基于液态沉积成型3D打印的裂隙介质复刻方法构建与VOCs迁移研究

物理模拟实验是揭示裂隙介质中渗流及溶质运移规律的重要手段,但由于裂隙介质的复杂性和随机性,构建可复刻的裂隙实验模型成为一项技术难题,3D打印技术的兴起为此提供了新的思路。本文系统梳理了3D打印技术在裂隙模拟实验中的应用现状,构建了裂隙实验模型复刻新方法,并探究了所获模型的特性。首先,针对现有裂隙模型构建方案存在的材料模拟度低、模型强度不足、时间和经济成本高等缺陷,提出具有裂隙岩体模拟度强、个性化定制灵活、可重复性好等优势的液态沉积成型(LDM)3D打印技术。其次,对该技术结合CT扫描构建获得的高精度裂隙实验模型进行物理化学性质分析,裂隙结构测试显示模型裂隙率为5.77%,与实际岩芯裂隙率(5.46%)非常接近;微观形貌分析表明模型表面具有粗糙特性,断面表现出脆性断裂特征,符合实际岩石特征;模型采用陶泥材料打印,矿物组成及元素特征与硅酸盐岩基本一致,该材料可用于模拟此类岩石。最后,以四氯化碳(CCl4)为例,开展挥发性有机物(VOCs)在包气带裂隙介质中的迁移实验。结果表明,在时间上,裂隙介质中气相CCl4浓度逐渐增大并趋于平衡,平衡浓度及平衡时间受污染源(地下水)中CCl4浓度的控制;空间上,裂隙介质中气相CCl4浓度自上而下逐渐增大,平衡状态下气相CCl4浓度呈指数型分布。综上,LDM型3D打印技术能够有效复刻裂隙介质,并可用于VOCs等污染物模拟实验,后续研究需要关注材料创新、应用探索及打印精度提升。