红层细碎屑岩遇水崩解微观机理的试验研究

为研究红层细碎屑岩遇水崩解的微观机理及其演化过程,选取湖南省桑植县满家坡滑坡红层基岩开展了耐崩解试验,并对不同崩解循环后的红层细碎屑岩进行了X射线衍射(XRD)试验和扫描电镜(SEM)试验,分析了不同崩解循环中红层细碎屑岩的物质组分和微观结构的变化。结果表明:①红层细碎屑岩遇水崩解时物质变化主要表现为碎屑组分的相对增加和胶结物组分、黏土矿物组分的相对减少;②红层细碎屑岩的微观结构变化可通过岩石颗粒球度R、磨圆度P_S和孔隙率P_O等参数刻画,崩解时红层细碎屑岩内部的微观结构保持不变,而红层细碎屑岩表面颗粒的球度R和岩石表面的孔隙率P_O相较内部上升,红层细碎屑岩表面颗粒的磨圆度P_S相对下降;③红层细碎屑岩遇水崩解的微观结构演化过程主要包含填隙物脱落、岩石表面孔隙增大、矿物颗粒联结力下降、颗粒破碎脱落等系列过程,这一过程的反复进行最终导致了红层细碎屑岩宏观结构上的破坏。该研究可为完善红层细碎屑岩崩解机制和揭示红层滑坡破坏机理提供新的思路。     

酸性环境对红层泥岩公路路基填料崩解特性的影响研究

为了解红层泥岩公路路基填料受酸性环境影响下的崩解机理,在室内干湿循环试验条件下对不同pH值溶液中红层泥岩试样开展了干湿循环崩解试验,分析了红层泥岩崩解后崩解物的颗粒粒径分布状况,并采用推导的基于质量与粒径关联的分形维数分析了酸性环境对红层泥岩崩解特性的影响。结果表明:pH值越小,溶液中红层泥岩崩解物的级配分布越均匀,崩解越充分,反之则崩解物以大颗粒为主,崩解不充分;在干湿循环次数较少时,不同pH值溶液中红层泥岩试样的崩解速率较快,在第2次干湿循环后其崩解速率开始减小,并在第6次干湿循环之后基本达到稳定;随着溶液pH值的减小,红层泥岩崩解物的分形维数逐渐增大,说明红层泥岩崩解物中细颗粒含量逐渐增多,崩解速率逐渐增大,表明酸性环境能够加速红层泥岩试样的崩解。     

三峡库区巴东组红层泥岩崩解和强度弱化特性研究

侏罗系巴东组红层软岩广泛分布于三峡库区,因其表现出较强的崩解和强度弱化特性而经常以块体的形式出露并被视为致灾地层。以某边坡开挖过程中出露的三峡库区巴东组红层泥岩块体为研究对象,通过干湿循环试验、点荷载强度试验和颗粒直剪试验研究了红层泥岩块体试样的崩解和强度弱化特性。结果表明:试样崩解过程主要集中在前20次干湿循环,且崩解过程中粒径大于50 mm的试样仍然占据主要部分;试样的修正点荷载强度指数主要集中在0.25～4 MPa之间,试样的点荷载强度指数、单轴抗压强度和抗拉强度均随干湿循环次数的增加呈下降趋势,且表现出较高拟合度的负线性关系;试样的剪切应力值在初始变形阶段(1 mm剪切位移内)增长较快,其后增长缓慢并最终趋于稳定;试样的抗剪强度随着轴向压力的增大而逐渐增大,随着干湿循环次数的增加而逐渐降低,在0.4～0.8 MPa轴向压力条件下,试样的抗剪强度增长更快;试样的剪切过程可分为压密、压裂和旋转三个阶段;试样的内摩擦角和黏聚力均随干湿循环次数的增加而逐渐减小并趋于稳定,且表现出较好的玻尔兹曼函数拟合关系。该研究结果可为红层软岩区堆积层滑坡的稳定性分析与防治工作提供依据。     

江汉平原冲积相黏土沉积物有机碳的赋存特征

以江汉平原冲积相地层不同深度的黏土沉积物有机碳的形态特征为研究对象,通过沉积物粒径和黏土矿物组成分析沉积环境和孔隙水化学成分对有机碳形态的影响,并利用磷脂脂肪酸(PLFA)分析微生物的种类和含量及对有机碳的分解程度的影响。结果表明:(1)黏土沉积物的总有机碳(TOC)含量范围为1.77～19.57 g/kg;重组有机碳(HFOC)含量范围为1.60～17.79 g/kg;轻组有机碳(LFOC)含量范围为0.03～3.06 g/kg;黏土层孔隙水中的溶解性有机碳(DOC)含量范围为12.42～97.71μg/L。相对深层的沉积物有机碳以HFOC为主,HFOC对深层碳库的积累起着重要作用;(2)LFOC是孔隙水中DOC的来源之一;(3)微生物对LFOC的利用效率较高,微生物更偏向利用小分子有机酸和氨基酸(LFOC的组成成分)作为碳源,与LFOC呈显著负相关;(4)TOC和HFOC与黏粒组分呈正相关关系,它们与粉粒和细砂粒无相关性,黏粒是沉积物固定有机碳的重要组分;(5)蒙脱石与有机碳含量的相关性良好,存在较强的吸附作用。     

岩石溶蚀的表现特征及其对物理力学性质的影响

本文以微晶白云石大理岩和黏土质长石砂岩为研究对象,以现场实测及室内试验资料为基础,对岩石溶蚀的表现特征及其对表层物理力学性质的影响进行了研究。研究表明:1)在岩石发生溶蚀的区域,由表及里易溶性矿物成分和易迁移元素氧化物的含量逐渐增加、黏土矿物含量和烧失率逐渐减少,岩样的微观结构也发生了变化,主要表现为岩石表层溶孔、溶隙发育,易溶矿物颗粒表面出现溶孔、溶坑、颗粒间出现溶蚀裂隙等;2)溶蚀使岩石表层强度降低、吸水率增大,溶蚀愈严重表层强度越低、均匀性愈差,吸水率愈大;溶蚀还使岩石的孔隙度及孔隙尺寸明显增大。     

江汉平原黏土沉积物粒径与有机碳分布特征

该文以江汉平原不同埋藏深度的湖积、冲-湖积、残坡积3种沉积相黏土沉积物中的有机碳形态的分布特征为研究对象,通过测试钻孔沉积物粒径及TOC、HFOC、LFOC,分析不同沉积环境条件下有机碳的赋存特性及粒径组分对有机碳形态和含量的影响。结果表明:(1)湖积相钻孔A粒径频率曲线主要为单峰,沉积环境较稳定,TOC含量为1.72～17.71 mg/g,呈波动式逐渐降低;(2)冲积相钻孔B粒径频率曲线有单峰、双峰、三峰3种峰型,水动力条件不稳定,TOC含量为1.77～19.57 mg/g,不同深度含量差别较大;(3)坡积相钻孔C粒径频率曲线主要为双峰,TOC含量为1.44～4.37 mg/g,含量较低且具有波动性,受成土母质碳含量影响较大;(4)TOC和HFOC普遍与颗粒较细的粒径组分呈正相关,黏粒和细粉粒对沉积物有机碳存在较强的吸附作用,对有机碳的保存有重要的影响。     

垃圾渗沥液腐蚀下污泥灰改性黏土压缩特性及孔隙结构

采用市政污泥为原材料烧制污泥灰,并将污泥灰作为改良添加剂对传统填埋场压实黏土衬垫系统进行改性,以达到实现污泥资源化利用以及减少黏土作为衬垫防渗材料的用量.为评价污泥灰改性黏土作为填埋场衬垫材料的工程特性以及微观结构,通过固结压缩试验、低温氮气吸附试验、颗粒分析试验分别检测改性黏土的压缩特性、微观孔隙结构、颗粒组成.压缩试验结果表明,受垃圾渗沥液腐蚀后的改性黏土,随污泥灰含量的增加,孔隙比增大、压缩量减小;经垃圾渗沥液腐蚀后,改性黏土的压缩系数(α1-2)为0.310~0.391MPa-1,固结系数(Cv)为2.446~2.768cm2/s.低温氮气吸附试验结果表明,改性黏土的吸附-脱附等温线属于Ⅴ型等温线;对于垃圾渗沥液腐蚀的改性黏土,孔径分布呈双肩峰形式,孔径为3~7nm的孔隙占比较大,累计孔容为0.509~0.530cm3/g.颗粒分析试验结果显示,受渗沥液腐蚀后改性黏土颗粒组成差异性明显,粒径>11.5 μm的颗粒为35.09%~49.42%;粒径为2.3~1.5 μm的颗粒为2.35%~7.28%;粒径<2.3 μm的颗粒为46.57%~57.63%.污泥灰改性黏土具有较好的抗垃圾渗滤液腐蚀效果,可将其作为填埋场衬垫材料使用.     

土壤经不同氧化剂梯度氧化后吸附芘的模型拟合

使用芬顿试剂(F)和次氯酸钠(Na)2种氧化剂对北京东灵山(DL)和云南曲靖(YN)2种山地土壤进行梯度氧化控制,并将氧化前后的土壤进行芘的批量吸附实验.实验结果用6种土壤吸附疏水性有机污染物(HOCs)拟合模型进行拟合,利用判定系数R2和加权方差MWSE判定拟合优劣程度.Polanyl-Manes模型(PMM)在各氧化梯度下具有较小的1-R2和MWSE值.模型模拟得到饱和吸附容量(Q0),次氯酸钠氧化的YN土壤的Q0大于芬顿试剂氧化的YN土壤的Q0,DL则与之相反;次氯酸钠氧化的YN土壤的Q0大于其氧化的DL土壤Q0.2种氧化剂条件下,TOC含量较高的DL土壤(0～2.5%)对芘的最大吸附容量与TOC的含量呈正相关.相反,TOC含量较低的YN土壤(0.1%～0.5%)对芘的最大吸附容量则与TOC含量呈负相关,2个分别被芬顿试剂和次氯酸钠氧化后的梯度组吸附容量不由TOC含量主导.4个氧化梯度组中有效吸附潜力均和TOC之间存在线性相关关系,DL土壤被次氯酸钠氧化后有效吸附潜力与TOC呈负相关,其余3个组呈正相关.     

两种土壤粒径分形模型的对比研究

本文从两种土壤粒径分布分形模型的推导入手,分析得出的土颗粒质量-粒径分布分形模型(模型二)仅是在土颗粒密度相同的假定条件下对土颗粒数量-粒径分布分形模型(模型一)的近似替代,并以某滑坡滑带土为例,分别运用这两种模型对该滑带土样进行粒度分形特征的试验研究,结果表明:由模型二计算的粒径分布分维数和相关系数均比模型一的小,其误差产生的原因是土颗粒密度由于矿物成分的不同而存在差异;但是模型二的计算结果可以较好地反映试样的分形特征,其原因是各粒组的各种矿物的相对含量相差不大,土颗粒的平均密度近似相等,假定条件适应性较好。     

四川盆地裸土起尘中颗粒物及重金属的赋存特性

为探索四川盆地裸土起尘中颗粒物及重金属的赋存特性,构建了"阳离子型污染物土壤表层运移行为研究系统",在系统模拟风速条件下进行裸土起尘试验,分析了起尘中各级粒径颗粒物的质量浓度、地面尘的沉降量随纵向的分布特征,并重点分析了起尘中颗粒物的尺寸效应与重金属含量、矿物组成的变化关系。结果表明:四川盆地裸土起尘初期1~5h内,颗粒物的浓度较高,污染较为严重;距起尘源1~2m区域内降尘质量最多,占地面尘总量的30%左右;铅(Pb)、铬(Cr)和砷(As)3种重金属元素在不同粒径颗粒物中的浓度水平具有明显的差异,在试验粒径范围内随着颗粒物粒径的减小,3种重金属元素的含量增加,呈现负相关关系;各级粒径颗粒物中矿物组成基本相同,主要由伊利石、石英、钠长石、绿泥石、方解石5种矿物组成,但颗粒物的粒径越细,黏土矿物(伊利石+绿泥石)的含量越多,对重金属离子的吸附能力越强。     

绿泥石缺失条件下盖层封闭性的变化规律

为进一步探究绿泥石对CO2-水-岩石相互作用的影响,结合鄂尔多斯盆地深部地层的黏土矿物组成,利用先进的数值模拟软件TOUGHREACT,研究了绿泥石缺失条件下盖层封闭性的变化规律,并揭示了其封闭性变化的机理。结果表明:绿泥石缺失使盖层中的地球化学反应发生了极大的变化,矿物体积分数的变化量减小,盖层的自溶蚀效应减弱;矿物的化学行为(由沉淀为主转化为以溶解为主或由溶解为主转化为以沉淀为主)发生了逆转;CO2-水-岩石的地球化学进程大幅减缓;CO2的矿化捕集作用明显减弱,且CO2矿化捕集量一直小于0,不利于CO2地质封存。     

黄河口表层沉积物中重金属的环境地球化学特征

为了探讨多重环境因素变化下黄河口沉积物中重金属的环境地球化学行为,研究了2011年7～8月黄河口14个表层沉积物样品中Cu、Pb、Zn、Cr、As和Hg等6种重金属的分布特征、环境影响因素及其生态风险.结果表明,黄河口表层沉积物中6种重金属平均含量分别为Cu:(16.5±2.7)mg.kg-1,Pb:(16.0±3.4)mg.kg-1,Zn:(21.0±3.3)mg.kg-1,Cr:(17.4±3.1)mg.kg-1,As:(6.5±1.2)mg.kg-1,Hg:(0.044 4±0.030 7)mg.kg-1.与我国近海其它区域比较,研究区域重金属含量均处于较低水平.表层沉积物中河口南侧沉积物中重金属含量比北侧高,并随河口向外沉积物中重金属含量逐渐降低,此分布趋势在莱州湾西南部尤为明显.重金属间无显著相关关系,重金属含量与细颗粒物、总有机碳(total organic carbon,TOC)之间亦无显著相关关系,表明黄河口表层沉积物中重金属受到汛期黄河上游复杂来源的影响,且粒度、TOC皆非主控因素;TOC与黏土的相关系数达0.724(P<0.05),显示TOC更易富集于黏土中.与多种背景值及一致性沉积物质量基准比较,黄河口部分站位Pb含量超出背景值,但该含量水平引发有害生物效应的可能性不大,尽管重金属含量偏低,生态风险较小,但近年来Hg、Pb的风险有升高的趋势.     

武汉市道路尘埃污染中磁学指标与重金属含量对比

对武汉市不同功能区的道路尘埃进行环境磁学和化学分析的综合研究.结果显示:尘埃中的磁性矿物含量在空间分布上具有较大的差异,平均磁化率为工业区(7.36×10~(-6)m~3/kg)交通沿线(5.38×10~(-6)m~3/kg)商业区(3.76×10~(-6)m~3/kg)开发区(2.26×10~(-6)m~3/kg)和风景区(2.48×10~(-6)m~3/kg).工业活动和交通因素是造成区域尘埃中磁性矿物含量升高的主要原因,地理位置和人口密度对尘埃中磁性矿物的含量也有一定的影响.岩石磁学研究结果表明:尘埃中的磁性载体以亚铁磁性矿物为主,部分样品中含有不完整反铁磁性矿物.扫描电镜和能谱分析显示:人类活动产生的磁性颗粒(铁的氧化物和铁的硅铝酸盐)一般呈球形,自然成土过程中形成的不规则状磁性颗粒(磁赤铁矿).污染负荷指数与磁化率(R~2=0.870)、饱和等温剩磁(R~2=0.665)等表征磁性矿物含量的参数呈显著正相关.因此,尘埃的磁学参数可以作为重金属含量的参考指标.     

矿山污染水库中砷形态转化受铁循环影响研究

As在水体中的环境行为较为复杂,且潜在威胁生态健康。该文以受矿山活动影响的喀斯特地区水库为对象,在掌握水质理化特征及不同形态As、Fe空间分布的基础上,利用电子探针显微分析仪、矿物形态连续提取技术及水化学理论分析Fe在上覆水-沉积物体系中的循环过程以及对As迁移转化的影响。结果表明：在水体弱碱性、温度及氧化还原电位随深度降低的环境条件下,水库中总As平均浓度为72.94μg/L,其中颗粒态As占比74%;上层水体溶解态As向颗粒态转化,浓度随深度降低,颗粒态As浓度则呈相反趋势;在沉降作用下颗粒态As富集于下层水体,溶解态As受沉积物释放影响浓度有增加趋势,但受吸附作用控制界面水浓度较低;颗粒态Fe也在下层富集,沉降入沉积物后高活性铁氧化物可被还原溶解,使界面水溶解态Fe浓度高于上覆水体,可向上输送;还原态Fe经氧化水解进一步增加下层水体颗粒态Fe含量,增强对溶解态As的吸附去除;水中As浓度受Fe循环影响较大,尤其底部受沉积物调控作用较强。该成果可为科学认识As在水库中的循环转化提供理论依据。     

不同粒径铅锌冶炼废渣中重金属分布特征

为研究铅锌冶炼废渣自然风化崩解与机械破碎后形成的不同粒径废渣中重金属分布及其迁移扩散的差异,对黔西北土法炼锌大量堆存的不同来源不同粒径铅锌冶炼废渣中Pb、Zn、As、Cu、Cd、Cr等6种主要重金属污染物的总量、水溶态与有效态含量进行分析。结果表明:黔西北土法炼锌废渣中富含多种重金属,其中Pb、Zn含量较高(分别可达12 151.83、13 735.97 mg/kg),As、Cu次之(3 031.25、2 782.57 mg/kg),而Cd、Cr含量较低(164.12、45.6 mg/kg)。自然风化崩解不同粒径级颗粒间Pb、Zn、As、Cu、Cd、Cr 6种主要重金属污染物的总量均存在极显著差异(p0.01),且6种重金属含量均与粒径呈显著负相关;不同粒径级间矿渣水溶态及有效态重金属含量均整体呈现出随粒径减小而升高的趋势,且不同粒径级废渣颗粒之间水溶态与酸溶有效态重金属含量均具有显著差异(p0.05);而机械破碎得到冶炼矿渣不同粒径级之间6种重金属含量均基本相同,不同粒径级之间废渣水溶态与酸有效态重金属含量与粒径关系与自然风化崩解矿渣规律类似,但其数值上低于自然崩解相应值。说明不同来源以及不同粒径的铅锌矿冶炼废渣中重金属的含量及其释放数量存在显著差别,在自然堆放条件下风化崩解的铅锌废渣对周围环境产生的污染和危害要大于机械破碎矿渣,应加以及时有效的治理。     

白云岩洞穴系统中水-气CO_2分压对洞穴水水文化学过程的影响:以贵州双河洞为例

为揭示白云岩岩层中所发育洞穴系统中的中的洞穴水与空气中CO_2分压对洞穴水水文化学过程的影响及其动态变化特征和控制因素。从2015年4月至9月对绥阳双河洞洞穴水的水化学指标进行了为期6个月的动态监测,结果表明:(1)双河洞洞穴水的水化学类型主要为HCO_3~--SO_~(2-)-Ca~(2+)-Mg~(2+)和SO_4~(2-)-HCO_3~--Ca~(2+)-Mg~(2+)型水,在受到上覆石膏岩层的影响时,SO_4~(2-)成为优势离子且可以极大提高溶液中Ca~(2+)离子含量;(2)洞穴滴水的水-气间CO_2分压差值(△PCO_2)与SI之间存在良好的负相关关系的同时,2种重要的矿物饱和指数SI_c,SI_d之间存在着良好的正相关关系;(3)实测数据分析证明"表观饱和指数"现象的客观存在;(4)洞穴水中的液相CO_2(PCO_2_(water))与溶液的pH值呈现出显著的负相关关系,且在未开发的天然封闭洞腔中洞穴空气CO_2分压对洞穴水水文地球化学过程影响较小。     

高寒湿地水体溶解性碳氮磷对水位变化的响应

以地处青藏高原东缘的若尔盖高寒湿地为研究对象,采用"中型试验生态系"进行水位调控,研究不同水位处理(WN,恒定水位;WD,波动水位)对水体中溶解性有机碳(DOC)、溶解性有机氮(DON)以及溶解态磷(DTP)的影响。结果表明:(1)高寒湿地水体中的DOC与水位下降深度间存在显著正相关关系,水位下降降低了水体DOC含量,DOC的含量从WN处理的23.27 mg/L下降到WD处理的14.87 mg/L;(2)高寒湿地水体中总可溶性氮(TDN)和DON受水位变化影响显著,二者与水位下降深度有显著指数相关关系,TDN和DON均随水位下降深度的增加而增加;(3)若尔盖高寒湿地水体中磷素含量低,平均仅为0.02 mg/L,DTP与水位变化没有显著相关性,表明磷素含量不易受到水位变化的影响。     

不同生态带下盐城滩涂湿地土壤颗粒和矿物结合有机碳特征

通过对比不同生态带下盐城滩涂湿地表层土壤中颗粒有机碳(POC)和矿物结合有机碳(MOC)含量与分布,探讨不同生态带下滩涂植被对土壤环境特别是土壤有机质组分分布及其累积的影响。结果表明:不同生态带的滩涂湿地表层土壤总有机碳(TOC)和总氮(TN)含量分布规律为:芦苇地互花米草滩盐蒿滩光滩,反映了盐城滩涂湿地土壤由海向陆土壤质地由砂到粉砂,最后为粘土的变化规律;互花米草滩对土壤有机质有着比光滩和盐蒿滩更高的富集能力,芦苇地的颗粒有机碳(POCf+POCo)含量为4.17 g/kg,互花米草滩的POC含量为2.14 g/kg,远高于盐蒿滩(1.92 g/kg)和光滩(0.31 g/kg)。互花米草的引种从有机碳物理分级组分上改变了TOC的分配,有利于提高土壤中游离态颗粒有机物、闭蓄态颗粒有机物的含量以及占土壤有机碳的比例。该研究能够为沿海滩涂湿地碳存储和固碳潜力以及评价和保护湿地生态系统提供一定的科学依据。     

污灌区土壤中多环芳烃的垂直分布及可能来源

用气相色谱-质谱联用(GC/MS)的方法分析太原市小店污灌区9个土壤剖面中16种多环芳烃(PAHs)含量及垂直分布特征.结果表明,小店污灌区表层土(0～10 cm)中PAHs平均含量变化趋势为背景区<沼泽区<清灌区<污灌区;大部分剖面土中PAHs含量随土层深度增加呈减少趋势,PAHs含量变化幅度较大的位置集中在地表以下0～40 cm范围内;高环(4～6环)PAHs大量富集在距地表0～50 cm土壤内,清灌区土壤对4～6环PAHs的富集能力强于污灌区;不同环数PAHs与TOC和砂粒呈正相关关系(rmax=0.791,P=0;rmax=0.882,P=0),与pH呈负相关关系(rmin=-0.1,P=0.702);距地表0～40cm范围内的土壤中PAHs的主要污染来源为小店区煤的燃烧;燃烧产生PAHs的污染途径一是直接沉降至土壤中,二是沉降至水体中,吸附在固体颗粒表面,随着灌溉污水流动而在土壤中大量富集.     

多环芳烃在西江高要段水体中的分布与分配

为了解西江流域水体中多环芳烃(PAHs)的深度和季节分布及其在溶解相和颗粒相的分配以及控制因素,分别在洪水期(2003年8月和2004年7月)和枯水期(2003年11月和2004年3月)采集了西江高要段水柱.结果表明,溶解相和颗粒相中PAHs的浓度分别为21.7~138 ng/L和40.9~664.8μg/kg;水体中PAHs的总含量(颗粒相及溶解相),洪水期大于枯水期.在溶解相中,PAHs的浓度随深度无明显规律;而在颗粒物中,PAHs的浓度都表现出相同的变化趋势,即中层水PAHs含量最高,表层水PAHs含量最低.溶解相和颗粒相中PAHs的浓度都随悬浮颗粒物的含量增加而增加.从PAHs组成特点来看,溶解相以3环的PAHs为主,而颗粒相以3~4环的PAHs为主.PAHs在颗粒相及溶解相中的分配系数(KP)不受颗粒有机碳浓度控制(R2为0.000 1~0.2),而受颗粒物浓度、及溶解有机碳浓度的共同影响(R2为0.15~0.36),尤其是溶解态的细小碳黑有机质的影响.西江高要段水体PAHs在不同季节的lgKOC值大部分超过经典平衡分配模型的上限.除了2003年11月(R2为0.000 4~0.12,p0.001)之外,其它3个季节PAHs的lgKOC与lgKOW均有较强的相关性(R2为0.29~0.91,p0.05).洪水期颗粒物的亲脂性强于枯水期.