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摘要：为了研究不同最大粒径离子型稀土土样对入渗规律的影响，利用自制的试验装置进行离子型稀土垂直入渗试验。水头高度恒定为6cm，土样最大粒径分别为2.36mm、1.18mm、0.6mm和0.3mm。在试验结果的基础上，利用改进的Green-Ampt模型分析离子型稀土入渗的饱和导水率和基质吸力。结果表明，随着入渗时间的递增，累积入渗深度和湿润锋运移速率分别呈“快速增加-缓慢发展”和“快速减小-缓慢发展”的趋势。湿润锋运移速率与入渗时间之间满足幂函数关系，土样最大粒径对幂函数参数有较大影响。入渗率与湿润锋倒数之间具有良好的线性相关性。随着土样最大粒径的增加，饱和导水率和基质吸力也逐渐增加，二者与最大粒径之间呈指数函数关系。
关键词：离子型稀土；入渗；最大粒径；饱和导水率；基质吸力
0引言
南方离子型稀土属于离子吸附型矿床，是关系国家安全和发展的最重要战略资源之一，属于国家保护性开采矿产资源。其开采工艺先后有池浸、堆浸和原地浸，目前大力推广原地浸开采工艺[1-3]。
与其他矿种溶浸技术研究相比[4-7]，离子型稀土原地浸开采工艺的理论研究落后于工程实际应用.在实际开采过程中，多凭经验确定注液井网参数和注液速度，造成资源浸取回收率不确定性非常大，有的可达90%，有的甚至不足10%[8]，急需开展原地浸出的基础理论研究工作。基于此，罗嗣海等[9-10]研究了浸矿过程中矿土渗透性和强度的变化规律，取得了许多有益结果。然而，对离子型稀土非饱和入渗规律，特别是不同最大粒径对入渗的影响特性鲜有研究。研究离子型稀土的入渗规律，不仅有利于完善离子型稀土原地浸开采工艺的理论体系，也有利于南方离子型稀土原地浸标准化开采的实施。
自制一套离子型稀土入渗试验装置，对4组不同最大粒径稀土土样进行入渗试验，分析累积入渗深度和湿润锋运移速率随时间的变化规律，并得到湿润锋运移速率随时间变化的经验模型。借助改进后的Green-Ampt 模型，分析入渗率与湿润锋倒数之间的关系，重点研究最大粒径对离子型稀土入渗基质吸力的影响。研究结果有助于完善离子型稀土原地浸开采的理论体系。
1 入渗模型
根据Green-Ampt入渗模型中土壤含水率分布的基本假定，将土柱垂直入渗过程简化为理想模型。假定土壤入渗时存在明显的湿润锋面且水平，湿润锋面将土壤分为饱和区和干土区。湿润锋后面为饱和区，土壤含水率为饱和含水率θs，导水率为饱和导水率ks，湿润锋前面为干土区，土壤含水率为初始含水率θi。利用水量平衡原理得到试验中Δt时间内入渗进入到土柱的水量和湿润锋之间的关系
（1）
式中：ΔI—时段内累计入渗量，mm；θs—稀土饱和含水率；θi——稀土初始含水率；zf——湿润锋深度，cm。
2 土样制备和试验方法
2.1 土样制备
试验所需稀土均来自赣南寻乌县稀土矿山，在室内放置若干天，风化完成。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆分别用不同孔径（2.36、1.18、0.6、0.3 mm）标准筛筛取，统一测定试样含水率，按土样粒径0～2.36mm、0～1.18 mm、0~0.6mm、0~0.3mm（下文统称最大粒径2.36mm、最大粒径1.18mm、最大粒径0.6mm和最大粒径0.3mm土样）分组备用。
2.2试验方法
积水高度由溢水管至上土表面的距离控制，从而保证恒定的水头压，通过调节溢水管至上土表面的距离可以固定不同的水头高度，试验过程中始终保持水头高度为6cm。从开始注入水后，观测对象为刻度尺的读数、马氏瓶读数以及量杯中水的重量。由于前期土柱干燥，入渗速度较快记录数据的时间间隔为1min，进而保证前期数据的精度，随着入渗的时间增加记录数据的时间间隔增加到1h。
3试验结果及分析
3.1不同最大粒径下累积入渗深度随时间的变化规律
四组试验均在水头高度为6cm的情况下进行的。每隔一段时间观察土柱的湿润锋位置，观察不同时间下的土柱湿润锋位置。
在一维垂直入渗过程中，四种土样的湿润锋入渗深度随时间的变化趋势大致相同。随着入渗时间的增加，湿润锋累积距离也增加，且入渗初期湿润锋运移速率较快，后期逐渐减慢。
4 结论
在恒定水头高度为6cm的条件下，对4组不同最大粒径下的稀土矿进行了室内一维垂直入渗试验，研究了不同最大粒径下的入渗规律，结果表明：
（1）四种最大粒径土样的湿润锋入渗深度随时间的变化趋势大致相同。随着入渗时间的增加，湿润锋累积入渗深度呈现先快速增加，后缓慢发展的趋势；即湿润锋运移速率值呈先是快速减小，后是缓慢发展的趋势。
参考文献
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作者简介
陶伟，男，1990年生，硕士，助教，主 要 从 事 岩 土 工 程 分 析 方 面 的 教 学 和 科 研 工 作.
基金项目：江西省教育厅科学研究项目（GJJ171407）
论文作者:陶伟1,周丽红2,陶彦1
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第29期
论文发表时间:2019/1/2
标签：入渗论文; 稀土论文; 粒径论文; 湿润论文; 离子论文; 规律论文; 水头论文; 《建筑学研究前沿》2018年第29期论文;