Na_2CO_3对回填材料膨润土的改型效果分析

以新疆柯尔碱膨润土为原料,加入不同比例的Na2CO3改型剂,研究改型剂添加对膨润土胶质价、膨胀容和pH值的影响。另外,考虑到压实膨润土的非饱和渗透特性对于评价缓冲回填材料性能具有重要意义,故采用压力膜仪测量压实Na2CO3改型膨润土和原土的土水特征曲线,分析研究二者基质吸力随体积含水率变化的相关关系。实验结果显示,添加Na2CO3改型剂可以增大膨润土的胶质价、膨胀容和pH值,成功地将膨润土中的钙蒙脱石转化为钠蒙脱石,其对柯尔碱膨润土pH值的作用效果满足地质处置库对缓冲回填材料的要求;改型后膨润土的持水能力明显大于原土。     

压实膨润土非饱和渗透系数的一种预测分析方法

用新疆柯尔碱膨润土制备不同干密度土样进行土水特征曲线实验和渗透实验,得到不同干密度土样的土水特征曲线,通过van Genuchten模型预测出相应的非饱和渗透系数,进而得到不同干密度土样非饱和渗透系数与含水率的关系。结果显示:非饱和渗透系数随着含水率的减小非线性的减小,随干密度的增大而减小。当含水率较高时,非饱和渗透系数随含水率的变化比较小;当含水率较小时,渗透系数随含水率的变化比较大。而干密度对渗透系数的影响伴随整个实验过程,当干密度较小时,随着干密度的增大,渗透系数受干密度影响较大。当干密度较大时,此时干密度的进一步增大对渗透系数的影响不大。     

非饱和马兰黄土土-水特征曲线研究

本文通过对西气东输管线子长县—永平镇段原状马兰黄土的基本物理力学性质进行试验,分析了非饱和马兰黄土土样的基本性质,并利用2Bar体积压力板仪对该土样的基质吸力和体积含水量进行了研究,得出其土-水特征曲线,同时分别采用Gardner、Fredlund和Xing以及Van Genuchten土-水特征曲线方程对试验数据进行...     

恩施地区典型滑坡非饱和土土-水特征曲线的试验研究

非饱和土土-水特征曲线表达了含水率与基质吸力之间的关系,是研究非饱和土的关键。为了进一步了解土质、初始含水率及土体微观结构等重要因素对土-水特征曲线的影响,分别在恩施地区双龙洞滑坡和杨家山滑坡采集土样,进行对比试验研究,结果表明:双龙洞滑坡的土样持水能力强于杨家山滑坡;对于同一种土质,初始含水率对开始阶段的脱水速率影响较大;原状土样被扰动破坏后,持水性增强。同时,对于典型的土-水特征曲线分别利用指数衰减函数和Gardner函数进行了拟合,得到了经验函数表达式,具有一定的实际意义。     

树坪滑坡非饱和土的土-水特征曲线试验研究

滑坡失稳是三峡库区重要的地质灾害,滑坡岩土体性质是决定滑坡是否失稳的一个重要的内在因素,而岩土体的土-水特征曲线是反映岩土体性质的一个重要指标,所以对其进行研究具有十分重要的意义。以三峡库区典型滑坡树坪滑坡为研究对象,通过采集滑坡体同一剖面不同位置和同一位置不同干密度的土样进行非饱和土的土-水力学特征试验,研究了土样位置和干密度对非饱和土的土-水特征曲线的影响。结果表明:不同位置的土样由于孔隙率和粒径级配等的不同而使其土-水特征曲线呈现形状各异;土样的干密度越大,进气值越大;在施加相同压力的情况下,土样的干密度越大,饱和度越大,即土样的干密度越大,饱和度的变化越缓慢;在一定的范围内,土样残余体积含水量随着土样干密度的增加而逐渐增大。     

不同试验方法下黄土抗剪强度以及参数差异分析——以甘肃省黑方台黄土滑坡为例

黄土是一种典型的非饱和土,在总结前人试验研究的基础上,以甘肃省永靖县黑方台非饱和黄土为研究对象,进行两种不同的直剪试验,即:利用改进后的非饱和直剪仪对研究区不扰动黄土进行控制基质吸力和净竖向压力为常数的固结慢剪试验,依据研究区土水特征曲线配置不同含水率以控制不同的基质吸力的黄土快速直剪试验。得到两种试验方法下不同基质吸力或含水率和净竖向压力下的非饱和黄土抗剪强度及其参数,探讨非饱和黄土抗剪强度及其参数与基质吸力的关系,并分析两种试验方法所得非饱和黄土抗剪强度及其参数的差异。试验结果表明:两种不同的试验方法下净竖向压力及基质吸力对于研究区非饱和黄土抗剪强度均呈线性增长关系,而抗剪强度参数—黏聚力与基质吸力二者呈线性关系,内摩擦角—基质吸力关系曲线近似成水平直线,其中不同含水率黄土直剪试验在相同基质吸力和竖向压力的条件下,其抗剪强度及内摩擦角略高于非饱和固结排水直剪试验,而其黏聚力略低于非饱和固结排水直剪试验所得黏聚力。     

降雨入渗下残坡积土边坡的稳定性模拟研究

针对杭兰高速公路受降雨影响显著的非饱和残坡积土边坡,考虑降雨入渗的影响,通过对非饱和土水力特征参数的试验研究,用精度较高的Van Genuchten公式拟合土-水特征曲线,得出了非饱和渗透函数的特征参数;在此基础上,将饱和-非饱和非稳定渗流分析与有限元强度折减法相结合,进行了降雨入渗渗流场与应力场的耦合分析,模拟雨水入渗引起的暂态渗流场,并将计算所得到的暂态孔隙水压力用于考虑基质吸力影响的边坡稳定系数的计算;最后根据研究区的降雨气象资料,探讨了降雨强度、降雨持时对残坡积土边坡渗流场分布、发展和稳定性的影响。该研究可为滑坡地质灾害的预防提供依据。     

小降雨入渗的非饱和土边坡稳定性计算方法研究

降雨易导致非饱和土边坡稳定性降低甚至失稳破坏,研究降雨作用下非饱和土边坡稳定性具有一定意义。在考虑降雨强度较小且持续时间较长的情况下,将Richards非饱和土渗流方程应用到斜坡降雨入渗分析中,通过坐标变换、吸力水头分布假设,并结合土-水特征曲线,推导出降雨入渗条件下斜坡基质吸力分布解析解;在此基础上,将斜坡降雨解析函数引入到传统Sarma法中,进而对滑坡土条进行受力分析,得出当地下水位高于潜在滑面、地下水位与潜在滑面重合和地下水位在潜在滑面之下时,斜坡稳定性系数的求解公式;最后利用推导出的公式对实际问题进行求解与验证。结果表明:当降雨强度为0时,基质吸力最大,斜坡稳定性最大;随着降雨强度的增大,斜坡稳定性逐渐降低;当降雨强度等于饱和渗透系数时,斜坡稳定性最小,且稳定性比不考虑降雨时减小了12.8%;工程实例应用显示该方法对于计算持续小降雨状况下的斜坡稳定性是可行的。     

非饱和渗流作用下云阳西城滑坡稳定性分析

基于非饱和土理论采用有限元法模拟了云阳西城滑坡在雨水入渗和库水位下降过程中暂态渗流场的变化,然后将计算得到的暂态孔隙水压力分布用于滑坡稳定性的极限平衡分析。同时,采用延伸的摩尔—库伦破坏准则以便考虑基质吸力对抗剪强度的贡献,计算了暴雨工况和库水位下降工况下的稳定性系数。研究结果表明:降雨引起的暂态渗流场对滑坡稳定性有明显的影响;考虑基质吸力对抗剪强度的贡献,会明显提高滑坡稳定性;由于该滑坡渗透系数较大,库水位下降引起的暂态渗流场对该滑坡稳定性系数的影响不如降雨引起暂态渗流场的明显;该滑坡主要受暴雨影响。     

粉煤灰掺入量对煤矸石水力学性质和导气率的影响

为研究粉煤灰掺入量对煤矸石水力学性质和导气率的影响,设计9种矸灰比的粉煤灰-煤矸石混合物,运用室内一维定水头法和压力膜仪（DIK-3423）以及一维瞬态法测试了混合物饱和含水量、饱和导水率、水分特征曲线和导气率等指标,并与土壤、粉煤灰和煤矸石进行对比分析。结果表明:1）粉煤灰的掺入可以提高煤矸石的饱和含水量,矸灰比3∶7~2∶8的混合物的饱和含水量为36.9%~41.4%,数值上最接近土壤;2）混合物的饱和导水率受粉煤灰掺入量和容重影响,相同粉煤灰掺入量下提高容重会降低饱和导水率,而饱和导水率变化的整体趋势随粉煤灰掺入量的增大而减小;3）混合物的持水性能随粉煤灰掺入量的增大而增大;4）混合物的导气率随粉煤灰掺入量的增大而减小,粉煤灰掺入量<40%的混合物导气率对含水量的敏感度呈先减小后增大的趋势,其余比例混合物导气率变化较均匀;5）矸灰比（煤矸石与粉煤灰体积比）在3∶7~2∶8混合物的植物有效水含量为17.3%~17.6%,数值上最接近土壤,选用粉煤灰-煤矸石混合物充填塌陷土地时可控制矸灰比在3∶7,此时渗透性小,且可以保证有良好的土壤有效水供给。研究结果可为塌陷区土地复垦质量的改良提供数据参考。     

生活垃圾非饱和渗透性质测定的多步出流方法

传统土壤渗透性测量方法直接测量填埋生活垃圾的渗透性质误差较大.本实验现场测定六里屯填埋场原状垃圾土饱和含水率和饱和渗透系数,其平均含水率随填埋深度增加而增大,平均渗透系数为0.018 5mm·s^-1.在保证容重相同条件下,用多步出流法实验室测定扰动样品水分特征曲线和非饱和渗透系数.运用渗压出流和理论拟合测试技术,为建立渗透参数的随机分布模型提供参数测定方法.实验结果与模型显著相关.通过实验及模型模拟,揭示了填埋垃圾水分特征曲线的变化规律,证明多步出流法是适用于填埋场非饱和渗透性质测定的有效方法.     

Compatibility of slurry wall backfill soils with acid mine drainage

The use of slurry walls to contain oxidized tailings and provide cutoff below tailings dams is generally a cost-effective way of preventing environmental degradation due to seepage of acid water from tailings areas. Long-term environmental protection dictates that the slurry wall materials be compatible with the acid water. Six percent Avonseal bentonite by weight was added separately to two natural soils to represent slurry wall backfill materials, which were then permeated with several pore volumes of acid mine drainage (AMD) in the laboratory. Results using both flexible wall and fixed wall permeameters were similar. The carbonate-rich backfill gave an average hydraulic conductivity (K) of 1×10⁻⁹ cm/s, buffered the AMD at circumneutral pH, and kept effluent metal concentrations to very low values (for example, less than 0.05 mg/l zinc). Although the carbonate-free backfill also maintained low K (average 3×10⁻⁸ cm/s) during AMD permeation, it could not neutralize the AMD as effluent pH decreased to approximately 3.5, and metal concentrations reached those of the influent or permeant after approximately 17 pore volumes.     

赤泥渗滤液对钠基膨润土黏土衬垫的渗透机理分析

赤泥渗滤液的高离子强度可以抑制蒙脱石的膨胀,从而导致钠基膨润土黏土衬垫（GCL）的渗透性过强,并无法用作赤泥处理设施中的防渗衬层。通过2种钠基膨润土黏土衬垫与2种赤泥渗滤液的渗透过程,研究强碱性赤泥渗滤液与钠基膨润土黏土衬垫的渗透机理。结果表明:天然钠基膨润土（Na-GCL）和人工钠化钠基膨润土（Ar-GCL）的渗透系数与赤泥渗滤液的离子强度密切相关,随着离子强度的增加,渗透系数呈递进式系统性增大,对高离子强度的山东赤泥渗滤液的渗透系数最大,分别为7.8×10-7,3.2×10-7 m/s。且两者的渗透系数与膨胀指数呈正相关,SEM扫描的微观结构分析发现,膨润土的膨胀机理控制着其渗透作用。高离子强度会使膨润土中的蒙脱石矿物层间发生渗透性膨胀,并吸收大量的水分,减小孔隙度的同时改变流体的流动路径,从而导致渗透系数提高。该结果可为赤泥堆场底部防渗设计提供更为可靠的理论参考,有效降低我国赤泥堆场渗滤液污染风险。     

不同生态修复模式下土壤水文性质及其对溶质运移的影响

煤矿区生态修复过程中不可避免地改变了土壤水和溶质运移过程.土壤水是溶质运移的主要载体,溶质运移受土壤水文性质与植被状况影响.以我国北方典型半干旱区山西古交矿区草本、灌草和乔灌草3种不同生态修复区和撂荒地的土壤为研究对象,揭示不同生态修复模式下土壤水文性质变化规律及其对溶质运移的影响.结果表明,土壤持水性从大到小依次为乔灌草地灌草地草地撂荒地,草本、灌草和乔灌草3种植被修复区的土壤持水量相对于撂荒地分别增加了33.79%、59.19%和62.71%,植被修复有助于增加土壤层蓄水能力.土壤饱和导水率由大到小依次为草地(1.736 mm·min~(-1))灌草地(1.678 mm·min~(-1))乔灌草地(1.564 mm·min~(-1))撂荒地(1.012 mm·min~(-1)),非饱和导水率随吸力增大而呈指数下降,植被修复过程中降低容重的同时提高了土壤持水性,改善土壤持水性能.不同生态修复区土壤中溶质穿透时间呈草地灌草地乔灌草地撂荒地的趋势.CDE、SC和TRM模型均可对矿区不同生态修复模式土壤的溶质运移过程进行较好的表达,其中CDE模型拟合效果最好.结果表明研究区溶质运移方式以对流为主,而且土壤容重和砂粒含量是影响溶质运移的主要因素.     

干湿循环与垃圾渗滤液耦合作用下GCL防渗性能

开展膨胀指数和渗透系数测定试验,研究干湿循环与垃圾渗滤液渗透耦合作用下膨润土的膨胀性能和土工合成黏土衬垫（GCL）防渗性能变化规律.结果表明,干湿循环与垃圾渗滤液渗透耦合作用对膨润土的膨胀性能和GCL的防渗性能具有显著负面影响：在7次干湿循环后,垃圾渗滤液饱和的膨润土的膨胀指数从20mL/2g降低至7.5mL/2g,GCL的渗透系数从1.65×10^-11m/s增加到1.89×10^-7m/s.膨胀指数下降和渗透系数升高的根本原因是膨润土渗透膨胀性能的丧失.单纯的垃圾渗滤液渗透不会改变GCL的渗透系数.将有效应力从20kPa升高至150kPa,可以促使GCL的渗透系数降低4个数量级,满足填埋场防渗要求（< 5.0x10^-11m/s）.     

Hydraulic properties of typical salt-affected soils in Jiangsu Province,China

Every year about 1,500 ha of land is reclaimed from the sea along the coastline of Jiangsu Province, China. It is important to characterize the hydraulic properties of this reclaimed land to be able to predict and manage salt and water movement for amelioration of these saline soils. In this paper, we report hydraulic properties of these salt-affected soils. The pressure-plate method, constant head method, the crust method and Klute's method were used in this study. The saturated hydraulic conductivities of the soils ranged from 128.66 to 141.26 cm/day and decreased with increasing soil depth. The unsaturated hydraulic conductivities followed an exponential function of pressure head. The soil water retention curves were similar for three soil layers in the soil. The saturated water content, field capacity and wilting point decreased with increasing soil depth. Plant available water contents of the three layers in the soil profile were 0.21, 0.20 and 0.19 cm³/cm³, respectively. The unsaturated soil water diffusivity of the studied soils ranged from 0.07 to 10.46 cm²/min, and was related to the water content via an exponential relationship.