冻融作用下煤矸石重金属释放特性及潜在生态风险评价

以韩城桑树坪矿区煤矸石为主要研究对象,利用冻融风化实验、五步提取实验及浸泡实验,分析冻融风化作用下煤矸石中重金属As、Cd、Cr、Cu、Pb的释放特性及形态变化。结果表明:随着冻融循环次数的增加、冻融风化作用强度增大,煤矸石重金属赋存形态发生变化,Cd和Pb由不可利用态逐渐向可利用态转变;Cu可利用态比例进一步增大。对比不同温度解冻煤矸石释放浓度的变化,发现不同温差对重金属释放量具有一致性,总体上呈Cu>Cd>As>Cr>Pb。通过RAC生态风险评价得出,经过冻融作用的煤矸石重金属释放的潜在生态风险顺序为Cd>Cu>Pb>As>Cr。     

冻融循环条件下武汉红土物理力学性质试验研究

2008年我国南方出现了历史上罕见的"低温雨雪冰冻"天气,由于土体冻融破坏,产生了很多地质灾害。而在土体冻融过程中,温度和含水量具有重要的影响。通过对取自武汉市汉阳地区的红色黏土进行不同含水量下的冻融循环试验,并连同原状土一起,进行了一系列土体物理性质和工程力学性质变化规律的研究,以验证冻融过程对土体强度的影响。     

考虑软弱夹层中岩土体应变软化特性的矿山边坡变形体渐进破坏分析

为明确软弱夹层中岩土体应变软化特性对矿山边坡变形体稳定性的影响,基于线性应变软化M-C模型,提出了容重增加法分析矿山边坡变形体渐进破坏的方法。以四川某石灰石矿区高边坡平台变形体稳定性分析为研究对象,选取两个典型的工程地质剖面建立矿山边坡稳定性FLAC数值计算模型,分析了软弱夹层含水量对矿山边坡变形体稳定性的影响规律,并与极限平衡法进行对比,验证容重增加法计算边坡安全系数的有效性和优越性,最后以剪应变增量为变化指标,描述了矿山边坡变形体渐进破坏的全过程。结果表明:①软弱夹层含水量增加,会增大边坡失稳的风险,同时其应变软化特性对边坡安全系数的影响更显著;②容重增加法初始状态下的边坡安全系数与极限平衡法峰值状态下的边坡安全系数计算值相当,极限平衡法采用残余强度指标计算得到的边坡稳定性结果偏于保守,建议采用容重增加法稳定状态下边坡稳定性的计算结果评价边坡变形体的稳定性;③随着计算时步的不断增加,基于线性应变软化M-C模型的容重增加法,可以全面、直观地描述矿山边坡变形体渐进破坏的全过程,可为矿山边坡安全评估提供依据。     

冻融对土壤吸附态镉赋存形态及生物活性的影响

以东北地区棕壤为供试土壤,通过人工控温、室内培养的方法,测定了不同冻融次数(冻融温度-30～20℃,冻融时间24 h,冻融次数0、1、3、6、9次)和不同土壤含水量处理下(田间持水量的10％、40％、70％、100％、120％),外源镉浓度为20 mg·L-1时,土壤吸附态镉的不同赋存形态的含量,并分析了各赋存形态镉占吸附态镉总量的比率及吸附态镉生物活性的变化.结果表明,不同冻融处理土壤吸附的重金属镉中,各赋存形态镉占吸附态镉的比率顺序为:交换态＞残渣态＞碳酸盐结合态＞铁锰氧化物结合态＞有机结合态.各赋存形态镉占吸附态镉的比率随冻融次数和土壤含水量的变化呈不同趋势.冻融次数对交换态镉、碳酸盐结合态镉、铁锰氧化物结合态镉、残渣态镉的影响均达到显著或极显著水平,对有机结合态镉的影响不显著;含水量对交换态镉、碳酸盐结合态镉、铁锰氧化物结合态镉的影响达到显著或极显著水平,对有机结合态镉和残渣态镉的影响不显著.供试土壤中吸附态镉的生物活性较强,生物可利用系数和移动系数分别达到65.9638％和62.9851％.生物可利用性系数和迁移系数均随着冻融次数的增加先增加后降低,然后趋于平稳,说明土壤自身在一定范围内存在着缓冲能力.     

冻融对污染场地土壤重金属稳定化性能的影响

为了分析冻融对污染场地土壤重金属稳定化性能的影响,采用赤泥和硫化钠作为添加剂,对土壤中的Pb、Zn和Cd进行稳定化处理,并通过模拟冻融过程,分析冻融循环后重金属的浸出毒性、生物可给性、土壤pH和土壤结构的变化,探讨冻融循环对稳定化处理土壤中重金属长期稳定性能的影响. 结果表明:稳定化处理后土壤中Pb、Zn和Cd的浸出毒性比原始供试土壤分别降低了98.5%、99.8%和99.7%. 养护30 d后,稳定化处理土壤中Zn和Cd的生物可给性分别由28.8%、49.5%降至11.5%、21.8%,Pb的生物可给性由52.9%升至57.9%. 经过30 d冻融循环后,冻融土壤中Pb、Zn和Cd的浸出毒性比原始供试土壤中相应重金属质量分数分别增加了4.27、2.47、89.65 mg/L. 经过冻融循环后,土壤中重金属的生物可给性比未冻融土壤略有升高. 随着养护时间和冻融时间的延长,土壤pH呈升高趋势. 不同阶段土壤扫描电镜结果显示,冻融循环致使土壤空隙变大、结构松散,说明冻融循环对稳定化土壤结构有一定损伤. 分析结果表明,冻融过程增加了Pb、Zn和Cd释放的环境风险.      

考虑滑带土蠕变特性的边坡长期稳定性分析

为明确边坡软弱夹层中滑带土的蠕变特性对边坡长期稳定性的影响,选取某典型岩质边坡工程为实例,首先在查找、分析已有滑坡事故发生原因的基础上,通过现场监测和室内环剪试验,研究了不同含水量和法向应力条件下边坡滑带土的蠕变变形曲线特征;然后通过引入有关损伤变量的经验关系式,建立了考虑含水量变化的用于描述边坡滑带土蠕变非线性蠕变本构模型;最后将模型计算结果与实测结果进行对比,验证所建立模型的有效性和正确性,并通过预测一年后边坡软弱夹层变形的发展规律,对该边坡长期稳定性做出评价,探讨了计算模型对于外部环境因素影响的局限性。结果表明:①边坡滑带土的蠕变特性与含水量密切相关,引入的损伤变量经验关系式可以有效地描述这一特性;②基于边坡滑带土蠕变特性的应力-应变计算模型,可以准确、有效地评价边坡软弱夹层的变形情况;③边坡软弱夹层的塑性剪切变形随时间的推移呈不断增加趋势,其累积变形量逐渐贯通于整个软弱面,最终导致滑坡的发生;④计算模型中未考虑自然条件的影响,在强烈自然环境的作用下,应加强边坡变形的实时监控,并与模型计算结果进行对比与分析,针对异常情况,及时采取合理的工程防护措施。该研究结果可为此类边坡的长期安全评价提供理论指导。     

湖北省十白公路阳南沟隧道进口边坡防护方案论证

边坡防护方案的合理有效是确保边坡治理及边坡长期稳定的关键,分析评价边坡防护方案具有重要的工程意义。采用极限平衡方法对湖北省十堰至白河公路阳南沟隧道进口边坡的稳定性进行了分析与评价,提出了整体加固和局部加固的综合防护方案,并采用有限单元方法对边坡防护方案进行模拟分析与评价,评估防护方案的合理性和有效性。结果表明:采取抗滑桩整体加固措施能保证边坡整体稳定,可有效地控制边坡的整体变形,减小边坡变形对阳南沟隧道大桥桥墩的影响,而采取抗滑挡墙能有效地控制边坡的局部稳定;整体加固和局部加固的边坡综合防护方案是合理的,可有效地确保阳南沟隧道进口边坡在施工和运营期间的长期稳定。该研究可为类似地区边坡的防护工程设计提供参考。     

蒙库铁矿高陡边坡稳定性影响因素分析与安全控制措施

本文以新疆蒙库铁矿矿山高陡边坡为研究对象,对边坡稳定性的影响因素(岩性、结构面、几何特性、软弱夹层、爆破振动与冻融循环作用)进行了分析,在此基础上针对蒙库铁矿边坡工程实际提出了该高陡边坡的安全控制措施,并强调指出安全控制措施的制定应以“预防性安全控制措施为主,必要的工程加固为辅”为原则,其中预防性安全控制措施主要包括边...     

基于均匀设计的边坡敏感性灰色关联分析

在边坡敏感性分析中,试验方法的选择对试验次数和试验效果起着至关重要的作用.与正交设计相比,均匀设计不仅能减少试验次数,而且能够获得较好的试验效果.本文以一土质边坡为例,选取容重、内聚力、内摩擦角、坡角及坡高5个因素进行均匀试验设计,并对其敏感性进行了灰色关联分析,结果表明:坡体的抗剪强度指标是影响土质边坡稳定性的最重要...     

中南地区冻土抗剪强度影响因素研究

在中南地区采集代表性土样,在室内模拟极端冰雪条件,通过改变试验温度、土体含水量以及冻融循环次数对土样进行直剪试验,研究该地区冰冻土体抗剪强度的影响因素,结果表明:冰冻土体的内聚力c和内摩擦角随着温度的降低逐渐增加,随着土体含水量的增加而减小;随着土体冻融循环次数的增加,内摩擦角增加幅度小于内聚力c的减小幅度,即土体的抗剪强度降低。该研究结果对中南地区在极端冰雪灾害时期,准确确定建筑、构筑物的地基承载力具有一定的实际意义。     

磷在原状土中的淋溶规律

研究磷在原状土中的淋溶规律及不同因素的影响。采用自行设计的原状土淋溶柱,探讨了磷在原状土中的淋溶规律。分别用pH值为4.0、6.8和9.0的淋溶液淋溶原状土,当淋溶液p H值由9.0降至6.8时,磷的总淋出量由2120.mg升至238.1 mg,增幅较小,p H值继续降至4.0,磷的总淋出量增加至271.9 mg;与未酸化的土壤相比,酸化后土壤中,磷的淋出量增加了22.18%,说明土壤酸化会增加磷的流失;以4 d为一个冻融周期,进行了不同冻融频次和冻前含水率的交替冻融试验。结果表明:在冻融频次小于5次时,磷的淋失量与冻融频次呈正相关,当冻融频次大于5次时,磷的淋出量随冻融频次的增加而减小;土壤冻前含水率越大,磷的淋失量也越大,冻前含水率由15%增加到25%时,淋失量由217.3 mg增长到316.2 mg,增长了45.50%。     

冻融作用对土壤中溶解性有机物的光谱学特性的影响

以受季节性冻融过程影响显著的辽宁省棕壤和暗棕壤为研究对象,考察了冻结温度、融化温度、冻结时间和冻融次数对土壤中溶解性有机物(DOM)的光谱学特性的影响.结果表明:冻融处理条件下土壤中的溶解性有机碳(DOC)含量、波长254 nm处的紫外吸光度(UV-254)和单位浓度DOC的紫外吸收值(SUVA)的变化规律相似,均随冷冻和融化温度的升高而增大,随冷冻时间的延长先减小后增大,随冻融次数的增多而减小.冻融作用使DOM的腐殖化程度提高,分子量减小.随着冷冻时间的延长,DOM中类富里酸荧光物质和类腐殖酸荧光物质的含量先减少后增多;随着冻融次数的增多,DOM中荧光物质的含量逐渐减少.研究成果对于准确掌握冻融条件下土壤中DOM的变化规律,以及实施有效的土壤生态环境和地表水流域环境管理具有重要的理论意义和实用价值.     

北方寒冷地区冻融期河岸缓冲区土地利用结构对河流水质的影响

以松花江哈尔滨段为研究区域,基于2014—2015年哈尔滨市6个国控水质监测断面逐月水质监测数据和2014年秋季ETM遥感数据,通过不同空间尺度和土地利用类型划分,利用冗余分析等方法研究土地利用结构在北方寒冷地区冻融期对河流水质的影响,结果表明:松花江流域哈尔滨段水质状况整体状况一般,氮污染比较严重,融水期COD与BOD_5高于冰封期,冰封期氮、磷含量高于融水期;冻融期河岸带100、200、500、900、1500 m缓冲区这5种尺度下,对河流水质指标影响最显著的土地利用方式为水域和建设用地,影响最大的空间尺度为100 m缓冲区,200 m缓冲区次之.其中建设用地和旱田与除DO以外的任何水质指标呈正相关,水域则与其呈负相关.融水期水质对土地利用结构的响应关系强于冰封期.在冰封期,水域对NH_3-N影响较大呈显著负相关,建设用地对TN影响较大呈显著正相关.在融水期,建设用地对COD影响较大呈显著正相关.在流域管理中,针对植被覆盖率低、建设用地占比高的流域应加强冻融期土地利用管控,合理开发建设用地.     

冻融破解预处理剩余污泥及强化微生物电解池处理效能

针对微生物电解池（MEC）处理剩余污泥时水解速率慢、有机质降解率低的问题,采用冻融破解预处理剩余污泥,探讨了冻融对污泥泥质的影响及对后续MEC处理效能的强化作用。结果表明:冻融处理可以有效促进污泥絮体解散、细胞破裂及有机物溶出,在-18℃冷冻72 h,26℃融解3 h后,污泥SCOD增加了2.58倍。以冻融污泥为底物的MEC装置,在0.7 V外加电压条件下,污泥SS和TCOD去除率分别超过40%和60%。与未经处理的原泥相比,冻融处理提高了MEC装置的库伦效率和阴极H₂回收率,分别提高了5.8%和6.7%。微生物群落分析表明,冻融预处理促进了微生物电解过程中产电菌群（如变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes））的生长和富集,改善了剩余污泥的资源利用和能源回收效益。     

松花湖水源地重金属非点源污染调查

通过对吉林松花湖及其上游入湖河流水质、底泥、动植物样品中重金属污染的调查和评价,发现20世纪80年代初开始基本得到控制的汞污染现象又呈加重趋势.底泥中汞富集系数较20世纪80年代上升1(5倍;受污染水体中的两栖动物林蛙体内甲基汞呈富集状态,较未污染河流中林蛙体内高2(29倍.汞污染的来源是上游个体手工式小采矿点随意倾倒尾矿渣,随降雨径流进入河流所致.     

老化作用对生物炭钝化白云鄂博矿区碱性土壤中Cd2+的影响

生物炭虽然已经广泛用于酸性和中性土壤重金属污染修复,然而当生物炭应用于碱性土壤中经历不同程度的老化后是否会改变其结构和固定重金属的能力却关注较少.因此,以玉米秸秆为原料制备生物炭,采用冻融和干湿这两种人工加速老化培养和一种短期自然老化方法对生物炭进行老化实验.老化后测定土壤的pH和Cd²⁺的有效态含量、总量和形态,并从土壤中分离生物炭进行表征,探讨老化作用对生物炭钝化矿区碱性土壤中Cd²⁺的影响.结果表明,白云鄂博矿区碱性土壤中添加生物炭处理不具有显著的石灰化效应,冻融和干湿加速老化处理中pH整体呈下降趋势.与对照相比,添加生物炭后Cd²⁺有效态含量降低了19.32%~30.67%,总Cd²⁺含量下降了5.02%~7.18%.老化作用未能显著改变Cd²⁺的形态,但降低了酸可提取态与可还原态的比例,说明生物炭即使经历老化,依然能够长期固定Cd²⁺,这与生物炭老化后含氧官能团和孔隙结构的增加有关.研究可为生物炭在矿区环境中的长期应用提供理论依据.     

液氮冻融破碎生物污泥制备生物絮凝剂

利用城市剩余生物污泥,采用液氮冻融破碎、提取液提取的方法制备了生物污泥絮凝剂。对絮凝剂的制备条件及其絮凝性能进行了研究,结果表明:采用液氮冻融破碎,pH为1.0的稀盐酸溶液作为提取液提取所制备的絮凝剂,对高岭土悬浮液的絮凝效率可达98.5%。液氮冻融破碎的次数对絮凝剂制备没有明显影响。同时考察了絮凝剂投加量以及絮凝体系的pH对絮凝剂絮凝活性的影响。