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。     

巴东组紫红色泥岩干湿循环强度弱化特性的试验研究

三峡库区发育有大量三叠系巴东组第四段紫红色泥岩(T_2b~4,简称为巴东组紫红色泥岩),受库水位升降的影响其强度易弱化而影响库岸边坡的稳定性,开展三峡库区巴东组紫红色泥岩强度弱化特性的研究可为相关工程地质条件的评价提供参考。首先,依次开展了干湿循环试验和三轴压缩试验,分析巴东组紫红色泥岩的强度弱化特性,并通过CT扫描试验观察试样表面与内部的细观损伤特性;其次,基于CT扫描重构模型,开展了考虑试样内部初始损伤的三轴压缩条件下数值模拟试验;最后,基于岩石的变形特征,提出考虑岩石变开过程压密阶段的能量消耗的一种新的能量耗散模型。试验结果表明:0～10 kPa预应力下的干湿循环试验只对试样表面粗糙度有轻微的影响;干湿循环条件下,试样的峰值强度和残余强度与干湿循环次数呈负线性相关;基于CT扫描重构模型的试样三轴压缩数值模拟试验结果与室内三轴压缩试验结果具有较好的一致性,能体现试样内部的初始损伤特性,更符合实际;改进后的能量耗散模型适合于分析考虑岩石压密阶段的变形过程。     

广西炭质岩石耐崩解性与微观结构特征试验研究

为研究广西地区炭质岩石的耐崩解性及其微观结构特征,通过室内耐崩解性试验、筛分试验、总有机碳(TOC)含量测定和微观扫描电镜分析等方法,研究了炭质岩石耐崩解指数(I_(dn))和崩解分维数(D)随干湿循环次数的变化规律,分析了炭质岩石耐崩解指数和崩解分维数与TOC含量之间的相关关系,并通过对比浸水前后炭质岩石微观结构的变化特征,探讨了其遇水崩解的微观机理。结果表明:(1)炭质岩石的耐崩解指数与干湿循环次数呈负相关关系,6次干湿循环后观察到炭质岩石中大量碎石和黏土矿物的溶解,炭质岩石的耐崩解指数随黏土矿物含量的增加而降低,采用指数函数形式可较好地描述这一相关关系;(2)炭质岩石的崩解分维数随干湿循环次数的增加而逐渐增大,4次干湿循环后炭质岩石的崩解分维数趋于稳定并达到最大值,炭质岩石中崩解分维数和耐崩解指数与TOC含量之间分别呈正、负相关关系,但在TOC含量为2.5%附近相关关系变化速率的差异明显;(3)水分浸入会破坏炭质岩石的致密结构,岩石颗粒表面产生黏土矿物晶体团粒,使颗粒间孔隙增大,黏土矿物的溶解和差异膨胀是影响炭质岩石崩解的主控因素。     

煤矸石改性膨胀土胀缩行为的孔隙特征分析

基于膨胀土给工程结构质量带来的不利影响,将煤矸石掺入膨胀土中,研究其对膨胀土胀缩行为的影响及孔隙特征。将煤矸石粉与膨胀土拌合制作试件,在固结仪内对掺入煤矸石膨胀土试样进行干湿循环试验,检测试样的轴向变形量和含水率,分析煤矸石粉的掺入对膨胀土胀缩性的影响,并通过压汞仪测定脱湿状态下掺入煤矸石膨胀土试样的孔隙分布特征。结果表明:经过6次干湿循环,吸水膨胀后掺入煤矸石膨胀土试样的含水率随干湿循环次数的增加而降低,干燥收缩后试样的含水率随干湿循环次数的增加而增加;随着干湿循环次数的增加,试样的轴向应变量逐渐减小,膨胀率和收缩率在第1次干温循环作用后达到最大值;煤矸石的掺入降低了膨胀土的膨胀率和收缩率,掺量为8%的煤矸石粉可有效抑制膨胀土的膨胀率和收缩率;在干湿循环作用下,煤矸石粉的掺入使膨胀土试样内部的孔隙类型进行了重分布,其孔隙密度和孔隙体积降低,膨胀土的胀缩性受到了抑制。     

西气东输管道工程子长地区黄土环剪试验研究

黄土滑坡是构成西气东输管道安全的重大威胁.本文以西气东输管道工程子长地区的斜坡黄土作为研究对象,通过室内试验研究了该黄土在大剪切位移条件下的力学特征,结果表明:黄土试样在剪切过程中表现出应变软化的特征,并且较快达到残余强度;随着剪切带逐渐形成,黄土试样应力状态发生了改变,其变形也呈现出一定的特征,表现为试样轴向位移经历...     

黄土坡临江1号滑坡体滑带土残余强度试验研究

以巴东黄土坡滑坡临江1号滑坡体滑带土为研究对象,使用环剪仪通过环剪试验研究了滑带土在不同剪切速率、滑带土含水率和法向应力情况下的残余强度特征。试验结果表明:剪切带厚度随着剪切速率的增加而逐渐增加;滑带土的残余强度和峰值强度随着剪切速率的增加均有所增加,且峰值强度增加得更为明显;剪切速率越大,滑带土达到残余强度值的时间越短,但所需的剪切位移则更大;剪切速率对滑带土的影响主要集中作用在降低土的内聚力上;滑带土内聚力随含水率的增加先递增后减,内摩擦角则不断减小;法向应力越大,滑带土峰值强度和残余强度越大。     

三峡库区巴东组岩-土接触面抗剪强度特性研究

以三峡库区巴东组岩-土接触面为研究对象,设计了三种碎石含量(20%、50%和80%)、三种不同基岩(T12b、T22b、T32b)在室内进行了大型直剪试验,研究了碎石土-基岩接触面抗剪强度特性。试验结果表明:碎石土-基岩接触面τ-σ关系曲线分为应变硬化型和应变软化型;碎石土-基岩接触面剪切过程中碎石土中含有的孤石会随着剪切面的起伏发生摩擦、翻滚、平移等物理形态变化,剪切后在剪切面上留下深坑;碎石土-基岩接触面抗剪强度指标c、值与碎石土中碎石含量有关,其内聚力c随碎石含量的增加呈现先递增后递减的趋势,内摩擦角随碎石含量的增加总体呈现递增的趋势;碎石土-基岩接触面抗剪强度指标c、值与选材的地质代表性也有关系,T22b层的紫红色砂岩相对于T12b层和T32b层的灰岩来说具有内聚力c高,内摩擦角低的特点。     

水头饱和与反压饱和相结合的滑坡黄土物理力学特性研究

黄土地区滑坡等地质灾害频发,黄土的物理力学特性研究对黄土地区地质灾害的防治具有重要意义。以GDS三轴仪为试验平台,采用水头饱和与反压饱和相结合的方法对陕西蔡家坡滑坡原状马兰黄土进行饱和,然后对其进行三轴固结不排水剪切试验。试验结果表明:对初始含水率较低的原状马兰黄土,水头饱和结合反压饱和的方法可以使原状马兰黄土在较短时间、较小反压下达到较高饱和(孔压系数B=0.962);原状马兰黄土的轴向应力-应变曲线呈现为应变弱化型,表现为脆性破坏,在达到土的峰值强度前变形近似"弹性",且在较小的应变下即可达到土的峰值强度;饱和马兰黄土在剪切过程中产生正的孔隙水压力,孔隙水压力曲线先增加后保持稳定,围压越大孔隙水压力增长速率越大;饱和马兰黄土的抗剪强度参数为c=12.7kPa、φ=10.2°,c′=14.8kPa、φ′=16.2°,随着围压的增大其破坏应力随之增大,不同围岩下有效应力路径曲线的形态都近似呈直线形。     

云母石英片岩强度的各向异性特征研究

通过对厦沙高速公路边坡云母石英片岩的矿物成分、微观结构、强度测试以及数值模拟分析,研究了不同风化程度的云母石英片岩在结构和强度上的各向异性特征,分析了云母石英片岩强度的变化规律。结果表明:在漫长地质历史过程中经历多种地质作用,云母石英片岩的矿物形成了独特的定向排列结构,使岩石具有明显的片状构造,从而也导致岩石在物理力学性质上具有明显的各向异性;在不同方向荷载作用下,云母石英片岩的抗压强度和剪切强度均表现出一定的各向异性,尤其是抗剪强度更为明显,反映出片理面对于其剪切破坏的控制作用更为强烈;不同风化程度的云母石英片岩的抗压强度均具有明显的各向异性,随片理面倾角的变化,其抗压强度呈"U"字形的变化趋势,表现为先减小后增大,且随岩石风化程度的加深,"U"字形曲线越来越开敞,云母石英片岩的抗压强度的各向异性程度有所减弱。     

水-岩作用下赵树岭滑坡松散岩土体细观结构演化的SEM测试分析

以三峡库区典型滑坡--赵树岭滑坡为例,采取滑坡堆积体中松散岩土体试样和库水试样在室内进行水-岩相互作用试验,在不同饱水时间下对溶液进行离子测试和松散岩土体扫描电镜(SEM)测试,根据测试结果分析库水中离子浓度的变化和松散岩土体的细观结构变化过程.研究结果表明:松散岩土体与库水的相互作用主要有离子交换、溶蚀、吸附作用;水-岩相互作用对土样细观结构存在影响,且随着饱水时间的增长,松散岩土体试样的结构由斑块状结构向絮状结构、凝块状结构发展,出现溶洞式架空孔隙,孔隙度明显增大,团粒化程度不断降低,最终导致结构强度的降低.     

三峡库区易滑地层硬质岩石破坏模式的能量学分析

在易发生滑坡的地层内,硬质岩常构成滑坡抗滑段,其能量耗散和释放的过程决定了滑坡临界破坏时刻的特征。三峡库区常见顺层岩质滑坡的易滑地层有侏罗系中、下统和三叠系中统,采用能量学方法分析了三峡库区三组易滑地层中四类硬质岩石的变形破坏模式。该方法基于概化的顺层岩质滑坡地质力学模型,提出了岩石弱化(或损伤)—破坏过程的能量学解释,并通过四类硬质岩石的三轴循环加载试验,确定了两类破坏控制模式下岩石能量耗散和释放的规律,并将其应用于千将坪顺层岩质滑坡的启滑初速度预测。结果表明:①三峡库区侏罗系中统上沙溪庙组(J_2s)的长石岩屑砂岩属应变控制型岩石(Ⅰ型),三叠系中统巴东组(T_2b)的灰岩、泥灰岩和侏罗系下-中统聂家山组(J_(1-2)n)的细砂岩属应力控制型岩石(Ⅱ型);②应变控制型岩石(Ⅰ型)随应力值增加其损伤系数增值明显,而应力控制型岩石(Ⅱ型)在破坏前无明显损伤,可储存大量弹性应变能并在破坏时释放;③千将坪滑坡前缘抗滑段岩石属于应力控制型岩石(Ⅱ型),其弹性应变能释放是导致滑坡剧烈启动的原因。易滑地层硬质岩石变形破坏模式的能量耗散分析是顺层岩质滑坡预测预报的关键,对滑坡抗滑段岩石的监测需根据岩石变形破坏模式来确定具体的监测目标。     

水环境条件对三峡库区消落带狗牙根氮磷养分淹水浸泡释放的影响

三峡库区消落带会经历周期性的淹水-出露循环过程,消落带在出露期大量植物生长,淹水期植物体淹没腐解并释放氮磷养分,可能加剧三峡水库水环境压力.狗牙根[Cynodon dactylon(Linn.)Pers.]是三峡库区分布最广泛的优势植物之一.针对三峡水库水环境条件(温度、p H和光照)变化对狗牙根淹水条件下矿化分解及养分释放过程的影响进行了研究.结果表明,狗牙根淹水后,植物残体矿化分解,干重下降,全氮和全磷含量减少.狗牙根浸泡200 d后,25℃和15℃时总氮(TN)释放量分别为(2.66±0.29)g·kg~(-1)和(3.76±0.04)g·kg~(-1),总磷(TP)释放量分别为(0.79±0.03)g·kg~(-1)和(1.40±0.02)g·kg~(-1);上覆水p H为5.0、7.0、9.0时,TN释放量分别为(3.76±0.08)、(2.66±0.29)、(2.55±0.12)g·kg~(-1),TP的释放量分别为(1.53±0.04)、(0.79±0.03)、(1.70±0.07)g·kg~(-1);避光时上覆水TN和TP的释放量为(3.87±0.14)g·kg~(-1)和(1.78±0.08)g·kg~(-1).氮的释放以颗粒态氮(PN)为主,占80%以上,而颗粒态磷(PP)占比在50%左右.随三峡水环境条件变化,如温度降低,狗牙根的氮磷浸泡释放量增大;而酸、碱性水体较中性条件有利于氮磷释放;避光时狗牙根的氮磷释放得到促进.研究结果表明三峡水库冬季蓄水或污水排放导致的水环境变化将进一步促进消落带植物淹水分解及养分释放,从而可能加剧三峡库区水体富营养化.     

三峡库区黄土坡滑坡滑带土直剪应力松弛特征试验研究

滑带土的应力松弛对滑坡的长期稳定性计算和支挡结构的设计具有重要的影响。为研究不同应力状态下滑带土的应力松弛特征,利用全自动直剪仪对三峡库区黄土坡滑坡滑带土在不同的垂直压力σ_n、剪应变γ、剪应变增量Δγ条件下进行了直剪应力松弛试验研究。结果表明:黄土坡滑坡滑带土的应力松弛曲线呈现出应变软化特征;随着垂直压力的增大,滑带土的应力松弛量逐渐增大;随着剪应变的增加,滑带土的应力松弛量呈先增加后减小的趋势;以滑带土应力松弛曲线的最大曲率点(T点)为分界点,可将滑带土的应力松弛过程划分为两个阶段;采用双指数衰减模型能够正确地描述滑带土直剪应力松弛曲线的特征;随着剪应变增量的增加,滑带土应力松弛双指数衰减模型拟合曲线拐点T出现的时间减小,滑带土第I松弛阶段应力松弛量的占比减小,与第II松弛阶段应力松弛量的占比呈轴对称关系,且到对称轴的距离减小。     

上海城市地表灰尘重金属污染累积过程与影响因素

选择上海中心城区典型样点开展地表灰尘重金属累积过程的实证研究.结果表明,交通区地表灰尘负荷平均值为12.4 g/m,范围为5.04 ～23.2 g/m;文教区道路灰尘负荷为6.1g/m,范围为3.8～10.0 g/m.持续时间长、强度较大的降雨对颗粒物负荷有明显的削减作用,而小雨则会使其总量有所增加,土地利用类型和道路交通行为是影响地表灰尘大气环境“源-汇”效应的重要因素.在干期累积过程中,随着无雨天数的增加,地表灰尘负荷随之升高,同时颗粒物粒径逐渐增大.在交通流量较高的地区,灰尘重金属浓度呈现降低趋势,表现出对大气悬浮颗粒物的“源”效应,而交通流量相对较低的区域灰尘重金属浓度则有所升高,显示出其对大气悬浮物的"汇"效应.干期累积过程中,污染物负荷变化取决于灰尘负荷和污染物浓度两者的共同作用,呈现出S型增长趋势,降雨过后10 d内,污染负荷增长缓慢,10～15 d迅速增加,15 d后,污染负荷增长速率减小,颗粒物与大气悬浮物交换保持平衡状态.     

西安市某文教区典型下垫面径流污染特征

在西安市某文教区路面、屋面和绿地设置径流采样点,采用人工时间间隔采样法对2016年8月~2017年2月的3场降雨径流和2场融雪径流全程采样,测试径流过程SS、COD、TN、TP、Pb、Zn、Cu、Cd、Ni、Cr、PAHs、溶解态COD、溶解态重金属和溶解态PAHs的浓度以及颗粒物粒径d₅₀,研究各下垫面降雨径流污染水平及出流规律,比较不同下垫面降雨径流和融雪径流污染特征.结果表明,各类下垫面降雨径流主要污染物均为SS、COD、TN、Pb、Cr,路面和绿地径流中SS的EMCs均超过《污水综合排放标准》二级标准,3类下垫面降雨径流COD、TN、Pb、Cr的EMCs均超出《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准,PAHs与国内相关研究相比属于中等污染水平,路面、屋面和绿地径流的EMC分别为266.8~389.8ng/L、254.9~303.0ng/L和231.2ng/L.路面径流SS、COD、Zn、Pb、Cu、PAHs浓度高于屋面径流,而TN、TP、Cr等指标则相反,表明径流中TN、TP、Cr主要源于大气干湿沉降,而交通排污对SS、COD、Zn、Pb、Cu、PAHs等有较大输入贡献.3类下垫面降雨径流污染浓度输出规律差异显著,路面径流污染物初期浓度较大,受雨期交通排污影响中后段波动剧烈,屋面径流污染物浓度随径流历时持续降低且趋于稳定,绿地径流污染物浓度沿程变化相对较小.降雨强度对总量污染物浓度输出的影响大于溶解态污染物,表现为d₅₀与降雨强度呈现良好的相关性.因降雪期间污染物持续累积且径流量较小,路面融雪径流污染物浓度远大于降雨径流,而屋面融雪径流因流量较小导致携带污染物的能力较弱故水质优于降雨径流.     

锡林河上游雨季降水、河水和地下水转化关系

为深入理解草原内陆河流域的水文循环过程及不同水体转化机制,以锡林河流域大气降水、河水和地下水为研究对象,对其氢氧稳定同位素进行了测试及多尺度时空特征分析,探究流域不同水体间的定量转化关系.结果表明：①锡林河流域具有明显的内陆性半干旱气候特征,大气降水是流域河水和地下水的主要补给源,地下水和河水同时经历了不同程度的非平衡蒸发;②河水同位素组成在季节上表现出春秋贫化、夏季富集的特征,在空间上表现为自上游到下游逐渐升高的趋势;浅层和深层地下水δ¹⁸O在生长季的波动变化基本一致,二者的主要差异发生在生长季末期,即前者趋于稳定而后者呈上升趋势,反映出深层地下水对大气降水和地表水入渗补给具有滞后响应,在空间上二者均由东南向西北逐渐贫化;③基于端元混合模型的估算结果可知,夏季大气降水和浅层地下水对河水的平均补给比例分别为52.69%和47.31%,说明对于内陆河流域,即使在多雨季节,浅层地下水也是河水的重要补给来源,研究旨在为半干旱典型草原内陆河流域的水资源调控和生态环境保护提供理论指导.     

溶解性有机质在岩溶水系统中的迁移转化及影响因素分析

溶解性有机质(DOM)的荧光物质是一种较好的示踪剂,用于鉴别DOM的来源及其在水文系统中的地球化学行为.该物质在岩溶水系统中的研究较少,并且要作为潜在示踪剂,系统中有很多因素影响其光谱信息.实验选取一典型岩溶流域,通过三维荧光光谱技术(EEMs)和平行因子分析(PARAFAC),结合水化学数据分析,揭示DOM荧光物质在不同岩溶含水空间的组成和转化关系,刻画流域尺度DOM的来源,探讨水化学因素对DOM荧光物质转移的影响机制.结果表明,流域外源地表水和岩溶地表水中的DOM以类蛋白色氨酸为主,浅层岩溶水和深层岩溶水以类蛋白色氨酸和酪氨酸为主.荧光指数(FI)、生物指数(BIX)和腐殖化指数(HIX)的综合分析认为,浅层岩溶水和深层岩溶水的DOM主要来自于内源微生物分解,岩溶地表水和外源地表水的DOM既有陆源输入又有内源微生物分解,且内源贡献占有较大比例.受岩溶水化学参数的影响,3种荧光物质具有明显的分异特征:类酪氨酸物质对Ca~(2+)和HCO_3~-具有较强的适应性,在岩溶水中存在的比例比较大.类色氨酸物质则相反,类富里酸物质则与TDS、浊度、Cl~-、SO_4~(2-)等呈现极显著正相关关系.流域上游浅层岩溶水中的DOM主要来自内源.出露地表以后,其有机质同时来自内源和外源输入.在流域下游渗入深层岩溶地下水以后,DOM逐渐向低芳香烃有机质化合物转化,大分子DOM逐渐减少,荧光强度减弱.主成分分析(PCA)提取出3个主成分,分别为反映岩溶水渗滤、转化、水流条件的水体矿化指标,反映土壤淋滤和自然渗滤关系的TOC、NO_3~-及类蛋白质指标,以及反映岩溶水系统水化学、生物化学过程的Ca~(2+)、HCO_3~-、荧光指数和类富里酸指标.此外研究还认为,总荧光强度,类富里酸物质和类蛋白物质可以分别作为岩溶水快速渗流、转化及岩溶含水层脆弱性的示踪剂.研究结果有助于认识岩溶地下水DOM的生物地球化学循环,进行岩溶系统有机污染控制,为岩溶水系统中物质的地球化学过程表征提供一种新的工具.     

闽江河口潮滩沼泽湿地沉积物铁的形态和空间分布

滨海潮滩沉积物铁异化还原过程对有机质代谢及生源要素(C、N、P、S、O等)生物地球化学循环具有深远的影响.本文以闽江河口鳝鱼滩潮滩湿地为研究对象,对高、中、低潮滩0~80 cm深度内与铁异化还原相关的不同形态铁的含量和空间分布进行分析.结果表明,无定形Fe(Ⅲ)((39.3±5.3)μmol·g~(-1))和晶质Fe(Ⅲ)((84.2±10.7)μmol·g~(-1))主要分布在高潮滩,并沿着向海方向减少;铁的硫化物FeS((15.3±2.8)μmol·g~(-1))和Fe S2((6.0±1.1)μmol·g~(-1))集中分布在中、低潮滩;非硫Fe(II)((111.7±12.8)μmol·g~(-1))富集在整个潮滩剖面上,且含量随着深度增加而增加.孔隙水Fe~(2+)((3.7±0.7)mmol·L~(-1))与Fe S2、SO_4~(2-)和pH相关,说明Fe~(2+)可能与黄铁矿的水解有关.不同形态铁在高、中、低潮滩表现出显著的空间分布异质性.高潮滩铁异化还原的强度大于硫酸盐异化还原,但沿着向海方向,硫酸盐异化还原的潜势逐渐增加.本研究证明了潮汐水文和高程对潮滩湿地铁的迁移和转化具有重要的意义.