乌梁素海重金属在冰-水介质中的行为特征

为了探究乌梁素海冰体和水体中重金属的行为特征,于2016年12月至2017年3月连续采集乌梁素海典型区域冰体和水体,并将其均匀分层,对冰体和水体中重金属含量进行分析.通过绘制重金属分布图定性描述冻融过程中重金属的分布和迁移规律;通过构建冻结过程和消融过程中重金属冰-水迁移模型,分时段估算了重金属在冰-水界面的迁移通量和...     

乌梁素海湖泊冰生长过程的现场观测

为了研究湖泊结冰过程中特有的水文特性对冰封期水环境的影响,以乌梁素海湖泊为研究对象,对湖泊冰生长过程中气温、冰温和水温进行在线观测,以分析冰温和水温对气温的响应关系。用冰钻钻取冰厚依次为9.5、21.0、31.0、41.0、59.0 cm时的冰柱样品,对其表观密度进行测定,并从冰的透明度、冰晶体类型、气泡数量和冰柱底面纹理四方面分析每段冰柱的形态结构。结果表明:冰温和气温有相同的变化趋势,冰温的变化滞后于气温的;冰下水的温度不受气温的影响,稳定在-0.25~-0.50℃;湖冰生长期冰的表观密度为895.2~903.3 kg/m3,冰柱下层的表观密度小于上层的,这与冰生长速率和气泡的数量及体积有关;湖冰生长过程中不同深度冰柱的透明度、晶体类型、气泡含量和底面纹理有较大差异。     

干湿交替诱导含重金属细颗粒物在多孔介质中释放迁移的作用机制

为探究含重金属细颗粒引起土壤重金属污染的形成机制,以矿渣为对象,采用柱试验,研究了干湿交替诱导含重金属细颗粒在多孔介质中释放迁移的特征与机制。结果表明：干湿交替显著促进了粒径在342～955 nm的矿渣颗粒的释放迁移,该促进作用由3种作用机制联合引起,且与落干期时长有关,而与干湿交替次数和落干期排列顺序无关;释放迁移的矿渣颗粒在石英砂多孔介质中发生了累积,落干时间越长,累积质量越高,累积质量随介质深度的增加而减少,累积颗粒的粒径分布随介质深度无明显变化。细颗粒的释放迁移是含重金属细颗粒引起土壤重金属污染的主要原因,固应对干湿交替下含重金属细颗粒的环境行为给予重视。     

双孔结构非饱和压实黏土的渗流-变形耦合微观机理

土体中的渗流-变形耦合问题是岩土工程中极为常见但却易被忽视的问题之一,尤其是对于拥有双孔结构的非饱和压实黏土,渗流-变形耦合过程较为复杂,从微观机理上对耦合全过程进行分析,有助于深入理解土体在渗流-变形耦合作用下的内在机制,为建立理论模型及开展进一步的试验研究奠定基础。基于已有的试验研究成果,并结合相关本构模型的建立及预测,以双孔结构土在常应力条件下的干燥过程为例,揭示了双孔结构非饱和压实黏土在不同阶段的渗流-变形耦合规律,以及耦合全过程的微观机理;对初始干密度对非饱和土渗流-变形耦合特性的影响进行对比分析。研究表明:渗流-变形耦合作用在大孔隙渗流阶段表现较为显著,而在小孔隙渗流阶段则不够明显;初始干密度对渗流-耦合作用的影响仅在大孔隙渗流阶段起作用。     

重金属在消落带土壤-水体系中的迁移研究

以三峡库区消落带土壤和江水构成的有机体系为对象,通过动态模拟实验,研究了Pb、Zn、Cu、Cr在土壤江水体系中的迁移情况。研究表明,长江水体一旦受Pb、Zn、Cu、Cr的污染,消落带土壤中的Pb、Zn、Cu质量比将显著升高,Zn会迁移至各层(0~10 cm,10~20 cm,20~30 cm)土壤中,Pb和Cu主要滞留在土壤表层,而土壤中的Cr的质量比降低;并且土样中Pb、Cr、Cu和Zn的质量比均会随江水中的重金属浓度的升高而增加。     

水作用下泥岩崩解过程与微观机理研究

为研究水作用下泥岩崩解的微观机理,利用X射线衍射仪、激光共聚焦显微镜对泥岩的成分、饱水后试样表面三维形貌变化进行测试,揭示了水作用下泥岩形貌的变化规律,分析了泥岩崩解的微观机理。研究表明:试样表面的裂纹数目、宽度随饱水时间的增加而增加;泥岩的崩解主要受饱水过程中产生的次生孔隙和裂纹/孔隙表面受到的楔裂压力影响,总次生孔隙主要由水化学作用产生的次生孔隙和水的冲刷、运移物理作用产生的次生孔隙构成,孔隙在楔裂压力的作用下相互扩展形成裂纹,裂纹相互贯穿使试样崩解。     

从微观作用机理研究水泥土搅拌法在水利工程中的应用

水泥土搅拌法作为地基处理的重要方法,在竖向承载时可采用柱状,在基坑支护和防渗时可采用壁桩和格栅桩。该工艺因施工方便、造价低廉等优点而倍受青睐。近年来在涵闸、泵站等水工建筑物地基处理和堤坝防渗工程中普遍采用,取得了良好的经济技术效果,但在某些工程中检测时也发现了一些质量问题。从水泥土搅拌法的微观作用机理和影响因素方面来研究水利工程中的应用,对于确保设计及施工质量具有重大的意义。一、水泥土搅拌法的微观作用机理水泥土搅拌法是将水泥固化剂通过搅拌机械在地基深处就地将其与软土强制搅拌,通过的一系列物理-化学反应,…     

重金属在水体中迁移转化过程分析

通过分析各因素对重金属吸附影响的特点,介绍了重金属吸附过程的三种模式,由此得出水、体中重金属的释放主要由盐度变化、氧化还原反应条件的变化、pH值的变化、天然或人工合成的强络合剂的使用等化学变化引起的结论。此外,微生物的活动也会引起重金属的释放,同时,对重金属在水体中释放过程研究方法进行了探讨。     

沙性介质油-水两相系统相对渗透率曲线研究

以沙性介质为研究对象,用沙芯漏斗法测定了油-水两相系统中的毛细压力与饱和度的关系曲线,研究了油-水两相系统毛细压力与湿润相饱和度关系的特点,并应用Parker-Lenhard模型获取了不同岩性的相对渗透率曲线。结果表明：①介质的渗透性能决定其油-水相对渗透率曲线的特征,受束缚水饱和度影响,油相流动能力因束缚水的存在而降低;②不同沙性介质在等渗点的饱和度不同,但在等渗点均具有相同的相对渗透率;③在油-水两相系统中,当两相同时渗滤时,其两相相对渗透率之和总小于1。     

固化剂固化疏浚土的渗透性与微观机理研究

用水泥和石灰等胶结剂及激发剂构成的固化剂对上海市横沙岛东滩的疏浚土进行改良,在不同养护龄期和固化剂掺量的条件下,用自配固化剂对岛区疏浚土进行了渗透试验。分析了固化疏浚土的渗透系数与固化剂掺量、养护龄期之间的关系, 得到了疏浚土渗透系数在不同固化剂掺入比和龄期下的变化规律。结果表明:固化疏浚土的渗透系数随固化剂掺量和龄期的增加而明显变小,但在同一龄期下,当固化剂掺量继续增加时,其渗透系数变化不大。并利用电镜扫描(SEM)对不同固化剂掺量和不同龄期下的固化疏浚土的微观结构进行观测,获得了疏浚土固化前后的微观结构SEM图,结合SEM图对疏浚土固化前后的微观结构变化做了定性的对比和分析,从固化疏浚土微观结构中发现固化疏浚土中含有水化硅酸钙(C-S-H)、氢氧化钙晶体、无定形文石、钙矾石等能够填充孔隙的胶结物,并从微观上解释了固化剂固化疏浚土的固化机理。     

微观结构对膨胀土土-水特征曲线的影响

为了探究膨胀土吸湿过程土-水特征曲线与微观结构变化的关系,采用渗析法和气相法对南阳原状膨胀土的持水特性进行研究,获得了土样在全吸力(0.01~309 MPa)范围内的土-水特征曲线。利用Van Genuchten模型对试验结果进行拟合;采用扫描电镜试验和压汞试验测定吸湿过程中土样微观结构的变化,从微观的层面对膨胀土土-水特征曲线的趋势进行分析。研究表明:在吸湿过程中,膨胀土的微孔隙和大孔隙体积含量增多,小孔隙体积含量减少;吸湿过程中小孔隙和微孔隙体积含量的动态变化使得膨胀土表现出在土-水特征曲线没有拐点的情况下持续增湿的特性;大孔隙体积含量的变化只影响土-水特征曲线的边界效应段,但是影响较小。     

考虑裂隙的几何-力学特性的双重孔隙介质水-应力耦合模型及其有限元分析

建立了一种双重孔隙介质水-应力耦合模型,其特点是可考虑裂隙的组数、间距、方向、连通率、开度、刚度及应力水平对介质的弹性模量、孔隙率及渗透系数的影响,并研制出相应的二维有限元程序.以模拟饱和的双重孔隙岩体在外荷载作用下产生沉降为算例,针对岩体的孔隙率与渗透系数分别是常数及按照本文中所述规律变化的两种工况,考察了不同岩体中的变形、孔隙水压力与裂隙水压力及流速、主应力等的分布与变化.结果表明:将岩体的孔隙率与渗透系数作为应力的函数,与将其作为常量的方法相比,二者对岩体的变形及应力的影响不大,但前者对孔隙水压力、裂隙水压力及流速的影响强烈.     

考虑冰盖生消和冰-结构-冻土协同作用的渠道弹性地基梁模型

冰-冻破坏是寒区冬季输水渠道结构破坏的主要原因,而目前尚缺乏准确的分析方法和评价准则。本文从冰盖生消过程中结冰初期、流冰期和封冻期3个阶段衬砌结构冰冻破坏机理出发,考虑在冰-结构-冻土协同作用下,基于弹性地基梁Winkler理论推导了衬砌结构的挠曲线微分方程,分别建立了3个阶段衬砌结构的冰冻破坏力学模型,并结合相应荷载组合和边界条件对模型求解获得了衬砌结构的挠度、内力和应力的解析表达。应用该模型对南水北调京石段某输水渠道进行冰冻破坏分析计算,结果表明:结冰初期、流冰期和封冻期3个阶段衬砌结构的法向冻胀位移最大值分别为10.62、13.89和5.05 cm,对应3个阶段衬砌结构的截面最大拉应力分别为3.63、 4.11和2.05 MPa,且破坏位置均在冻结区坡板的中下部,与现场监测渠道冰冻破坏分布规律吻合。据此,建议寒区冬季输水渠道控制运用中应尽量缩短结冰初期、流冰期时间,延长第3阶段稳定封冻期时间,同时应合理控制地下水位和冰盖厚度。研究结果可为寒区冬季输水渠道抗冰冻设计提供理论依据和分析方法。     

甘肃Q3原状黄土的微观结构对其土-水特征曲线的影响

为了探究原状黄土土-水特征曲线与土样微观结构之间的关系,对甘肃黑方台不同埋深Q_3原状黄土进行了基本物理指标的测试,张力计法测得其土-水特征曲线,并利用FredlundXing模型对土-水特征曲线进行了拟合。采用光学显微镜和Photoshop合成技术获得了不同埋深土样的微观结构,统计得到孔隙累积级配曲线和分布曲线。结果表明不同埋深Q_3黄土,颗粒组成相同;其土水特征曲线,在饱和区,相同基质吸力下土样埋深(干密度)越大,体积含水率越小;而在过渡区,体积含水率则越大;在残余区,土水特征曲线几乎重合,这种差异主要是由土样的孔隙分布特征所控制。最后根据土样的分布曲线建立了黄土土水特征的本构关系,其预测值同实测值基本吻合。     

调水后河床表层沉积物中重金属的形态转化

通过河床表层沉积物重金属释放实验,分析并揭示了受客水后河床表层沉积物中重金属Co、Cr、Mn、Mo、Pb、V的赋存形态转化机理。结果表明:受水区的环境条件(pH值、Eh值等)变化、沉积物理化性质变化和环境中微生物的作用,重金属生物有效态及残渣态之间的相互转化,改变了重金属的生物有效性,在受客水过程中受溶解沉淀、吸附解吸、氧化还原和离子交换等地球化学作用的影响,河床沉积物中重金属发生迁移转化,在不断受水条件下河床沉积物中重金属不断释放,沉积物不断净化。     

土壤-植物系统中重金属迁移性的影响因素及其生物有效性评价方法

土壤-植物系统中重金属迁移性取决于其在土壤中的化学形态、赋存状态和土壤环境,反映土壤重金属的污染程度和对生态环境及人体健康的危害;土壤重金属生物有效性的评价方法研究,可为认识土壤重金属污染危害,修复重金属污染土壤提供理论基础。本文系统综述了土壤理化性质、重金属特性、植物种类与根际效应、人为活动及其它因素对土壤-植物系统中重金属迁移性的影响机理;阐明了总量预测法、化学形态提取法、自由离子活度法和生物学评价等方法的应用及其优缺点,并对今后研究进行了展望。     

PVA纤维-纳米SiO2对混凝土抗疲劳性能的影响及机理分析

为研究PVA纤维和纳米SiO₂的掺入对混凝土抗疲劳性能的影响,设计了单掺PVA纤维(P组)、单掺纳米SiO₂(S组)和混掺PVA纤维与纳米SiO₂(SP组)3组试件,对其展开疲劳后的单轴压缩试验,以经历疲劳荷载后混凝土试件的相对动弹性模量和抗压强度,作为分析评价不同掺料方式对混凝土疲劳性能影响的评价指标,并利用SEM电镜扫描试验研究了掺合料的微观作用机理。结果表明：3组混凝土较普通混凝土在抗疲劳性能上都有明显的提升,S组在提高混凝土强度方面表现最为明显;而SP组能够更有效地抑制混凝土内部劣化损伤的发展。从作用机理上来讲,PVA纤维是通过提高混凝土各单元间的抗拉能力,有效降低了混凝土在疲劳荷载作用下的损伤破坏,相当于延长了混凝土的破坏过程;而纳米SiO₂则是通过参与反应生成C-S-H(水化硅酸钙)凝胶填充混凝土薄弱区,提高了混凝土的抗压强度,相当于提高了混凝土在疲劳荷载作用下的破坏起点。研究成果对混凝土结构抗疲劳设计有参考价值。     

Pb(Ⅱ)在地下水环境中迁移的机理及模型研究

从热力学角度出发，系统地研究了Pb（Ⅱ）在地下水环境中的迁移机理，着重阐述了水文地球化学作用（络合作用、吸附作用等）对Pb（Ⅱ）迁移的影响。Pb（Ⅱ）在地下水中主要迁移形式为PbOH＋。将水动力迁移模型和水文地球化学模型紧密结合在一起，建立了Pb（Ⅱ）的二维水文地球化学迁移模型。     

高钛矿渣-水泥复合胶凝材料体系的水化机理研究

采用SEM,XRD,TG-DSC等微观测试手段,探讨掺高钛矿渣-水泥复合胶凝材料体系的水化机理。研究结果表明：高钛矿渣主要由结晶性强的稳定矿物组成,水化活性低;高钛矿渣颗粒分散并填充水泥颗粒,明显改善浆体结构。水化反应早期,硬化浆体结构疏松,水化产物较少,有大量未被反应的稳定晶相。反应后期,Ca(OH)₂参与二次水化反应,强度稳定增长。