氢氧根离子在膨润土中的弥散规律及其溶蚀作用

高放废物地质处置库中可能出现的碱性孔隙水,会对膨润土的缓冲封闭性能产生不良影响,尤其是碱性孔隙水中的OH^-离子。本文用NaOH溶液模拟碱性孔隙水,用蒸馏水模拟处置库现场的地下水,对初始干密度为1.70 g/cm³的高庙子(GMZ)膨润土试样开展弥散试验,研究OH^-离子在高压实GMZ膨润土中的弥散规律;用pH值为13和13.8的NaOH溶液模拟孔隙水侵蚀GMZ膨润土试样,研究碱性孔隙水侵蚀,GMZ膨润土的溶解规律。结果表明,非稳态条件下,OH^-离子在GMZ膨润土中的弥散系数为1.49×10^-11~1.89×10^-10 m²/s,且弥散系数随着试样两侧溶液浓度差的减小而降低;高pH值碱性孔隙水侵蚀,首先会造成膨润土中含Si和Al矿物的迅速溶解,溶解速率与时间呈近似线性增长关系,且溶液的pH值越高,溶解速率越快。     

辽西花岗岩水–岩耦合力学特性试验研究

为了研究水–岩耦合作用对辽西花岗岩力学性质的影响,采用MTS–815岩石力学试验系统,通过对花岗岩试样施加不同的围压和孔隙水压力,对其变形破坏过程进行试验研究,分析水–岩耦合作用下辽西花岗岩的有效峰值强度、扩容现象、残余强度、峰后强度及其参数的演化规律。研究结果表明,有效峰值强度折减系数随孔隙水压力增大近似呈线性增长,但变化斜率随着围压增大而逐渐减小。在围压较小时孔隙水压对有效强度折减系数有明显的影响,在围压较大而孔隙水压较小时,施加应力压缩孔隙喉道抑制了孔隙水压对试样的作用。扩容起点是致密岩体水岩耦合作用增强的特征点,围压使得试样的扩容起点发生滞后,而孔隙水压力使得扩容起点提前发生,扩容现象与水岩耦合作用相互促进。水–岩耦合作用下试样的残余强度为对应状态峰值强度的21%~35%,Hoek-Brown常数随着围压的增大呈非线性增长,其值为3.5~5.0。峰后段试样的似内摩擦角变化不大,似黏聚力随着应变软化参数的增加有逐渐减小的趋势,而相同应变软化参数对应的似黏聚力则随着孔隙水压力的增大而减小,且似黏聚力、孔隙水压和应变软化参数间的关系可用3次样条曲面进行描述。     

重塑黏土次固结性状的变化规律与定量评价

通过对6种不同的天然沉积土重塑样进行一维压缩次固结试验,明确了重塑黏土次固结变形的主要影响因素为孔隙比与对应于液限的孔隙比,得出了重塑黏土的次固结系数随着固结压力的增大和孔隙比的减小而减小,且相同孔隙比下次固结系数随液限的增大而增大的规律。定义了ln(1+e)-lnt双对数坐标下的次固结系数CαL,提出了双对数坐标次固结系数与液限孔隙比的定量关系表达式,为重塑黏土提供了简便实用的次固结变形计算方法,也为进一步完善Burland等提出的固有压缩概念与压缩理论奠定试验基础。     

不同饱和度砂岩渗透率、孔隙度随应力变化规律研究

 制备含水饱和度为0%～70%的砂岩岩样,利用低渗透岩石气体渗透测试装置,对不同含水饱和度的砂岩岩样进行气渗试验,测量其在不同围压和渗压下的渗透率以及对应围压下的孔隙度,分析和讨论不同含水饱和度低渗透砂岩渗透率、孔隙度与应力三者之间的关系。得到以下结论：含水饱和度低于50%的低渗透砂岩,其气测渗透率随孔隙压力的增大而减小,含水饱和度高于50%的低渗透砂岩,其气测渗透率的变化规律相反;气测渗透率与孔隙压力符合指数函数关系;随着含水饱和度的增大,气测渗透率对孔隙压力变化的敏感性减少,且气测渗透率对孔隙压力变化的敏感性随着孔隙压力的增大而增大;绝对渗透率、孔隙度与围压均呈指数函数关系;随着含水饱和度的增大,绝对渗透率对围压变化的敏感性增大,对孔隙度变化的敏感性减小,且绝对渗透率和孔隙度对围压变化的敏感性均是随着围压增大而减小;低渗透砂岩的孔隙度与其绝对渗透率的变化成正相关,孔隙度的少量降低即能引起其绝对渗透率的大幅度下降;绝对渗透率与孔隙度成指数函数关系;随着含水饱和度增大,绝对渗透率对孔隙度变化的敏感性增强,且随着孔隙度的增大,绝对渗透率对孔隙度变化的敏感性也逐渐增强。     

带竖向肋条高层建筑风荷载的测力测压对比

为研究带竖向肋条高层建筑的风荷载,分别采用测压和测力风洞试验方法,分析肋条外伸长度与建筑顺风向宽度比(b/B)对高层建筑各立面风压分布的影响,对比测压和测力试验获得的结构基底剪力平均值和标准差。研究表明：正迎风情况下竖向肋条使得迎风面边缘风压急剧降低、甚至出现负风压,而背风面负风压绝对值随着b/B的增大而减小;在各风向角下,当b/B为1%～3%时结构基底剪力平均值的测力结果均大于测压结果,其主要原因是测压试验无法考虑肋条的挡风贡献,尤其在斜风向下两种试验方法结果的差异更大,最大相差14.89%;对于结构基底剪力的标准差,无肋条模型的测力结果大于测压结果,当b/B为1%～4%时,测力结果小于测压结果,当竖向肋条较长(b/B≥2%)时,测力试验比测压试验更适宜获取高层建筑的风荷载。根据测力试验结果,拟合了考虑竖向肋条影响的结构基底剪力平均值修正系数关系式,拟合公式可用于带有不同布置竖向肋条的高层建筑的基底剪力平均值评估。     

饱和高庙子膨润土的渗透特性

在核废料深层地质处置工程中,膨润土的渗透特性是需要考虑的重要因素之一。对浸水饱和的高庙子钙基膨润土压实试样进行压缩试验,利用时间平方根法测定压缩试验中每级荷载下的固结系数,然后用太沙基一维固结理论计算土的饱和渗透系数。试验研究表明:在弹塑性阶段,计算所得饱和渗透系数随竖向应力的增大而减小,在双对数坐标下,计算渗透系数与竖向应力呈线性关系;孔隙比对渗透性起着主导作用,在半对数坐标下,计算渗透系数随孔隙比的减小而线性减小,由该线性关系得到的某一孔隙比下的计算渗透系数与公开发表的相同孔隙比的高庙子钙基膨润土的渗透系数接近。研究结果及相关文献证明应用固结理论方法间接推算膨润土饱和渗透系数的方法是可行的,该方法适用于低渗透性黏土的饱和渗透系数的量测。     

渗透作用下多孔介质中悬浮颗粒的迁移过程研究

对天然硅粉悬浮颗粒在饱和的石英多孔介质中的渗透迁移特性进行圆柱穿透试验,得到6种不同颗粒粒径(10,15,20,25,33,47μm)、3种不同颗粒浓度(0.2,0.5,0.8 mg/ml)、3种不同渗透速度(0.087,0.173,0.260 cm/s)和3种不同渗透方向(即自上向下,水平,自下向上)的颗粒穿透曲线,重点研究这些因素对悬浮颗粒迁移的水动力学过程、弥散效应、沉积效应等物理机制的影响。研究表明,当渗透速度相同时,颗粒穿透过程中的浓度峰值一般随颗粒粒径的增大而减小。而随渗透速度的增大,水动力学作用对颗粒迁移的影响越来越大,此时颗粒粒径大小的影响则逐渐减小。此外,存在一个临界浓度值,当注入的悬浮颗粒浓度大于该值时,随着注入悬浮颗粒浓度的增大,出流液中的颗粒相对浓度反而有减小的趋势,这与大量的悬浮颗粒进入多孔介质造成多孔介质孔隙的堵塞有关。     

城市生活垃圾中优先流规律的穿透试验研究

城市生活垃圾具有大孔隙特性,优先流是垃圾中水分运动的重要形式,目前垃圾中优先流基本规律尚不明确,优先流数值分析时相关参数的选取尚缺乏依据。通过垃圾柱穿透试验研究城市生活垃圾中的优先流,以Cl-为示踪剂,进行了不同埋深和龄期试样、不同高度试样和不同入渗强度的穿透试验,得到溶质穿透曲线,运用对数正态分布模型和双峰概率密度模型拟合试验结果,定量分析了垃圾中优先流规律。结果表明,通过大孔隙运移的溶液占比在55%~70%之间,垃圾中优先流现象明显。随着垃圾的埋深和龄期增加,参与溶质运移的孔隙比例增加,但通过大孔隙运移的比例减少,优先流程度降低;试样高度增加,参与溶质运移的孔隙比例增加,但其内部大孔隙贯通性变差,通过大孔隙运移占比减小,优先流程度降低;入渗强度增大,参与溶质运移的大孔隙占比增加,优先流程度增大。双峰概率密度模型比对数正态分布模型能更好地描述垃圾中溶质运移的优先流规律,同时为使用两域模型进行垃圾水分运移分析时的参数取值提供了依据。     

铁尾矿砂水泥土强度特性及微观孔隙研究

为了提高固体废料的二次利用率，改善水泥土的力学性能，采用无侧限抗压强度试验和氮气吸附试验等试验方法，探究了铁尾矿砂对水泥土力学特性及微观孔隙的影响，试验结果表明：随着铁尾矿砂掺量的增加，水泥土的无侧限抗压强度呈先增加后减小的趋势，在铁尾矿砂20%～30%时抗压强度达到最大值；相同水泥掺量下，铁尾矿砂水泥土的比表面积随铁尾矿砂掺量的增加呈先增大后减小的趋势，在铁尾矿砂20%时，比表面积最大；铁尾矿砂水泥土的孔隙组成为：少量的微孔、大量的中孔以及一定数量的大孔；随着铁尾矿砂掺量和水泥掺量的增加，水泥土孔隙中的有害孔持续减小，少害孔持续增加，平均孔径减小。     

非饱和土中氯离子扩散规律的试验研究

土中污染物迁移涉及对流和扩散,低流速情况下扩散起主导作用,当前对非饱和土中渗流的研究较为成熟,但对非饱和土中污染物扩散规律的认识还不够深入,其中饱和度控制是非饱和扩散系数测试的技术瓶颈。自制非饱和对流-扩散试验装置,控制入渗过程中土的含水率恒定,以氯离子为示踪剂进行对流–扩散土柱试验,通过切片法测得氯离子浓度剖面,使用非饱和对流–扩散解析解拟合得到氯离子水动力弥散系数,进而求得非饱和有效扩散系数,通过不同含水率下的试验得出有效扩散系数随含水率的变化规律;依据3层土渗流模型计算得到非饱和渗透系数随含水率的变化规律。试验结果表明,试验过程中渗透吸力对含水率的影响可以忽略,本文试验装置含水率控制精确可靠,测得0～100 kPa基质吸力下土中氯离子的有效扩散系数在1.59×10~(-6)～5.22×10~(-6) cm~2/s之间,氯离子的非饱和有效扩散系数随无量纲含水率的减小而线性减小;溶质迁移的弥散度随含水率减小而增大;对数的非饱和渗透系数随含水率线性减小。     

粘土矿物与斜坡失稳

作为微米级材料，粘土矿物的单晶尺寸及特殊晶体结构使其集合体-粘土呈现低渗透性、分散-凝絮性及粘滞性等重要工程特性。除沉积岩斜坡含粘土矿物外，76％以上的斜坡岩石造岩矿物还可形成次生粘土矿物。粘土矿物广泛分布于原生沉积岩、三大岩类风化带及第四系松散堆积物构成的斜坡中。泥屑岩因含粘土矿物而易于失稳，且水稳定性差。次生粘土矿物的形成将引起源矿物、矿物集合体及岩块的强度与变形特性的显著变化，诱发岩石向松散介质转化。宏观结构面是粘土矿物最主要的形成和聚集场所，结构面及其内侧一定范围内不同成因粘土矿物的淀积将导致结构面及岩体强度的衰减。粘土矿物是滑坡滑带的常见矿物组分；粘土滑带可以在滑体与滑床之间起到润滑作用。滑带中粘土矿物的含量越多，其润滑效应越显著。粘土型滑带还具有隔水边界之功效，可将滑体与周围介质隔离，使之成为独立水文地质单元，提高坡体拦截、吸收渗入水的能力及斜坡稳定对降雨过程的敏感度。粘土矿物可以促进斜坡时效变形，甚至成为斜坡破坏的关键因素，对斜坡演化及失稳的贡献是显著的。     

含水介质中渗透性突变的机理研究

通过盐度突变砂柱试验,对大沽河海咸水入侵区砂质含水层的渗透性突变进行了初步研究,并且探讨了咸淡水相互作用过程中渗透性降低的主要机制及对引起渗透性降低的主要影响因素进行分析。试验结果表明：盐浓度的突然降低会直接导致含水层渗透性发生急剧下降,同时在流出液中出现大量以粘土矿物为主的微粒物质;粘土矿物的含量和种类对含水介质渗透性降低幅度的影响非常大,盐度突变过程中,反应性粘土矿物对砂柱渗透性的影响要远远大于非反应性的微粒,且重量比为3％～4％时便可使砂柱的渗透系数降低到零。     

不同气候环境下黄土胶结性状的试验研究

黄土作为一种常见的非饱和土天然地基,由于其特殊的胶结结构,往往较常规粉土或粉质粘土的粘聚强度高。为了研究黄土胶结物赋存状态和组成类型及气候环境对其的影响,本文选取我国甘肃、陕西两省5处黄土作为研究对象,采用全分散法和半分散法对每种试样进行溶解处理,对处理后的土悬液进行粒集形态和粒径分析。试验结果表明:经半分散法处理后的土悬液上层水体清澈,灰色碎屑颗粒沉淀在容器底层,分层明显;经全分散法处理后的土悬液由于试验过程中破坏了土颗粒中的内、外胶结单元,呈现出明显的溶胶状态,分层不明显;在全分散法处理后的土悬液中提纯出粒径小于0.005 mm的黏粒,分别对其进行矿物组成、碳酸钙、易溶盐、离子交换量等进行测试。分析表明:处于干燥干旱地区的ZY、DX、GG黄土,胶结物以黏土矿物和微晶碳酸钙组成为主,处于湿润多雨的QZ、WG黄土,胶结物以黏土矿物为主,并且五处黄土的胶结能力自西向东依次增强。     

水玻璃与粘土矿物之间表面反应的实验研究

为深刻认识水玻璃加固粘土地层的机理,用水玻璃溶液与粘土作用,测定粘土作用前后的Ｘ射线衍射、红外光谱和Ｘ射线光电子能谱。实验表明,在８０℃用５０ｇ／Ｌ的水玻璃溶液浸泡６ｈ后烘干的粘土,其整体化学构成的变化很小,以至用红外光谱法测不出来;用Ｘ射线衍射和Ｘ射线光电子能谱法,测出粘土颗粒表面与水玻璃发生了化学反应,这种反应可能增加粘土颗粒之间的胶结力。     

纺织纤维改性黏土的力学性能

利用废旧衣物制备了2种纺织纤维改性黏土.通过直接剪切试验、加州承载比(CBR)试验以及特设的环刀贯入试验研究了纺织纤维改性黏土的力学性能.结果表明：由于棉质纤维吸收水分,棉质纤维改性黏土水平向抗剪强度明显低于素土;当化学纤维含量（质量分数）为1.0%时,化学纤维改性黏土水平向抗剪强度较素土显著提高;棉质纤维改性黏土环刀贯入阻力在棉质纤维含量（质量分数）为0.6%时达到峰值,化学纤维改性黏土环刀贯入阻力随化学纤维含量增加呈单边增长趋势;棉质纤维改性黏土比化学纤维改性黏土发生更大的吸水膨胀;伴随纺织纤维的适量植入,改性黏土的CBR值较素土有所提高;为减少吸水膨胀量,需要对改性黏土增强压实.相比于棉质纤维,化学纤维更能改善黏土的力学性能.     

Tritium Levels in Leachates and Condensates from Domestic Wastes in Landfill Sites

An extensive review study of leachate composition, from landfills which have received mainly domestic wastes in the UK, has been carried out by Aspinwall & Company on behalf of the Department of the Environment. This work has provided detailed information on concentrations of a wide range of determinands. One set of analyses which has produced particularly interesting results comprises the determination of tritium. Tritium is a natural isotope of hydrogen (³H), with a half-life of 12.43 years, which decays radioactively to form stable ³He atoms, releasing beta particles. Although tritium concentrations can be measured accurately as tritium units (TU), these represent extremely low levels of activity, and concentrations of tritium well in excess of 100 000 TU would be needed before acceptable levels of radio-activity in drinking water were exceeded.
Background levels of tritium in UK rainfall rarely now exceed 50 TU although, in the 1960s, values of up to 3000 TU in rainfall were associated with atmospheric testing of atomic weapons. It was somewhat surprising, therefore, to discover that relatively high concentrations of tritium (>10 000 TU) were widespread in leachates from landfills which had received primarily domestic wastes. This paper presents results from samples taken at 30 representative UK sites, and discusses potential sources of tritium.     

巫峡神女溪滑坡土体特性试验研究

滑坡土体各指标参数的准确获取是进行滑坡稳定性评价和工程治理的关键环节。文章以重庆巫山县神女溪滑坡为例,对其不同高程的土样进行了X射线衍射矿物成分分析和不固结不排水直剪试验,实施了库岸滑坡土体各指标对水位变化的敏感性试验。研究表明,滑坡土体所含矿物主要为方解石、石英和粘土矿物,粘土矿物中亲水性矿物对滑坡稳定性具有极大影响;含水量主要通过影响土体的粘结力,来降低抗剪强度;粘结力与含水量近似成二次曲线关系急剧降低,当含水量达到约18.21%时,其变化趋于稳定,而内摩擦角与含水量近似成线性关系小幅度递减。研究成果对类似滑坡土体强度参数的合理取值具有一定的参考价值。     

化学电渗法加固软黏土地基对比室内试验研究

基于室内试验方法,开展了阳离子摩尔量、CaCl_2和Na_2SiO_3化学作用等因素对软黏土电渗排水及加固效果的影响规律研究;实测了化学溶液联合电渗试验中排水量与排水速率、土体导电性、能耗以及试验结束后土样含水率、抗剪强度的分布规律,并开展了常规电渗试验作为对比分析。研究结果表明,增加土样中阳离子摩尔量,是增加电渗排水量、提高排水速率及缩短电渗时长的有效方法之一;与常规电渗试验相比,联合注入CaCl_2和Na_2SiO_3溶液的土体平均抗剪强度提高了约120%,较单独加入Na_2SiO_3或CaCl_2溶液多提高约20%;联合注入CaCl_2和Na_2SiO_3溶液对改善电渗处理后土体含水率和抗剪强度分布不均问题作用明显。     

The use of fortified soil-clay as on-site system for domestic wastewater purification

The quest for simple, low-cost and high-performance decentralized wastewater treatment system for domestic application in developing nations necessitated this study. Clay samples collected from different deposits in Nigeria were characterized by studying the mineralogical and geochemical composition using X-ray diffraction (XRD) and atomic absorption spectroscopy (AAS), respectively. Three major clay minerals of kaolinite, illite and smectite were identified. The geochemical studies showed the abundance of SiO2, Al2O3 and H2O+ in each of the clay samples. Performance efficiency studies were conducted to determine the best combination ratio of pebbles/soil-clay. Soil-clay fortified by pebbles in combination ratios of 1:3 (i.e. pebbles:soil-clay = 1:3 (w/w) showed the optimum water purification, while the combination 3:1 gave the least. The flow rate studies showed that the wastewater had a longer residence time in non-fortified soil-clay than in fortified soil-clay. Two modes of treatment methods were employed-single and double column treatment methods (SCT and DCT). The two methods gave effluents of good quality characteristics, but those from the DCT were of better quality. The quality of effluents also varies from one clay type to another. The quality of effluents from media containing smectite clay mineral was better than those from other columns. Repeated usage of the fortified clay column showed a decrease of pH, TS and DO, and an increase of COD when monitored over a period of 10 days.     

秦皇岛滨海饱和软土的试验研究

为保持饱和软土的天然结构特征，野外采用开挖探井，环刀取土的方法获得了大量Ⅰ级土试样，并在室内进行有关饱和软土的物理力学性质试验。结果表明：秦皇岛滨海饱和软土的天然含水量介于37％～44％，土性属淤泥质粉质粘土。基于浅层平板载荷试验、静力触探试验以及十字板剪切试验，对饱和软土的天然抗剪强度、灵敏度、承载力进行了试验研究。建立了十字板抗剪强度和试验深度、静力触探比贯入阻力的经验公式，为工程应用提供了便利条件。秦皇岛滨海饱和软土的天然不排水抗剪强度平均值为27kPa，灵敏度为2．4～12．5，具有中高灵敏性。其地基强度的使用应综合考虑建筑物的加载速率、地基容许变形等多种因素。