含NaCl和Na2SO4双组分盐渍土的水盐相变温度研究

盐渍土相变温度是判断土体中水分冻结与融化、盐分结晶与溶解的重要参数。不同盐分含量相变温度的差异,给盐渍土在降温过程中的水盐迁移过程及变形规律的模拟带来极大的不确定性。通过降温试验,研究了降温过程中氯盐和硫酸盐综合作用盐渍土中水盐相变温度的变化情况。结果表明：全盐量相同时,盐结晶温度随NaCl和Na₂SO₄比例的不同而不同。随NaCl的加入,在Na⁺同离子效应的影响下,Na₂SO₄更容易结晶,但土体的冰和芒硝共晶点温度下降,使得冰含量显著减少,从而降低了孔隙溶液中固相的产生比例,起到抑制Na₂SO₄盐渍土盐冻胀变形的作用。当土中只含Na₂SO₄盐时,随Na₂SO₄浓度的增加,冰和芒硝共晶点的温度先上升而后缓慢下降,二次相变前冰盐的累积量是导致冰和芒硝共晶点产生这种变化的主要原因。盐渍土三相共晶点温度随NaCl含量的增加呈现上升趋势,这是因为随着NaCl的加入,在发生三相共晶前,孔隙溶液发生相变的固相含量减少,从而使孔隙结构对三相共晶点的影响减小。此外,含有NaCl与Na₂SO₄双组分的盐渍土,水分和盐分可能以单固相、双固相以及三固相状态析出。研究结果可为深入认识盐渍土的相变规律及物理性质提供理论支撑。     

盐渍土与盐溶液冻结温度关系的试验研究

通过不同降温方式的冻结温度试验,明确了降温速率对土体冻结温度的影响,并采用快速降温方法,测定了不同含水率的三种天然氯（亚）盐渍土和黄土的冻结温度,以及不同浓度Na₂SO₄、NaCl溶液和由溶液配制的黄土的过冷温度和冻结温度,分析了降温速率、含水率、含盐量、盐类对土和溶液相变过程的影响。结果表明,快速降温得到的冻结温度值比缓慢降温得到的值偏低。当含水率低于盐渍土的塑限含水率时,水分是冻结温度的主要制约因素;当含水率大于土的塑限含水率时,天然盐渍土的含盐量对土的冻结温度起控制作用,Na₂SO₄含量控制含盐土的第一次相变,NaCl含量控制含盐土在低温下的第二次相变;低含盐量黄土含水率低于塑限含水率时,冻结温度随含水率增大而增大,但当含水率高于饱和含水率时,冻结温度随含水率变化不大。含Na₂SO₄的土和溶液的过冷温度变化规律与冻结温度变化规律类似,且其温度差值较小,通过Na₂SO₄溶液的冻结温度试验,可近似得到同浓度下含水率为16%只含Na₂SO₄黄土的冻结温度。     

敦煌莫高窟玉门组砂砾岩风化特征研究

风化是引起莫高窟围岩（砂砾岩）破坏的一种重要病害,严重影响莫高窟的长期保存。为研究莫高窟玉门组砂砾岩的风化特征,选取莫高窟南侧一处崖体为试验点,采用逐层剥离的方法,分别在距崖体侧表面0cm、3cm、5cm、8cm及10cm深度处进行现场声波测试、回弹测试并取样进行X-射线衍射试验和易溶盐试验。试验结果表明:莫高窟围岩在风化作用下强度降低,现场声波测试和回弹测试结果均随着开挖深度的增加而不断升高;砂砾岩胶结物的主要矿物为石英、方解石、长石、白云石、石膏等,主要黏土矿物是绿泥石;其可溶盐主要包括Na₂SO₄、NaCl、CaSO₄等。同时结合气象数据及试验结果,分析了影响岩体风化的主要因素,初步讨论了岩体的风化机理,包括:（1）温度应力引起岩体结构破坏和裂隙发育;（2）胶结物中的主要矿物方解石易于发生水化作用,转化成易溶的Ca（HCO₃）₂,发生迁移,破坏岩体的胶结结构;（3）盐风化也是岩体风化的一个重要方式,Na₂SO₄、CaSO₄等可溶盐在水汽作用下发生溶解、结晶及水合作用,体积膨胀,对孔隙壁产生较大压力,致使岩体颗粒之间联结减弱,结构破坏,裂隙发育。     

盐湖的普查、勘探和储量计算

在苏联,从盐湖中,开采自行沉积岩,从岩池中开采食盐（NaCl）,其中还有硫酸鈉-芒硝（Na₂SO₄·10H₂O）,无水芒硝（Na₂SO₄）,天然碳酸鈉（Na₂CO₃·6H₂O）,石膏,水石盐（NaCl·2H₂O）,泻利盐（MgSO₄·7H₂O）,白鈉鎂矾（Na₂SO₄·MgSO₄·4H₂O）。在克里木的薩基湖曾經专門开辟了盐池,把原生滷水引过来蒸晒,使其浓縮为光滷石(KCI·Mg（Cl₂·6H₂O）,并且作了試驗想从中采取鉀盐;后来发現这样作在經济上很不合算,因为苏联已有了世界上最富的鉀盐矿床,自盐湖的原生滷水中还开采溴酸盐并試图提取硼和鋰。     

Raman Micro-Spectroscopic Study of Sulfate Ion in the System Na2SO4 – H2O

This work aims to quantify sulfate ion concentrations in the system Na₂SO₄-H₂O using Raman micro-spectroscopy.Raman spectra of sodium sulfate solutions with known concentrations were collected at ambient temperature（293 K） and in the 500 cm^₁-4000 cm^-1 spectral region.The results indicate that the intensity of the SO₄^2- band increases with increasing concentrations of sulfate ion.A linear correlation was found between the concentration of SO₄^2-（c） and parameter I₁,which represents the ratio of the area of the SO₄^2- band to that of the O-H stretching band of water（A_s/A_w）:I₁=-0.00102+0.01538 c.Furthermore,we deconvoluted the O-H stretching band of water(2800 cm^-1-3800 cm^-1) at 3232 and 3430 cm^-1 into two sub-Gaussian bands,and then defined Raman intensity of the two sub-bands as A_Bi(3232 cm^-1) and A_B2(3430 cm^-1),defined the full width of half maximum（FWHM） of the two sub-bands as W_B1(3232 cm^-1) and W_B2(3430 cm^-1).A linear correlation between the concentration of SO₄^2-（c） and parameter I₂,which represents the ratio of Raman intensity of SO₄^2-（A_s）(in 981 cm^-1) to(A_B1+A_B2),was also established:I₂=-0.0111+0.3653 c.However,no correlations were found between concentration of SO₄^2-（c） and FWHM ratios,which includes the ratio of FWHM of SO₄^2-（W_s） to W_B1 W_B2 and W_B1+B2(the sum of W_B1 and W_B2),suggesting that FWHM is not suitable for quantitative studies of sulfate solutions with Raman spectroscopy.A comparison of Raman spectroscopic studies of mixed Na₂SO₄ and NaCI solutions with a constant SO₄^2- concentration and variable CI^- concentrations suggest that the I\ parameter is affected by CI^-,whereas the I₂ parameter was not.Therefore,even if the solution is not purely Na₂SO₄-H₂O,SO₄^2- concentrations can still be calculated from the Raman spectra if the H₂O band is deconvoluted into two sub-bands,making this method potentially applicable to analysis of natural fluid inclusions.     

柴达木黑北凹地早更新世新型砂砾层卤水水化学特征与成因

柴达木黑北凹地深部砂砾石层内的承压水是近期在柴达木西部新发现的规模巨大的孔隙卤水,水位埋深8~24 m,接近地表;富水性中等偏强;矿化度较高,KCl含量达到可开发利用的要求,井采时不易结盐,可作为后续开发钾盐的备选区域.离子统计分析结果显示,TDS、Cl-、Na+、Cs+、B₂O₃、Ca2+、Mg2+、Sr+、NO₃-、Rb+在卤水中的浓度变化幅度小,分布较均匀;SO₄2-的变化幅度大,分布极不均匀;Br-、I-、Li+、K+变化幅度和均匀程度介于二者之间;Na+、Cl-、Ca2+、Sr2+、TDS呈正态负偏高峰态,K+、SO₄2-、Li+呈非正态正偏高峰态.成分聚类分析图中,K+、SO₄2-、Li+首先聚为一亚类,Cl-、TDS、Na+聚为一亚类.从离子含量变化曲线图中可以看到,该孔隙卤水从东至西,Na+、Cl-含量和变化趋势相同,且它们与TDS、B₂O₃的变化趋势相同.K+、SO₄2-、Mg2+三种组分含量较一致,变化趋势相同,且同时与Li+的变化趋势相同.孔隙卤水钠氯系数C_Na/C_Cl值为0.85~0.96,溴氯系数为0.01~0.34,与盐岩溶滤卤水接近.在Na+、K+、Mg2+//Cl--H₂O四元体系和Na+、K+、Mg2+//Cl-、SO₄2--H₂O五元体系25 ℃介稳相图中反映出2种析盐规律,一种为硫酸镁亚型,另一种是氯化物型.其形成可能与化学沉积层中高矿化度晶间卤水与砂砾石层中原始孔隙(淡)水相互作用有关.      

河南省永城市浅层地下水化学特征及形成机制

地下水是河南省永城市重要的供水水源,浅层地下水水质污染严重制约了该市经济发展和居民生活质量的提高.在实地调查采样分析的基础上,运用水化学图解法、数理统计法、地球化学模拟法等方法综合分析了永城市浅层地下水的水化学特征和形成机制,探讨了该市浅层地下水污染来源和主要影响因素.结果表明:随含水介质和人类活动影响强度的变化,浅层地下水中K+、Ca2+、NO₃-、Cl-、SO₄2-的浓度和COD（chemical oxygen demand）随深度增加而减少,而Na+、F-、Mg2+、HCO₃-的浓度和TDS（total dissolved solids）随深度增加而上升.在煤矿区及煤化工区浅层地下水中SO₄2-浓度大于250 mg/L,远远高于其他区域的SO₄2-浓度,而在农业区浅层地下水中NO₃-浓度大于30 mg/L,远远高于其他区域的NO₃-浓度.综合分析表明:煤矿及其化工业废水和生活污水排放、过量使用化肥农药是永城市浅层地下水污染的主要因素.      

全新世安固里淖易溶盐沉积及其环境意义

内陆湖泊沉积物的易溶盐含量与湖水化学组成密切相关，因此通过测试沉积物钻心的易溶盐含量可以重建古湖水化学演化过程。在安固里淖湖心区钻取沉积剖面，以1cm为间隔分样，测试剖面八大离子的含量（即K+、Na+、Ca₂+、Mg2+、CO₃₂-、HCO₃-、Cl-和SO₄₂-）和其他有关的地球化学特征，并且对各项离子含量进行相关分析，得到剖面易溶盐组成变化曲线和和易溶盐指标变化曲线。根据易溶盐曲线变化情况，结合钻心纹层纪年得到的的纹层年代，将安固里淖8507aB.P.以来的湖水化学演化过程分为以下几个阶段：8507~7600aB.P.，湖水化学类型为Na+-Cl- 型，盐度较高；7600~4724aB.P.，湖水化学类型为Na+-Cl--SO₄₂- 型，盐度最高；4724~3057aB.P., 湖水化学类型为Na+-Cl- 型，3057~574a B.P湖水化学类型为Na+-CO₃₂--HCO₃-，盐度较低；574aB.P.以来湖水化学类型为Na+-Cl- 型，盐度较低但是呈现快速增加趋势。同钻心的粒度分析结果相比较，易溶盐变化曲线的转折早于粒度变化曲线，反映易溶盐沉积对气候变化的反应比粒度特征更敏感，是一个较好的反映气候变化的替代性指标，有待于推广应用。     

离子色谱法测定环境水中阴离子

建立了测定环境水中阴离子的方法.以1.8 mmol/L Na₂CO₃和1.7 mmol/L NaHCO₃为淋洗液,36 mmol/L的H₂SO₄为微膜抑制器的再生液,用Pac AS-14A阴离子分离柱,一次进样10 μL,8 min内检测出7种阴离子.详细讨论了色谱的工作条件及其影响因素.该方法简便、快速、准确度高,能够满足环境水样中阴离子的分析要求.     

柴达木盆地别勒滩杂卤石矿床特征及其沉积环境研究

别勒滩是青海察尔汗盐湖固体钾矿的主要分布区段,也是企业固转液开采和生产钾盐的主要矿区,该区段分布着大面积的杂卤石矿(K₂Ca₂Mg[SO₄]₄2H₂O)。文章利用2022年察尔汗盐湖储量核查项目获得的岩芯样品和钻孔资料,通过系统的分析测试,开展别勒滩杂卤石成矿特征及沉积环境研究。文章首次查明别勒滩区段杂卤石矿床分布面积超过150 km²,平均厚度0.8 m,w(K₂SO₄)平均大于5%,计算获得K₂SO₄资源量2089.79×10⁴t。研究认为,别勒滩杂卤石形成于钾石盐、光卤石析出阶段的高浓缩盐湖相沉积环境,周期性淡化带入的大量Ca²⁺和SO₄^2-与卤水中含量较高的K⁺、Mg²⁺离子反应形成了杂卤石矿层。别勒滩杂卤石矿层具有较好渗透性和给水...     

注浆工程扰动下煤系砂岩含水层水岩作用机理——以桃园煤矿为例

煤系砂岩裂隙水是煤矿重要的充水水源之一,以淮北煤田桃园煤矿二叠纪煤系为研究对象,在分析该矿水害注浆治理以来煤系水水化学特征的基础上,阐明了地下水水文地球化学作用机理及其控制因素。结果表明:注浆治理期间,煤系水中主要阳离子为Na+,主要阴离子为SO₄2-;阳离子质量浓度由大到小为Na+、Ca2+、Mg2+,阴离子质量浓度由大到小为SO₄2-、HCO₃-、Cl-;通过Durov水化学图分析,注浆治理期间煤系水化学类型以Na-SO₄和Na-HCO₃为主;煤系水中存在黄铁矿氧化或碳酸盐、硫酸盐溶解作用,并伴随着一定程度的阳离子交换作用与脱硫酸作用,特别是在注浆治理工程实施期间,阳离子交换作用增强;大型突水、注浆治理防治水工程、地质构造背景及采矿活动等均不同程度地影响了煤系水水岩作用,且随注浆治理范围增大,影响程度增大。该研究成果对于煤矿涌（突）水水源识别及水害防治具有重要意义,为类似条件下的其他煤矿（区）在突水或注浆治理扰动下的地下水水文地球化学研究及应用提供参考。      

沉积相变迁对内陆湖泊沉积易溶盐作为古环境指标的影响--以西宁盆地为例

获取合适的气候变化代用指标,检验其在更长时间尺度内应用的有效性对于利用我国西部内陆湖盆沉积反映新生代以来大陆气候变化具有重要意义。易溶盐含量作为一种反映环境变化的代用指标,在沉积相稳定的内陆湖泊沉积物研究中已获得广泛应用。对于存在沉积相变迁的古湖盆沉积物,其适用性需要进行考虑。本文对西宁盆地谢家剖面的一套年代为始新世到中新世的内陆湖相泥岩/石膏沉积进行研究发现,石膏层和泥岩层分别对应于Ca2+、SO2-₄和Sr2+的高值和低值变化。石膏层广泛分布的剖面下部 Ca2+、SO2-₄和Sr2+含量较高,Na+和Cl-含量较低,而石膏层逐渐消失的剖面上部Ca2+、SO2-₄和Sr2+整体含量降低,Na+和Cl-含量略有升高。沉积相分析表明红色泥岩层和石膏层分别对应于冲积扇远端和干盐湖化学沉积,剖面下部石膏层和红色泥岩层交替到上部以红色泥岩层为主的岩相变化反映了区域范围上的干旱化进程。谢家剖面易溶盐含量强烈受控于上述沉积相变迁所决定的岩性变化,并清晰揭示出发生在约33 Ma的巨大干旱化事件。因此对于存在沉积相变迁的古湖盆沉积物,易溶盐含量分析不但要考虑内陆湖泊浓缩演化过程中溶解度控制的碳酸盐-硫酸盐-卤化物相继发生的沉淀序列,还需考虑易溶盐在不同沉积相中的赋存迁移规律以及研究时段内的溶质补给类型是否存在差异。     

干湿和冻融循环作用下黄土强度劣化特性试验研究

通过室内试验模拟土体季节性的干湿和冻融交替变化,采用直剪试验测试了原状黄土经干湿和冻融循环作用后的抗剪强度及抗剪强度参数的变化,并进行了直剪后试样的易溶盐总量测定.结果表明：干湿和冻融循环作用对原状黄土物理力学性质影响极大,是造成黄土边坡破坏的主要因素.随着干湿循环次数的增加,试样的抗剪强度逐渐减小,黏聚力逐渐减小,内摩擦角先增加,后逐渐趋于稳定,盐分迁移现象明显,土样下部易溶盐含量逐渐减少,上部易溶盐含量逐渐增加,并且试样的质量损失逐渐增加;随着冻融循环次数的增加,试样的抗剪强度逐渐减小,黏聚力逐渐增大最后趋于稳定,而内摩擦角和盐分迁移现象不明显.     

盐渍化冻土-混凝土衬砌接触面直剪试验研究

土与结构接触面的研究一直以来是岩土工程研究的热点之一。为研究位山灌区渠系工程冻害破坏问题,开展了不同盐类型、不同含盐量、不同含水率条件下渠道下卧盐渍土-混凝土衬砌冻结接触面直剪试验研究。结果表明：冻结状态下接触面的应力-位移破坏性状呈脆性破坏,存在明显的峰值应力;剪切变形包括线性变形和非线性变形,线性变形随含水率和含盐量的增大而减小,非线性变形随含盐量的增大而增加;剪切模量随含水率的增加而提高;随含盐量的增加而降低;抗剪强度随含水率的增加而增大,随NaCl含盐量增加而降低,随Na₂SO₄含盐量增加先降低后升高;通过对变形能的分析发现,含水率w=14.7%和w=16.7%时具有相似特征,即NaCl含量为0.5%时,曲线存在极（最）小值。     

纳米TiO2/SiO2对甲苯-SO2体系气相光催化作用的影响因素

以纳米TiO₂/SiO₂为光催化剂、C₇H₈(toluene)-SO₂-O₂-TiO₂/SiO₂为重点研究体系,研究了甲苯的初始浓度、氧气含量、水蒸气含量和光强对甲苯光催化降解的影响。结果发现,甲苯的初始反应速率随其初始浓度的增加而增大,并最终趋于稳定;随着含氧量增加而不断增大,体积分数为25％时达到最大,之后逐渐减小;水蒸气的体积分数为0.4%时,甲苯降解速率最大;光强增加,甲苯增大反应速率, 3.0 mW/cm²时反应速率趋于定值。体系中引入SO₂促进了甲苯的初步降解,却抑制反应中间产物的进一步降解;同时甲苯的存在也抑制了SO₂的降解。     

河岸带表土层氮素非饱和入渗运移规律模拟

自制土槽装置,室内模拟氮素在河岸带表土层中非饱和入渗的过程.通过观测土槽中不同点位渗流水体出流时间的先后顺序以及各点水体中TN、NH₄+-N浓度随入渗时间的变化,探讨氮素在河岸带表土层中非饱和入渗的运移规律.试验结果表明:在河岸带表土层非饱和入渗过程中,水分水平运移速度小于垂直运移速度,NH₄+-N的运移滞后于水分的运移;在土壤"干"-"湿"-"干"过程中,各点TN、NH₄+-N浓度值随时间先急剧增加再缓慢减少然后趋于稳定.另外,河岸带表土层对非饱和入渗氮素的截留效果较好,试验11 h时,在1.08m的坡长距离上,距土表面12 cm深度TN、NH₄+-N浓度比进水分别下降74.23%和68.02%.     

系统聚类逐步判别法对皖北矿区突水水源的分析

以Ca2+、Mg2+、K++Na+、Cl-、SO₄2-、CO₃2-、HCO₃-、pH值与TDS的测试结果为指标,对皖北矿区四含、煤系、太灰、奥灰4个主要突水含水层系统分别进行聚类分析。在此基础上,筛选出能代表各含水层水化学特征的水样进行逐步判别分析,并从中选出了SO₄2-与TDS两种标型组分,建立了皖北矿区突水水源的判别模型,该模型具有较好的判别效果。      

喀斯特区域的水化学不稳定性——以黔中地区为例

黔中地区是岩溶作用发育的喀斯特区域.1993年秋和1994年春末采自该地区不同类型水样的水化学分析表明:碳酸盐岩裂隙泉水呈中偏碱性,为[C]Ca-Ⅱ型;秋季离子总量、HCO₃-及Ca2+浓度大于春季.裂隙泉水流经地表一定距离后,HCO₃-降低,pH及SO₄2-、Cl-、K+、Na+明显增高.黄果树的天星桥、水帘洞及落水潭三个部位河水的SO₄2-、Na+以及Fe3+、NO₃-等浓度的季节性变化也更加明显.春季因瀑布暴气,CO₂的逸出,钙华生成更强烈一些.红枫湖作为喀斯特区域地表水的汇集地,HCO₃-与SO₄2-的当量比值仅2.1～2.4;Ca2+与Mg2+比值上升为2.4～4.2,Cl-浓度较碳酸盐岩裂隙泉水增高1倍;Na+浓度增高一个数量级.说明流域内地表土层溶蚀及人为污染影响的增强.土层孔隙水属强矿化水,而湖水呈现过渡特征.碳酸盐沉淀作用、硫酸盐矿化作用及固氮氨化作用,导致水质组成的显着差异.     

贵州岩溶区浅层地下水氯化物及硫酸盐环境背景值

以贵州抗旱打井找水项目2007-2015年采集的3 699件浅层地下水化学样品分析数据为依据,在分析区域地质背景和水文地质条件的基础上,对研究区地下水化学数据进行聚类分析及水文地质单元划分,运用箱型图和迭代标准差法剔除异常值,并判断各水文地质区水化学数据的分布类型,最后取剔除异常值后数据的95百分位数作为环境背景值上限阀值.研究结果表明:贵州岩溶区浅层地下水属中偏碱性,水中阳离子以Ca2+、Mg2+为主,阴离子以HCO₃-和SO₄2-为主,地下水类型主要为HCO₃-Ca·Mg和HCO₃-Ca型,区内地下水中离子的主要来源为岩石矿物的风化水解;地下水SO₄2-和Cl-分布类型以正态分布为主,对数正态分布次之,偏态分布最少,三叠系中统关岭组膏岩层及二叠系含煤地层中地下水的SO₄2-环境背景值阀值为68.71~164.32 mg/L,其他区域背景值阀值为19.42~39.05 mg/L;Cl-背景值阀值为3.45~6.65 mg/L,区域变化较小.      

裂隙黄土边坡三维稳定性极限分析

黄土边坡中竖直裂隙的发育往往会对边坡稳定产生影响。相对于平面应变机制,建立三维破坏机制下边坡稳定性分析方法更能接近实际边坡失稳情况。基于塑性极限分析上限法,考虑预先存在竖直裂隙的三维黄土边坡不同破坏机制（坡面破坏、坡脚破坏和坡底破坏）,建立能量平衡方程及其无量纲临界高度值γH/c表达式,采用随机搜索法得到了临界高度的上限解。分析了约束宽度、边坡坡度、内摩擦角以及裂隙深度对三维竖直裂隙黄土边坡临界高度值的影响。结果表明：对于坡脚破坏机制,临界高度值随着裂隙深度的增加而减小,减小至临界裂隙深度 (δ /H)_min后,裂隙深度的增加不再影响临界高度值;临界裂隙深度随着坡度β 的增大而增大,随着内摩擦角φ 的增大而减小。当约束宽度B/H<0.8时,大多数破坏机制为坡面破坏。当约束宽度B/H=0.8、内摩擦角φ =10° 及约束宽度B/H=0.6、内摩擦角φ =15° 时,边坡的破坏从坡面破坏机制逐渐过渡到坡脚破坏机制。存在竖直裂隙的黄土边坡比完整边坡具有更小的临界高度,约束宽度及内摩擦角会对三维黄土边坡破坏机制产生影响。