华南地区典型土壤渗透性的改良配置研究

为改善我国华南地区土壤黏性大、渗透性差的问题,研究华南地区土壤与落地灰、砾石、沸石、海砂、草根和枯树叶等多种材料的改良配置,测试不同重量配比下试验土壤的渗透性,获取不同有机、无机材料对典型土壤自然入渗能力的改善效果(包括各种材料的单独作用和择优性混合作用效果)。结果表明:单材料试验中,低重量配比的草根和枯树叶试验土壤的峰值入渗速率分别为0.178 mL/s和0.163 mL/s,且有机材料的改良效果优于无机材料。高重量配比的5～9 mm砾石和5～9 mm落地灰试验土壤分别在重量配比为40%和60%情况下,峰值入渗速率达0.338 mL/s和0.717 mL/s,在同重量配比的所有材料里具有最佳入渗效果。多材料混合试验中,枯树叶、5～9 mm砾石和5～9 mm落地灰相结合的试验土壤实现最佳入渗效果。研究成果为改善华南地区土壤渗透性能提供科学依据。     

建筑废弃料对改良土壤蓄渗效果的试验及模拟研究

为了解决我国华南地区土壤质地黏重、渗透性能极差,无法及时排干随着不透水路面剧增而增长的城市径流雨水的问题,依据生物滞留池典型构造原理制备实验室自制滤柱装置,通过测试不同重现期下滤柱装置的下渗曲线,以评估不同粒径级配的建筑废弃料对土壤蓄渗的改良效果。结果表明:中小雨强下符合华南地区土壤特征和降雨条件的最优建筑废弃料粒径级配为5~9mm,且随着降雨重现期的增加,蓄渗改良效果更为明显,产渗流时间也显著提前;在SWMM中构建LID生物滞留池模块,根据试验结果进行模型率定,可为生物滞留池提供合理设定参数。研究成果拓展了建筑废弃料在低影响开发措施中的应用,以期为华南地区大规模海绵城市低影响开发措施的土壤蓄渗改造提供科学参考和评估工具。     

PAM和PG对土壤入渗及坡面产沙的调控效应

近年来对PAM等高分子材料阻控侵蚀产沙功能的研究日益得到重视，其对丰富水土流失治理基础理论和促进水土保持技术发展具有重要意义。基于野外人工模拟降雨试验，研究了高分子材料PAM和PG对黄土丘陵沟壑区土壤入渗、坡面产沙的调控效应。研究结果表明：在5°、10°、15°黄土坡面上施用PAM、PG可以提高土壤入渗率并缩短达到相对稳渗的时间、减少坡面产沙量，即对入渗、产沙过程均有一定的调节作用；在施用PAM和PG的各种处理中，PAM施用量为2 g/m²的增渗效果最为明显，PAM施用量为2 g/m²和PG施用量为200 g/m²的减沙效果较明显，但在5°和15°坡面上PG施用量为200 g/m²时反而降低了土壤入渗率，这一现象值得进一步研究；施用PAM、PG后没有改变土壤入渗率随降雨历时的变化规律和产沙量对径流量增加的响应规律，土壤入渗率与降雨历时呈二次多项式关系，产沙量随径流量增加呈幂函数增加。     

流动沙丘降雨入渗和再分配过程

本文通过野外监测和模拟降雨试验对流动沙丘降雨入渗补给、再分配过程和蒸发消耗几个方面作了定量研究。结果表明：科尔沁沙地流动沙丘0～200cm深度土壤层特性具有明显的垂直变化，0～20cm为表层干沙层；20～140cm为降雨影响变化层；140cm以下为深部稳定层。土壤入渗速率受降雨强度的控制，强度大，入渗也大，入渗深度与降雨量和降雨强度之间存在线性关系。湿润锋迁移速率在降雨开始较小，而后逐渐增大，达到峰值之后，又随时间而降低，最后趋于稳定。13.4mm的降雨是无效降水和补给地下水的分界点；≥20mm的降雨可使蒸发层土壤在再分配结束后达到最小持水量；≥50mm的降雨通过土壤水分的再分配可以使120cm深度土壤水分达到饱和持水量，进而下层进行饱和排水入渗。     

水库疏浚底泥絮凝沉降室内试验研究

泥浆絮凝沉降效率是影响湖库疏浚工程进度的重要因素。为探索不同絮凝剂(有机、无机)对疏浚泥浆絮凝沉降效率的影响,以通济桥水库疏浚底泥为研究对象,通过室内试验先分析1种有机絮凝剂(PAM)和5种无机絮凝剂(PAC,FeCl₃,Na₂CO₃,Na₂SiO₃·9H₂O,KAl(SO₄)₂·12H₂O)单独作用下疏浚泥浆的絮凝沉降效果及上清液水质的优劣情况,然后对有机、无机絮凝剂进行优化组合试验,确定絮凝沉降效果和上清液水质最优的设计配比方案。试验结果表明:①PAM可以有效促进疏浚泥浆土颗粒的絮凝沉降,但对上清液的去浊率较低;CO₃^2-可以促进细颗粒絮凝结合成大颗粒,提高颗粒的沉降速率;Fe³⁺,Al³⁺具有改善上清液浊度的作用,但对促进泥浆絮凝沉降效果有限。②每1 000 mL疏浚泥浆中采用10 mL PAM+2 g PAC+2 g Na₂CO₃的有机-无机絮凝剂组合为最佳方案,既能快速促进疏浚泥浆的絮凝沉降,又能有效降低上清液的浊度。试验成果可为类似疏浚工程中选择絮凝剂最佳配比方案提供参考。     

保定市一亩泉水源地水文地质条件分析与评价

通过对区域水文地质条件、地质钻探、物探和水文地质抽水、单井回灌、渗坑入渗、示踪试验等资料的综合分析,对保定市一亩泉水源地水文地质条件进行了系统研究,查明了地层岩性、地质结构及地层渗透性等基本参数,为地下水回灌方案设计提供了可靠依据。研究结果表明,入渗场80m深度内揭露含水层7~8层,含水层岩性主要为卵砾石,渗透性较好,是较理想的入渗场地;回灌水有利于补给第1~2含水组,回灌水向西南方向流失及向下部3~4含水组渗流的可能性很小;入渗场垂直渗透系数为37．16~39．79m/d,单井影响半径为199．53m。     

高吸水性聚合物γ-聚谷氨酸对砂壤土水分运移的影响

高吸水性聚合物γ-聚谷氨酸（γ-PGA）又名纳豆胶，是一种节水材料和土壤改良剂，目前已被广泛应用于农业生产。采用室内试验和数值模拟相结合的方法，研究了γ-PGA施用量、施用深度和土壤容重对砂壤土水分入渗特性的交互影响。结果表明，累积入渗量随γ-PGA施用量的增加而减小，入渗率随γ-PGA施用量的增加而减小，Philip入渗模型的吸渗率S和入渗率A值均随土壤容重和γ-PGA施用量的增加而降低；土壤中施加γ-PGA后，饱和含水率θs随γ-PGA施用量的增加而递增，θs增幅为3.15%～10.77%，各处理残余含水率θr变幅为0.031～0.033，其变化不显著，进气吸力值α有明显降低，其极差为0.004 6,n值随γ-PGA施用量的增加而降低，其极差为0.13；土壤容重和γ-PGA施用深度对累积入渗量的影响较γ-PGA施用量更明显。     

惰性污染因子Cl-迁移特性的离心模拟试验研究

污染因子在土壤中迁移机理在室内多采用土柱试验开展研究,但对于低渗透性土壤(10-5cm/s),由于土壤渗透过程极其缓慢,其试验过程漫长甚至无法完成试验。离心模拟试验技术不但能够模拟重力场,而且也可以模拟污染物的迁移过程。本文利用LXJ-4-450 g-t离心机,通过专门研制的离心模拟试验装置,对惰性污染因子Cl-在低渗透性饱和黏土中的长期迁移规律进行了离心模拟试验研究,并对其在低渗透性饱和黏土中的迁移规律进行了模拟分析。研究结果表明,对低渗透性黏土采用离心模拟试验开展污染物迁移规律的研究可极大提高试验效率和可靠度。     

复合内养护水泥基材料性能研究

通过对无机内养护剂ICA1和ICA2的配比优化,发现ICA1与ICA2的引水比例为3∶7时养护效果最佳,并就复合内养护剂对水泥砂浆的干燥收缩及渗透性能进行了试验研究。试验结果表明,复合内养护剂不仅可提高水泥水化程度,减小水泥基材料的干燥收缩,还可显著提高水泥砂浆的抗渗性能。     

降雨条件下坡地水分转化特征实验研究

坡地水分转化规律研究对于探讨坡地水土流失以及坡地养分迁移规律具有重要意义。本文以黄绵土为试验材料，通过模拟降雨试验，研究了不同雨强条件下坡面入渗过程与产流特征。结果表明：(1)在地表坡度15°、土壤容重1.28～1.30g/cm3的条件下，坡面平均入渗率(ia)与降雨强度(iR)具有极显著的抛物线函数关系，当iR=1.35mm/min 时，ia具有最大值(1.01mm/min)；初始产流时间(tp)随iR的增大而减小，二者呈幂函数关系。(2)坡面产流以后，入渗率(i)随降雨历时(t)呈幂函数形式降低，坡面产流强度(VR)随t的延长呈对数函数形式增加。(3)随着雨强的增大降雨的入渗量略有增加，但降雨向土壤水分的转化率则显著降低。     

高原冻土地区公路路基回填材料优选及施工技术

以中国一带一路重点项目西藏羊大公路(羊八井至大竹卡公路)改建工程为依托,研究了高原冻土地区公路路基施工优化设计,提出了拟采用的4种公路路基回填材料方案,分别为原土基层、天然级配砂砾+水泥稳定砂砾基层、粉质黏土+气泡混凝土基层、人工级配砂砾+宕渣基层,面层均采用中粒式沥青。利用有限元分析软件MIDAS-GTS NX建立路基模型,对比,分析了经历冻融循环前后4种路基回填材料方案内力变化、结构变化。研究及施工结果表明:采用天然级配沙砾底基层+水泥稳定砂砾基层+中粒式沥青混凝土面层的2号施工方案在模拟监测点处的竖向应力值变化率最小为6.04%、水平应力值变化率最小为4.23%,冻融循环后变化率不大,竖向沉降和水平位移更快趋于稳定,分别为30.10 mm和35.16 mm。结合现场施工条件进行2号方案施工优化,降低材料冻融循环对路基稳定性的影响,减少了土体结构变形。而且,将建模理论计算值与工程监测值进行对比,分析验证了该方法的正确性。     

基于施工全过程参数的堆石坝掺砾土心墙压实质量实时评价

料源参数和施工参数是影响掺砾土心墙压实质量的重要因素。针对当前研究中料源参数被局限于掺砾土,且施工参数考虑不全面,缺乏掺拌参数,不能客观实时评价仓面压实质量的问题,提出了一种基于双向极限学习机(Bidirectional extreme learning machine, B-ELM)算法,综合考虑施工全过程参数的掺砾土心墙压实质量实时评价模型。研究模型将掺砾土心墙碾压填筑施工过程中土料参数、石料参数等料源参数,掺拌参数、碾压参数等施工参数和气象参数作为模型的输入参数,采用B-ELM算法构建压实质量实时评价模型,将该模型嵌入堆石坝碾压施工质量实时监控系统中,可以实现压实质量的实时评价。结合西南某在建的掺砾土心墙堆石坝,采用本文提出的压实质量实时评价模型,实现了对碾压施工单元压实质量的实时评价。此外,将该模型与基于掺砾土料源参数的压实质量评价模型进行对比,结果表明,二者在精度上具有一致性,该模型在鲁棒性上具有优越性,并且可以实现压实质量的实时评价;与现场实测压实度比较分析,该模型对压实度评价更为准确和稳定。研究成果可为碾压堆石坝施工技术和设计工作提供参考。     

金沙江塔城水电站大坝黏土心墙掺合料特性研究

金沙江塔城水电站大坝为黏土心墙堆石坝,大坝所用土料多为纯黏土、含少量砾,其强度等物理力学指标不能满足高坝心墙防渗填料的要求,需掺砾提高或改善其物理力学性能。为此,选择代表性料场黏土料与其他各料场的砂砾料按不同的掺合比例,进行重型击实、大型压缩、中型三轴、渗透等试验。结果表明：黏土料在掺砾后其物理力学性能指标发生很大变化,当掺砾比例在60%时,掺后料具有低压缩性和较高的抗剪强度,各项物理力学指标均符合或基本符合规范要求,可以用做大坝心墙防渗料。     

斥水土壤斥水度变化规律及影响因素试验研究

将十八烷基伯胺与土壤按不同质量比混合,获得不同斥水度的人为斥水化土壤。采用滴水穿透时间法测定斥水土壤斥水度,并开展不同温度、土壤含水率、溶剂等作用下的土壤斥水度变化规律试验。结果表明:十八烷基伯胺使土壤产生斥水性属于表面物理作用,对土壤颗粒本身化学性质无影响;人为斥水化土壤中十八烷基伯胺含量越高,土壤斥水度越大。在0～105℃温度区间内,随着温度的升高,土壤斥水度变化规律为先增后减,温度为75℃时土壤斥水度达到峰值。从干燥至饱和状态区间内,土壤含水率越高,土壤斥水度变化规律为先增后减,当含水率达到一定值时,土壤斥水性急剧下降甚至消失。强酸性溶液(盐酸)会显著降低人为斥水化土壤的斥水性,甚至变为亲水性土壤,洁厕剂、洗洁精等生活洗涤剂可降低土壤斥水性,而乙醇和丙酮对人为斥水化土壤的性质影响不大。     

不同降雨强度和下垫面条件对黑土区坡面产流产沙的影响

为了优选合适的东北黑土区堤防坡面侵蚀防控技术,基于人工模拟降雨的方法研究了不同降雨强度和下垫面条件下坡面的产流产沙特征,利用三维激光扫描仪对降雨后的坡面侵蚀形态进行监测,分析坡面土壤的侵蚀情况。结果表明,降雨强度增大,坡面的初始产流时间提前,产流率随降雨历时波动更加显著。在不同降雨强度下,植被措施使平均产流率降低7.4%～20.4%,在裸地上施加PAM(聚丙烯酰胺)使平均产流率增大6.8%～25.9%。随降雨强度增大,下垫面L1(裸地)和下垫面L2(均匀撒施5 g/m~2 PAM的裸地)的产沙率随降雨历时波动更加显著,其产沙率变化规律可以用幂函数进行描述。下垫面L1的总产沙量相比下垫面L2增幅明显,在裸坡上施加PAM能够减少总产沙量,起到固土效果。草地坡面在降雨过程中未出现产沙情况,裸地坡面的侵蚀形态主要表现为溅蚀和片蚀特征,施加PAM使得侵蚀严重区域的面积相较裸地减小了21.5%,能够起到一定侵蚀控制的效果。总体来看,草地坡面的保水固土效果要优于裸地坡面。在坡面上施加PAM使得土壤入渗能力减弱,但能减少侵蚀产沙,在实际工程中有应用价值。     

碎石土斜坡优先流渗流特征试验

为研究碎石土斜坡在雨水作用下的渗流特性,以2种不同级配的碎石土为坡体模型材料,利用自行设计的模型槽开展雨水作用下优先流渗流特征的试验研究。试验模拟降雨入渗及地下水变化,在碎石土斜坡内部生成浅层孔隙及深层管道网络,采用染色示踪技术结合图像处理分析碎石土斜坡内部大孔隙流、管流以及漏斗流的渗流特征及成因。试验结果表明,采用室内试验方法模拟降雨及地下水变化,对于展现坡体内部与外界水分动态交换过程,研究优先流非均匀流动特性是一种非常有效的手段。     

骨料及水灰比对透水混凝土性能的影响

为了研究骨料粒径及水灰比对透水混凝土力学特性及透水性影响,分别选取了骨料粒径2.5～6 mm、6～10 mm、10～16 mm以及16～20 mm四种范围单一级配碎石,制作了水灰比在0.25～0.34范围内的透水混凝土试样。通过单轴压缩试验及透水系数测试试验,得到了不同水灰比及不同粒径范围的透水混凝土试样应力应变曲线、抗压强度、峰值应变、吸收功及透水系数等力学及物理性能,分析了骨料粒径、水灰比对材料抗压强度、吸收功及透水系数等影响,并在试验结果基础上,建立了材料抗压强度同透水系数之间关系。结果表明:骨料粒径为2.5～6 mm、6～10 mm、10～16 mm透水混凝土抗压强度、应变峰值、吸收功在水灰比0.25～0.31范围内,随水灰比的增加而增加,当水灰比超过0.31时,随着水灰比增加而减小;材料的透水系数随着水灰比的增加而减小;材料的抗压强度同透水系数之间近似服从线性关系。研究成果可为透水混凝土配合比设计提供借鉴作用。     

大庆及周边地区土壤重金属污染评价

近年来,由于大庆及周边地区工业迅猛发展,固体废弃物不断向土壤表面堆放和倾倒,有害废水不断向土壤中渗透,大气中的有害气体及飘尘也不断随雨水降落在土壤中,导致了土壤污染。初步评价了大庆及周边地区土壤中重金属污染现状。     

土石混合介质碎石性质对土壤入渗和产流过程影响

为了研究土石介质中碎石性质对土壤入渗和产流过程的影响,本试验采用室内土柱试验,分析了两种不同岩性碎石(片麻岩和石灰岩)分别在碎石质量比例(土石介质比例)为15%、45%、65%和90%的条件下,对土壤入渗和产流的影响,并用Philip模型和Horton模型进行了拟合分析。其结果如下:(1)在同一种岩石,相同时间内,土壤累积入渗量随碎石含量的增多而减小,产流量随碎石含量的增多而增加;(2)在相同碎石比例条件下,相同时间内,片麻岩的累计入渗量大于石灰岩,而产流量小于石灰岩;(3)Philip模型、Horton模型均可拟合土石介质土壤累计入渗量随时间变化关系,稳定入渗率A(if)随碎石含量呈减小趋势,土壤吸渗率S随碎石含量呈减小趋势,而初始入渗率ii呈增加趋势。