溶液在S1和S2样品中的渗透系数.试验结果表明,水化膜对多孔介质渗透性影响显著,在水化膜厚度为75.4～79.4 nm的淡水环境中,S1样品的渗透系数为(12.07～12.61)×10-8 m/s,而S2样品的渗透系数仅为(2.05～2.28)×10-8m/s;水化膜厚度的变化对渗透性也有显著影响,5％ NaCl溶液中,水化膜厚度被压缩至60.6 nm,从而导致S1样品的渗透系数由12.07×10-8m/s升高至13.15×10-8m/s,S2样品的渗透系数则由2.28×10-8m/s升高至3.91×10-8m/s;5％ CaCl2溶液中,水化膜厚度被压缩至32.4 nm,从而导致S1样品的渗透系数由12.61×10-8m/s升高至15.55×10-8 m/s,S2样品的渗透系数则由2.05×10-8m/s升高至8.86×10-8m/s.