离子型稀土矿作为我国特色的优势资源,主要分布于华南地区。原地浸矿凭借成本低廉、保护地表等优势,目前已成为稀土矿资源回收的主要方法。但是离子型稀土矿相比其他使用溶浸技术开采的金属矿,原地浸矿的相关理论研究相对滞后,致使工程现场缺乏理论指导,工艺参数盲目选择,资源浪费严重。研究表明,细颗粒含量是影响浸矿液入渗的关键因素,不同稀土矿山细颗粒含量差异极大。因此,亟需研究细颗粒含量对湿润锋运移过程的影响,本文通过对不同细颗粒含量下多孔注液湿润锋的运移交汇过程以及土-水特征进行研究,进一步丰富离子型稀土原地浸矿入渗理论。 本文立足于离子型稀土矿原地浸矿工程实际,综合相关研究,选用江西赣南多个稀土矿区的矿样作为研究对象,通过理论分析与实验研究,探究不同细颗粒含量下矿土的土-水特征,后基于Van Genuchten模型建立细颗粒含量与矿土基质吸力的关系模型,进而修正单孔入渗湿润锋运移模型,而后优化多孔交汇入渗湿润锋运移模型,主要研究内容与结论如下: (1)本文取样自赣州定南某稀土矿,在实验室完成对样品的预处理后,采用XRF仪器对矿样的元素配分进行测定、利用激光粒度仪获取颗粒级配等参数,通过室内试验确定矿样的基本物理参数(密度、含水率、比重)。 (2)采用Geo-Experts压力板仪测定不同细颗粒含量条件下离子型稀土矿的体积含水率与基质吸力的关系曲线,利用Van Genuchten模型和Fredlund&Xing3模型对实验数据进行拟合分析,得到了不同细颗粒含量条件下的土-水特征曲线(SWCC)。试验结果表明:细颗粒含量会显著增加矿体的持水能力,微观机制分析揭示其作用机理主要源于细颗粒对孔隙结构的填充优化。基于Van Genuchten模型的关键参数,建立了细颗粒含量与基质吸力的关系模型,为揭示稀土矿体持水特性变化规律提供理论支持。 (3)通过单孔注液研究细颗粒含量对湿润锋运移过程的影响,实验结果表明细颗粒含量会显著影响湿润锋运移并改变含水率分布特征。基于细颗粒含量与基质吸力的关系,建立了考虑矿体细颗粒含量的单孔非饱和入渗模型。验证结果显示,与先前建立的模型相比,改进模型的预测精度提升。平均均方根误差RMSE下降78.89%,平均误差百分比PBIAS下降80.63%,平均纳什效率系数提高22.16%,有效提高了模型的可靠性。 (4)利用等效试验方法,完成了不同细颗粒含量下多孔交汇入渗实验,揭示细颗粒含量对单孔与多孔入渗模式的影响差异。并基于细颗粒含量与基质吸力的关系,建立了考虑矿体细颗粒含量的多孔交汇非饱和入渗模型,与传统模型相比,平均均方根误差RMSE下降54.04%,平均误差百分比PBIAS下降62.24%,平均纳什效率系数提高19.79%,优化后的模型计算结果与试验值高度吻合。