基于分形维数的高速铁路“微膨胀性”泥岩微观孔结构分析∗

微膨胀性泥岩严重影响高速铁路的平稳运行,为研究压实作用对高速铁路微膨胀性泥岩微孔隙结构的影响,采用冻干法将压片机制备的不同干密度的试样进行干燥,应用压汞仪定量测定其孔隙分布特征。研究结果表明:随着试样干密度及进汞压力的增大,试验界限进汞压力逐渐增加,最大进汞量逐渐减小;不同干密度试样的孔隙特征分布曲线均呈现出明显的三峰特征,据此将试样孔隙分为大孔、中孔和小孔三类;采用与研究土体粒径级配类似的方法对孔隙的分布进行了分析,发现不同干密度的试样,小孔隙占比均较大;压实作用对大孔隙影响显著;采用Menger海绵模型及热力学关系模型对泥岩孔隙结构的分形特征进行了研究,研究发现泥岩干密度越大,泥岩孔隙内壁越粗糙,孔隙结构越复杂。研究成果可为膨胀泥岩地区高速铁路修建提供参考依据,对该地区同类工程建设具有借鉴意义。     

镉溶液污染黏土微观结构演化规律

镉溶液在压实黏土中迁移会引起黏土微观结构的变化。通过一系列扫描电子显微镜与低温氮吸附实验,观察了镉溶液污染黏土的表面微观形貌与孔隙结构的演化规律。扫描电子显微镜观察结果显示,受镉溶液污染严重的土柱上表面孔隙明显,土颗粒之间主要以点-点排列方式为主;而受镉溶液污染较弱的下表面,土颗粒之间主要以片-片状排列为主。低温氮吸附实验结果表明,Z=0 cm、Z=10 cm、Z=20 cm、Z=30 cm处,污染黏土吸附量分别为682.65、631.72、583.25和523.36 cm3/g。随土柱中土层深度的增大,黏土颗粒间微孔增多,二次孔减少,孔隙体积与比表面积减小。镉溶液污染黏土孔隙主要集中在10 nm以下。     

用于研究土壤孔隙三维结构的连续数字图像的制备

主要介绍了一种用于分析土壤孔隙三维结构的连续数字图像的制备方法,内容包括土样的处理、不同格式图像之间的转换、孔隙结构分析指标等;对一类具体土壤的研究结果表明,在2cm的间距内,土壤孔隙结构仍存在较为明显的异质性。     

不同孔隙孔径碳材料对甲烷的吸附特征研究

为探究煤矿瓦斯气体吸附存在的孔隙孔径大小及煤矿瓦斯突出压力定为0.74 MPa的微观原因,采用计算化学材料软件Material Studio对碳材料孔隙孔径进行模型构建,通过Sorption模块计算不同碳材料孔隙孔径对甲烷的吸附情况,得到了单层和双层不同孔隙孔径碳材料对甲烷的吸附数据,然后用内插法得到0.74 MPa条件下单层和双层孔隙孔径碳材料对甲烷的吸附量。结果表明:单层和双层碳材料孔隙孔径对甲烷吸附的最佳孔径分别是10和8;0.74 MPa条件下不同孔隙孔径碳材料对甲烷的吸附量均在75%以上,对于最佳孔径甚至在90%以上。     

水岩耦合作用对软岩巷道变形影响的数值模拟

煤矿软岩巷道支护问题是制约煤矿安全高效生产的技术难题之一,在不同形式的地下水影响下,巷道支护难度急剧增加。为了研究水岩耦合作用对软岩巷道变形的影响规律,基于FLAC3D数值模拟方法对变孔隙水压力作用下软岩巷道围岩位移场和应力场演化规律进行了仿真研究。结果表明,孔隙水压力对软岩巷道的稳定性具有显著影响,且孔隙水压力的演化趋势与应力场演化特征具有同步性。在巷道围岩均布孔隙水压力的条件下,孔隙水压力对两帮的影响范围大于顶底板,圆拱形巷道弧顶正上方1.435~4.21 m范围内应力集中程度可达到原孔隙水压力的3.09~4.03倍,逐渐向外围扩展为扇形面的孔隙压力等值区域,在巷道的下方孔隙水压力呈"W"形分界面。     

基于原位被动采样技术研究巢湖沉积物和水体中PAHs的垂直分布及其界面交换

沉积物-水体界面处分子扩散是污染物的一个重要地球化学过程,也是判断沉积物是否为上层水体中污染物汇或源的主要依据.本研究利用低密度聚乙烯膜(LDPE)为吸附相的原位被动采样器,同步确定了巢湖西半湖南淝河入湖口处不同深度的上层水体和沉积物孔隙水中13种多环芳烃(PAHs)浓度,并计算了它们在沉积物-水体界面的分子扩散通量.结果表明,3种性能参考化合物(PRCs)在上层水体中的解析速率较沉积物孔隙水中大,相应地,水体中LDPE膜对PAHs的吸附速率高于沉积物孔隙水.水体中13种PAHs总浓度(130～250 ng·L~(-1))低于沉积物孔隙水(180～253 ng·L~(-1)),且均以低环PAHs为主.2～3环PAHs浓度在上层水体中无明显的垂直变化,但4～6环PAHs浓度呈现随深度增加而降低的趋势.沉积物孔隙水中PAHs浓度的垂直变化规律反映了历史强排放过程.研究区域PAHs在沉积物-水体界面的交换通量变化范围为-384～1445 ng·m~(-2)·d~(-1),除Flu和Pyr外,其它PAHs均从沉积物向水体释放,反映了底部沉积物是上层水体中PAHs的重要二次污染源.     

不同土壤中镍的离子活度研究

自由离子浓度(或活度)是决定重金属的生物有效性和化学行为的关键因素,然而土壤系统中自由金属离子的活度测定与模型预测还存在很多不确定因素。该研究以重金属元素镍为研究对象,从它的固液分配系数、自由离子活度影响因素出发,通过经验的多元回归模型以及腐殖质平衡模型(WHAM VI)分析了影响其指标变化的关键因子。结果发现,土壤孔隙水的pH是影响镍在土壤固/液相分配的最关键因子,可以解释91%固液分配系数(K_d)的变化;同时,它也是影响自由镍离子活度占总镍百分比的最关键因子(r~2=0.74),土壤孔隙水中溶解性有机碳含量(DOC)可以提高回归模型的预测,但贡献率仅占10%。使用WHAM VI预测土壤孔隙水中自由镍离子活度的结果显示,采用惯用的65%活性富里酸(AFA)代替孔隙水中的活性DOM会导致预测值低于道南膜技术(DMT)测定值20%左右(碱性土壤除外),两者均方根误差(RMSE)达到15.7。分别降低碱性、中性、酸性土壤中的%AFA至50%、10%、5%,模型预测能力显著提高,预测值与实测值百分比的RMSE达到8.65。其研究结果说明土壤中的活性DOM比例较低(5%～50%),尤其对于中性与酸性土壤来说,活性DOM≤10%。该研究结果对于土壤系统的模型构建与重金属镍的环境风险评估具有重要意义。     

二氧化碳致裂对煤岩孔隙表面分形特征影响实验研究

为了探究二氧化碳致裂对贵州高瓦斯低渗透煤层的孔隙致裂增透作用,提出了应用低温氮吸附与FHH模型相结合的方法,分析致裂前后煤样的微观孔隙特征变化,并将分形维数与孔隙特征参数结合。研究结果表明:二氧化碳致裂对煤的孔隙具有明显的作用效果,致裂后煤岩体中微孔含量、比表面积减少,而孔容、平均孔直径增加;致裂作用会使煤的分形维数减小,孔隙表面受致裂效果会趋于光滑;受二氧化碳致裂作用,分形维数的大小与平均孔直径、孔容和吸附量等存在负相关关系,与比表面积、微孔含量等呈正相关关系。     

有机/无机缓蚀剂在模拟混凝土孔隙液中对钢筋缓蚀作用对比研究

目的检测和评价五种有机/无机缓蚀剂在含3.5%NaCl的模拟混凝土孔隙液(SCP)中对Q235碳钢的缓蚀效果。方法采用动电位极化曲线和电化学交流阻抗谱(EIS)测试方法。结果综合评价后可知,0.0015 mol/L的D-葡萄糖酸钠具有最好的缓蚀效果,浸泡30 d后的Rct可达到282.7^4×104Ω·cm^2,此时的IE为99.99%,对Q235碳钢在模拟海水混凝土孔隙液中的腐蚀具有最佳应用价值。结论各缓蚀剂均存在最优浓度/配比,可使钢筋在含Cl-的SCP溶液中的点蚀电位(Eb)和电荷转移电阻(Rct)显著提高,且缓蚀效率(IE)随浸泡时间的延长而增大。