河床含水系统对单环芳烃净化特征室内模拟

为了模拟长期排污河流中单环芳烃在地表水-地下水系统迁移转化规律以及不同含水介质和水动力条件对单环芳烃的净化特征, 室内土柱实验采用3种有代表性的天然砂土为研究对象, 以生活污水模拟纳污河流, 实验历时5个月.单环芳烃的自然净化作用主要发生在河床底下0.4m内, 垂直向下单环芳烃各组分浓度呈由高到低的分布特征; 粗砂对苯、甲苯和单环芳烃总量(TBETX) 总净化率分别为32.06%、21.39%和27.13%;中砂1分别为76.26%、81.40%、87.99%;中砂2分别为68.94%、74.41%、81.69%, 这表明, 河流污染初期河床底含水介质完全饱水, 含水介质颗粒尺寸越大, 对单环芳烃的净化率就越低, 单环芳烃容易迁移进入地下水中; 随着时间的延长, 河床底部淤泥层不断增加, 砂层中的水流处于非饱和状态, 淤泥层和含水介质系统对单环芳烃的净化能力较饱水流时大, 单环芳烃不容易迁移进入地下水.      

长江三角洲某地区浅层地下水单环芳烃污染特征及其原因分析

本文针对长江三角洲某地区3个城市(C市、W市、S市)浅层地下水的单环芳烃进行了研究。根据研究区水样分析数据,总结出该地区单环芳烃的污染特点和分布特征,然后从研究区污染源分布、单环芳烃的挥发性、研究区降水以及包气带的防护性能等角度探讨了浅层地下水单环芳烃污染形成的原因。研究表明,该区浅层地下水单环芳烃污染呈点状分布,污染范围不大;浅层地下水单环芳烃污染相对较轻而地表水污染严重。浅层地下水单环芳烃污染特征与研究区工业企业分布、单环芳烃的挥发特性、降水以及研究区包气带防污性能密切相关。浅层地下水单环芳烃污染和工业企业分布具有很好的一致性,有机污染物高浓度的检出点均分布在污染工厂附近,无明显污染源的地段,其浅层地下水水样无有机污染物检出;各检测单环芳烃组分的亨利常数均大于1.01×102Pa·m3·mol-1,所以挥发作用是其主要迁移机理,苯的柱试验表明,苯溶液浓度从1079.0μg/L降低至6.9μg/L仅需26天;研究区包气带为河湖三角洲沉积相的淤泥质粘土,粘粒含量大,粘土矿物含量也很高,富含有机质,其含量大都在1.0%以上,此类土壤具有高的吸附能力,阻滞了污染物向浅层地下水迁移;降雨时浅层地下水中单环芳烃检出率和检出浓度都较高。4种因素综合,使得研究区浅层地下水单环芳烃呈现污染程度轻、分布零散、污染分布范围小的特点。     

环境样品中复杂有机污染物的定量分析方法

利用吹扫捕集-气质联机,建立了以污染场地的污染物质为标准物质、对地下水中挥发性芳烃进行定量分析的新方法。该方法标准物质容易获得,定量数据可靠,定量信息全面,地下水中挥发性芳烃的方法检出限达0.22 μg/L,且用色谱峰面积百分比对地下水中苯系物（BTEX）定量与用BTEX标准物质定量结果比较,相对标准偏差RSD＜5%。     

石油类污染场地土壤与地下水污染调查实例分析

以冀中平原某石油类污染场地为例,从污染源分布勘察、场地水文地质模型建立、土壤及地下水的现场调查入手,采用物探、坑探、钻探综合调查技术和定深取样等一些取样方法,对不同深度土壤及地下水的有机污染进行调查和样品分析。结果表明:整个场地的土壤和地下水受到不同程度的污染,30m深度内包气带和饱水带已被污染,50m深度的地下水中有有机污染物检出,石油类场地的污染特征主要表现为土壤及其地下水中含有高浓度单环芳烃和卤代烃。且单环芳烃在土壤与地下水中的浓度高于其它有机污染物。     

顶空液相微萃取技术在油气化探指标检测中的应用——以土壤苯系物指标检测为例

苯系物是油气藏示踪的有效指标,但油气化探样品中苯系物含量低、基质复杂,增加了检测难度。本研究使用顶空液相微萃取技术结合GC/MS检测,建立起土壤样品中多种苯系物的定性定量检测方法。该方法具有较高的准确度和精密度,并具有所需样品量少、操作简便、成本低、绿色环保等优点,为苯系物指标在油气化探中的应用奠定了基础。在已知区的应用效果表明,苯系物中甲苯含量与油藏存在一定的对应关系,证明该方法适合于油气化探土壤样品中简单苯系物的检测。     

气相色谱法测定地下水多环芳烃准确度的保证措施

针对环境中常见且对人体危害极大的USEPA优先控制污染物16种多环芳烃(PAHs)在地下水中的监测方法进行了研究,主要从影响方法准确度的空白溶剂的选择、标准样品测定、基质加标回收率方面进行了实验研究,利用数理统计的t 检验进行显著性检验,并对研究区水中的多环芳烃进行了测定。结果表明,该方法宜选用市售纯净水做空白溶剂,基质加标回收率在71 5%~99 7%范围内,标准样品测定的相对误差在1 0%~17 2%;经系统误差检验确定本方法不存在系统误差,可以达到测定地下水中多环芳烃的目的。实际样品的测定结果说明煤矸石中的多环芳烃随降水淋滤以及酸性矿坑排水进入地下水和地表水的可能性是存在的,其迁移转化机理需进一步深入研究。     

吹扫捕集-气相色谱-冷原子荧光方法测定土壤中甲基汞

建立了在线吹扫捕集-气相色谱-冷原子荧光方法测定土壤中甲基汞的方法。土壤样品经过溴酸钾/硫酸铜溶液提取后,使用二氯甲烷/水萃取与反萃取前处理方法,克服了土壤复杂基质的影响。使用四乙基硼化钠衍生试剂,将甲基汞转化为甲基乙基汞,在线吹扫捕集进行富集并进一步消除集体干扰。经条件优化,萃取时间为2h,反萃取的时间和温度分别为4h和65℃。方法准确、可靠,具有很高的灵敏度。土壤样品检出限可达0.8×10-9。标准样品测定回收率为97.6%~109%。     

拉萨市拉鲁湿地多环芳烃污染及其来源

通过分析采集的土壤、沉积物和大气样品,对拉萨郊区的拉鲁湿地多环芳烃污染及其来源进行了初步研究.湿地表层土壤中16种多环芳烃的平均含量的总含量为82.45×10^-9,既存在低环数的多环芳烃,又含有高环数的多环芳烃;湿地土壤中的多环芳烃主要来自于大气.     

利用微区XRF技术测定地质样品中元素含量研究

微区XRF是新兴的固体样品表面元素半定量分析技术,由于缺少同类基质标样和仪器参数整体优化方案等问题,使得该技术在定量分析方面的研究较少.本研究利用微区XR F技术对黄铁矿地质标样硫、铁元素进行检测,探讨了真空度、驻留时间、检测器频率、X射线功率等仪器参数对非标定量准确度的影响,结果显示了真空度和X射线功率是影响检测准确度的重要指标,真空条件下,硫、铁元素检测结果与标样理论值的相对误差从非真空时的-52.25％和59.95％减少到0.51％和-0.21％;在20、30、40和50 keV的X射线功率下,硫元素的相对误差分别为-12.65％、-5.70％、-1.22％、0.51％,而铁元素分别为 14.79％、6.86％、1.76％、-0.21％.在优化的仪器参数下(检测器频率Tc设置为1 ps,驻留时间设置为100 s,X射线功率设置为50 keV,检测环境设置为真空),对土壤样品GSS-1进行非标定量,发现多数元素平行性良好,3次检测的相对标准偏差在3％以内;由于样品基质复杂,定量准确度较差,相对误差范围在-14.08％到905.98％之间.为优化准确度,采用GSS-2～GSS-10 土壤标样建立标准曲线,以标样GSS-1作为样品进行检测分析,结果显示通过线性校准曲线校正,GSS-1样品中多种元素检测值与理论值的相对误差减少到-13.07％到4.72％之间,而通过拟合标准曲线校正,相对误差在-13.64％到14.91％之间,两种标准曲线校正后全部元素的定量结果与理论值相对误差均在±15％之内.本研究结果表明,通过优化微区XRF测试参数,对黄铁矿简单基质样品可直接进行定量;对土壤基质复杂的样品,通过类似的基质标样建立相应标准曲线进行校准,也可获得准确度相对较好的定量结果.     

水体悬浮颗粒物的扫描电镜与X射线能谱显微分析

通过对湖州地区74个土壤样品多环芳烃含量的测定,分析了湖州市不同土地利用类型土壤中多环芳烃(PAHs)的含量特征及污染水平。结果表明,湖州地区PAHs各组分的含量均有检出,各种土地利用类型表层土壤均受到一定程度的PAHs污染,但均小于荷兰土壤修复标准;湖州市区耕地中PAHs的含量最高;从PAHs低环/高环比值小于1以及芘/苯并(a)芘比值小于2,反映了湖州地区土壤中PAHs主要是由燃煤和生活污染产生的。     

考虑前期降雨过程的边坡稳定性分析

基于三峡库区实测降雨资料,研究了不同初始条件对不同土体边坡稳定性影响,建议了能够反映边坡含水状态的初始条件选取方法。在此基础上,采用非饱和渗流分析方法研究了前期降雨对不同土体边坡稳定性影响,以典型的砂土和黏土边坡为例初步探索了前期降雨对边坡稳定性影响规律。结果表明：初始条件对不同土体边坡稳定性影响不同;建议将多年平均降雨量对应的稳态渗流场作为初始条件进行非饱和渗流分析。边坡土体渗透系数越低,边坡稳定性受前期降雨的影响越大、影响时间也越长。砂土和黏土边坡稳定性分析时建议至少考虑15 d以上的前期降雨,对于砂土边坡还应根据这15 d前面5 d的降雨情况确定是否需要增加计算天数。短历时高强度前期降雨对砂土边坡稳定性影响更大,而长历时低强度前期降雨对黏土边坡稳定性影响更大。累积前期降雨量可以作为判断边坡最小安全系数出现时刻的依据。砂土边坡出现最小安全系数时刻与10 d累积前期降雨量最大的时刻较为吻合,而黏土边坡则与15 d累积前期降雨量最大的时刻较为吻合。     

Comparison of single- and dual-permeability models in simulating the unsaturated hydro-mechanical behavior in a rainfall-triggered landslide

Landslide-prone slopes in earthquake-affected areas commonly feature heterogeneity and high permeability due to the presence of cracks and fissures that were caused by ground shaking. Landslide reactivation in heterogeneous slope may be affected by preferential flow that was commonly occurred under heavy rainfall. Current hydro-mechanical models that are based on a single-permeability model consider soil as a homogeneous continuum, which, however, cannot explicitly represent the hydraulic properties of heterogeneous soil. The present study adopted a dual-permeability model, using two Darcy-Richards equations to simulate the infiltration processes in both matrix and preferential flow domains. The hydrological results were integrated with an infinite slope stability approach, attempting to investigate the hydro-mechanical behavior. A coarse-textured unstable slope in an earthquake-affected area was chosen for conducting artificial rainfall experiment, and in the experiment slope, failure was triggered several times under heavy rainfall. The simulated hydro-mechanical results of both single- and dual-permeability model were compared with the measurements, including soil moisture content, pore water pressure, and slope stability conditions. Under high-intensity rainfall, the measured soil moisture and pore water pressure at 1-m depth showed faster hydrological response than its simulations, which can be regarded as a typical evidence of preferential flow. We found the dual-permeability model substantially improved the quantification of hydro-mechanical processes. Such improvement could assist in obtaining more reliable landslide-triggering predication. In the light of the implementation of a dual-permeability model for slope stability analysis, a more flexible and robust early warning system for shallow landslides hazard in coarse-textured slopes could be provided.     

LNAPL污染物及水含量对石英砂介电常数的影响

为研究LNAPL污染物及水含量对石英砂介电常数的影响,首先以石英砂模拟单一土壤环境,利用柴油和水的混合物来模拟轻非水相液体(LNAPL)污染物污染土壤,然后通过矢量网络分析仪和开口同轴探头,分析高频超宽带电磁波在土壤中的反射并计算介电常数。实验结果显示,石英砂介电常数随着体积含水量和含油量的增加而增加,直到达到饱和状态,此时石英砂介电常数趋于稳定;石英砂介电常数实测值处于极化模型和De Loor模型之间,结果与De Loor模型接近。     

北京市门头沟区某公路岩质边坡稳定性分级研究

北京市门头沟区某公路岩质边坡数量多,边坡物理力学性质及其影响因素复杂多变,无法获取每个边坡岩体的物理力学参数,因此,对大量边坡进行力学稳定性分析十分困难。采用层次分析和模糊综合评价方法,根据各种因素对岩质边坡稳定性影响的定性分析,确定了2级4类共9个边坡稳定性影响因子,将边坡的稳定性级别划分为4级,即稳定、基本稳定、较不稳定和不稳定; 然后,构建了隶属度矩阵和权重矩阵; 最后,对每个边坡的稳定性进行模糊综合评价。分析结果表明,在所研究的113个边坡中,不稳定边坡3个,占总边坡的3%,较不稳定边坡27个,占24%,基本稳定边坡52个,占46%,稳定边坡31个,占27%。因此认为: 当边坡数量众多、边界条件模糊、影响因素复杂时,模糊综合评判是比较合适的边坡稳定性分析方法; 应用最大隶属度原则时,需根据各种因素对边坡稳定性影响的因果关系,对最大隶属度原则的有效性进行评估,以防出现评判失效。     

降雨入渗下强风化软岩高填方路堤边坡稳定性研究

降雨入渗是影响边坡稳定性、导致边坡失稳的最主要和最普遍的环境因素。强风化软岩用于高填方路堤填土边坡时,填土的压实度直接影响路堤土的渗透性和强度。利用饱和与非饱和渗流有限元模拟降雨入渗时高填方路堤的暂态渗流场,将计算得到的暂态孔隙水压力分布用于边坡的极限平衡分析,并考虑基质吸力对非饱和土抗剪强度的影响。探讨降雨强度、持时和压实度对边坡稳定性的影响。研究表明,强风化软岩用于高填方路堤压实度不能低于90 %;当暴雨强度为200 mm/d时,边坡就会失稳。其成果将为高填方路堤边坡防护设计提供科学依据。     

小降雨事件对土壤水分及植物水势空间差异性的影响

本文以云南省蒙自市断陷盆地高原面上典型封闭式岩溶洼地小流域为研究对象,研究小降雨事件对土壤水分及植物水势的影响。结果表明:（1）在研究区内小降雨事件一般只能补给10 cm以上的土壤,因此在旱季（强降雨事件发生前）,土壤水分随着深度的增加整体呈变小的趋势;受洼地地形影响,整个土壤剖面（0 ~ 80 cm）的土壤水分存在从坡顶到洼地底部逐渐增加,苹果树叶水势逐渐升高的现象;受地质背景的影响,土石质坡地平均土壤水分比石质坡地土壤水分高2.67%,相对应的土石质坡地苹果树受干旱胁迫的程度要低于石质坡地。（2）通过观测对比发现,8天内12次的小降雨事件可以使0~10 cm土壤水分整体上略有升高,但并未能完全改变0~10 cm土壤水分洼地底部大于两侧坡地,而土石质坡地高于石质坡地的特征。（3）小降雨事件虽然只能补给0~10 cm的土壤水分,但由于坡地地区苹果树根系分布较浅（5~30 cm）,部分浅层分布的苹果树根系已能吸收到水分,另一方面小降雨事件具有降温、增湿,减少太阳辐射的作用,可以减小苹果树蒸腾作用,从而降低苹果树叶水势,因此推测小雨事件可以明显减轻苹果树受干旱胁迫的程度      

砂黄土高边坡稳定性的数值模拟研究

基于野外调查和室内试验分析,阐述了黄土高原北部砂黄土边坡破坏的主要形式及其影响因素。结合陕北高等级公路建设,采用弹塑性有限元法模拟了不同工程开挖条件下坡形、降雨和地震作用等因素对砂黄土高边坡稳定性的影响。结果表明,随着坡角或坡高的增大,边坡稳定性不断变差,阶状坡形比一坡到顶的坡形更利于边坡稳定和防护;降雨作用对边坡稳定影响极大,在坡脚积水的情况下,坡脚处塑性应变值比常态增加近20倍;地震作用促使坡脚应力和应变值升高,并且随着地震动峰值加速度的增大而变化显著。模拟分析结果为砂黄土高边坡优化设计和灾害治理提供了科学依据。      

冻融循环下加筋膨胀土边坡稳定性模型试验

控制边坡在冻融循环中的劣化作用,可保障季节冻土区域膨胀土边坡长期稳定。为确定土工格栅对膨胀土边坡在冻融循环过程中的稳定效果与工程意义,本文开展了膨胀土边坡模型试验,对比冻融过程中边坡内土压力、含水率、位移、温度变化。结果表明：土工格栅可约束膨胀土冻融裂缝,使裂缝发育更为均匀一致,同时减小边坡位移;加筋材料能抑制边坡水分迁移与热传导并减小土压力变化;对膨胀土边坡加筋处理可显著降低含水率波动幅值,从而减小膨胀土受含水率变化引发的胀缩劣化;不同于普通黏土,膨胀土边坡冻融循环中呈现冻缩融胀特点,而边坡加筋可有效提升冻土区膨胀土边坡的冻融稳定性,具有工程应用价值。     

水-力耦合及干湿循环效应对浅层残积土斜坡稳定性的影响

降雨入渗过程中,土体吸力降低,体积明显改变。天然浅层土体长期受到季节性气候变化的影响,因此,开展水-力耦合及干湿交替对浅层残积土坡稳定性影响的数值分析,分析浅层土坡孔隙水压力、湿润锋及安全系数的时空演变规律,并对水-力耦合及干湿交替条件下的浅层土坡失稳破坏机制进行探讨显得尤为必要。研究结果表明:随着干湿循环次数的增加,水-力耦合分析下孔隙水压力以及湿润锋的迁移速度增加更快,边坡也更易失稳破坏;干湿交替初期,雨水入渗易引起地下水位上升,边坡可因正孔隙水压力的增加而失稳;干湿交替后期,湿润锋的快速推进加剧基质吸力迅速丧失及土体强度下降,边坡安全系数显著降低,发生失稳破坏的时间缩短。因此,可将湿润锋处的安全系数(局部最小值)作为控制边坡长期稳定性的临界值。     

Liquefaction potential of coastal slopes induced by solitary waves

Tsunami runup and drawdown can cause liquefaction failure of coastal fine sand slopes due to the generation of high excess pore pressure and the reduction of the effective over burden pressure during the drawdown. The region immediately seaward of the initial shoreline is the most susceptible to tsunami-induced liquefaction failure because the water level drops significantly below the still water level during the set down phase of the drawdown. The objective of this work is to develop and validate a numerical model to assess the potential for tsunami-induced liquefaction failure of coastal sandy slopes. The transient pressure distribution acting on the slope due to wave runup and drawdown is computed by solving for the hybrid Boussinesq—nonlinear shallow water equations using a finite volume method. The subsurface pore water pressure and deformation fields are solved simultaneously using a finite element method. Two different soil constitutive models have been examined: a linear elastic model and a non-associative Mohr–Coulomb model. The numerical methods are validated by comparing the results with analytical models, and with experimental measurements from a large-scale laboratory study of breaking solitary waves over a planar fine sand beach. Good comparisons were observed from both the analytical and experimental validation studies. Numerical case studies are shown for a full-scale simulation of a 10-m solitary wave over a 1:15 and 1:5 sloped fine sand beach. The results show that the soil near the bed surface, particularly along the seepage face, is at risk to liquefaction failure. The depth of the seepage face increases and the width of the seepage face decreases with increasing bed slope. The rate of bed surface loading and unloading due to wave runup and drawdown, respectively, also increases with increasing bed slope. Consequently, the case with the steeper slope is more susceptible to liquefaction failure due to the higher hydraulic gradient. The analysis also suggests that the results are strongly influenced by the soil permeability and relative compressibility between the pore fluid and solid skeleton, and that a coupled solid/fluid formulation is needed for the soil solver. Finally, the results show the drawdown pore pressure response is strongly influenced by nonlinear material behavior for the full-scale simulation.