深海底质土——金属界面间粘附特性试验研究

基于取样于太平洋C-C矿区的深海底质土,采用美国INSTRON公司生产的5943型万能材料试验机,选用四种常用的海洋金属,自制金属模具,开展粘附特性试验,研究孔隙比、法向压力和加载速度等因素对深海底质土与金属界面间粘附特性的影响规律,建立了深海底质土—金属界面表层土粘附指数的计算公式。研究结果表明:随着土样孔隙比的增加,粘附力呈增加的趋势,增速先快后慢,最终趋于平缓。随着法向压力的增加,深海底质土与金属界面间的表层土粘附指数呈指数函数增加趋势。随着加载速度的增加,深海底质土与金属界面间的表层土粘附指数反而呈逐渐减小的趋势。四种金属中,铝合金5052和钛合金STi80对深海底质土表层土的粘附能力较弱。研究结果为我国深海采矿系统的安全运行提供一定的理论依据。     

深海底质土——金属界面间粘附特性试验研究

基于取样于太平洋C-C矿区的深海底质土,采用美国INSTRON公司生产的5943型万能材料试验机,选用四种常用的海洋金属,自制金属模具,开展粘附特性试验,研究孔隙比、法向压力和加载速度等因素对深海底质土与金属界面间粘附特性的影响规律,建立了深海底质土—金属界面表层土粘附指数的计算公式。研究结果表明:随着土样孔隙比的增加,粘附力呈增加的趋势,增速先快后慢,最终趋于平缓。随着法向压力的增加,深海底质土与金属界面间的表层土粘附指数呈指数函数增加趋势。随着加载速度的增加,深海底质土与金属界面间的表层土粘附指数反而呈逐渐减小的趋势。四种金属中,铝合金5052和钛合金STi80对深海底质土表层土的粘附能力较弱。研究结果为我国深海采矿系统的安全运行提供一定的理论依据。     

灌注桩套管高频振动贯入过程中挤土效应研究

随着全套管振动取土灌注桩施工工艺的发展,灌注桩在工程中的应用越来越广泛,但关于灌注桩套管高频振动贯入机制,特别是套管贯入引起的挤土效应研究还不全面。全面介绍了套管高频振动贯入全过程的有限元-无限元耦合模型的建立过程后,对地表隆起、土体侧移及超孔隙水压力等挤土效应的变化规律进行了详细研究。研究结果表明：水平向的挤土位移随套管贯入深度的增加而增大,竖向挤土位移随着套管贯入深度的增加,浅层土表现为隆起量增大,而深层土表现为下沉量增大;最大挤土位移与套管贯入深度存在滞后效应;浅层土体的隆起为水平向应力加载引起竖向应力增加所致,且隆起分界面深度随着动力荷载幅值增大而增大,随振动频率的增大而减小;超孔隙水压力随套管贯入深度增加而增大,随径向距离增大呈指数型衰减。     

NaCl溶液饱和膨胀土的压缩特性及其微观机制

孔隙溶液浓度及组份改变会影响膨胀土颗粒间作用力,改变微观孔隙结构,从而影响土体的物理力学特性。为此,以宁明膨胀土为研究对象,采用不同浓度NaCl溶液制备泥浆预固结重塑样开展一维压缩试验和压汞试验,研究化学作用对重塑天然膨胀土的压缩性和微观孔隙结构的影响规律。结果表明：随着渗透吸力增加,颗粒间水化能力降低,物理化学力使土颗粒由分散状态转变为集聚体状态,形成了集聚体内孔和集聚体间孔,土体表现出双峰孔隙分布特征。预固结样（压力为20 kPa）的初始孔隙比随渗透吸力增加而减小,进而导致固结屈服应力增加;但是渗透吸力对压缩性影响不大,压缩指数和回弹指数基本不变。此外,利用固结系数计算了土体的渗透系数,随着竖向压力增加渗透系数降低;当竖向压力小于200 kPa时,随着渗透吸力增加,渗透系数先增加后减小,但是竖向压力超过200 kPa后,渗透系数变化不大。分析发现,渗透吸力增加导致大孔隙增加,渗透系数增加,但同时密实度增加会导致渗透系数降低,低竖向压力下渗透性受密实度和微观孔隙结构变化耦合作用控制。     

扁铲侧胀试验在浅海钙质土力学特性评价中的应用

利用扁铲侧胀仪对海底浅层钙质土进行原位测试,能够一次获得多个评价土性的试验参数。试验表明,由于波浪循环动荷载的作用使得海底表层（深1～2 m）钙质砂的密实度比其紧邻的下部偏大,以珊瑚礁为主要胶结物的钙质土,内部具有大的孔隙或松散堆积体结构是造成海底浅层钙质砂表层与浅部土体的扁铲侧胀压力明显变化的主要原因。扁铲试验结果与现场标准贯入试验具有较好的相关性,基于Seed公式推导的适合于计算水下平均动应力比的简化公式能够较好地用于对不同地震烈度下海底浅层钙质土液化可能性的判别。     

淤泥质土固结过程孔压及变形规律研究

对深入了解土在外荷作用下的孔隙水压力与变形变化规律对研究土的排水固结机理具有重要意义。对黄石地区淤泥质土进行分级加荷与一次性加荷的各向等压固结试验及单向固结试验,分析全过程孔压与变形的变化规律,结果表明：两种加荷方式孔压消散的规律并不相同,当孔压降到相应某临界值以下时,固结过程会变得缓慢,即使在较大的外荷载作用下,土中孔压反映也远不如加载初期明显。固结排水过程具有阶段性,这主要是自由水与孔隙水排水速度变化所引起的。黄石淤泥质土的主固结时间总体在5-100min范围内,当固结压力接近先期固结压力时固结系数最小,而次固结系数约为最大值。     

超孔隙水压力对低塑性黏性土桩土界面抗剪强度的影响

研究黏性土中桩土界面的抗剪强度及其参数受超孔隙水压力影响的规律,对工程实践具有重要意义。利用自制的大型恒刚度直剪仪,完成了一系列不同界面粗糙度、不同试样含水率和不同剪切速率试验条件下的直剪试验,分析了在不同试验条件下超孔隙水压力变化规律,进而得到考虑超孔隙水压力的桩土界面抗剪强度及其参数的变化规律。研究结果表明：随着界面粗糙度等级提高,桩土界面超孔隙水压力减小,桩土界面抗剪强度、有效黏聚力和有效摩擦系数增加;随着含水率的增加,桩土界面超孔隙水压力增加,桩土界面抗剪强度降低,含水率对桩土界面抗剪强度的影响主要是改变了桩土界面的黏聚力,黏聚力先增大后减小,对摩擦系数的影响较小;特定试验条件下,随着剪切速率的增加,桩土界面超孔隙水压力增加,桩土界面抗剪强度降低,桩土界面黏聚力先增大后又减小,变化幅度不超过2 kPa,对摩擦系数的影响较小。因此,桩土界面抗剪强度及其参数是界面粗糙度、试样含水率和剪切速率变化引起超孔隙水压力变化共同影响的结果,试验结果可供相关工程设计参考。     

土工膜与土界面剪切特性细观研究

填埋场衬垫系统中,土与土工膜界面剪切强度较低,易造成失稳破坏。目前国内外学者主要采用室内试验对土与土工膜界面的宏观剪切特性进行研究,而对界面剪切特性的细观研究较少。为了从细观角度研究土与土工膜界面的剪切特性,本文采用EsyS-particle程序对土工膜与土界面直剪试验进行了离散元数值模拟分析。采用摩擦接触模型模拟砂土;采用黏结模型颗粒模拟土工膜,通过紧密排列土工膜颗粒以模拟土工膜的光滑表面。通过室内拟合试验,选取和校准材料的细观参数。分析结果表明,离散元模型能较好的模拟界面应力-应变关系;剪切带的厚度约为两倍平均土颗粒直径;剪切带中的土颗粒发生较大位移,孔隙比增大,而剪切带之外的土颗粒位移和孔隙比变化较小;随着剪切位移的增加,颗粒间接触力逐渐向左端集中,力链方向由垂直逐渐倾斜。     

循环荷载作用下泥炭质土的动变形特性试验研究

泥炭质土是一种具有明显区域性的特殊土。通过一系列不同围压、固结比、加载频率等条件下的分级加载动三轴试验,研究了昆明泥炭质土在循环荷载作用下的动变形特性。从动骨干曲线、应力-应变滞回曲线和动弹性模量等方面重点分析了围压、固结比、加载频率对泥炭质土变形特性的影响。试验结果表明:泥炭质土的动应变随动应力幅值非线性增长,且存在某一临界动应力,当动应力幅值达到临界动应力值后,应变急剧增长,土体结构发生破坏;围压对泥炭质土动变形的影响最为显著,固结比次之,加载频率最小;固结比对泥炭质土动变形的影响程度依赖于围压,围压越大,固结比的影响越明显;相同循环振级下,泥炭质土的弹性变形随围压和固结比增大而减小,加载频率愈低,土体的弹性变形愈大;随着循环振次的增加和振级水平的提高,泥炭质土刚度逐渐下降,塑性变形产生并累积增长,围压和固结比越大,加载频率越低,泥炭质土的塑性变形越大。     

锌离子污染对膨润土一维压缩特性影响试验研究

为研究锌离子对膨润土重塑土压缩特性的影响,对人工制备的受不同浓度Zn2+污染的高含水率膨润土开展一维压缩、自由膨胀率、物理化学性质和扫描电镜试验。试验结果表明,在竖向压力低于某临界值（200 kPa）时,相同压力下随着Zn2+浓度增大,膨润土的孔隙比和压缩指数均降低,但当Zn2+浓度高于某临界值（0.02 mol/L）时,继续增加污染浓度膨润土的孔隙比基本保持不变,压缩指数略有降低。当竖向压力超过该临界值（200 kPa）后,膨润土的孔隙比基本不受孔隙液物理化学性质影响,仅由竖向压力决定。此外,随着孔隙液Zn2+浓度增大,膨润土的孔隙液pH值和土样比表面积减小,颗粒直径增大,膨润土中蜂窝状结构遭到破坏,黏土矿物片逐渐团聚成大直径颗粒,小孔隙消失,生成一些大的团粒间孔隙。     

河北阜平县表层土壤重金属对人体健康的风险评估

河北省阜平县矿产资源丰富,矿产开发会产生大量重金属污染物,近年来大力发展果农业,也会对表层土壤造成一定影响,目前该县表层土壤重金属现状尚不清晰.为评估阜平县农业重点区表层土壤重金属污染特征和对人体健康的影响,本文按照1:5万土地质量调查规范要求,布设标准网格在该县农业重点区采集表层土壤样品647组,采用原子荧光光谱、电...     

Discrimination of lithogenic and anthropogenic sources of metals and sulphur in soils of the central-northern part of the Zambian Copperbelt Mining District: A topsoil vs. subsurface soil concept

Samples of topsoil together with reference samples of subsurface soil from a depth of 80–90 cm were collected in the central-northern part of the Zambian Copperbelt to distinguish lithogenic sources of metals from anthropogenic contamination of soils caused by fallout of dust from mining operations, flotation ore treatment plants, tailings dams, smelters and slag dumping grounds. The total sulphur, Cu and Co contents were found to be significantly higher in topsoil relative to subsurface soil over a large part of the surveyed area, and Zn, Pb, As and Hg contents showed a definite increase in the close neighbourhood of smelters and in the direction of prevailing winds. This indicates that the increase of these elements in the topsoil is due to anthropogenic activities. The areal extent and degree of anthropogenic contamination of topsoil can be expressed by an enrichment index (EI) based on the average ratio of the actual and median concentrations of the given contaminants. Although the contamination of soil by dust fallout decreases progressively with depth in the soil profile, in areas strongly affected by mining and mineral processing the anthropogenic contamination by sulphur and copper can be traced to a depth of 80–90 cm. In contrast, the concentration of elements such as Cr, Ni, and V, that show a direct correlation with the content of iron in the soils, increases in the subsurface soil relative to the topsoil. This is particularly evident in areas underlain by rocks of the Katanga Supergroup.     

深海沉积物贯入阻力影响因素及其变化规律

深海沉积物土工力学特性是深海资源开发设备设计的重要依据。根据现有的深海土工力学原位测量和取样实验的数据,分析沉积物物性参数与贯入阻力的相关关系,建立含水率、湿密度和孔隙比与压力沉陷的关系式。结果表明:研究区深海沉积物以砂质粉砂、黏土质粉砂为主,具有高含水率、大孔隙比、低密度等特征;物理参数与贯入阻力之间有较好的相关关系,其中,含水率、孔隙比、孔隙度与贯入阻力呈反比相关关系;而湿密度与贯入阻力呈正比相关关系;以含水率、湿密度和孔隙比为自变量的多变量回归分析方程能更好地表达沉积物物理特性与贯入阻力的相关关系;基于Bekker沉陷模型,建立接地比压与贯入阻力的关系,能客观反映深海沉积物的沉陷特性与承载特性。     

深海稀软底质土宏观性能与显微结构分析

针对取样于太平洋C-C矿区的深海稀软底质土,采用激光粒度分析、液塑限联合测定、氮吸附、固结和直剪等方法对其开展物理和力学性能研究,并通过X射线衍射法和电镜法分析其矿物组成成分和微观结构。研究结果表明：深海稀软底质土为以粉粒为主的黏质土,具有高液限、高塑性,高比表面积、高固结系数、低压缩模量、低抗剪强度等特性,极易造成集矿机的沉陷和打滑。该土样的矿物成分主要由蒙脱石、石英、长石、云母、绿泥石和蛇纹石组成,显微结构为以粉粒和微生物碎片为主的片状链接结构和以黏土矿物为主的蜂窝状絮凝结构相互填充而成。深海稀软底质模拟土的配置原则应以矿物成分、粒径、含水率、比表面积和剪切强度为主,且综合考虑液限、塑限和显微结构。研究结果将为深海集矿机行走特性研究及其优化设计提供重要依据。     

Influence of parent sediments on the concentration of heavy metals in urban and suburban soils in Turku,Finland

The purpose of this study was to examine the influence of parent sediment material on soil geochemistry and to locate possible pollution sources in the area of Turku town in southwestern Finland. The study area is glaciated terrain and subsurface samples were chosen to represent five different parent sediment materials: glacial till, glaciofluvial or littoral sand, clay, peat and marine mud. Elemental concentrations of surface (100 samples) and background soil (50 samples) were analysed by ICP-AES (Al, Ba, Ca, Co, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni, P, S, Sr, Ti, V) and by graphite furnace AAS (As, Cd, Mo, Se). Loss-on-ignition was determined as an indicator of organic matter. Analytical results were examined using multivariate statistical methods. The results indicate that the studied soils are not heavily contaminated; there were only few sample sites with elevated heavy metal concentrations. High Pb concentrations were observed along main traffic routes, and also in places where there has been small-scale use of antifouling paints. However, concentrations of heavy metals in topsoil were in general significantly lower than those measured in large cities elsewhere. The parent material strongly affects the geochemical character of the soils. Clays naturally have a significantly higher concentration of heavy metals than sands or till material. This is also reflected in concentrations in organic topsoil. When assessing target levels for polluted soil, the primary sediment appears to be a more important factor than the amount of organic matter.     

循环荷载下砂土的剪切硬化边界面本构模型

基于临界状态土力学框架,建立了一个适用于往返循环荷载作用的砂土边界面本构模型。采用无纯弹性域假设,认为受到反向荷载的瞬时土体就产生塑性变形,砂土的弹性区域退化为一个点。屈服面为倒子弹头型,由于砂土孔隙比与压力之间不存在惟一对应的关系,使得屈服面大小无法与体积应变直接耦合,故采用塑性偏应变而不是剑桥模型那种塑性体应变作为硬化参数。流动法则采用加入状态参数的修正的Rowe应力剪胀关系,体现了依赖状态的剪胀思想。屈服面大小的比值 反映了塑性模量的演化,并推导了 的表达式。只用1套参数,该模型就能合理地模拟砂土在不同密度和固结压力下循环荷载的应力-应变关系曲线。     

高邮湖底泥及出入湖河口表层沉积物重金属元素分布与潜在生态风险评价

为查清高邮湖底泥及出入湖河口表层沉积物重金属分布特征,评价其潜在生态风险,以湖区及周边25个底泥和沉积物样品为载体,重点研究8种重金属元素,选用单因子污染指数法、内梅罗综合指数法、地累积指数法和潜在生态风险指数法,相似比对重金属污染等级及评价潜在生态风险。测试数据表明,8种重金属元素中,仅Hg含量（平均值）未超过里下河浅洼平原表层土壤重金属元素背景值,As含量（最大值）超过农用地土壤污染风险筛选值。Pearson相关系数矩阵表明,重金属元素Ni与Cr、Pb、Zn、Cu之间具显著同源性;单因子污染指数法与内梅罗综合指数法评价结果显示,污染指数均值排序均为As＞Cd＞Pb＞Cu＞Zn＞Ni＞Cr＞Hg,但对As、Cd评价前者为轻度污染,后者为中度污染;地累积指数Igeo显示,仅As为轻度污染,其余元素均为无污染状态。沉积物单项潜在生态风险指数排序为Cd＞Hg＞As＞Pb＞Cu＞Ni＞Cr＞Zn,仅Cd属中风险,其余元素为低风险;研究区综合潜在生态风险指数RI均值为115.7,表明全区总体生态风险属于低风险状态,重金属有沿入湖河口向湖心区富集趋势。     

Laboratory Investigation of the Resistance of Tailings and Natural Sediments to Cyclic Loading

A number of cyclic triaxial tests were carried out on mine tailings and natural sediment samples under undrained conditions to investigate their resistance to cyclic loading. The tests were performed on more than 100 samples with a cyclic shear stress ratio ranging from 0.10 to 0.40 under varying void ratio and the same confining pressure. It was observed that the axial strain and excess pore water pressure increased with the number of loading cycles while the effective stress decreased with increasing number of loading cycles. The liquefaction resistance of the tailings was also observed to be higher than that of natural soils with similar particle size distribution, void ratio and plasticity index. It was observed that the influence of specific gravity on the cyclic strength of mine tailings is significant. The results showed that the cyclic resistance of the tailings was not strongly influenced by plasticity index for low plasticity tailings. A boundary relationship between void ratio and normalized cyclic resistance ratio was established based on the results.     

自贡市龙潭镇土壤中重金属的地球化学基线及污染状况研究

地球化学基线是区分地球化学背景和异常的重要参数.在采集和测试自贡市龙潭镇内168个表层土壤样品的基础上,采用了地质统计学方法建立了研究区内重金属元素As、Cd、Cr、Pb、Hg、Cu、Ni、Zn的地球化学基线.在此基础上,应用地质累积指数方法评价了表层土壤重金属的污染状况.结果表明:区内各重金属元素基线值为As(3.86 μg/g)、Cd(0.183μg/g)、Cr(66.41 μg/g)、Pb(28.19 μg/g)、Hg(0.037 μg/g)、Cu( 23.1 μg/g)、Ni(24.5 μg/g)、Zn(62μg/g);研究区内Cd和Hg的污染较突出,各重金属元素的地质累积指数排序为:Cd＞H g＞Zn＞Cu＞As＞Cr＞Ni＞Pb.     

Static and dynamic active earth pressure

Summary The dynamic active earth pressure on retaining structures due to seismic loading is commonly obtained by using the modified Coulomb's approach which is known as the Mononobe-Okabe method. This method has generally been used for cohesionless soils only. A general solution for the determination of total (i.e. static and dynamic) active earth force for a c- soil as backfill was developed by Prakash and Saran in 1966 based on the simplifying assumption that adhesion between the wall-soil interface is equal to the cohesion of the soil, that the surface of the backfill is horizontal, and that the effect of the vertical acceleration can be neglected. This note presents an improved method for calculating the static and dynamic active force behind a rigid retaining wall based on its geometry, inclination of the backfill, surcharge, strength parameters of the backfill, and the adhesion between the wall face and the soil. The effects of adhesion, inclination of backfill, and vertical components of seismic loading for a typical retaining wall are discussed.