基于分形理论的粉砂质泥岩酸雨崩解特征研究

黏土岩的崩解过程易受环境条件(如崩解液特征)影响,酸雨作用对其影响显著,但其酸雨崩解特征有待研究。目前对黏土岩崩解特征的评价多采用耐崩解性指数,仅考虑崩解后大于2mm的残留颗粒质量,未反映崩解后的整体粒径分布特征。本文以典型酸雨区攀枝花机场滑坡为依托,选取滑带粉砂质泥岩,开展不同pH值条件下的岩石崩解试验;引入分形理论,建立分形维数与酸雨历时、降雨酸度间的相关关系,定量刻画粉砂质泥岩酸雨崩解特征及影响因素;采用电感耦合等离子体发射光谱法分析不同酸度崩解溶液的离子成分差异,以探索降雨酸度造成岩石崩解特征差异的本质原因。结果表明:采用分形理论可以较好地反映粉砂质泥岩酸雨崩解特征,分形维数越大,粉砂质泥岩崩解程度越大;分形维数与酸雨历时、降雨酸度之间皆存在明显对数正相关关系;不同降雨酸度粉砂质泥岩崩解特征存在差异的原因在于白云石、方解石溶蚀程度不同。研究成果可为酸雨地区黏土岩的工程性质评价提供参考。     

水化作用下白垩系砂岩崩解特性及耗散能分析

白垩系砂岩沉积时间短,胶结程度差,在水化作用下极易发生崩解。选用湖北宜昌地区白垩系五龙组砂岩开展室内静态与动态崩解试验,分析了静动态崩解方式下白垩系砂岩的耐崩解指数的变化规律。通过测定崩解循环后不同粒径范围内崩解物颗粒质量百分含量的变化分析白垩系砂岩的崩解过程,采用电镜扫描试验观察崩解前后白垩系砂岩的镜下微观特征,根据崩解后崩解残留物的形态特征分析白垩系砂岩的崩解破坏模式,研究白垩系砂岩的崩解机理;从能量耗散的角度入手,引用表面能增量定量描述白垩系砂岩崩解过程中的破碎程度。结果表明:静态崩解下白垩系砂岩的耐崩解指数整体上低于动态崩解,随着崩解次数变大,小粒径颗粒(0.25~0.075 mm)的质量百分含量逐渐增加,最终趋于稳定;白垩系砂岩的崩解破坏主要是沿着节理裂隙面、颗粒胶结面以及微裂隙逐渐展开,随着崩解物粒径由大变小,与水的接触机会增多,且相应的裂隙扩展路径变短,崩解物破碎程度加大。采用表面能累计增量可以较好地反映白垩系砂岩在崩解过程中的破碎程度,表面能累计增量越大,崩解残留物越破碎,崩解程度越高。研究成果可为易崩解软岩地区岩土体工程性质评价提供理论参考。     

模拟酸雨干湿循环条件下红砂岩的崩解特性

为研究酸雨作用下红砂岩干湿循环崩解特性,在室内配制pH值分别为4.7、5.3、6.0、7.0的溶液以模拟雨水,对恩施红砂岩开展干湿循环条件下的崩解试验,获得了崩解颗粒含量、崩解率与干湿循环次数、溶液pH值关系。结果表明:溶液pH值越低,试样崩解速率越快,完全崩解所需干湿循环次数越少;试样崩解曲线具有明显的阶段性,可分为前期缓慢崩解阶段、中期快速崩解阶段、后期缓慢崩解阶段;对红砂岩进行X射线衍射试验,获得其矿物成分及含量。在此基础上,探讨了酸溶液对红砂岩崩解特性影响机理,主要原因是红砂岩中碳酸钙与盐酸的化学反应导致孔隙、裂隙形成、扩展并贯通;崩解曲线具有阶段性,是由于干湿循环的不同阶段岩块表面积变化所导致。     

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。     

模拟酸雨对东北地区农作物生长、生理及品质的影响

通过模拟试验,研究不同pH模拟酸雨胁迫对农作物(小白菜)生长、生理及品质的影响,量化不同pH酸雨对小白菜的影响程度。试验结果表明:小白菜植株受害与pH密切相关,酸性越强,胁迫影响越显著,受害程度越重。随着酸雨酸性增强,小白菜生长受抑,生物量、株高等明显降低,食部鲜质量、干质量受影响程度比根部鲜质量、干质量大。在酸雨胁迫下,小白菜游离氨基酸总量、可溶性糖、可溶性蛋白质和维生素C含量均出现不同程度的降低,且酸性越强,受影响幅度越大,弱酸条件下可在一定程度上促进营养物质的合成。酸雨可抑制叶绿素类与类胡萝卜素合成,影响光合作用,最终导致产量降低、品质下降。     

复杂应力路径下钙质砂颗粒破碎及抗剪强度特性

对中国南海钙质砂开展了一系列复杂应力路径下的排水三轴剪切试验,系统研究了应力路径对钙质砂颗粒破碎和抗剪强度的影响机制。研究表明：钙质砂的各项力学特性均随着剪切加载方向的偏转呈现规律性变化,当应力路径处于加荷区,随着应力路径顺时针偏转,钙质砂的软化程度和抗剪强度逐渐增大、剪胀性降低、颗粒破碎程度增大、峰值内摩擦角减小。而应力路径处于卸荷区时,钙质砂破坏具有突然性,颗粒破碎程度也较大。存在“0初始应力影响”应力路径分界线,使得初始平均有效应力对其两侧应力路径区域内体变的影响完全相反。基于分形理论建立了不同初始平均有效应力、固结方式和剪切路径下预测相对颗粒破碎指标B_r值的经验公式,并揭示了应力路径和颗粒破碎耦合作用对钙质砂剪切行为的复杂影响机制。根据试验结果,应用广义加性模型(generalized additive model,简称GAM)推导了考虑颗粒破碎和应力路径影响的强度包线,可作为预测钙质砂在不同应力路径下峰值强度的依据。     

巴东组典型红层软岩单轴压缩试验细观组构特征

红色粉砂质泥岩和泥质粉砂岩是巴东组特殊性岩土的代表,具有遇水易崩解特性。根据岩样单轴压缩试验,基于PFC_2D程序,建立中硬岩、软岩单轴压缩试验数值模型;模型选用平行黏结颗粒接触模型。根据应力-应变曲线特征,采用分段定量参数标定法对软岩试样的细观参数进行标定;且通过调整法向和切向黏结强度比值σ_c/τ_c,控制试样单轴压缩破坏模式;分别对不同风化程度的粉砂质泥岩和泥质粉砂岩在饱和、天然状态下单轴压缩试验过程进行模拟;并分析了试验过程中颗粒法向接触力、切向接触力、配位数、孔隙度等细观组构参数的分布特征和演化规律。研究结果表明:该数值方法能够很好地模拟中硬岩、软岩的单轴压缩试验过程,除中风化粉砂质泥岩外,风化程度和浸水条件仅能影响试样颗粒接触力在统计角度范围的大小,不能影响其分布形式;同时,风化程度和浸水条件延长了配位数显著下降的加载时间,配位数随裂缝数量的增加而减小;浸水条件和风化程度对泥质粉砂岩的孔隙度演化影响较大;风化程度对粉砂质泥岩孔隙度演化影响较大,而浸水条件影响较小。      

硫酸型酸雨参与碳酸盐岩溶蚀的研究进展

碳酸盐岩的H2CO3溶蚀产生岩溶碳汇,占整个岩石风化碳汇的 94%。西南岩溶区硫酸型酸雨严重,硫酸型酸雨广泛参与碳酸盐岩的溶蚀。H2SO4参与的碳酸盐岩风化是一个大气CO2净释放过程,具有减汇作用巨大。另一方面,岩溶区石灰土壤和地下水具有较高的pH值及盐基饱和度,对H+有巨大的缓冲作用,大气酸沉降在碳酸盐岩地区可能并不会造成地下水的HCO3-和pH降低;相反,较高浓度的SO42-所产生的盐效应和SO2-4与各种阳离子形成的离子对会增大方解石、白云石溶解度,可增强H2CO3对碳酸盐的溶蚀,这可能会使岩溶作用产生更大的碳汇效应。因此,硫酸型酸雨参与碳酸盐岩风化的减汇效应不仅可能被高估,硫酸型酸雨还可能增强碳酸盐岩的H2CO3溶蚀,具有增加岩溶碳汇效应的作用。应结合石灰土壤对大气酸沉降的缓冲容量和阈值及大气酸沉降的H+与土壤中盐基离子的交换量,并综合考虑盐效应、离子对作用、同离子效应,客观评价硫酸型酸雨流经石灰土壤层后对碳酸盐岩溶蚀吸收大气/土壤CO2的影响      

桂林岩溶区大气降水的化学特征分析

2009年1月至2010年12月期间,对处于岩溶区的桂林市降水进行了连续采样测试分析。研究结果表明:(1)桂林市区降水的pH平均值为4.83,降水的电导率平均值为65μS/cm,SO42-、NO3-和Ca2+、NH4+分别是最主要的阴阳离子。(2)桂林市降水各主要离子含量、降雨量和电导率表现出明显的季节差异,其中Ca2+、Mg2+含量在夏、冬季较高,春、秋季较低。(3)降雨量和TDS呈现出良好的负相关关系, SO42-和NO3-以及Ca2+和Mg2+之间则具有较好的正相关关系。(4)2009—2010年与1994—1995年相比,降水中的离子含量增加了1.16倍,降水的pH值有所增高,但仍在酸雨范围之内。在桂林酸雨形成中,降水的NO3-贡献明显增强。(5)通过2012年3月1—6日连续6天的降水监测,发现pH、降雨量和电导率三者呈现出良好的相关性。      

南宁市区地下水水化学特征及形成机制

为了深入研究南宁市区地下水水化学特征、水质情况及地下水质量演变的主要水化学过程,文章采集南宁市区22组孔隙水和7组岩溶水,检测pH值、阴阳离子、溶解性总固体（TDS）和总硬度等化学指标,探讨地下水水化学特征和形成机制。结果表明:研究区孔隙水和岩溶水pH平均值均小于7,两种水TDS和总硬度基本一致,主要的阴离子（HCO3-、Cl-、SO42-）中含量最高的是HCO3-,平均分别为68.08 mg/L和106.68 mg/L;对于阳离子（Ca2+、Mg2+、K+、Na+）,研究区孔隙水和岩溶水均表现为Ca2+≥Na+>Mg2+>K+,其中Ca2+的平均含量分别为24.04 mg/L和31.34 mg/L;地下水化学成分主要通过风化-溶滤作用与混合作用形成,地下水水化学类型为HCO3--Ca2+型水;地质环境背景是地下水pH值普遍偏低的主要原因,人类活动对地下水的影响越来越重要,pH值和水化学类型改变均与经济发展、人口增加、工矿企业增加等人类活动密切相关。      

四川某水库右坝肩滑坡成因机制及稳定性分析

拟建水库右坝肩处于由砖红色砂岩夹薄层或透镜状泥岩、粉砂质泥岩构成的斜向V形河谷中,无明显断层构造,雨水充沛且存在一古滑坡,经过调查,滑坡主要由滑坡堆积体和滑动面以及其下方的扰动带组成,滑坡区发育的纵向和横向结构面以及岩层面构成一楔形槽。认为滑坡的成因是暴雨下楔形槽内控制的滑移-拉裂破坏。经过定性分析,古滑坡天然状态是稳定的。采用极限平衡法计算古滑坡在天然状态、地震作用以及暴雨等工况下的稳定系数分别为1.45、1.39及1.27,由此可知滑坡在天然状态下是稳定的,地震作用对其稳定性影响不大,但暴雨作用下滑坡的稳定性有所降低。最后通过数值模拟再现了现阶段古滑坡的应力应变场和变形破坏特征。     

温湿循环作用对三峡库区岸坡粉砂质泥岩力学特性及能量演化的影响研究

三峡库区岸坡表层岩体的风化特性及其稳定性受温度和湿度等气候环境显著影响。为了研究温湿循环作用对三峡库区岸坡粉砂质泥岩的劣化效应,将其加工后的标准岩石试样进行不同循环次数的温湿循环作用,然后测试其单轴压缩力学性能,分析其应力-应变曲线、强度、变形、破裂特征及能量特征。结果表明,随着粉砂质泥岩试样受温湿循环作用的次数从0增加到5,其单轴抗压强度、弹性模量、变形模量、总能量、可释放弹性能及其占比均与温湿循环作用次数呈近似的线性负相关关系,降幅分别达到49.21%、53.11%、57.78%、42.29%、58.7%和32.45%;而消耗能及其占比与温湿循环作用次数近似呈正相关关系,增幅分别达到80.86%和215.27%。细观上,温湿循环作用使粉砂质泥岩颗粒间的黏结力降低,从而使其颗粒间发生破坏时的强度减小、脆性增加、黏性降低,其变化幅度与温湿循环次数呈正相关关系;同时,颗粒间黏结力降低幅度在岩体内不是均匀分布的,而是由表及里呈一定的梯度变化,越靠近表面,其降低幅度越大。从而使得岩石试样在单轴压缩变形破坏过程中易于产生横向膨胀的张拉型翼裂纹或斜向的张拉-剪切混合型翼裂纹,岩块破碎,宏观上表现出脆性降低,塑性增加的劣化特征。     

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     

‘Acid rain’, dissolved aluminum and chemical weathering at the Hubbard Brook Experimental Forest,New Hampshire

Contemporary ‘acid rain’ in the Hubbard Brook ecosystem has induced a series of geochemical responses. Neutralization is accomplished in essentially a 2-step process. Initially, hydrogen ion acidity is neutralized by the dissolution of reactive alumina primarilly found in the soil zone. In the Hubbard Brook area this reactive alumina has solution properties much like natural gibbsite. Aluminum-rich surface waters with a pH of 4.7 5.2 are typical of this neutralization stage. In a second step, both hydrogen ion acidity and aluminum acidity are neutralized by the chemical weathering of primary silicate minerals, i.e. by the alkali and alkaline earths contained in the bedrock and glacial till of the watershed. The chemical weathering reaction is much slower than the alumina dissolution reaction, so that the aluminum acidity stage (pH 4.7 5.2) may persist for substantial periods. Typically, however, in the Hubbard Brook area the aluminum acidity has been neutralized and a pH > 5.2 is obtained before surface waters reach a third-over stream channel. Because of the relatively low pH's throughout the soil zone and in the streamwater, carbonic acid reactions are essentially absent at the present time in the Hubbard Brook system. Water pathlength (or residence time) in the soil zone is the crucial factor in the state of acid rain neutralization, aluminum chemistry and chemical weathering. As measured by the losses of alkali and alkaline earths from the ecosystem, chemical weathering rate in the Hubhard Brook area at the present time is not especially high relative to other areas.     

西藏贡觉粉砂质泥岩工程地质特性与蠕变强度研究

川藏铁路在穿越西藏贡觉地区时遇到三叠系粉砂质泥岩,在高地应力条件下容易发生大变形等危害。文章开展了不同围压下的岩石三轴压缩和和三轴蠕变试验,结合PFC数值模拟,研究了粉砂质泥岩在不同围压下的蠕变特性和长期强度研究,结果表明:贡觉粉砂质泥岩流变具有西原蠕变模型特征,蠕变与常规三轴试验条件下,随着围压不断增大,粉砂质泥岩试样均由拉-剪破坏向单剪破坏过渡,剪切破裂面与水平线的夹角逐渐减小,微裂纹数量减少;蠕变试验相较于常规三轴试验,由拉应力引起的压碎带影响范围更广;在高围压条件下,粉砂质泥岩更容易发生流变,随着围压的增大,轴向应变、侧向应变和体积应变均增大,微裂纹数量呈下降趋势;瞬时弹性模量及黏弹性系数与围压呈线性递增关系,黏弹性模量与围压呈对数型增长关系,黏塑性系数与围压呈指数型增长关系。在荷载长期作用下,岩石长期强度低于瞬时强度。     

中国峨眉山地区湿沉降化学

近年，酸雨是世界上最严重的环境问题之一。峨眉山位于四川盆地的西南缘。峨眉山酸雨频率达到85．4％，雨水pH值平均为4．37。冷杉分布于海拔1700m-3098m区域，森林遭到破坏。为了弄清峨眉山污染物质的来源，从1998年4月开始在22个取样点每月采集水样。本文中主要论述1998年6月的雨水化学成分特征。     

鄂西恩施地区岩石物理力学参数的相关性

岩石物理力学性质指标是反映岩体工程特性的重要参数。通过对鄂西恩施地区典型滑坡区白垩系砂岩、三叠系粉砂岩、三叠系薄层泥灰岩、三叠系粉砂质泥岩、泥盆系石英砂岩和三叠系、二叠系、奥陶系灰岩等岩石单轴抗压强度σ_c、弹性模量E、泊松比μ、岩块的块体密度ρ和纵波速度V_p等试验数据的聚类和相关分析,表明白垩系砂岩和三叠系粉砂岩、三叠系粉砂质泥岩和二叠系灰岩参数间关联模式完全一致,其中岩块密度和纵波速度的关系最密切,将两者的乘积作为组合参数进行参数关联式拟合可提高拟合精度。分别对各地层岩石拟合出考虑多种因素且形式简明的参数关联式,并对拟合残差进行正态性检验,结果表明拟合出的参数关联式比较合理。      

三轴应力下水对粉砂质泥岩蠕变力学特性影响作用试验研究

采用岩石流变试验机,在三轴应力下分别对干燥与饱水两种含水状态的粉砂质泥岩开展室内蠕变力学试验。分析了水对粉砂质泥岩蠕变量、蠕变长期强度的影响作用。依据岩石的蠕变性质,选取Burgers蠕变模型对其进行描述,得出两种含水状态下岩石的蠕变模型参数。对比干燥与饱水含水状态下岩石的Burgers蠕变模型参数,分析得出了水影响Burgers蠕变模型参数的基本规律。结果表明:（1）相同应力水平下,水对粉砂质泥岩的瞬时应变特性影响较小,而对岩石的蠕应变特性影响相对较大;（2）饱水试样的蠕变长期强度是干燥试样的39.3%,由于水的作用,粉砂质泥岩的蠕变长期强度大幅降低,在工程中应考虑由于水的影响作用而导致的岩石长期强度降低问题;（3）水对Burgers蠕变模型各参数的影响作用从大到小依次为:η₁、G₁、G₂和η₂,即水对Burgers模型中串联的元件力学特性影响较大,而对并联的元件力学特性影响相对较小;（4）由于水的影响作用,粉砂质泥岩达到稳定蠕变阶段所需的时间显著增加,岩石的稳态蠕变速率显著增大;（5）由于水的影响作用,导致粉砂质泥岩的蠕变力学特性发生显著改变。因此,在重大岩石工程中应重视水对岩石时效变形的影响作用。     

四川梓潼金龙村边坡地震稳定性分析

金龙村边坡位于四川省梓潼县境内,汶川县东,距离汶川地震中心约150 km。通过现场调查,分析了地形、地貌条件和地震等因素对该边坡稳定性的影响。发现滑动面位于土层与基岩的接触面,采用极限平衡法和数值分析法对边坡的稳定性进行了计算,2种计算得到的稳定性结果较为接近。采用动力时程分析法计算得到了边坡位移与加速度变化的关系。