基于GEO-SLOPE的膨胀土路基毛细水上升分析

应用GEO-SLOPE软件模拟了立于水中的圆柱形土柱,分析了土柱中毛细水的上升高度,并做了相关的土柱试验,观测土柱中含水量变化.通过GEO-SLOPE软件的建模分析,得到了毛细水的上升高度及上升规律.此外,采用包边处理用作路基回填的膨胀土时,垫层材料的物理性质和垫层高度会影响毛细水的上升,包边层采用石灰改性膨胀土和砂层时均可以抑制毛细水的上升,但是改性土的抑制效果比砂要好.     

等温过程路基土体水分迁移特征分析

以沈哈高速铁路沿线的粘质黄土为研究对象,在恒温状态下进行了开放系统水分迁移试验,试验结果表明：在试件中引起水分迁移最主要的因素是基质势和重力势;土体中各点的含水体积分数从试件底部开始到试件顶部逐渐减小;毛细上升高度与时间呈幂函数增加关系,最终趋向于一个稳定数值;水通量与时间呈对数函数递减关系。基于上述试验,应用有限元法进行数值模拟的结果表明：含水量计算值与试验值基本吻合,表明该模型可应用于模拟地下水在路基中的上升过程;在水分迁移的整个过程中,土中孔隙水压力由土柱底端向上逐渐减小;在水分迁移过程早期,土体内部孔隙水压力的变化比较明显且变化速率较快;随着时间的推移,在水分迁移过程后期土体内部孔隙水压力的分布变化不明显且变化速率较小,当渗流稳定时,孔隙水压力沿着试样高度呈线性分布。     

吉林省西部碳酸盐渍土基本性质试验研究

通过对吉林省西部镇赉县盐渍土分布区进行现场勘查、采样和室内物理化学试验分析,研究了相同位置不同深度土样的基本性质.结果表明:地表以下1m以内土的易溶盐总量占单位土体质量百分比为0.1045%～0.466 0%,该盐渍土类型为弱碳酸盐渍土.地表以下0～30 cm深度范围内,土壤含盐量随深度的增加而增加;在30～100 cm深度范围内土壤含盐量随深度的增加而减小.土体类别为低液限黏土,土的pH值为8.12～9.12,天然状态下呈碱性.在0～30 cm深度范围内,pH值随深度的增加而增加,在30～100 cm深度范围内随深度的增加而减小.土中含有一定量的有机质,并含有大量交换性钠,这对土的毛细性及冻结过程中的水分迁移产生较大影响.通过毛细水上升试验发现,距地表0～40 cm深度范围内土体中含有大量的交换性钠,颗粒分散性极大,土颗粒间孔隙过小,毛细阻力大,毛细现象微弱.冻融法毛细水上升试验中,温度梯度作用引起的土中薄膜水的迁移造成了不同层高土含水率的微量变化.     

季冻区高速公路路基冻害调查及试验观测

在对吉林省几条高速公路进行的野外冻害调查、现场观测和室内冻胀、水分迁移模拟试验的基础上,依据取得的野外资料和室内试验数据,对季冻区高速公路路基冻害的原因和影响因素进行分析和探讨;对冻害与水分关系、路基冻害水分来源、水分迁移特征以及由于路面底基层二灰土性能恶化失效导致的道路翻浆等问题进行了深入研究.同时利用本项目综合研究的特点,将竖管法毛细水沿高度分布的研究资料与由冻胀试验揭示的各种冻胀率——含水量变化规律有机结合起来进行分析,从而得到了毛细水冻害有效高度,试验结果表明:规范值相对试验值在一些情况下偏低,有的低很多,对路基防冻抗冻设计不利.研究成果对公路路堤最小高度设计和挖方段防冻处理深度设计等防冻措施的采用有实际意义.     

压裂用VFM超疏水高分子覆膜砂的制备及其性能研究

通过高分子膜自组装技术制备了VFM超疏水界面砂,研究了VFM高分子膜的表面形态和疏水结构,以及覆膜材料对压裂砂破碎率和单颗粒抗压强度的影响。通过水、煤油、江汉油田S106-1、S106-3、SG106井的原油和返排水在疏水砂柱中和空白砂柱中的渗透率对比试验,可知油井排水在疏水砂柱中的渗透率比原油的渗透率小得多。通过水油阻力比值(NFRR)评价实验研究了VFM超疏水界面砂的油相渗透性和控水性能。室温20℃、围压2 MPa VFM超疏水界面砂的NFRR值可达到5.37。支撑剂的短期导流能力受闭合压力和材料本身的影响最明显。VFM支撑剂导流能力最大,在室温20℃、围压50 MPa导流能力可达120 mm2·cm。     

季冻区高速公路路基冻害调查及试验观测研究

本文在对吉林省几条高速公路进行的野外冻害调查、现场观测和室内冻胀、水分迁移模拟试验的基础上,依据所取得的野外资料和室内试验成果数据,对季冻区高速公路路基冻害的原因和影响因素进行分析和探讨;在冻害与水分关系、路基冻害水分来源、水分迁移特征以及由于路面底基层二灰土性能恶化失效导致的道路翻浆等问题进行了深入研究。同时利用本项目综合研究的特点,将竖管法毛细水沿高度分布的研究资料与由冻胀试验揭示的各种冻胀率—含水量变化规律有机结合起来进行分析,从而得到了毛细水冻害有效高度,这对公路路堤最小高度设计和挖方段防冻处理深度设计等防冻措施的采用都有实际意义。本文结合工程实际得出的结论,对季冻区道路路基勘察、设计、施工和维护都具有一定的参考借鉴价值。     

长春地区公路路基土冻胀敏感性因素分析

以吉林省内3条干线公路路基土为研究对象,研究土(粒度成分、矿物成分、盐分,尤其是微观结构、土体密度)、水分、温度及荷载对冻胀的影响.通过室内物理化学试验、冻胀试验、SEM图片测试分析及野外长期观测,获得大量数据.分析表明:路基土具备冻胀的优势条件;亲水性强的黏土矿物含量越高未冻水含量越少,不利于冻胀;土体起始冻胀含水率随压实度增大而减小,压实度相同时,粉质黏土起始冻胀含水率大于黏土;压实度对冻胀影响有一个敏感值,研究区此值为95％;0～-5℃是产生水分迁移的主要温度;研究区路基土具团聚结构,单元体排列不定向.颗粒之间微孔隙发育,为毛细水上升提供有利通道,也为结合水提供赋存空间;以上结果为长春地区道路冻害防治提供理论依据.     

路基强度稳定技术研究

由于路面竣工后,降水等入侵路基或地下水位发生变动时土基回弹模量值将大幅下降,引起路基强度失稳,进而损坏道路结构。文章分别研究分析了毛细水上升和气态水上升引起路基回弹模量的变化后路基强度降低对路面结构力学特性的影响程度,并基于此推荐采取隔断的办法以切断上下土层间的连接,阻断毛细水和气态水上升通道,以解决重载长效沥青路面中路基强度和稳定问题。     

东北粘质黄土有害毛细上升高度预测研究

以沈哈高速铁路沿线的粘质黄土为研究对象,在恒温状态下进行了开放系统水分迁移试验,试验结果表明:随着时间的推移,湿润锋面由底部逐渐向上迁移,含水量也由试件的底部向顶部逐渐减小,试验结束时土柱中的含水量基本表现出由底部向顶部逐渐减小的趋势.基于上述试验终态时刻土体体积含水量沿试样高度的分布,利用灰色理论预测模型GM(1,1)并结合室内冻胀敏感性试验资料确定出了东北粘质黄土的有害毛细上升高度约为1.12 m.在此基础之上,结合长春地区的最大冻深资料,计算出要保证粘质黄土不产生冻胀,其距离地下水位的最小高度约为2.92 m.     

基于孔隙水赋存状态的非饱和土吸力量测分析

非饱和土中孔隙水在不同含水量条件下的赋存状态各异,孔隙水的赋存状态随着土体含水量的增加可分为结合水状态、毛细角边水状态和毛细水连通状态.由不同类型的孔隙水所引起吸力的机理各不相同,对应于孔隙水的3种赋存状态,吸力可分为吸附作用力、吸附—毛细作用力和毛细作用力.吸附作用力可通过等温吸附试验确定,其试验原理和试验结果均较为明确.毛细作用力的计算原理虽较为明确,由于参数取值的困难致使难以通过理论计算获得准确的结果,但可通过高进气值材料测量.分析认为高进气材料较为适合量测毛细作用力,对高进气值材料不恰当的使用是造成土水特征曲线在低含水量段迅速上扬的主要原因.吸附—毛细作用力尚难以通过理论计算或试验获得准确的结果,该吸力在数值上介于吸附作用力和毛细作用力之间.     

鲸鱼沟水库蓄水对泥岩-黄土岸坡稳定性的影响评价

库水位上升对库岸边坡的影响程度与水敏性地层位置、水位、滑面倾角等多个因素有关。为了研究白鹿塬鲸鱼沟水库蓄水过程中库水位升高对边坡稳定性的影响,依据水库区的边坡演化、地层结构、库水位与地层的关系等因素,对库区内的51个边坡剖面进行统计和分类,可将鲸鱼沟内的边坡分为第三系砂泥岩边坡、黄土-砂泥岩陡坡、黄土-砂泥岩陡坡和残坡积土-砂泥岩缓坡等四种类型,并选取4个典型的边坡类型建立起地质模型,采用Morgenstern-Price法计算了库水位升高过程中不同边坡类型的稳定系数。结果表明,任何库水位条件下,鲸鱼沟内的第三系砂泥岩陡坡、黄土-砂泥岩陡坡和残坡积土-砂泥岩缓坡的稳定系数均高于水利水电工程边坡的设计安全系数。黄土-砂泥岩缓坡由于Q_2-3黄土披覆于整个坡面,导致其稳定性差,在库水位上升过程中,稳定系数下降率大,易形成滑坡和库区塌方,经计算可知危险水位下黄土-砂泥岩缓坡滑移方量约占库区总滑移方量的13%。     

城市道路雨水利用

城市雨水利用可实现节水、水资源涵养与保护、控制城市水土流失和水涝、减少水污染和改善城市生态环境等目标。介绍一个城市道路雨水利用系统,主要利用草坪集雨进行灌溉或其它用途,属于间接利用雨水范畴。较其它水质来看,具有水质较好、污染物少、洁净度较高等优点。对于降雨量较小的地区,采取利用毛细水自然上升的方式来给草坪供给水份的方式。在整个设计过程中,分别从细砂的毛细水上升时间、储水系统的渗流速度、及计算机编程软件来论证设计的合理性与可行性。     

2D FEM analysis for coupled thermo-hydro-mechanical-migratory processes in near field of hypothetical nuclear waste repository

In order to consider the influence of temperature and stress fields on the migration of radioactive nuclide with underground water movement, an elastoplastic model and a 2D FEM code for analysis of coupled thermo-hydro-mechanical (THM) processes in saturated and unsaturated porous media were extended and improved through introducing the percolation and migration equation, so that the code can be used for solving the temperature field, flow field, stress field and nuclide concentration field simultaneously. The states of temperatures, pore pressures and nuclide concentrations in the near field of a hypothetical nuclear waste repository were investigated. The influence of the half life of the radioactive nuclide on the temporal change of nuclide concentration was analyzed considering the thermo-hydro-mechanical-migratory coupling. The results show that, at the boundary of the vitrified waste, the concentration of radioactive nuclide with a half life of 10 a falls after a period of rising, with the maximum value of 0.182 mol/m3 and the minimum value of 0.181 mol/m3 at the end of computation. For a half life of 1 000 a, the concentration of radioactive nuclide always increases with the increase of the time during the computation period; and the maximum value is 1.686 mol/m3 at the end of the computation. Therefore, under the condition of THM coupling, the concentration of radioactive nuclide with a shorter half life will decrease more quickly with water flow; but for the radioactive nuclide with a longer half life, its concentration will keep at a higher level for a longer time in the migration process.     

正冻土中的水热耦合模型

根据温度梯度诱导薄膜水迁移的冻胀机理,建立了模拟标准样品无盐土冻胀过程的水热耦合模型。模型需要输入的参数包括：干密度、含水量、孔隙度、未冻水含量（－1℃)、导 热系数、渗透系数及边界温度条件、冻结周期和时间步长等。计算结果包括：冻胀量、冻结深度、冰分凝温度、冻结缘厚度。通过与实际冻胀实验结果比较,模型所预测的冻胀量和浆深与实测值相差分别为1.12%-15.77%和5.38%-10.35%,冻结缘的厚度变化在时间上有三种方式：即持续增大、 增大后逐渐减小、增大后相对稳定。     

水合物导热系数的测定

采用探针法对不同质量分数的十二烷基硫酸钠（SDS）水溶液中形成的冰、不同质量分数的四氢呋喃（THF）水合物、不同含水量的石英砂、石英砂和四氢呋喃水合物体系的导热系数进行了实验研究。结果表明,不同质量分数SDS溶液中形成的冰的导热系数随着温度的增加而减小,表明其物理性质与冰类似;而由四氢呋喃和水生成的水合物的导热系数则随着温度的增加而增加,这是因为水合物的结构与冰存在不同。对于石英砂和THF质量分数分别为14．3％和19．0％的四氢呋喃水合物,当温度从-1℃升高到2℃时,导热系数分别从1．979W／（m·K）和1．898W／（m·K）增大到2．068w／（m·K）和2．012W／（m·K）,增幅为4．50％和6．01％。当THF的质量分数为19．0％时,THF与水的物质的量比达到最佳值,体系的导热系数最小。     

不同锰砂滤料对地下水除锰的去除能力分析

目的掌握不同锰砂滤料对地下水中锰离子的去除速率和去除机理,为选择理想的锰砂滤料提供科学依据．方法选择水厂滤池成熟滤料和4种不同品质的锰砂分别装在5组滤柱中对同一原水进行处理,测定滤柱出水锰离子质量浓度,分析其成熟期、并与反应速率方程进行拟合,综合分析锰砂的去除能力．结果B柱马山高品质天然锰砂成熟期为28d、C柱马山低品质天然锰砂和E柱葫芦岛杨家杖天然锰砂滤料成熟期为66d、D柱河南巩义天然锰砂成熟期为86d．在锰砂滤料形成活性滤膜后,不同锰砂都表现出了一级反应速率方程的特征,B柱马山高品质锰砂的成熟期最短,去除速率高,是除锰理想的锰砂滤料．结论锰砂品质对生成活性滤膜和成熟期影响很大,锰砂生成活性滤膜后的质量浓度随时间变化曲线符合一级反应速率方程．     

土壤原位热传导修复水-汽-热耦合输运模拟

为了研究有机污染场地原位热传导热修复过程中地层温度的时空分布规律,基于典型场地建立水-汽-热耦合输运模型,通过COMSOL Multiphysics多物理场仿真平台对原位热传导修复过程中的土壤温升进行数值模拟研究,预测得到温度、水相及蒸汽相浓度分布随时间的变化规律. 利用文献中的单根加热棒加热场地实测数据对模拟结果进行对比验证,通过参数化分析探究土壤孔隙度、水饱和度及毛细作用力对土壤温度时空分布的影响. 结果表明,大孔隙度和水高饱和度将导致土壤温升减慢,这是由于大量热量用于液态水蒸发过程. 毛细管力会强化液态水输运,增大蒸发速率．