壁画地仗中盐分的毛细输送机制研究

设计了专门的毛细水输盐模拟试验装置,在精确控制温度、湿度和供水水头的情况下,监测不同孔隙溶液在含盐及脱盐澄板土地仗中的毛细迁移特征。水盐迁移前后,测定模拟地仗的导热系数、孔隙半径变化,从微观角度判断外来盐分及地仗内存在的盐分对地仗盐害的贡献。试验结果表明,溶液毛细迁移速率由大到小排列为KCl与Na_2SO_4混合溶液KCl溶液Na_2SO_4溶液H_2O。毛细上升速度随着试样高度的增加逐渐减慢,而且脱盐澄板土中的毛细上升速率大于天然澄板土中的速率。孔隙溶液电导率随试样高度增加呈递增趋势,且天然澄板土试样的电导率普遍高于脱盐澄板土。试样的导热系数随高度的增加出现先减小后增加的总体趋势。脱盐澄板土与天然澄板土相比,孔径分布密度偏向小孔径方向;当迁移溶液为混合盐时,孔径分布较单一盐溶液时集中。模拟试验结果发现,毛细输送的外来盐分(特别是硫酸盐和氯化物复合盐)造成的土体盐胀破坏比土中既有盐分更加显著,说明控制降水入渗引起的化学淋滤作用对预防顶层洞窟壁画盐害具有重要意义。     

莫高窟壁画地仗土-水特征曲线的测定与拟合

壁画的病害对壁画的长期保存和日常维护造成了极大的威胁,水带动易溶盐的迁移是导致壁画病害最主要的原因之一。地仗层作为壁画最直接的载体,其土-水特性关乎着壁画病害的形成与发育。为了研究壁画地仗层的土-水特性,根据莫高窟壁画地仗的物质组成制作了模拟地仗,采用压力板法和蒸汽平衡法分别对模拟地仗进行土-水特性试验,获得了全吸力范围的壁画地仗的土-水特征曲线,并用Van Genuchten（VG）模型和Fredlund-Xing（FX）模型对土-水特征曲线进行拟合。试验结果表明：不同组分的模拟地仗试样的土-水特征曲线有所差异,粗泥层与细泥层土-水特征曲线形态上差异并不明显;同等吸力下粗泥层含水率高于细泥层,在高吸力段粗泥层具有突变性释水的特点;对高吸力段地仗试样土-水特征曲线变化趋势的分析表明,在日常维护中莫高窟洞窟内湿度不应高于58%,湿度宜保持稳定,不应有较大波动;综合全吸力段上的试验数据进行拟合可以获得精度较高的壁画地仗的土-水特征拟合曲线。     

湿度影响下莫高窟壁画地仗层吸附水及吸力变化特征研究

莫高窟气候干燥,窟内壁画地仗层常处于低含水率、高吸力的状态,受到洞窟环境湿度波动的影响较大。为了进一步了解湿度影响下地仗层土体中吸附水以及吸力变化特征,本文通过蒸汽吸附法测试莫高窟不同地仗层高吸力段内的土水特征曲线,并且根据测试结果分析土体中由于范德华力与毛细凝聚作用产生的不同吸力的变化特征;同时进一步利用蒸汽吸附法测试了含NaCl地仗层土水特征曲线并探讨水汽吸附过程中渗透吸力特征;此外利用热重分析方法测试地仗层土体中在范德华力与毛细凝聚作用下所吸附水分的特征。结果表明:地仗层水汽吸附过程中土体内大部分基质吸力来自于毛细凝聚作用,土颗粒分子间范德华力仅在含水率极低的情况下为土体提供比较明显的吸力,湿度影响下地仗层水汽吸附过程中土体内渗透吸力仅在外界环境湿度大于地仗层中盐分的潮解临界湿度时才比较明显;地仗层土体所吸附的水分大部分以弱结合水形式存在,并且地仗层中澄板土含量越高,弱结合水临界含水率越大。结论可以为湿度影响下的壁画病害机理以及地仗层中水汽运移等问题的研究提供理论基础。     

莫高窟壁画裂隙萌生特性试验研究

敦煌莫高窟壁画长期受到外界微振动环境的影响,部分出现了裂隙病害,为此有必要深入开展壁画裂隙萌生特性的研究,为壁画的保护和修复工作提供科学依据和技术支持。针对莫高窟壁画地仗试件开展了四点弯曲抗拉试验,并利用数字图像相关技术实时测量了试件表面的全场应变变化与分布情况,分析了地仗在承受拉力破坏时裂隙萌生特性,给出了壁画所能承受的极限应变。同时,研究了试件缺陷、加载方式、疲劳次数等对试件的承载力与极限应变的影响。研究发现,莫高窟壁画裂隙萌生甚至一定程度的扩展并不会影响洞壁结构的承载力;壁画地仗的固有缺陷会导致壁画在缺陷处及其附近出现裂隙病害的风险加大;壁画地仗中添加的麻等纤维使其具有非常好的塑性和抗疲劳性能,只要在疲劳极限内就不会萌生裂隙。为了避免壁画产生裂隙病害,壁画地仗的最大正应变要严格控制在0.40%以内。     

基于图像RGB信息测试湿度场技术的风积沙毛细水上升试验研究

毛细作用对诸多工程的变形与稳定有影响,传统方法难以精确监测毛细水上升过程的动态变化。首先研究了风积沙图像RGB(red（红）、green（绿）、blue（蓝）)信息与含水率的关系,由此开发了一种利用图像RGB信息测试含水率并获取湿度场的方法与技术;基于此探究了风积沙毛细水上升过程中含水率的时空变化,提取了湿润锋轮廓,分析了湿润锋运移规律。结果表明,风积沙的归一化颜色特征值ξRnor与含水率θ间存在显著的线性负相关关系,用于预测风积沙含水率效果良好;研发的基于图像RGB信息测试湿度场的技术,具有cm级分辨率和较高精度,能直观展示风积沙柱毛细水上升过程中含水率的时空变化;对毛细水上升过程的图像采用改进的k-means聚类分割法进行分析,能精确识别和量化湿润锋的轮廓信息,比目测法更加准确可靠;在表面张力和惯性力作用下,风积沙毛细水上升初期各高度处含水率存在明显的冲高现象,经历几次小幅波动后回落,稳定含水率相较峰值含水率降低约1.5%;毛细水上升高度与相对密实度Dr成正比,幂函数和双对数二次多项式均能较好拟合湿润锋上升过程。研究工作为毛细水上升试验测试提供了一种精确快捷的新途径。     

酸碱及可溶盐溶液对桂林红黏土压缩性影响实验研究

为探讨水环境对红黏土工程地质性质的影响,以桂林岩溶地区典型地段的红黏土为研究对象,对浸泡于不同浓度的 HCl、NaOH、Fe（NO3）3和 Al（NO3）3溶液中的试样进行固结实验。结果显示：（1）在 HCl 和 NaOH 溶液中浸泡后,红黏土的压缩模量都降低,压缩系数都增大,且溶液浓度越大其值降低或增大的幅度越大;（2）浸泡在 NaOH 溶液中的红黏土的压缩模量比浸泡在 HCl 溶液中的大,且压缩模量值随着溶液浓度的增加而减小,压缩系数则相反;（3）在 Fe（NO3）3和Al（NO3）3溶液中浸泡后,红黏土的压缩模量会随着溶液浓度的增大而增大,压缩系数随着溶液浓度的增大而降低,且 Fe（NO3）3溶液对红黏土的压缩性影响作用比 Al（NO3）3溶液的大。     

地浸场地残余溶液对水环境影响中的水文地球化学问题讨论

溶质迁移的理论是水环境评价及其整治的科学基础。溶质迁移理论包括水动力弥散、分子扩散和水文地球化学的水岩作用。文章讨论了地浸场地残留溶液对环境影响的预测方法、围岩对污染水的自净和地下水环境恢复的功能，对三种预测污染水对环境影响方法的计算蛄果进行了对比。通过以上讨论，展示水文地球化学在水环境评价和整治工作中有不可忽略的作用和意义，并提出了在水环境评价和整治工作中正确确定弥散系数、阻滞系数、饱和阻留容量、阻滞速率、溶质迁移速度的重要性。文中通过实例介绍了饱和阻滞容量、阻滞速率、溶质迁移速度等参数的求测计算方法。     

浅层地能开采中土体的热湿迁移机制及力学性状研究综述与展望

浅层地能的开采是与岩土介质相关的能量交换过程。本文从岩土工程应用的角度,简述了浅层地能开采中与岩土体相关问题的国内外研究现状,指出了目前存在的问题并进行了分析和展望; 在此基础上,凝练出了3个主要的科学问题,即换热过程岩土体热湿迁移机理、岩土层地质构造对热交换的影响以及热交换对岩土力学性质的影响,并对它们的具体研究内容进行了详细的分析。论文的分析成果对于掌握浅层地能开采对土体力学性状的影响,合理开发利用浅层地能,实现能源的可持续发展具有重要的理论和现实意义。     

铀在北山花岗岩中的吸附迁移影响因素研究

运用水文地球化学模拟软件PHREEQC-Ⅱ,对铀元素进入中国高放废物处置预选场研究区地下水后的状况进行了模拟和预测。模拟得到核素铀进入研究区地下水后的元素浓度分布和迁移情况及外界因素变化引起地下水中铀迁移的行为,同时采用批式法测定不同条件下铀在甘肃北山花岗岩中的分配系数,研究了岩石粒径、溶液初始浓度、水相pH和温度对分配系数的影响,实验结果表明花岗岩对铀的吸附能力较弱,其中溶液初始浓度、粒径、温度影响较小,pH值对岩石的吸附性能有较大影响,在接近中性条件下影响达到最大,这与采用模拟软件模拟结果基本吻合。通过模拟和实验对比,能更好地研究在北山预选区处置条件下地下水-废物-岩石的相互作用过程中核素的迁移行为,从而为处置库系统安全评价提供有关依据。     

土层结构对非饱和毛细水盐运移的影响

层状土层之间孔隙结构和水力学性质的不连续性对土体水盐运移有显著影响。基于现场调查,设计了两种不同粒径土层二元结构组合（黄土-砂质粉土和黄土-粉质黏土）的室内土柱试验,通过模型试验讨论了不同地下水补给条件下土层结构对毛细水分布和盐分累积的影响。试验结果表明：在毛细水补给条件下,黄土-砂质粉土构成的上细下粗型土层结构有利于毛细水盐运移,经过60 d蒸发后,其表层${\rm{SO}}_{\rm{4}}^{{\rm{2 - }}}$含量是上粗下细型土柱的两倍。在无毛细水补给条件下,砂质粉土层中水盐向上迁移总量和迁移速率大于粉质黏土层,最终上细下粗型土柱中上覆土层各层位离子含量均大于上粗下细型土柱。研究结果为层状土区盐渍土病害的防治提供了试验参考。     

季节冻土区水盐迁移及土体变形特性模型试验研究

为研究盐渍化冻土水分、盐分迁移规律以及变形特性,探索寒区旱区土壤盐渍化机制,配制了不同含盐量的粉质黏土进行模型试验。试验结果表明,温度、水分、盐分和土体变形之间相互耦合。温度降低有利于盐晶体析出和未冻水结冰;反之,温度升高易于晶体溶解和冰融化。水盐相变过程中伴随能量的释放或吸收,影响土体温度。盐分改变了流体的动力黏度和土体冻结温度,并且盐分结晶使土体产生较大的吸力,加剧了未冻水含量的变化。水分是盐分迁移的介质,盐分以离子形式随未冻水迁移。降温期水分盐分向上迁移,升温期迁移方向相反。迁移速率与吸力有关,冻结缘附近吸力最大,速率最快。盐渍化冻土的变形是盐分和水分共同作用的结果,含盐量较低时冻胀和融沉是土体变形的主要因素;当含盐量较高时盐胀和溶陷占主导作用。     

温度循环下压实粗粒盐渍土水盐迁移与变形响应

“一带一路”规划的高速铁路频繁穿梭于盐质荒漠区,沿线优质不含盐路基填料极其匮乏。为解决粗粒盐渍土填筑高速铁路路基面临的技术难题,结合伊朗德伊高铁建设,以现场粗粒盐渍土路基填料为对象,开展了温度循环下压实粗粒盐渍土水盐迁移与变形响应试验研究。结果表明,每次温度循环后温度波幅值由土层浅表向深层土体衰减传递,土体埋深越浅、恒温时间越长,温度波幅值越大;水盐均匀分布的压实粗粒盐渍土经历多次温度循环后逐渐演化成非均匀分布,水盐向土体表面迁移聚集,越靠近土体表面水盐增量越大;前5次温度循环中压实粗粒盐渍土产生了塑性盐胀或塑性融沉,随着温度循环次数增加,盐渍土塑性盐胀或塑性融沉显著减小甚至消失;盐渍土层上设置非盐渍土层具有迟滞盐分向上迁移和消能减胀作用,粗粒盐渍土构筑高速铁路路基宜采用结构分层技术,非盐渍土层设置厚度一般不宜小于当地温度辐射影响显著深度;粗粒盐渍土路基设计宜考虑多次温度循环后形成的水盐非均质分布及其可能诱发的盐胀与融沉增大效应,路基压实度不宜过高。研究成果将为盐渍土地区高速铁路路基工程建造起到示范参考作用。     

新疆库米什盆地硝酸盐型盐湖中锶离子迁移富集规律研究

新疆库米什盆地是典型的硝酸盐型盐湖分布区,盆内盐湖中Sr2+的含量明显比新疆其他盐湖要高,但对该地区盐湖中Sr2+的迁移富集规律尚未开展深入研究.本文以库米什盆地硝酸盐型盐湖为研究对象,探讨了研究区硝酸盐型盐湖中Sr2+的迁移富集规律.研究结果表明:①库米什盆地水体和沉积物中的Sr2+均具有自北西至南东向逐渐迁移富集的...     

实验研究不同盐离子对水分子拉曼效应的影响

对流体包裹体中常见的几种盐水溶液进行了拉曼光谱分析.采用了频移参数描述水分子拉曼峰的形变强度,并讨论了频移参数与盐度之间的关系.实验分析结果表明,盐度越大,频移参数越大,水分子拉曼峰形变越大.对频移参数曲线斜率分析显示,盐类对水分子拉曼峰偏移程度影响的强弱顺序为NaCl＞Na2SO4＞NaHCO3＞Na2CO3.讨论了不同阳离子和阴离子对水伸缩振动拉曼峰的影响,结果表明,高价阳离子的影响明显高于低价阳离子;而阴离子对水拉曼峰影响的强弱顺序初步确定为Cl-≈SO2-4-＞HCO-3＞CO2-3≈NO-3.     

土体冻结过程中的盐分场研究

As to salty soil, salt migrates with water in freezing soils, assembles and crystallizes continuously. Consequently the swelling of the soil volume leads to the phenomenon of salt heaving. It has a practical significance for solving salt-heaving and frost-heaving damage in engineering to deepen the understanding of salt heaving mechanism. In this paper a general overview about new research results at this aspect was presented. And then the study of salt migration and salt heaving mechanism and present salt heaving models were summarized. For further researching the field of salt transfer it is urgent to continually strengthen the salt migration and the numerical simulation study of salt heaving mechanism to expect perfecting the general evaluation of salt heaving prediction models so as to have a better service for engineering.     

岩体单裂隙非饱和渗流毛管压力-饱和度关系研究

在进行裂隙岩体非饱和渗流研究中,选用合理的裂隙岩体毛管压力-饱和度关系曲线非常关键。基于裂隙岩体非饱和渗流特点,简述当前国内外非饱和裂隙岩体毛管压力-饱和度关系曲线模型的研究状况。总结出非饱和裂隙渗透具有毛细管流、薄膜流、优先流、裂隙-基质相互作用和沟槽流特点;分析了建立单裂隙岩体非饱和渗流毛管压力-饱和度关系曲线模型的主要方法,包括物模试验法、数值计算法和数学推导法,并归纳这些方法的计算结果;最后,结合渗流特点,对各种曲线模型结果进行比较,进一步分析得出：(1) 目前的曲线关系均建立在毛管理论基础之上,几乎没有反映渗流其他特点的关系曲线;(2) 运用数值计算法和数学推导建立曲线模型较为简便;(2) 在排水曲线初始时段,Brooks-Corey(BC)模型模拟得到的结果比van Genuchten(VG)模型要好些,而在末尾时段VG模型要好些。     

油气优势运移通道的类型及其物理模拟实验研究

地质分析和物理模拟实验证实地质条件下油气总是沿着浮力最大和阻力最小的的方向和通道运移,形成油气优势运移通道有5种基本模式:级差优势、分隔优势、流向优势、流压优势和断面优势。物理模拟实验结果表明油气运移实际通道只占输导层的1%~10%,但却运输了油气的绝大部分;输导层物性的差异、盖层沉降中心的偏移、流体动力、断层倾角及断层面几何形态控制了油气运移的优势通道;实际地质条件下油气运移所形成的优势通道是上述5种模式综合作用的结果。由于优势通道是大部分油气运移的实际路径,其研究对追踪油气来源、预测有利圈闭有着十分重要的作用。