基于3个不等粒径颗粒接触模型的土-水特征曲线

基于热力学原理及二维液桥计算模型,以3个不等径土颗粒为研究对象,推导出基质吸力与体积含水率之间的关系,得到微观模型下的土-水特征曲线。将3个不等粒径颗粒概化为限制粒径、中值粒径和有效粒径,研究了粒径大小、颗粒级配和土颗粒接触角的大小等因素对土-水特征曲线影响的规律。计算结果表明：体积含水率相同,颗粒粒径越大,相应的基质吸力越小;在同一基质吸力下,不均匀系数 越大即土颗粒越不均匀,其体积含水率就越低;接触角对土-水特征曲线的影响是明显的,即接触角越小土颗粒亲水性越好,同一基质吸力下的体积含水率也就越大,且曲线的进气值会随着接触角的减小而减小。     

浙西饱和红黏土的物理力学特性试验研究

本文在分析浙西红黏土矿物成分与化学成分的基础上,分别用单向固结仪和三轴仪对饱和红黏土原状样进行了一系列的压缩、剪切、蠕变试验,得到其压缩曲线、应力-应变曲线和蠕变曲线。根据测得的压缩曲线,确定了该土的压缩指数Cc、回弹指数Cs,对原状样压缩曲线的归一化整理后判断出原状饱和红黏土的结构性不强;根据三轴排水剪切试验结果,得出原状饱和红黏土在不同围压下因结构性的存在土体具有不同的破坏应力比,计算得到该土的临界状态应力比和黏聚力;根据原状饱和红黏土在不同固结压力下的蠕变试验结果,得到了该土的次固结系数Cα与固结压力关系,并确定了该土的Cα/Cc约为0.0124,本试验结果为浙西地区的工程建设提供了基本参数。     

筑坝反滤料动剪切模量和阻尼比影响因素试验研究

采用多功能静动三轴仪开展了筑坝反滤料的动剪切模量和阻尼比试验,并对其影响因素进行了试验对比分析,建议了一个综合反应固结应力比、孔隙比和试验级配特征的最大动剪切模量计算公式。试验和分析结果表明,固结应力比对最大动剪切模量的影响可采用幂函数来进行拟合,孔隙比的影响可采用指数函数来进行拟合,试验级配的影响可通过不均匀系数Cu和曲率系数Cc的线性函数来表达。各种影响因素对阻尼比均有影响,但各种情况下的阻尼比试验结果都在一个很小的范围内,可采用平均值计算。     

钻孔瓦斯压力恢复法求解煤层透气性系数

煤层透气性系数可以准确评估煤层瓦斯的可抽采性能,指导煤层增透改造工艺。借鉴油气试井中的压力恢复曲线相关方法求解煤层透气性系数,建立适应于煤矿井下钻孔瓦斯流动的理论模型。采用半对数直线段分析方法,利用双对数、半对数压力恢复特征曲线,合理确定压力恢复曲线中期直线段起始点位置,准确计算中期直线段的斜率大小,继而计算煤层透气性系数。通过现场实例验证,并和径向流量法计算结果对比,其相对误差为13%~36.6%,平均误差为24.62%,验证了压力恢复曲线求解煤层透气性系数方法的可行性。      

考虑吸附-解吸效应的多孔介质中颗粒加速迁移问题解析解

建立考虑吸附-解吸效应的颗粒加速迁移问题控制方程,通过Laplace变换和Fourier变换求出颗粒瞬时和周期性注入情况下点源和面源问题的解析解。同时,开展点源瞬时注入方式下颗粒迁移试验,并将试验和理论计算结果进行对比分析,两者较为吻合,从而验证了解析解的正确性。点源瞬时注入方式下颗粒迁移参数的分析进一步表明：吸附系数越大,颗粒的浓度峰值越小。解吸系数对浓度峰值左侧曲线影响较小,而对浓度峰值右侧曲线来说,解吸系数不仅影响颗粒浓度,也影响颗粒迁移时间;浓度等值线在x-y平面上的形状近似为椭圆形,解吸系数越大,相应的浓度等值线的范围越大;随着y方向弥散系数增大,浓度峰值上、下两侧的等值线梯度逐渐减小。研究成果可为地下污染物治理、地下水开采、核废料处置以及城市固体废弃物填埋等工程提供理论基础。     

一种微结构颗粒体分布特征的分析方法

在扫描电镜法（SEM）图像二值化基础上,建立了以颗粒体面积为变量的面积累计曲线表示方法,进而建立了该曲线的曲率系数和颗粒体面积分布特点的不均匀系数。基于瓜州砂质粉土和天津黏土的SEM图像,分析了不同面积比对应的颗粒体特征。研究表明,砂质粉土和黏土的颗粒体面积累计曲线、曲率系数和不均匀系数具有明显的差异性。砂质粉土的颗粒体面积累计曲线是一条平滑的曲线,表现为不良级配土的粒径分布特点;而黏土的颗粒体面积累计曲线具有明显的台阶,表现为某粒组缺失的粒径分布特点。另外,砂质粉土的颗粒体面积累计曲线曲率系数和不均匀系数均明显大于黏土的对应系数。该分析方法可以用来量化不同土的SEM照片之间的差异,从而为岩土微结构的定量化研究提供了一条新的思路。     

采用土壤孔隙表面分形维数预测土壤水分特征曲线

采用土壤颗粒体积累积曲线按照不同的粒径分级方法计算表面分形维数,避免了原始计算过程中颗粒密度不变的假设,改进了计算中的缺陷。结合土壤水分特征曲线分形模型—de Gennes模型,预测试样的SWRC。结果发现:不同颗粒分级只会影响表面分形维数的大小;相同颗粒分级情况下,计算得出的分形维数随着土壤粘粒含量降低而减小;采用D2(最大半径为1mm)的分级情况计算出的表面分形维数,预测得出的结果与实测值相差偏大,RMSE≥2.11E-02cm3/cm3只适合粗略估计田间土壤的水分特征曲线;通过D1(最大半径为0.1mm)计算出的表面分形维数,结合de Gennes模型预测水分特征曲线结果与实测值非常接近,RMSE≤0.0105cm3/cm3。研究表明采用土壤颗粒体积累积曲线计算表面分形维数,并预测土壤水分特征曲线是合理的,具有较高的预测精度。     

基于B-DEM的颗粒聚合体应力计算和破碎路径模拟

结合边界元法和离散元法,提出一种可以进行计算颗粒内部应力和破碎路径的方法。该方法利用离散元法求解颗粒的相互作用和每个颗粒上的荷载。然后利用边界元法计算颗粒的应力分布,为了实现动态平衡,将颗粒的加速度视为恒定大小的体力。但体力导致边界积分方程中出现域积分,故采用直线积分法将域积分转化为边界积分,以保证边界元法降维的优势。为了提高边界元的计算效率,对于几何形状相似的颗粒,以其中一个颗粒作为模板颗粒,只需要计算模板颗粒在局部坐标系中的系数矩阵,其他相似颗粒可以通过局部和全局坐标系之间的映射获得。在得到应力后,基于Hoek-Brown准则来判断颗粒是否破碎。此外,将破坏路径简化为直线,并采用最小二乘法拟合得到破坏路径。     

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

确定静止土压力系数在土压力计算中非常重要,但是粗颗粒土的静止土压力系数非线性特征长期被忽视,专门研究其非线性特征具有重要现实意义。为弥补粗粒土K0非线性研究的不足,分析了粗颗粒土的静止土压力系数非线性特征。基于邓肯?张模型的应力?应变增量关系,引入邓肯?张模型参数,建立了静止土压力系数数学公式。同时,提出了粗颗粒土静止土压力系数非线性计算方法,并对公式参数敏感性进行了分析。基于K0试验数据和数值试验结果,对粗颗粒土静止土压力系数非线性计算方法进行了应用分析。应用结果表明：K0预测值与K0实测值吻合,所提出的非线性K0计算方法可用于粗颗粒土K0计算。通过与Jaky公式的结果的对比分析,讨论了初始应力条件对粗颗粒土静止土压力系数非线性计算结果的影响。该研究成果有助于加深对土体静止土压力系数非线性的理解,并为粗颗粒土静止土压力系数计算提供参考。     

三维激光扫描技术在地表巨粒组粒度分析中的应用

传统颗粒分析因难于对巨粒组进行筛分测试,而忽略了其对岩土物理参数的影响。该研究应用数字化三维激光扫描技术,增加巨粒组的颗粒分析。通过数据采集、点云数据配准、噪音点去除和颗粒轮廓提取获得某堆积物地表数据。并结合室内颗粒分析结果绘制全颗粒累计曲线。与传统累计曲线比较,该曲线不均匀系数变大,级配变好,孔隙度和渗透性发生变化。     

细粒含量Pc＜25％渗透变形类型为非管涌碎砾石的颗粒级配特征及判别方法

细粒含量判别法是无黏性粗粒土渗透变形类型主要判别方法,但细粒含量Pc25%渗透变形类型为流土和过渡的碎砾石,其渗透变形类型不符合细粒含量判别准则.通过对46个工程310个试样(其中Pc25%的试样数214个),渗透变形试验结果统计分析发现,该类土虽然仅占同级配段(Pc25%)比例为6.1%,但其颗粒级配曲线均具有独特特征,即各粒径级颗粒含量均较均匀,即Cu均大于5,Cc多数为1.0~3.0之间,即该类土大多数为优良级配,进一步分析发现其D15/d85之比均小于等于5,进而提出用D15/d85≤5作为判别该类土的方法.     

Correlations between Compression Index and Index Properties of Undisturbed and Disturbed Tehran clay

The compression index (Cc), which is used to calculate the consolidation settlement of fine-grained soils, can be determined through consolidation testing. Given that exploring the soil in a local region is highly important to determine the correlation between the Cc and other soil indices, the present study investigated these correlations in undisturbed and disturbed samples through 130 consolidation tests and determining the Cc of Tehran clay. The results are suggestive of the validity of the linear correlation between the Cc and the unit weight and initial void ratio of the soil, with several relations presented to estimate the Cc of Tehran clay soil. In contrast, the initial water content, liquid limit and the plasticity index do not produce reliable correlations with the Cc of the local clay soil, and a relation based on these index parameters cannot be recommended in this area. Further, the presented empirical correlations were compared with the existing ones. More over time-displacement and e-log σ’ graphs for undisturbed and disturbed samples are compared and stress history of the site are presented. The results are significant in terms of engineering applications, saving time and money and provides an initial estimation of compression index.

     

大样本岩土参数概率分布的正态信息扩散推断

在重要的岩土工程中,确定大样本岩土参数的概率分布对岩土工程稳定性和可靠性分析有着极其重要的意义。为此,基于积分均方误差最小计算得到的最优窗宽,提出了推断大样本岩土参数概率密度函数的正态信息扩散法。该方法基于信息扩散原理,从试验样本和信息论的角度出发,充分利用样本提供的数据信息,而不是先假定成经典的概率分布曲线拟合检验,数学意义和物理意义更加充分和严密。以推断压缩指数Cc的概率密度函数为例,分析了窗宽对信息扩散估计结果的影响规律,说明了该方法在大样本岩土参数概率密度函数推断方面的合理性。用该方法推断了大样本岩土抗剪强度参数的概率密度函数,通过K-S检验,验证了该方法的正确性和实用性。     

粗粒料级配缩尺后压实密度试验研究

对某级配粗粒料采用混合法、剔除法、等量替代法和相似级配法等4种不同缩尺方法进行缩尺。缩尺后替代级配料的最大粒径分别为10、20、40和60 mm。对各替代级配料进行了相对密度试验。同时,为完善试验成果,又人工随意配置了3种级配料用于试验。最大、最小干密度试验分别采用振动台法和松填法。研究同一原型级配料不同方法缩尺后各级配土石料在同一压实功能情况下的最大、最小干密度与土料级配参数、最大粒径之间的关系。提出了一种将干密度与级配之间关系归一化的方法,并拟合了干密度与Cu、Cc及最大粒径之间的关系,据此可推求原型级配料的最大干密度。     

Distinguishing significant from false copper and nickel anomalies in soil overlying the Gladesville norite, Jasper County, Georgia

Distinct anomalies of Cu and Ni in stream alluvium and soil are associated with the Gladesville norite, but are generally not related to significant mineralization. The origin of one of the soil anomalies was investigated by determining partitioning relationships of Cu and Ni in outcrop samples, B-horizon soil samples, and a soil profile sample utilizing selective leaching techniques and electron microprobe analyses.Silicate minerals and spinel are important controls of both Cu and Ni distribution in the outcrop samples. Sulfides are a minor residence site of Ni but an important residence site of Cu. In soil, scavenging of Cu by montmorillonite has been important. Disintegration of montmorillonite in the B-horizon leaves residual minerals as an important and probably dominant control of Cu distribution in the upper part of the soil. Iron oxide particle coatings contain more Ni (46%) than any other single material in the B-horizon soil samples but contain only 21% of the Cu.Certain characteristics of the investigated Cu and Ni soil anomaly may be significant in future exploration as indicators of “false” anomalies. These include areal anomaly distribution patterns, soil/bedrock metal ratios, and the tendency of each metal to reside principally in a single soil component.     

Characterization of an Area Polluted by Copper and Zinc:the Relation between Soil Texture,Mineralogy and Pollutant Concentration

Abstract: Twenty-four soil samples were collected at three depths from an approximately 2.5 acre contaminated site in southern Piedmont (Italy) and then analyzed. The main soil parameters determined were: pH, Cation Exchange Capacity (CEC), particle size distribution, total organic carbon (TOC) content and retained metal concentration. The mineral phases were identified by X-Ray Powder Diffraction (XRPD). All of the samples contained Zn and Cu resulting from industrial contamination during the last century, and those obtained at depths of 20-40 cm consistently showed the highest levels. To determine which size fraction was most active in the retention process, the samples were separated into four fractions (≤2 mm, ≤63 μm, ≤30 μm and ≤2 μm) and the amount of pollutant measured in each. It was found that metal retention was the highest in the clayey fraction, whose clay minerals were identified by XRPD after K+ and Mg2+ saturation, glycerol treatment and heating to 550°C. The clayey fraction was also the richest in TOC, and a direct correlation between TOC amount and metal retention was observed.     

广东揭阳市土壤铜的分布特征及其影响因素

以广东省揭阳市土壤为研究对象,测定了1 330个表层土壤样(0~20 cm)和331个深层土壤样(150~200 cm)的Cu含量,据此研究土壤Cu的分布特征和影响因素。利用富集因子、GIS空间分析和方差分析等方法,综合分析了研究区土壤铜富集特征、空间分布特征及其影响因素,遵循国家标准评价了土壤铜污染风险。结果表明:表层土壤铜含量均值为9.49 mg/kg,远低于《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》(GB15618—2018)中Cu风险筛选值(50 mg/kg);表层土壤铜的富集程度处于未富集和轻微富集水平,不存在明显的铜富集情况;表层土壤铜高值区主要分布在榕城区中部、揭西县东南部以及惠来县西部和北部;成土母质和土地利用方式是研究区表层土壤铜含量的主要影响因素,土壤类型对其也有一定影响,不同成土母质中,第四纪沉积物土壤铜含量最高;不同土地利用方式下,建筑用地土壤铜含量显著高于其他土地利用方式;不同土壤类型中,水稻土土壤铜含量最高。     

黏土掺入生物炭后的持水特性及其影响机制

生物炭具有疏松多孔、高比表面积和强吸附等特性,在土体改良以及修复受污染土体方面展现出应用潜力。添加生物炭可改善土体结构,进而增强土体持水特性等,其中,生物炭掺量和粒径对改良效果有较大的影响。为了研究生物炭掺量和粒径对生物炭?黏土混合土持水特性的影响,通过蒸汽平衡法控制土样的吸力,确定吸力平衡后土样的含水率和体积等,得到吸湿过程中不同生物炭掺量（0%、5%、10%和15%）、不同粒径范围（＞74、40～74、20～40 μm和＜74 μm）生物炭?黏土混合土在高吸力（3.29～286.7 MPa）范围的土?水特征曲线,并结合扫描电镜（SEM）和压汞（MIP）试验结果分析其微观孔隙结构。试验结果表明：（1）当掺入生物炭的粒径较小时,随着生物炭掺量的增加,土样的持水特性有较明显的提高,随着掺入生物炭粒径的增大,生物炭掺量对土样的持水特性影响不大。（2）当生物炭的掺量较少时,不同粒径生物炭?黏土混合土的土?水特征曲线基本相同,随着生物炭掺量提高,小粒径生物炭对混合土持水特性的影响逐渐显现。（3）由生物炭?黏土混合土微观孔隙结构的演变规律进一步阐释生物炭掺量、粒径对生物炭?黏土混合土持水特性的影响机制。     

中国西北地区典型钢铁工业城市表土重金属污染的环境磁学响应

以嘉峪关市为研究靶区,系统采集城区表土样品58件,对其进行环境磁学和重金属元素（Cd、Cr、Cu、Mn、Pb、V、Zn、Fe）质量分数分析。结果表明：嘉峪关市表土以低矫顽力磁铁矿为主导,磁晶粒度以较粗的假单畴（PSD）和多畴（MD）颗粒为主;城区表土亚铁磁性矿物浓度和磁性颗粒大小远高于国内综合型大城市表土;市区反映磁性矿物含量的参数呈现出以酒钢厂和废渣场为中心的高值区域,并随着污染源距离的增加向周围递减;嘉峪关市表土重金属Cd、Cr、Cu、Mn、Pb、V、Zn、Fe质量分数与反映磁性矿物含量的参数具有显著共变性,二者的高值分布与反映磁晶粒度参数的高值分布成盈缺呼应关系。然而嘉峪关市土壤母质磁性颗粒本底值较粗,与污染土壤特征相似,因此对西北地区而言,亚铁磁性矿物浓度相对磁晶粒度可以更好地指示钢铁厂周边土壤重金属的污染程度。