石油类污染物在陇东黄土塬区土壤中迁移的模拟试验研究

采用一种新的土柱淋滤方法,在不同淋滤量、污染强度和柱长条件下模拟了陇东黄土塬区自然降水对石油污染物在土壤中纵向迁移的影响.结果表明,石油类污染物迁移的深度受污染强度、淋滤量、土层深度等因素的限制.污染物在土柱中峰值出现的深度均随污染强度、淋滤量和土层深度的增加呈增加的趋势,在0~10 cm的范围内,污染物均大量存在,且石油类污染物在土壤中的纵向迁移规律与污染强度、淋滤量、柱长等众多因素有关,即淋滤量越大污染物越容易发生迁移,污染强度越高迁移深度越大,土层越深迁移越容易实现.     

涡流澄清池反应区流态模拟及试验分析

对涡流澄清池反应区投加涡流反应器及不投加涡流反应器2种工况进行现场试验,用Zeta电位仪及FCD(絮凝光学检测仪)检测絮体ζ电位及其结构形状的变化情况;然后采用fluent软件模拟水流在涡旋澄清池反应区中的涡旋尺度、涡旋分布、流场状态,获得反应器内部流场的详细信息;在投药量及进水量相同情况下,比较分析试验及数值模拟结果。结果显示,数值模拟的结果与现场试验结果具有较好的相似性,证明数值模拟的正确性,为以后优化反应器的设计及运行参数提供思路。     

岩溶区大直径嵌岩桩荷载传递特征的数值分析

当大直径嵌岩桩桩基穿过岩溶区域时,其受力情况相对较为复杂,且承载力会受到较大的影响,弄清楚岩溶区桩基荷载的传递特征,对分析计算桩基承载力、桩基沉降变形具有重要的意义。根据丹霞枢纽互通区钻探及物探资料,通过简化地层,建立概化地质模型,采用FLAC~(3D)软件对该岩溶区大直径嵌岩桩的荷载传递特征进行数值计算,分析影响桩基荷载传递特征的因素,讨论在不同桩径、嵌岩深径比、厚跨比、桩土刚度比、桩岩刚度比条件下桩基荷载的传递规律。结果表明:由于岩溶区溶洞的存在,桩侧摩阻力会出现多个峰值,峰值的大小与桩径、顶板厚度、嵌岩深度、岩土体的性质有关,桩侧摩阻力会集中分布在溶洞顶板处,且桩径越小,溶洞顶板处桩侧摩阻力会越大;随着桩径的增大,桩侧摩阻力发挥越均衡,桩端阻力所占荷载的分担比越大,表现出端承桩的性质;随着嵌岩深径比的增加,桩底侧摩阻力的发挥程度越低;桩径、嵌岩深径比、厚跨比对桩基荷载传递的影响相对较大,桩径越小,桩侧摩阻力对嵌岩深径比、厚跨比的变化越敏感,桩径越大,桩侧摩阻力对桩土刚度比、桩岩刚度比的变化越敏感;相对增加嵌岩深径比,适当提高桩径,对提高桩基承载力的效果更为明显。     

同向流动环境多圆孔热废水排放近区稀释扩散特性数值模拟

各种热电、核电厂排出的热污(废)水在直接进入环境流体之前,以多孔口浮射流的形式释放污水,并确保污水在排污口快速混合非常重要.精确地了解和预测多孔浮射流的特性与混合状况有很重要的意义.针对同向流动环境中多圆形孔口热水排放的情况,采用雷诺应力模型进行数值模拟,得到了不同流速比和不同射流温度下的流场和温度场、浮射流的轨迹线、轴线上温度和速度的衰减规律,并且分析了不同相对孔间距、流速比和射流温度对流场中流速和温度的影响.     

文丘里串联结构气泡发生器气液混合和发泡特性试验

高效紧凑型微细气泡发生技术和粒径调控技术是微细气泡技术大规模工业应用的前提和基础。通过CFD数值模拟手段和试验测试手段测试两级文丘里串联结构气泡发生器内气液两相混合发泡特性,并利用响应曲面法对关键结构参数进行了优化设计和交互影响分析。结果表明：对两级文丘里串联结构气泡发生器成泡粒径影响最大的参数主要是二级喉管管径,其次为一级喉管管径和二级扩张角,一级扩张角的影响最小。相同工况条件下,单级文丘里管气泡发生器所生成的气泡群中位粒径为543.64 μm,粒径小于100 μm的微细气泡数量占比为8.6%;两级文丘里管串联气泡发生器所生成的气泡中位粒径为515.99 μm,微细气泡数量占比提升至12.1%。因此,可以通过控制水流流量和改变文丘里串联数量实现气泡粒径从毫米级别到微米级别的调控。

     

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。     

蒸压加气混凝土砌块砌体承重墙抗震性能研究综述

介绍了蒸压加气混凝土砌块砌体承重墙抗震性能研究的新进展,包括试验研究结论、有限元分析结果。指出采用足尺试件进行试验研究、采用设芯柱的方法提高此类新型承重墙体的抗震性能、建立本构模型等是今后需要进一步研究的内容。     

黄土丘陵沟壑区大空间尺度林草植被减沙方程的尺度适应性

黄土丘陵沟壑区大空间尺度植被减沙方程是分析黄土高原植被变化产沙效应的有效工具,其在不同空间尺度的适应性对于黄河水沙情势变化研究十分重要。运用数值试验方法,研究黄土丘陵沟壑区大空间尺度林草植被减沙方程在小流域、子流域和栅格等3种空间尺度的适应性。结果显示,黄土丘陵沟壑区大空间尺度林草植被减沙方程在各空间尺度的总体估算偏差（D）由小到大排序为小流域（D=52.26%）<子流域（D=60.07%）<栅格（D=92.17%）,纳什效率系数（NSE）由大到小排序为小流域（0.21）>子流域（-0.31）>栅格（-0.80）。可见,黄土丘陵沟壑区大空间尺度植被减沙方程在约500 km²以上的流域单元较为适用,在500 km²以下的子流域和栅格单元不适用。该研究成果可为黄土丘陵沟壑区大空间尺度林草植被减沙方程的推广应用提供参考。     

黄土丘陵区典型植被枯落物坡面分布及混入土壤对土壤性状的影响

黄土丘陵区植被的恢复可能影响枯落物分布特征,进而对土壤性状产生影响。论文选取刺槐（Robinia pseudoacacia）人工林、柠条（Caragana intermedia）人工林、铁杆蒿（Artemisia gmelini）群落和白羊草（Bothriochloa ischaemum）群落4种典型植被样地,研究其枯落物坡面（坡长40~80 m）分布特征及自然条件混入土壤中对土壤理化性状的影响。结果表明：1）4种典型植被样地地表枯落物蓄积量（143.89~833.04 g/m²）、盖度（0.36~0.63）和厚度（0.77~2.03 cm）均表现为刺槐人工林>柠条人工林>铁杆蒿群落>白羊草群落;土壤中枯落物混入量（178.80~657.21 g/m²）和混入深度（1.33~2.29 cm）均表现为刺槐人工林>铁杆蒿群落>柠条人工林>白羊草群落;土壤中枯落物混入量占枯落物总蓄积量的比例（45.91%~74.02%）表现为铁杆蒿群落>柠条人工林>白羊草群落>刺槐人工林。2）4种典型植被样地地表枯落物蓄积量和土壤中枯落物混入量均为坡下高于坡上,受径流冲刷和泥沙分离—输移—沉积过程的影响,枯落物地表蓄积量和土壤混入量在坡中波动较大;随枯落物地表盖度的增加,地表枯落物蓄积量呈指数函数增加（P<0.01）,且随地表枯落物蓄积量的增加,土壤中枯落物混入量呈对数函数增加（P<0.01）。3）土壤容重、粘结力和水稳性团聚体几何平均直径（WAS-GMD）随土壤中枯落物混入量的增大而线性降低（P<0.01）,土壤有机碳和全氮含量在铁杆蒿群落和白羊草群落中均随土壤中枯落物混入量的增大而线性增加（P<0.05）。该研究将为评价黄土高原退耕还林还（草）工程生态成效、修正土壤侵蚀预报模型提供重要依据。     

黄河上游高寒区水资源变化的气候响应特征

利用黄河高寒区吉迈(达日县)水文站、国家气象局达日、玛多观测站1959-2007年,共计49 a水文、气象及部分冻土监测资料,采用峰型度及丰枯率指数、Mann-Kendall时间序列突变点及趋势检验方法、小波分析法、灰色关联分析等统计方法,分析径流年际、年内变化特征,探讨径流长期变化主要影响因素,并建立核主成分支持向量机(KPCA-LSSVM)预测模型,对未来2011-2014年径流情势进行分析。结果表明,由于区域气候、下垫面条件变化及人为因素影响,不同时期作用于水资源的主导因素存在差异,径流时间序列存在明显突变点,为1961、1999和2005年;黄河源区径流2002-2006年间存在不显著减少趋势,小波分析表明未来3~9 a内,年径流量将略高于1990-2007年间的平均值;1983年后冻结期气温升高,季节性冻土退化较为明显,对于径流的补给减少,是地区河道水资源减少的原因之一;模型预测结果显示,由于降水对于径流的延迟作用和气温升高引起冻融关系变化等原因,2011-2014年水源区河川径流量与多年平均值相比减少25.3%。     

基于农户层次的陕北黄土丘陵区农业生态经济系统耦合关系研究

农业生态经济系统耦合是一个复杂的过程,是潜变量与潜变量、潜变量与可测变量及可测变量之间相互作用的结果,结构方程模型的建立很好地描述了这一复杂关系。通过对吴起县、安塞县和宝塔区共建的中尺度生态农业建设试验示范区、米脂县等3个典型区域所代表的黄土丘陵区及其各个区域农业生态经济系统结构方程模型的建立与运算,结果表明:在"退耕还林还草工程"等外力作用下,农业生态经济系统运行模式基本揭示了农业产业与农业资源相互耦合这一本质规律,但现状耦合模式并未充分利用农业资源,系统耦合效果较低。农业产业与农业资源对系统耦合的影响系数分别为0.54和0.16,农业产业和农业资源之间的相关系数只有0.28,即农业资源没有很好地支撑产业的发展,导致农业生态经济系统耦合效果不明显,存在着局部相悖的态势,潜伏了林草资源与其相关产业链网缺失现象。为此,需要强化农业产业与农业资源的互动过程,特别要发展林草及其相关产业,促进林草资源的有效利用,促使系统耦合效果的不断提高,增加经济效益。     

抗滑桩细观受力特征的数值模拟研究

抗滑桩是滑坡防治工程中一种非常有效的支挡措施,其受力特征直接关系到滑坡防治效果,因此开展抗滑桩细观受力特征的数值模拟研究具有重要的工程应用价值。基于有限元数值模拟方法,采用ANSYS软件中的分离式模型,以SOLID65单元和LINK8单元分别模拟钢筋混凝土抗滑桩中的混凝土和钢筋,研究了不同荷载作用下抗滑桩的细观受力特征。结果表明:在相同荷载作用下,抗滑桩在高度较小阶段,其高度与抗滑桩的变形呈非线性变化,随着抗滑桩高度的增加,其高度与抗滑桩的变形趋于线性关系;有限元数值模拟能较好地反映钢筋混凝土抗滑桩的细观受力特征。该研究可以为抗滑桩工程的设计提供借鉴与参考。     

露天矿高陡边坡落石防护墙设计研究

将落石灾害防治研究引入到露天矿高陡边坡,结合河南省洛钼集团矿山公司某边坡落石问题进行模拟研究:首先采用动力学方法分析了落石运动轨迹的影响因素和运动方程,指明了落石防护设计的依据;然后采用数值模拟方法选取50块落石进行随机测试,重点考察落石的落点分布范围、弹跳高度和总动能等要素,以此为基础并结合边坡实际条件,设计了三道防护墙拦截落石的方案;最后确定了各道防护墙的位置、高度以及最小抗冲击强度.研究结果表明,该方案对落石的拦截率达到100%,对露天矿高陡边坡落石灾害的有效防治具有重要意义.     

我国西北黄土对阿特拉津的吸附行为及影响因素

为了探讨ATZ(阿特拉津)在黄土中的吸附/解吸行为及主要影响因素,以我国西北黄土为供试土样,采用批量试验法研究了黄土对ATZ的吸附动力学和热力学行为特征. 结果表明:黄土对ATZ的吸附动力学过程更符合准二级动力学模型,吸附热力学过程更符合线性分配的Henry吸附模型(R2>0.90),吸附过程中ΔGθ(吉布斯自由能)及ΔHθ(焓变)均小于0、ΔSθ(熵变)大于0,25～45 ℃温度范围内E(吸附平均自由能)为0.86～1.30 kJ/mol,表明黄土对ATZ的吸附过程以物理吸附为主,属于自发放热过程且导致吸附体系混乱度增加. 黄土对ATZ的吸附影响因素分析结果显示,随着系统温度的升高,ATZ在黄土中的饱和吸附量下降;pH在2～10范围内变化时,ATZ在黄土中的饱和吸附量随pH的增加呈明显降低趋势;初始ρ(ATZ)从2.5 mg/L增至10.0 mg/L时,黄土对ATZ的饱和吸附量也相应地从0.082 5 mg/g增至0.621 0 mg/g. 结果显示,ATZ在黄土中的吸附速率受内部扩散、表面吸附和液膜扩散的共同影响,并且吸附过程主要受到土壤有机质疏水性分配作用的影响.      

陇中黄土丘陵地区农村生活能源消费的环境经济成本分析

陇中黄土丘陵地区经济贫困、环境脆弱、生活能源短缺,生物质过量消费成为生态环境退化的重要驱动因素。论文通过问卷调查获取相关数据,并建立计量模型,基于替代性分析估算了不同用能结构情景下的环境经济成本。结果表明,现状户均生活能源消费2 112.44kgce/a,人均428.59kgce/a,用能水平较低。目前农户消费能源选择的主要依据是能源的现金支出和可获得性。与农户现状用能结构相比较,4种替代结构的能源消费总成本、环境成本、经济成本及现金支出差异较大。利用沼气和太阳能的结构各项成本低,应是今后农村能源建设的方向。     

黄土丘陵区不同植被恢复模式对沟谷地植物群落生物量和物种多样性的影响

对黄土丘陵区3个不同植被恢复模式沟谷地植被群落的生物量和物种多样性特征进行样方调查,统计分析了不同植被恢复模式沟谷地植物群落的盖度、生物量、物种多样性、植物种群相似系数。调查共记录植物82种,隶属32个科;其中,乔木植物5科,6种;灌木植物8科,11种。经过20 a左右的植被恢复重建,不同植被恢复模式沟谷地的植被群落均呈现良好演替趋势;人工植被柠条灌丛和刺槐林恢复模式对沟谷地草本层盖度和群落枯落物盖度及生物量方面作用效果较好;而天然草地对沟谷地草本层生物量方面作用效果较好;沟谷地物种多样性指数表现出人工植被恢复模式效果优于自然恢复,而且人工柠条灌丛植被恢复模式优于人工刺槐林植被恢复模式。柠条灌丛沟谷地不同坡位植物种群相似系数较高,而刺槐林沟谷地和天然草地沟谷地不同坡位植物种群相似系数略低;沟谷地的种群相似系数在沟坡上部略高于沟坡下部和沟底,东坡略高于西坡。人工植被建设可以促进黄土丘陵区沟谷地的植被恢复进程。论文建议在今后黄土丘陵区沟谷地人工植被建设过程中,需要加大乡土树种的引入、提高树种的多样性、合理树种的空间配置和注意灌/乔树种的比例。