冻融作用下复合相变材料改良黄土力学特性研究及机理分析∗

为降低冻融作用对黄土力学性能的劣化影响,基于相变材料的温度调控功能,提出了一种采用膨胀石墨?正十四烷复合相变材料（EG?C₁₄）改良黄土的方法。以兰州黄土为研究对象,开展典型冻融循环后不同 EG?C₁₄掺入比黄土试样的体积变形试验、力学性能试验和微观结构试验,探究冻融作用下不同 EG?C₁₄掺量对黄土力学性能的影响规律及改良机理。试验结果表明：EG?C₁₄减缓了冻融循环过程中土体内部的温度变化,进而有效抑制了土体的胀缩变形;同时,EG?C₁₄降低了冻融循环对土体微观结构的损伤,与素黄土相比,多次冻融循环后改良土体内部的支架孔隙明显减少,颗粒骨架也更为密实,进而增强了土体的力学性能;此外,EG?C₁₄ 改良黄土的力学性能随 EG?C₁₄掺量的增加先增大然后逐渐趋于稳定,且掺量为 4% 时改良效果最佳。     

论黄土地质灾害链（一）

近年来,“西部大开发”、“一带一路”等国家战略在黄土高原陆续实施,这些新型人类营力与水和黄土相互作用,导致黄土灾害链生效应明显,形成了复杂的黄土地质灾害链。作为当前黄土地质灾害领域研究的热点新命题,黄土地质灾害链带来的灾害效应具有隐蔽性更深、影响范围更广、破坏性更强的特点。本文综合考量黄土地质灾害链本身的属性,查清了灾害链的基本类型。根据各个灾种之间演化关系,总结了灾害链的启动模式与演化模式。在此基础上分析了黄土界面与黄土地质灾害链的互馈过程,探讨了灾害链中土体状态变化过程,进一步阐明灾害链的链生演化过程。研究成果有助于加深认识黄土地质灾害链转化模式与演化规律。     

非饱和黄土静、动强度及其相关性研究

通过静三轴试验和动扭剪试验研究了非饱和黄土的静、动强度特性,对非饱和土的有效应力计算公式以及动扭剪试验Mohr-Coulomb强度指标的整理进行了讨论,提出了非饱和黄土和饱和黄土的有效应力计算的简化公式。分析了原状黄土和重塑黄土静强度指标随含水量、密度变化的规律,以及动强度指标随含水量、破坏振次变化的规律。研究了黄土静、动强度指标之间的相关性,黄土的静力强度指标与破坏振次为20次时的动力有效强度指标很接近。静、动强度指标之间有很强的相关性,提出了用黄土的静力强度指标推求相应的动力强度指标的经验公式。     

污染土的电阻率特征分析

分析污染土对电阻率有影响的可能因素,通过向砂质黄土中加入充当污染物的NaCl、汽油和垃圾场渗出液的室内模拟实验,得出了模拟污染物对黄土电阻率的影响关系。结果表明,污染物的种类、含量不同,对黄土电阻率的影响程度也不同。证实了电阻率法可检测黄土的污染范围及程度,为我国西北地区黄土污染场地的评估及重新开发利用提供参考。     

聚丙烯酰胺在土壤上的吸附研究

采用静态吸附法研究了聚丙烯酰胺(PAM)在黄土、盐碱土上的吸附行为,考查了不同液固比、吸附时间对土壤吸附量的影响,得出了PAM在土壤上的吸附等温线.结果表明,PAM在土壤上有很强的吸附亲合力,在盐碱土、黄土上的吸附等温线都符合Langmuir吸附模式,在相同实验条件下,盐碱土饱和吸附量比黄土饱和吸附量大.     

3H和99Tc在黄土中的迁移特性比较

³H和⁹⁹Tc是低中放废物处置中2个重要的核素,在处置场的安全评价中十分重要.由于介质对³H和⁹⁹Tc的吸附较弱,常忽略其滞留性,并用³H标定地下水的流速.野外实验表明:在包气带中,黄土对⁹⁹Tc的吸附大于³H;在含水层中,黄土对³H迁移的影响大于⁹⁹Tc.本文根据实验数据,采用非平衡吸附模式NESOR程序分别模拟了³H和⁹⁹Tc在黄土包气带和含水层中的迁移过程.模拟结果表明:⁹⁹Tc在黄土包气带中的分配系数范围为0.05～0.055mL/g;³H在黄土含水层中分配系数为0.116mL/g,该参数是黄土对³H和⁹⁹Tc综合影响的结果,其滞留机理尚待研究.     

末次冰期以来青州黄土光释光测年及其对古气候的指示

黄河下游湿润-半湿润地区的鲁中黄土-古土壤沉积,是记录东亚季风气候变化的良好载体。山东青州邵庄黄土剖面粗颗粒石英(63—90 μm)光释光年代和磁化率、粒度、色度以及主量元素测试结果表明：(1)邵庄黄土末次冰期以来((51.3±2.5)—(8.1±1.1) ka)沉积连续;(2)与粒度、磁化率和色度指标相比,化学蚀变指数能够更灵敏地反映冰期-间冰期沉积旋回;(3)粒度结果表明“古土壤”层中值粒径(16.9—24.6 μm)明显高于下伏黄土层中值粒径(11.8—22.7 μm),主要是因为近源沉积在总的沉积通量中所占比例在冰期-间冰期尺度上的变化;(4)灰黑色“古土壤”层底界年龄为(19.1±1.6) ka,明显老于黄土高原全新世古土壤层底界年代(约10—11 ka),其既包含全新世沉积的加积型土壤,也包含下伏末次冰期黄土层基础上受风化、淋溶形成的非加积型土壤。虽然研究区的“古土壤”包含非加积型土壤,记录了间冰期风化成壤过程,但依然能够反映冰期-间冰期气候旋回,是东亚乃至全球气候变化的产物。     

汉江上游罗家滩剖面晚更新世以来沉积物粒度端元分析

通过对汉江上游旬阳段开展野外考察,在罗家滩(LJT)发现夹有古洪水滞流沉积层(slackwater deposits,SWD)的风成黄土-古土壤剖面。对采集的沉积学样品进行粒度分析,利用Gen.Weibull函数分布的参数化端元模型反演得出4个端元,结合吸湿水等环境替代指标分析,探讨了各个端元所指示的不同沉积动力环境和物质来源。结果表明:在黄土层和土壤层中,EM1代表的主要是沉积物沉积后在亚洲夏季风影响下,经历强烈风化成壤作用形成的次生黏土矿物组分;EM2代表高空西风和东亚冬季风翻越秦岭而搬运的远源细粉砂组分;EM3代表山谷风从河谷中分布的河流沉积物和坡积碎屑物中以低空短距离形式搬运而来的粉尘物质,并且受到后期气候变化控制下的淋溶作用影响;EM4则代表山谷风从近源的河流沉积物和坡积碎屑物中搬运而来的粗颗粒物质。在古洪水SWD层中,EM1、EM2和EM3主要来源于汉江上游暴雨洪水侵蚀搬运的河谷两岸分布的表层沉积物;而EM4则明确代表河流特大/大洪水环境下搬运沉积的粗颗粒悬移质泥沙。该成果能够为区域环境变化研究提供指导和借鉴。     

玉门矿区污染黄土中原油的解吸研究

用振荡平衡法研究了玉门矿区原油污染黄土中原油的解吸行为，测得了解吸常数，绘出了解吸等温线。结果表明，Freundlich方程可较好地描述黄土中原油的解吸状况；黄土中原油的解吸行为受温度、溶液pH值和表面活性剂的影响；温度和pH值越高，原油解吸量越大；阴离子表面活性剂的加入有助于原油的解吸，在相同条件下使解吸率提高了5倍，阳离子和非离子表面活性剂的加入不利于原油解吸，但是阳离子表面活性剂的加入有利于原油在土壤中的截留以及回收再利用。本研究为修复玉门原油污染黄土提供了理论依据。     

采用离石黄土原位修复煤矸石渗滤液污染地下水

为以较好的技术手段和较低的经济成本治理煤矸石淋滤液、矿坑废水对地下水的污染,通过土柱淋滤试验、PRB (permeable reactive barrier)模拟试验以及场地修复试验,对煤矸石淋滤液中重金属(Zn、Mn、Pb、Cr、Cu、Cd、Hg)及As的吸附性进行了研究. 土柱淋滤试验结果表明:离石黄土(粒径0.05~0.10mm)、亚砂土(粒径0.05~0.10mm)和细沙(粒径>0.10~0.25mm)对煤矸石淋滤液中的重金属(Zn、Mn、Pb、Cr、Cu、Cd、Hg)及As的吸附能力为离石黄土>亚砂土>细沙,其中离石黄土对As的分配系数为2.26L/kg.模拟槽试验表明,在地下水流速为0.20m/d、m(煤矸石):m(离石黄土)分别为5和7的情况下,淋滤液中的As能够全部被黄土墙吸附;m(煤矸石):m(离石黄土)为10时,部分As透过黄土墙向下游迁移. 5个月的场地修复试验表明,利用离石黄土作为PRB的吸附材料能够较好地去除地下水中的重金属(Zn、Mn、Pb、Cr、Cu、Cd、Hg)和As,厚约0.5m的离石黄土墙对被煤矸石淋滤液污染的地下水中Cr的去除率最高,达到70.97%,对Pb的去除率最低,为43.14%.