基于热-水-力数值模拟的饱和正常固结黏土热压缩现象

既有饱和正常固结土体加热试验研究表明，温度升高时，土体的体积变化表现为体积收缩，这与热胀冷缩基本通识相违背。针对这一问题，通过热-水-力（THM）完全耦合有限元程序对饱和正常固结黏土的加热试验进行了数值模拟。结果表明，由于黏土的热传导系数及渗透系数都比较低，在升温过程中，试样内部会形成温度差，进而产生超孔隙水压，随着超孔隙水压的消散，最终使土体表现为热压缩现象。当增大土体的渗透系数时，土体内部不产生超孔隙水压，这时土体表现为热膨胀。因此，饱和正常固结土体升温引起的热压缩现象并非土体基本力学特性，而是一个边界值问题。     

格八水库大坝防渗处理初步设计方案比选

格八水库大坝为一座上世纪70年代修建的浆砌石拱坝,坝体内部存在砂浆量少,胶结不密实,有孔隙等问题,坝体渗漏范围较广,本文对常用的两种防渗处理方式进行技术经济比较,最终确定推荐方案.     

基于C-C型固化剂的吹填超软土渗透固结特性研究

在吹填超软土中加入不同掺量的C-C型固化剂进行压缩固结试验和真空固结试验,对固结前后土体的渗透固结特性和基于有效孔隙比与孔隙抗压性能的增渗机制进行研究,探究既能提高渗透性,又能保持较高强度的合理掺量.发现半固化超软土的固结特性与软黏土基本一致,固结系数随固结压力的增大而增大,渗透系数随荷载的增大而减小;相同荷载作用下,固结系数和渗透系数均随掺量的增加而增大.加入少量固化剂后,压汞试验显示孔径分布曲线峰值明显左移,孔径集中分布区间向小孔隙区间移动,土样有效孔隙比随掺量变化存在最大值,土体骨架的存在使得孔隙抗压缩性能不断增加,保留了具有较高强度结构的排水通道,这种压缩性较低的多孔骨架结构对渗透性的提高有着显著作用.固化过程中,固化剂掺量越多,形成土骨架的作用越明显,土体强度和抗压缩能力就越高,其中掺量为10%的土样无侧限抗压强度高达360.1kPa,远高于直接固化强度.研究表明,固化剂掺量在1%～10%时,主要发挥的是增渗作用,是药剂真空预压处理超软土的理想添加范围;而大于10%后以固化作用为主.     

不同颗粒级配透明黏土的固结与渗透特性

为可视化研究黏土固结过程中的内部变形,需要制配与黏性土固结特性变化规律相似的透明黏土.选用无定形硅粉与白矿物油和正十二烷混合液制配出能够模拟黏性土固结的透明黏土,并对不同颗粒级配下的透明黏土进行了渗透试验和压缩固结试验.研究结果表明:透明黏土的e-lgk,C_v-p,E_s-p曲线变化规律与天然黏土相似;并且土体的黏粒含量越高,渗透系数越小,固结系数越小,压缩性越高.透明黏土在固结与渗透变化规律方面与天然黏土的这种相似性,说明了透明黏土用于定性模拟天然黏土固结变形的可行性.     

堤坝劈裂灌浆浆液的固结效应

针对堤坝劈裂灌浆防渗加固中浆液固结机理,结合实际劈裂灌浆施工过程,采用了有限差分数值计算方法开展数值模拟,基于应变硬化-渗流耦合模型,探讨了浆液渗流固结的变化规律,分析了浆液在灌浆、停灌和复灌不同阶段的孔隙水压力、坝体应力水平增量等变化特征,得到了浆液在不同阶段的扩散形态和应力水平增量沿不同路径的分布特征,揭示了堤坝劈裂灌浆浆液在土体内渗流固结机理.计算结果表明:堤坝劈裂灌浆过程中浆液以灌浆轴线为中心线,向坝体四周扩散,对称分布;随着灌浆次数的增加,浆液在坝体内渗透所产生的孔隙水压力也逐渐增大,浆液扩散区域也逐渐增大,从而更为有效地填充坝体内所存在的病害体,改善坝体内应力状态,提高坝体防渗效果.     

孔隙度对黏性土渗透系数影响的试验研究

利用传统渗透系数经验公式计算黏性土渗透系数时,计算结果与黏性土渗透试验实测数据常存在一定的误差,对实际工程建设加固与修复产生较大影响。为修正此误差,选取两种不同的黏性土制成干密度不同的试样,结合变水头渗透试验研究黏性土孔隙比对渗透系数的影响,拟合黏性土孔隙比与渗透系数之间的函数关系,并分析讨论了传统渗透系数经验公式计算黏性土时误差较大的原因。研究成果符合黏性土的渗透规律,为工程防渗及地基沉降提供了参考。     

不同固结压力作用下黄土微观结构试验研究

为研究在不同固结压力作用下,黄土微观结构的变化规律,试验通过制备黄土试样,用电镜扫描(SEM)获取各个固结程度下黄土微观结构图像并利用IPP图像处理软件对微观图像参数计算和参数分类。结果表明:随着固结压力逐渐增大,黄土试样微观结构内部骨架单元体聚合物的连接方式,由架空孔隙向镶嵌孔隙转变,结构逐渐密实,稳定性逐渐增强;在各个固结压力作用下,孔隙数量随着孔径增大而减少,孔隙面积随孔径的增大而增大,大孔隙的变化一定程度上影响了土的工程性质;固结后土体的孔隙面积在各个角度区位分布越均匀时,土体受到的扰动越大;土体受固结扰动后,微孔隙的形状没有发生较大变化,部分小、中孔隙产生变形,大孔隙逐渐被消散,向着椭圆率更小的方向发展。     

室内固结试验每级荷载合理受压时间分析

采用固结试验得到的压缩性指标计算土体固结沉降量.研究表明,室内24h加压的大部分时间产生的沉降为次固结沉降,固结沉降在1～4h之内已经完成.为了较准确地计算固结沉降量,建议将固结试验每级荷载加压时间由土工试验规范中规定的24h缩短成:固结系数大于4×10-4cm2/s的粘土和粉质粘土为1h,固结系数在1×10-4～4×10-4cm2/s范围内的粘土为4h.     

基于主成分分析和支持向量机的砂土渗透系数预测模型

渗透系数不仅是描述土体透水性能的重要指标,同时也是影响固结沉降和渗透变形的重要因素.首先对华北平原中东部地区的28个砂土样本通过自行改装的渗透固结仪进行渗透固结试验,得到不同孔隙比下的渗透系数.然后选取有效粒径d_(10)、限制粒径d_(60)、不均匀系数C_u、曲率系数C_c和孔隙比e 5个指标作为渗透系数k的影响因子,采用主成分分析(PCA)方法提取3个主成分,对影响渗透系数的主成分进行了全新的解释.最后,引入支持向量机(SVM)方法建立了华北平原中东部地区砂土渗透系数的预测模型,并利用该模型对华北平原中东部地区随机选取的20组样本进行渗透系数的预测.结果表明:自行改装的渗透固结仪可以较好地进行渗透固结试验;预测模型的精度较高,可以为华北平原中东部地区砂土渗透系数的研究提供参考依据.     

高原水库松散坝基防渗方案设计

对高原水库松散坝基的渗漏问题调查研究,开展松散坝基土体天然及击实情况下渗透-淤堵试验研究,得出添加淤堵材料可有效提高水力梯度,降低土体的渗透系数。结合渗透-淤堵试验结果,建立高原水库松散坝基防渗模拟方案,对无防渗、长度分别为70m、140m、175m、210m的水平铺盖、淤堵、击实及击实淤堵八种方案的渗漏量、坝基等势线分布、坝基水头值、流速值等分析,得出水平铺盖虽可减少坝基渗漏量,但投资较高;淤堵可减缓坝基的渗漏现象,但不能根本解决坝基渗漏问题,击实淤堵可将防渗效果和减小投资兼具,推荐击实淤堵为最优防渗方案。以上试验及模拟工作可为该类松散坝基防渗减渗工作提供依据。     

微生物诱导碳酸钙沉淀提高红砂岩堆石料无侧限抗压强度的试验研究

为改善红砂岩堆石料的力学性能,采用巴氏芽孢杆菌诱导碳酸钙沉淀矿化技术加固红砂岩堆石料。对不同含石量的红砂岩堆石料进行无侧限抗压强度试验,并测定土体的抗压强度指标与碳酸钙产量来表征微生物改良堆石料效果,结合扫描电镜分析微生物改良堆石料的微观结构特征。结果表明：巴氏芽孢杆菌诱导碳酸钙沉淀改善红砂岩堆石料的抗压性能效果明显,经过恒温养护10 d矿化效率最高,土样由初期黏土的黏结作用转变为碳酸钙胶结作用,养护后期土样表现出更大的脆性特征;在一定含石量范围,微生物矿化产生的碳酸钙产量与含石量和养护时间呈正相关性,且抗压强度与碳酸钙产量呈正比关系,进一步表明碳酸钙胶结作用是试样抗压强度增大的主要因素;从SEM(scanning electron microscope)图像分析,高含石量堆石料为微生物提供更大生存繁衍和活动空间,微生物矿化生成碳酸钙晶体主要附着在土体骨架粗颗粒上和填充于颗粒间的孔隙,有效加强了土体颗粒间的胶结作用并增强了土体的力学性能。     

惠民凹陷商河地区沙一段碳酸盐岩沉积特征

惠民凹陷商河地区沙一段发育多层碳酸盐岩沉积。经研究发现 ,这些碳酸盐岩成分以白云石为主 ,其沉积相类型包括滨湖亚相、生物浅滩亚相、滩缘亚相和半深湖亚相。生物浅滩具有分布范围广阔、顶面平坦、进积迅速、前斜坡明显、沉积旋回发育、沉积厚度较小但稳定的特征。在快速进积的过程中 ,浅滩表面水体循环不畅并逐渐淡化 ,从而形成大量次生孔隙。早成岩期孔隙中沉淀的方解石是岩石的主要胶结物和灰质成分。生物浅滩的这种沉积和成岩特征对该段碳酸盐岩油气藏具有明显的控制作用     

贵州土壤重金属吸附解吸特性的研究

以贵州省典型土壤黄壤和石灰土为研究对象,采用野外调查和室内分析相结合的方法,对贵州土壤重金属吸附解吸特性进行研究。结果表明：贵州地区重金属超标率石灰土>黄壤;石灰土的pH缓冲性能大于黄壤,且碳酸钙含量增加到90g/kg时,黄壤的pH将不在增加,pH稳定在7.08,碳酸钙含量增加到120g/kg时,石灰土pH讲不再增加,稳定在8.26,而增加粘粒含量对土壤pH无明显作用;除了石灰土中的Cr和As,无论黄壤还是石灰土,复合污染土壤重金属的吸附固持的作用随碳酸钙含量的增加而增强,而随着粘粒含量的增加,黄壤和石灰土的吸附量都有所增加,但解吸量无明显促进或降低,即碳酸钙影响该地区土壤重金属蓄积的作用大于粘粒;黄壤和石灰土对重金属的吸附过程主要集中在前90min内,其后的吸附则进行得十分缓慢,且对重金属的最大吸附量石灰土>黄壤;三种动力学模型拟合中,伪二级动力学方程的拟合度最好,从动力学参数中可知,石灰土重金属平均吸附量大于黄壤重金属平均吸附量,黄壤重金属平均吸附速率大于石灰土重金属平均吸附速率。     

一株碳酸盐矿化菌的筛选及其矿化性能研究

采用选择性富集和平板分离的方法从湖南省某土壤中筛出一株以乙酸钙为底物的碳酸盐矿化菌,并对该菌株诱导的碳酸钙沉淀的晶体类型以及pH、接种量、乙酸钙浓度等不同因素对碳酸钙的产量影响进行研究。结果表明,该碳酸盐矿化菌鉴定为克雷白氏杆菌属,其GenBank登录号为ON139648;革兰氏染色呈阴性,6 h~96 h为该菌的对数生长期;克雷白氏杆菌诱导的碳酸钙矿物晶体类型既有方解石,又有球霰石,其诱导碳酸钙沉淀产生的最佳条件为:初始pH=7、菌液接种量为4%、乙酸钙浓度为0.25 mol/L,乙酸钙利用率最高为96.6%,诱导的碳酸钙产量最高为1.23 g。     

Sources and migration path of chemical compositions in a karst groundwater system during rainfall events

Physical and chemical dynamics at Jiangjia Spring (JJS), the outlet of the Qingmuguan karst groundwater system in Chongqing, were monitored in situ during rainfall events to acquire a series of high-resolution data. Principal component analysis (PCA) was employed to identify the sources of chemical compositions in the karst groundwater. The coefficients of variations (CVs) of the physical and chemical data of JJS were utilized to interpret the migration path of the chemical compositions. The results showed that water-rock interactions, agricultural activities, and soil erosion were the main sources of the groundwater chemical compositions. Ions of potassium, sodium, nitrate, chloride and phosphate from agricultural activities together with ions of calcium, magnesium, strontium and bicarbonate derived from carbonate dissolution appear to be stored and regulated by the karst unsaturated zone in features such as fissures, pores and solution cracks. The concentrations of the ions remained relatively stable and they showed low CVs owing to their migration by diffuse flow to recharge the underground river. In contrast, concentrations of ions such as total iron, total manganese and aluminum from soil erosion were unstable and showed high CVs owing to their migration by overland flow to recharge the underground river directly via sinkholes. During heavy rainfall events, the nutrients from agricultural activities and sediment from soil erosion could quickly impair the aquatic ecosystem and pose serious threats to water quality. Therefore, it is necessary to reinforce management of the ecological system for better control of the influx of mass nutrients into the karst aquifer system.     

贵州典型土壤对重金属的蓄积特性

以贵州省典型土壤黄壤和石灰土为研究对象,采用野外调查和室内分析相结合的方法,对贵州土壤重金属吸附解吸特性进行研究.结果表明:除了Cr和As,无论黄壤还是石灰土,土壤重金属的吸附固持的作用随碳酸钙含量的增加而增强,而随着黏粒含量的增加,黄壤和石灰土的吸附量都有所增加,但解吸量无明显促进或降低,即碳酸钙影响该地区土壤重金属蓄积的作用大于黏粒;黄壤和石灰土对重金属的吸附过程主要集中在前90min内,其后的吸附则进行得十分缓慢,且对重金属的最大吸附量石灰土大于黄壤;三种动力学模型拟合中,伪二级动力学方程的拟合度最好,从动力学参数中可知,石灰土重金属平均吸附量大于黄壤重金属平均吸附量,黄壤重金属平均吸附速率大于石灰土重金属平均吸附速率.     

微生物与水泥固化南海珊瑚砂的强度及微观特征对比试验

近年来,微生物诱导碳酸钙沉积技术(microbial induced calcium carbonate precipitation, MICP)在土体加固领域受到广泛关注,但对MICP技术和水泥固化珊瑚砂的力学特性对比研究尚不充分。为了对比MICP珊瑚砂砂样和珊瑚砂水泥砂浆试样的力学特性,本试验分析了两者的破坏形式和应力应变曲线,并通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)试验比较了两者的微观结构。结果表明：当试样内部碳酸钙/水泥含量少于15%时,MICP试样的无侧限抗压强度要显著高于水泥砂浆试样,尤其是碳酸钙含量为5.3%、7.7%、9.1%时,MICP试样的无侧限强度为相应水泥砂浆试样强度的200%以上;当碳酸钙/水泥含量高于15%时,二者强度差值在5%以内。同时,MICP试样和珊瑚砂水泥砂浆试样的微观结构存在明显差异性。     

CO2盐水层埋存条件下Mg^2+对油井水泥石腐蚀的影响

为探索CO2盐水层埋存条件下Mg^2+对油井水泥石腐蚀的影响,采用X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)和背散射电子像(SEM-BSE)等分析方法对腐蚀后的水泥石进行分析。结果表明:Mg^2+会减小CO2对水泥石的腐蚀速率;Mg^2+存在的情况下,水泥石表层生成的菱镁矿会一定程度上减缓碳酸钙的溶解,水泥石表面淋滤作用并不明显,内部生成的水镁石、菱镁矿和膨胀性矿物碳酸钙造成水泥石内应力增大而产生多条裂隙;Mg^2+存在的情况下,水泥石表层生成的菱镁矿及其内部生成的水镁石均会阻碍水泥石与外部腐蚀离子的反应,Mg^2+对CO2腐蚀水泥石的过程具有“减缓效应”。     

Optimization of operation conditions for extracting lithium ions from calcium chloride-type oil field brine

Al(OH)3 was prepared to extract lithium ions from calcium chloride-type oil field brine. The influences of four factors, namely temperature, Al3+/Li+ molar ratio, OH-/Al3+ molar ratio, and contact time between Al(OH)₃ and the brine, on the yield of lithium ions were investigated. It is found that their optimal values are 35℃, 4.5, 2.6, and 6 h, respectively. In the course of the experiment, the apparent pH value was observed. The results reveal that the apparent pH value has no remarkable influence on the yield of lithium ions. Meanwhile, the effects of the concentrations of calcium ions and magnesium ions in the brine on lithium recovery were studied. The results indicate that calcium ions have minor negative influence on the yield of lithium ions under optimal conditions, and magnesium ions slightly influence the yield of lithium ions.     

一株碳酸钙矿化菌的分离与鉴定

基于微生物诱导碳酸钙沉积的岩土工程加固技术是一种环境友好的新技术.碳酸钙矿化菌是该技术应用的前提.为获得具有诱导碳酸钙沉积能力的菌株,采用选择性富集培养、平板分离方法从土壤中分离得到了一株具有尿素分解能力的菌株,细菌诱导产生的沉积物检测结果表明该菌株具有诱导碳酸钙沉积能力.通过形态学、革兰氏染色和16S rDNA序列同源性分析鉴定该菌株为巴斯德芽孢杆菌.