水化学腐蚀对砂板岩力学性能影响的试验研究

考虑酸性化学溶液和浸泡时间的影响,对砂板岩进行了不同水化学溶液侵蚀作用下的单轴压缩试验。研究了不同水化学环境侵蚀作用对砂板岩试样的相对质量、变形和强度特性的影响规律。监测浸泡过程中溶液的pH值和Ca~(2+)、Mg~(2+)浓度变化。结合扫描电镜试验,探讨了水化学作用下砂板岩的腐蚀机制。结果表明:随着溶液酸性的增强,砂板岩受腐蚀程度逐渐增大;砂板岩的变形特性在水化学作用下表现为受腐蚀软化,并且随着溶液酸性的增强和浸泡时间的延长越发明显;砂板岩的峰值强度在水化学作用下降低,并且浸泡时间越长,强度下降越大;不同水化学环境中水-岩化学作用的类型和程度不同,从而导致岩石微细观结构变化也不相同,中性溶液以岩石内部胶结物质流失为主,酸性溶液中大粒径的矿物集合体也会发生大量溶蚀。     

酸碱环境下红层软岩泥质页岩的崩解特性试验研究

为了研究酸碱环境对泥质页岩崩解特性的影响,分别对同一风化程度的泥质页岩进行了不同pH溶液中的静态崩解试验和耐崩解试验,得到了pH值变化对泥质页岩崩解的影响规律。结果表明:pH值对泥质页岩的崩解性影响较大,pH值越小的泥质页岩的崩解性越强。崩解物的耐崩解指数随着崩解物粒径减小而增大,随着pH值的减小而减小,酸性条件对泥质页岩耐崩解性的作用效果更明显。     

模拟酸雨对阳离子在土体内迁移的影响

利用室内模拟酸雨的土柱实验,研究了在红壤表土施用钾肥后酸雨对不同土层交换性阳离子迁移的影响.结果表明,在不同土体深度,表土直接受酸沉降的淋溶,也是最容易发生酸化的土层, pH 2.5酸雨淋溶后,表土 pH值下降到 3.5～ 4.2,这是铝的缓冲范围,且土壤交换性 H 和 Al3 含量的增加显示出土壤对酸沉降的缓冲效率和缓冲能力的急剧减弱; pH 4.5酸雨淋溶后, A和 B层土壤 pH值上升了 0.3～ 0.5,其机理与的专性吸附释放 OH-有关;表土施用钾肥后, K 交换土壤表面的 H 和 Al3 ,引起土壤交换性 H 和 Al3 向下迁移;不同 pH值的酸性降雨引起土壤中交换性阳离子向下迁移和淋失的程度也有明显的差异, pH 2.5酸雨淋溶后土壤溶液中钾的含量高于 pH 4.5酸雨淋溶的,但交换性钾含量低于后者; pH 2.5和 pH 4.5酸雨淋溶后交换性钙的淋失量分别占原土的 50%～ 70%和 20%～ 40%,这表明酸雨淋洗会导致养分库的损耗,造成土壤养分贫瘠.     

模拟酸雨对土壤有效磷衰减的影响

采用pH3．0和pH4．5的2种模拟酸雨与对照pH6．0的雨水， 湿润培育加磷后的土壤（2种红壤和1种水稻土）。试验结果表明，土壤中的有效磷的衰减在快反应阶段呈直线下降，而在慢反应阶段缓慢下降。快反应阶段持续时间约3－6h，随模拟降雨的p H值不同而不同，pH值愈低，持续时间愈短。与对照相比，模拟酸雨对有效磷衰减产生较大影响，模拟酸雨pH值愈低，有效磷衰减得愈快，尤其在快反应阶段影响更为明显；在慢反应阶段，随着时间的延续，影响逐渐变小。模拟酸雨对有效磷衰减的影响因土壤类型不同而不同，表现为红壤大于水稻土。酸雨加快土 壤有效磷的衰减，其主要原因是酸雨作用导致活性铝的大量释放，增加了磷的活性吸附点位，从而增加了对磷酸根离子配位吸附。     

酸雨淋溶下MICP固化铅污染土的淋滤特性研究

酸雨可与MICP矿化作用过程中生成的碳酸盐反应,破坏材料的结构强度,使被固定的重金属离子再次释放,但该技术在酸雨环境下的研究较少,耐酸腐蚀性尚不明确,因此对酸雨入渗作用下MICP固化重金属污染土的淋滤特性的研究具有现实意义。本文设计了pH值为3.5、4.5、5.6的3种典型的酸雨条件,用pH值为7.5的去离子水作对照,通过土柱淋滤的方法对MICP固化粉土进行了实验研究,分析不同酸雨pH值对MICP固化铅污染土样的强度、pH值、Pb²⁺、Ca²⁺淋出量及Pb²⁺赋存形态的影响。结果表明：随酸液pH值降低,MICP固化试样的强度降低,淋出液pH值降低,Pb²⁺、Ca²⁺淋出量增加,固化试样中可交换态的Pb²⁺增加,当pH值为5.6时,试样受酸雨影响较小,pH值降为3.5时,试样变化显著。     

酸雨水化学损伤加剧粉砂质泥岩崩解机制研究

酸雨区泥质岩崩解相对于非酸雨区显著增强,但其机制尚有待进一步研究。以酸雨条件下水化学损伤的形成及其发展特性入手,选取典型酸雨区攀枝花市机场滑坡粉砂质泥岩,进行不同pH值条件下（pH=7、5、3）的耐崩解性试验。通过测定试验后崩解液离子成分变化、观察酸雨作用前后粉砂质泥岩薄片镜下特征、分析试样崩解破坏模式,探究酸雨水化学损伤加剧粉砂质泥岩崩解的细观机制;引入比表面积增量指标表征崩解残留物破碎程度,定量评价酸雨水化学损伤对粉砂质泥岩崩解的加剧效果。研究结果认为,粉砂质泥岩酸雨水化学损伤主要源于特定矿物的溶蚀,为其崩解劣化提供额外路径;随着崩解液pH值降低,粉砂质泥岩水化学损伤增强,崩解路径增多,崩解破坏模式发生转化,崩解残留物愈发破碎;采用比表面积增量指标可良好反映崩解残留物的破碎程度,崩解残留物愈破碎,比表面积增量指标值越大,粉砂质泥岩崩解程度越高。结论可为酸雨地区岩土体工程性质评价及加固设计提供理论参考。     

石灰土盐基离子迁移对模拟酸雨的响应

为揭示酸雨条件下石灰土盐基离子迁移特征及其缓冲性能,对石灰土进行了室内模拟酸雨淋溶试验,探讨酸雨酸度、土层厚度、土表覆被对石灰土酸化/石灰土抗酸性以及盐基离子迁移的影响。结果表明:（1）在pH=3.5、4.5、5.5的酸雨淋溶下,石灰土盐基离子迁移量差异不显著,对酸雨具有极强的缓冲能力。期间,Ca2+与Mg2+释放呈显著线性相关。（2）土壤厚度对石灰土抗酸性有极显著影响,土壤越厚,对酸雨的抗性越大,反之越小。（3）土厚比1∶2.5∶5的石灰土盐基离子淋失状况为K+淋失量1∶1.43∶2.06,Ca2+淋失量为1∶1.63∶3.13,Mg2+淋失量为1∶1.64∶3.15,表明土厚的增加能大大降低酸雨对盐基的淋溶。（4）石灰土土表覆盖不同,其盐基离子迁移淋溶量差异明显,但并不对土壤酸化效应产生显著影响。      

宜兴地区土壤pH值的分布特征及时空变化

对宜兴地区2004、2009和2015年的土壤地球化学调查数据进行分析,土壤pH值变化于3.53~8.86之间,其中酸性和强酸性土壤主要分布在低山丘陵砂岩地层分布区,微碱性土壤主要分布在石灰岩地层分布区,平原区土壤以微酸性为主,反映了成土母质、地形地貌对土壤pH值的影响。对比研究表明,过去6年间宜兴地区有49.77%的土地pH值处在下降之中,有23.53%的土地pH值处在上升之中,只有26.70%的土地pH值基本没有变化。由于工业化发展对环境的改变,本区土壤酸化受酸雨沉降影响明显。在成土作用、酸雨沉降、农耕等多因素的长期影响下,平原区表层土壤要比底层土壤pH值低1.2左右,表层土壤酸化主要发生在耕作层,深度在30 cm左右,底层土壤基本为中性。总体来看,宜兴地区10多年来表层土壤呈酸化趋势,如果没有相应的措施,继续下降的可能性很大。     

酸性环境下类砂岩材料物理性质的试验研究

采用酸性环境下的加速试验方法,研究了不同时段类砂岩材料-砂浆的物理性质,测试了试样的波速,监测了溶液中H+、Ca2+浓度变化,发现在不同腐蚀阶段砂浆表现出来的物理性质相差较大,其反应过程具有阶段性和Ca2+离子溶出具有滞后性的特点。同时,对不同尺寸试样受酸腐蚀的影响程度进行了对比分析,为酸雨地区岩石和混凝土性质的研究提供了可借鉴的思路。     

冻融与酸雨侵蚀共同作用下混凝土损伤分析

进行了快速冻融和酸雨侵蚀作用下的混凝土室内模拟试验, 研究了冻融和酸雨侵蚀作用下混凝土的质量损失和相对动弹性模量变化规律. 试验结果表明, 混凝土在冻融-酸雨复合环境下的损伤大于冻融作用下的损伤. 通过分析研究, 建立了冻融循环和酸雨侵蚀共同作用下不同水胶比混凝土的质量损失与冻融循环次数的函数关系及冻融与酸雨腐蚀共同作用下混凝土损伤演化方程, 为冻融环境混凝土结构耐久性设计与评估奠定了基础.     

Effect of simulated acid rain on soil acidification and rare earth elements leaching loss in soils of rare earth mining area in southern Jiangxi Province of China

Acid rain has long been a great concern because of environmental and ecological problems; however, the effect of acid rain on soil acidification, loss of rare earth elements (REEs) via the leaching process, and transformation are rarely reported in rare earth mining areas. Through a simulated acid rain leaching experience, the effect of acid rain was studied on soil acidification and REEs leaching loss. The results showed that the tested soil had certain buffering capacity against nearly neutral rainwater. However, simulated acid rain of low and very low pH (pH ≤ 3.5) had a greater impact on soil acidification. After eluviating by simulated acid rain of pH 3.5 for 36 h, the pH of tailings, garden soil, paddy soil, and alluvial soil decreased by 20.41, 32.03, 13.60, 16.88, and 15.83 %, respectively, from the original values. For simulated acid rain of pH 2.5, it was 31.89, 44.76, 31.26, 29.87, and 29.15 %, respectively. After simulated acid rain eluviations of low and very low pH (pH ≤ 3.5), the order of the leaching rate of REEs in the tested soil was as follows: garden soil > tailings > paddy soil > alluvial soil. For nearly neutral rainwater (pH 4.5 simulated acid rain and pH 5.6 deionized water), the order was tailings > garden soil > paddy soil > alluvial soil. For simulated acid rain of the same pH, the leaching amounts of REEs in tailings and garden soil were higher than those in paddy soil and alluvial soil. After leaching by low and very low pH-simulated acid rain (pH ≤ 3.5), the peak value of the leaching amount of REEs in all tested soil appeared at 2 h, and then gradually reduced and reached a stable leaching state 20 h after leaching. On leaching by simulated acid rain of pH 2.5, the maximum REEs contents of leachate in tailings, garden soil, paddy soil, and alluvial soil were 156.35, 145.82, 99.88, and 85.97 mg/L, respectively. For pH 3.5 of simulated acid rain, it was 130.49, 110.49, 80.57, and 62.73 mg/L, respectively. On leaching by simulated acid rain of pH 4.5, the maximum contents of REEs in the leachate were 53.46 and 29.82 mg/L, respectively, which were observed after leaching for 6 h in tailings and garden soil that became stable 12 h after leaching. The contents of leached REEs in paddy soil and alluvial soil were always in a lower and stable state. After eluviations with deionized water of pH 5.6, the contents of leached REEs in other soils were lower, except for the slight fluctuations in tailings. The maximum content in the leachate of REEs was in the water-soluble and exchangeable fraction. When bound to carbonate fractions, REEs were not detected in the leachate. REEs bound to iron-manganese (Fe–Mn) oxides fraction and to organic matter fraction in the leachate possibly came from the tested soil or from the REEs transformation during the migration process. The content of residual fraction REEs in the leachate was very low.     

半干旱雨养农业区灌浆期模拟酸雨对春小麦叶片光合特性及产量的影响

为探明酸雨对春小麦光合特性及产量的影响,用pH为1.5、2.5、3.5、4.5和5.6的模拟酸雨在春小麦灌浆期对其进行喷淋,然后测定不同pH模拟酸雨处理后春小麦叶片的光合参数与春小麦产量。研究结果表明:①随着酸雨pH的下降,春小麦叶片净光合速率下降了9.61%~61.50%,气孔导度下降了7.03%~57.46%,蒸腾速率下降了3.70%~55.44%,胞间CO2浓度上升了27.91%~43.74%,叶绿素相对含量下降了12.12%~41.92%,产量下降了15.50%~37.05%。酸雨对春小麦叶片光合特性的影响随酸雨的氢离子浓度增大而愈显著。②酸雨pH与净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、叶绿素相对含量及春小麦最终产量均呈极显著正相关,与胞间CO2浓度呈显著负相关。     

氨基膨润土对铜镍镉污染土壤的钝化修复研究

采集土壤,加入铜、镍和镉制成重金属污染土壤。以四乙烯五胺改性膨润土和膨润土原土作为修复剂,通过模拟酸雨和混合提取剂提取有效态重金属,评价膨润土和氨基膨润土对土壤中铜、镍、镉的钝化效果。结果表明:p H=3. 5的模拟酸雨对各污染土壤中重金属离子的提取率均在0. 1%以下。混合提取剂对污染土壤中有效态金属的提取能力比模拟酸雨强很多。添加膨润土原土和氨基膨润土均能钝化土壤中的铜、镍和镉,氨基膨润土上嫁接的氨基对金属有络合作用,因而比膨润土原土对铜、镍和镉具有更强的钝化能力。综合评价表明氨基膨润土是一种对铜、镍和镉污染土壤具有应用前景的钝化修复材料。     

高强度模拟酸雨量对珠三角地区潮土中重金属元素释放的影响

采用平均离子强度下30年雨量的模拟酸雨淋滤珠江三角洲潮土,电感耦合等离子体质谱法测定重金属元素,研究潮土0~90 cm处各节土壤柱中重金属镉、钴、铜、锌、铅、砷、钛、钒、铬、锰等元素的释放情况。研究表明,在高强度模拟酸雨淋滤下,潮土中重金属元素的释放情况存在较大差异。长期的酸雨淋滤,土壤中的镉、钴、铜、锌和铅在不同深度均有不同程度的淋失;砷、钛、钒、铬、锰等元素不会造成大量的淋失。利用这种差异可以评估重金属元素对环境的潜在影响,为农田生态系统的预警预测提供依据。     

辉长岩质边坡酸雨致滑机理试验研究

酸雨作为一种常见自然灾害,不但会对环境产生污染和破坏,也会引起岩土体的失稳破坏如边坡垮塌等,学者们对后者的研究较少。酸雨区基性/超基性岩质边坡失稳现象常见,但结合酸雨影响的失稳机理尚有待研究。本文以典型酸雨区雅安境内一辉长岩边坡为例,首先设计了岩石酸雨化学风化模拟实验,开展了不同贯通度和酸雨作用历时的辉长岩结构面酸蚀作用研究;通过岩体结构面直接剪切试验及边坡稳定性计算对比分析了不同酸雨作用历时条件下的边坡滑动稳定性,论证了酸雨作用对边坡稳定性的显著弱化作用。通过对酸雨作用前后试样的X衍射测试（XRD）、偏光显微镜薄片观察、扫描电子显微镜测试（SEM）提出了酸雨显著弱化边坡稳定性的内在原因,认为辉长岩边坡酸雨弱化机理主要体现在两个方面:岩石中的链状硅酸盐矿物（辉石）和架状硅酸盐矿物（基性斜长石）酸蚀为层状硅酸盐矿物（绿泥石、伊利石及高岭石）,显著降低结构面抗剪强度;可溶盐及部分黏土矿物逐渐被酸雨溶解携运流失,结构面上逐渐发育裂隙,使潜在滑面有效抗剪面积减小。研究成果可为酸雨地区的岩土体稳定性分析评价及加固工程设计提供参考     

模拟酸雨及施磷对水稻土中铅的淋溶特性影响

采用pH=3.0、pH=4.5与对照pH=5.6的3种模拟酸雨淋溶土柱的方法,研究酸雨及含磷酸雨淋溶下合肥市郊水稻土中铅的释放特征与规律。结果表明:经过相当于1 980 mm降水量的淋溶后,铅释放量总体上表现为随着酸雨强度增加累积淋溶量也增加的现象。酸雨作用下,施磷量越多土壤中铅的淋失总量越大。在酸雨及施磷条件下,大兴地区黄褐土中Pb较义城地区水稻土中易于淋失。     

酸雨条件下成都平原黄壤镉的等温吸附模型研究

采用人工模拟酸雨方法,配制含主要阴、阳离子及一定范围pH值的母液,选取成都市近郊典型农业土壤黄壤,研究黄壤在自然条件下镉的静态吸附;探究黄壤对镉的吸附特征,确定酸雨中影响黄壤镉吸附行为的关键因素及影响程度,建立黄壤对镉的等温吸附曲线,讨论酸雨条件下影响黄壤镉分配系数的关键因素;采用Henry模型拟合等温吸附曲线。结果表明,在实验设定的浓度范围内,该模型相关系数均达显著,能较好地描述镉在黄壤中的吸附过程。     

红壤酸化过程中铁铝氧化物矿物形态变化及其环境意义

铁铝矿物对土壤中有机质的稳定保持具有十分重要的作用。酸化作用的研究表明,随着浸泡时间的增加,红壤中铁铝总量降低,铝溶蚀较严重;红壤中铁铝氧化物的矿物形态变化表现为:游离态晶质铁铝氧化物大量溶出,而无定形和络合态变化不大。酸性条件下有机质溶出显著,说明除了可能发生水解作用外,游离态铁铝的溶出也起着关键性作用。此外,SEM观察也表明酸化作用引起了土壤团聚体结构的破坏。