污染泥堆场处置中自重固结与污染物迁移的耦合分析

基于一维固结方程和对流-弥散方程,提出了一种用于污染泥堆场处置中自重固结与污染物迁移耦合问题的求解方法,其中,自重固结方程由解析解直接求解,污染物迁移方程由显示差分法求解。在自重固结方面,新方法可考虑线性的压缩关系和渗透关系;在污染物迁移方面,新方法能够考虑对流、扩散、机械弥散、线性和非线性吸附以及孔隙率相依的有效扩散系数。新方法与CST1数值模型进行了对比,验证了新方法的正确性。基于所提出的解,分析了固结效应、压缩系数、渗透系数和污染物初始分布形式对污染物在淤泥中迁移过程的影响。计算结果表明:固结效应、压缩性、渗透性和污染物的初始分布形式对污染物的迁移过程有着显著的影响;固结效应能显著地加速污染物的流出;土体的压缩系数越大其污染物累计流出质量越大;土体的渗透系数越大其污染物累计流出质量越大;污染物的初始分布形式对污染物的流出速率影响较大。     

高层建筑荷载引发地面沉降与隆起变形三维数值模拟

针对地下水埋深较浅地区,由高层建筑荷载引起的土体变形问题,以比奥固结理论为基础,结合土体非线性流变理论,将土体本构关系推广到黏弹塑性;同时考虑土体力学参数及水力参数的动态变化关系,建立了高层建筑荷载引发地面沉降与隆起变形的三维有限元数值模型,详细研究了高层建筑荷载影响下的土体变形特征及此过程中土体力学参数及水力学参数的变化特征。结果表明：由高层建筑荷载引起的地面沉降呈现漏斗状,以建筑物中心为漏斗中心,高层建筑荷载施加初期,高层建筑周围出现隆起,到达最大值后隆起逐渐消失;高层建筑底部浅层土体孔隙度、渗透系数及泊松比均呈现缓慢减小趋势,弹性模量呈现缓慢增大趋势;而高层建筑周围浅层土体的孔隙度、渗透系数及泊松比呈现先增大后减小的变化趋势,弹性模量则呈现先减小后增大的变化趋势;高层建筑影响区域浅部土体参数的变化趋势与土体的回弹及压缩有关。     

地下水溶质运移数值模拟模型参数的局部灵敏度研究

采用局部灵敏度分析方法计算天津市滨海新区南港工业区内某研究区含水层渗透系数、降水入渗补给系数、纵向弥散度、孔隙度对地下水溶质运移数值模拟模型模拟结果的影响。结果表明,含水层渗透系数、纵向弥散度及孔隙度灵敏度较高,对模拟结果影响较大,降水入渗补给系数对模拟结果影响很小。三个灵敏参数的灵敏度排序为孔隙度>纵向弥散度>渗透系数。     

污染场地六价铬迁移转化机制与数值模拟研究

随着全球工业化迅猛发展,土壤和地下水六价铬污染日益严重。基于某铁合金厂铬渣场地现场调查与采样分析,开展铬渣场地土样吸附、渗透和弥散试验,研究六价铬在粉质黏土土样中的吸附特性和迁移规律,建立考虑对流-弥散-吸附的六价铬迁移三维动力学模型,结合数值软件获取污染源位于场地上、下游时地下水中六价铬迁移分布特征,并揭示弥散度?和分配系数 对六价铬时空分布的影响。试验结果表明,粉质黏土对六价铬吸附符合Langmuir等温吸附模型,最大吸附量为466.6 mg/kg;蒸馏水和160 mg/L 六价铬溶液入渗下粉质黏土渗透系数约为6.5×10–7～6.7×10–7 cm/s,1 000 mg/L六价铬溶液的渗透系数增大至4.4×10–6 cm/s;粉质黏土水动力弥散系数D为1.4×10–4 m2/d,计算得到阻滞因子 为4.2～10。数值模拟结果表明,场地下游受到六价铬污染时,即使不考虑分子扩散作用,上游仍有被污染的风险,污染程度取决于含水层的弥散度;考虑含水层对六价铬吸附时,土体分配系数越大,六价铬污染羽分布范围越小,在预测地下水中六价铬浓度分布时应重点考虑六价铬吸附等转化过程。     

山东淄博市大武水源地裂隙岩溶水中污染物运移的数值研究

在分析研究淄博市大武水源地裂隙岩溶含水层的水力性质和污染物运移特征的基础上 ,对裂隙岩溶水的水头和污染物运移进行数值研究。目前国内外对裂隙岩溶水进行数值计算时 ,通常用等价多孔介质模型 ,但裂隙岩溶介质和多孔介质有很大不同。裂隙岩溶介质的储水和导水空间为裂隙网络 ,导水系数大 ,地下水的实际平均流速比孔隙水大得多 ,但给水度和贮水系数小。当用等价多孔介质模型进行模拟时应考虑这些特点。对于污染物运移的模拟 ,要同时求解水头方程和对流弥散方程 ,可采用MODFLOW和MT3D软件进行模拟。研究区裂隙岩溶水水头的数值计算表明 ,等效多孔介质模型水头的拟合误差能满足国标GB/T144 97- 93的要求。各时段地下水水量均衡计算的精度也满足要求。对流弥散方程的数值计算 ,由于Peclet数高达 95 .6 7,对流占绝对优势 ,可能存在数值弥散和数值振荡 ,因而采用多种方法进行了比较。对于同一问题 ,同时采用上游有限差分法 (UFDM) ,混合的欧拉拉格朗日方法 (特征线法MOC、改进特征线法MMOC和混合特征线法HMOC) ,总变异消减法(TVD)进行计算 ,并比较其结果。结果表明 ,混合特征线法 (HMOC)和总变异消减法 (TVD)比较适合于对流占优势的运移问题计算。由于渗透系数K和有效孔隙度θ对溶质运移结果的影响很大 ,?     

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。     

大变形黏土防渗层中的污染物迁移和转化规律研究

国内湖泊疏浚污染底泥堆场一般以较厚的黏土层作为主要防渗层,由于在上覆底泥作用下黏土层会发生较大的固结变形,因此,在研究黏土防渗层中的污染物运移和转化规律时,应该考虑土体变形的影响。基于Gibson一维大变形固结理论和饱和多孔介质中的污染物对流扩散方程,建立了二者耦合的可变形多孔介质中污染物的运移和转化模型,其中首次考虑了土体自重和生物降解作用的影响。利用所建立模型的数值解,研究了在可变形黏土防渗层中的污染物运移和转化规律,同时分析了模型中不同项和主要参数的作用和影响。研究结果表明,土体大变形对黏土防渗层中污染物的运移有着较复杂的影响,一方面土体变形会加速污染物的运移;另一方面土体固结带来的渗透性减小会增加污染物的穿透时间,二者的不同作用取决于众多的影响因素,如土层厚度和吸附作用等。研究结果对于评估天然黏土防渗层对污染物的阻隔作用有重要的指导意义。     

渗透系数升尺度对非均质含水层溶质迁移影响研究

区域非均质含水层地下水污染物迁移模拟中尺度选择十分关键。以下辽河平原浑河洪积扇为例,依据钻孔资料用T-PROGS软件生成非均质渗透系数场,以此模拟污染物在三维非均质含水层中不同离散网格尺寸以及不同迁移模型条件下的迁移情况,结果表明不同迁移模型条件下网格尺寸大小对污染物迁移的影响较大,双域模型条件下污染物浓度穿透曲线出现明显的"拖尾"现象,穿透曲线"拖尾"转折点浓度与模型参数有关。在近源处网格尺寸的变化对双域模型的影响大于对对流—弥散模型的影响。     

波浪作用下考虑海床变形影响的溶质运移数值模拟

波浪会促进海水中溶质向海底沉积物运移,但已有研究大多未考虑海床（海底沉积物）变形效应的影响。为揭示波浪作用下海床土变形对溶质运移过程的影响机制,构建了考虑海床土变形影响的溶质运移计算模型,对波浪作用下溶质向砂质海底沉积物中的运移过程进行模拟。结果表明:海床土变形会增大孔隙水流速,进而增大溶质纵向水动力弥散系数,增强溶质运移的机械弥散作用,促进溶质向沉积物中运移;考虑海床变形时的溶质最大纵向水动力弥散系数可达不考虑海床变形时的8.5倍,约为分子扩散系数的545倍;海床土剪切模量越小,土体变形效应越明显,对溶质运移过程的影响越大;海床土饱和度的降低,会进一步加速波浪作用下溶质向海底沉积物的运移过程。     

稳定流场中饱和均质土壤盐分迁移的传递函数解

通过对淹灌条件下砂质壤土的盐水入渗试验,以传递函数模型作为数学模拟的工具,探讨了对流占优运移机制下土壤盐分的迁移特征,得到了盐分在45cm土层的迁移时间概率分布函数与迁移时间概率密度函数及土壤盐分平均孔隙流速和水动力弥散系数,进行了盐分出流过程的数学模拟,同时对描述稳定流场中土壤盐分对流迁移特征的有关参量进行了初步分析。     

基于Voxler平台的城市地质调查数据的 三维可视化

在计算机虚拟的三维环境下,可以更加直观、形象的展示地质模型,服务于工程建设、科学研究和决策支撑。Voxler平台具有强大的建模、分析和三维可视功能,可用来支撑"透明城市"的实现,但却鲜用该方面的应用研究。以丹阳市小城镇水工环地质综合调查项目为依托,采用Voxler平台中的计算、图形输出和通用模块,探索了该平台在城市地质调查数据三维可视化中的应用潜力。结果显示该软件在钻孔、地质界面、地质体和试验测试数据的可视化以及地上地下一体化建模方面,具有良好的应用效果。     

基于广义Hoek-Brown强度准则的岩质边坡稳定性分析

为了对带有垂直裂隙的岩质边坡进行稳定性分析,基于极限分析上限法,引入广义Hoek-brown准则对最危险滑移面上的旋转破坏机制和稳定性进行分析,利用拟静力法等手段计算地震力、水压力和均布荷载等不同条件下岩质边坡稳定性的变化,并将外荷载与在滑动面上耗散的能量的比值作为稳定系数,推导出了带有垂直裂隙的岩质边坡的稳定性分析上限解。案例的计算结果表明:基于广义Hoek-Brown强度准则的上限法计算出的结果较极限分析上限法保守,安全系数差距在10%左右;本方法对于有多条裂隙影响的边坡可以分别分析不同裂隙的前部所形成的潜在滑坡体的稳定性并进行对比以选取最危险的滑动块体进行分析。     

镍基和钠基蒙脱石的热处理对比研究

研究了钠基蒙脱石吸附Ni^2+后以及产物经过500℃热处理后的结构变化,采用了X射线荧光光谱术(XRF)、粉末X射线衍射术(XRD)、电子顺磁共振谱术(ESR)、傅里叶变换红外吸收光谱术(FTIR)以及拓展X射线吸收精细结构谱术(EXAFS)等分析手段测试了固体产物的特征,并利用电感耦合等离子体原子发射光谱术(ICP-AES)分析了吸附残余液的化学组成。吸附残余液的化学分析结果表明,溶液中Ni^2+的量显著降低,同时又检测到一定量的Na^+、Mg^2+等离子,且XRD结果也证实蒙脱石层间域发生Ni^2+的交换吸附。EXAFS和ESR的结果进一步表明吸附反应后Ni^2+以[Ni(H2O)6]^2+的形式存在于蒙脱石的层间域,样品经过500℃加热后产物的XRD和FTIR结果均显示出现类滑石相产物。     

波浪荷载下饱和粉土不排水动力特性试验研究

确保海床场地的动力稳定性是近海工程安全运行的前提。目前针对复杂应力路径对海域环境饱和粉土动力学行为特性的影响研究尚属少见。利用GDS空心圆柱扭剪仪,开展了轴向-扭转耦合循环加载的重塑饱和粉土不排水试验,模拟波浪的波幅大小和海床深度变化,以广义剪应变γg=5%为液化标准,研究了均等固结条件下循环应力路径(循环应力比CSR和循环加载幅值比δ)对饱和粉土不排水动力特性的影响。结果表明:CSR与δ值的大小对饱和粉土的超静孔压与变形发展特性影响显著,圆形应力路径(δ=1)循环加载时饱和粉土最易液化;当CSR≤0.050时,饱和粉土不会发生液化;当CSR≥0.065且δ=1时,饱和粉土会发生液化;CSR> 0.150时,粉土易发生液化。γg与孔压比ru的相关性受CSR与δ值大小的影响较小,且γg可表示以r_u为变量的正切函数。以等效循环应力比ESR作为表征复杂应力路径下动应力大小的指标,饱和粉土达到γg=5%所需的液化振次NL与施加的ESR值具有事实上的唯一性关系,ESR随NL的增大而减小。     

基于年最大抽样序列的暴雨频率估计值的修正研究

以江苏省为研究区,利用地区线性矩法和周文德频率转换关系式对年最大抽样序列估算的频率估计值进行修正,推求合理可靠的频率估计值。研究结果表明:基于气象成因和水文统计特性相结合的方法将研究区划分为5个水文气象一致区。通过蒙特卡罗模拟、均方根误差判断各一致区的最优分布;年最大抽样序列的最优分布以GEV为主,年超大抽样序列的最优分布以GPA为主。基于两个实测序列计算的频率估计值比值和基于年最大抽样与周文德转换后的年超大抽样计算的估计值比值进行比较,研究表明:周文德频率转换关系式适用于该研究区。在此基础上,对年最大抽样序列估计的频率估计值进行修正。站点的频率估计值分布特征表现为:随着重现期的增加而增加,不同重现期下的暴雨频率估计值空间分布趋势基本一致,从南向北渐增,暴雨中心分布在苏北的宿迁和连云港一带;站点的频率估计值与同频率的观测值吻合较好,相对误差较小、相关性很高。基于年最大抽样序列和周文德公式频率转换能够推求计算合理可靠的暴雨频率估计值。     

大洋与大陆板内典型EM1型玄武岩的成因联系和区别

前人基于大洋玄武岩的放射成因同位素组成定义了DMM、HIMU、EM1和EM2等地幔端元组分。然而,自"EM1"这一概念被提出以来,有关其成因的激烈争论持续不断,EM1因此被认为是最"神秘莫测"的地幔组分。对比研究大洋和大陆板内的EM1型玄武岩可为探讨EM1组分的属性和成因提供新的制约。本文总结了笔者最近针对典型EM1型玄武岩的研究进展,比较了南太平洋EM1型洋岛玄武岩(Pitcairn)和中国东北EM1型钾质玄武岩的元素和Mg-Sr-Nd-Pb-Hf同位素地球化学特征,阐述了这两类EM1型玄武岩在成因上的联系和区别。     

南京附近新近纪岩石地层若干问题探讨

通过南京附近新近纪砂砾层代表性剖面描述及对比,新近纪玄武岩的喷发期次及其与砂砾层的层序关系,着重讨论了新近纪砂砾层的岩石地层层序及不同时段砂砾层的岩性特征。建议建立大雨花台组（群）（N1-2y）来包含南京附近所有的新近纪砂砾层;建议该区新近纪玄武岩统一命名为方山（旋回）玄武岩。     

大息场组——黔东北思南奥陶系—志留系之交的一个新地层单元

黔东北思南鹦鹉溪大息场剖面出露奥陶系-志留系界线处的地层序列,该序列与周缘地区相比较,具有其岩相和生物相的特殊性,以此为据建立新地层单元--大息场组。大息场组实测厚度129.7 m,主体岩性由灰色和灰黄色薄层-中层细砂岩和粉砂岩组成,下部暗色粉砂岩中产出3层笔石,指示该组时限为凯迪期晚期到鲁丹期末期。大息场组的碎屑岩层之间不存在暴露海平面之上的标志,表明这里地处局限的凹陷带,此时黔中古陆以北发生的海退未波及至此。     

南京市生活垃圾处置场适宜性评价及环境地质问题

通过南京市生活垃圾处置场现状调查评价与选址课题研究,基本查明了南京市生活垃圾填埋的历史与现状、填埋量、填埋场分布;用层次分析法对正在使用的6个填埋场进行适宜性评价,有三分之二的填埋场地表水、地下水遭受不同程度的污染,尤其是轿子山垃圾填埋场的运营对南京东郊地下水源地影响较大。分析了导致污染的主要环境地质问题,对已污染填埋场的治理和未来填埋场的选址具有指导意义。     

水平荷载下桩身侧阻抗力矩的作用机制与计算模型研究

为探讨摩阻力增强效应影响下的水平受荷桩承载机制,建立了水平荷载作用下考虑增强效应影响的桩侧摩阻力τ-s曲线模型,并在此基础上推导了桩身单位长度侧阻抗力矩数值解。随后开展了桩径、临界位移、极限侧摩阻力等因素影响下Ms,ini/Msu,ini-θ/θref,ini无量纲化曲线规律分析。结合摩阻力增强效应理论进而分别建立了线弹性-塑性、双曲线、API规范砂土与黏土τ-s曲线模型作用下的桩身侧阻抗力矩简化理论解,并基于传递矩阵法原理,解得了考虑桩侧摩阻力作用时基桩水平承载力半解析解。通过多组验证工况和工程实例分析验证了所建立的侧阻抗力矩简化解以及考虑侧阻抗力矩影响的基桩水平承载力方法的正确性,同时也证明了摩阻力增强效应对基桩水平承载力的影响不能忽略,并得出如下结论:无试验数据参考时,砂土、黏土与桩接触面的刚度指数可分别取0.725和0.600;桩身侧阻抗力矩随着桩径、极限摩阻力的增加以及临界位移的减小而增加,其中桩径对侧阻抗力矩影响更为明显。