桂林漓江流域土壤溶液的水化学特征及其溶蚀能力分析

通过在漓江流域中北部采集浅层土样,提取土壤溶液,测定其水化学成分指标,分析其基本特征及规律,并计算方解石和白云石的饱和指数(SI_C、SI_D),探讨土壤溶液对碳酸盐岩的溶蚀能力及其影响因素。结果发现:(1)从漓江流域南部到北部,土壤中各离子含量普遍较低,总体上是南高北低,土壤溶液水化学类型为HCO3-Ca型;(2)土壤溶液的SI_C、SI_D都呈绝对值较大的负值,表明土壤溶液对碳酸盐岩具有较强的溶蚀能力;(3)SI_C、SI_D由南向北逐渐降低,溶蚀能力逐渐增强,与该区域降雨量由南向北逐渐增大的特征之间表现出较明显的相关性;(4)土壤溶液对碳酸盐岩溶蚀能力随降雨量增大而增强是长期的大量降雨溶滤作用使土壤中的Ca~(2+)、Mg~(2+)等离子减少、pH值降低等原因所致。     

桂林覆盖型岩溶区土壤溶液对碳酸盐岩的溶蚀能力探讨

在桂林覆盖型岩溶区6处包气带土层中,通过钻探定深采集土样34组,进行土工实验,测定其密度、孔隙比、饱和度、塑性指数等物理指标。以浸提法(土水质量比1∶5)提取土壤溶液,测定其p H值和HCO-3、CO2-3、Cl-、SO2-4、Ca2+、Mg2+、Na+、K+等离子含量。其中,对B1、X7两孔采集的24组土样,采用PHREEQC软件将浸提原液模拟浓缩至接近于天然土不同饱和度的含水量,根据浓缩结果分别计算方解石、白云石饱和指数,判别土壤溶液在给定各含水量条件下对碳酸盐岩的溶蚀能力。主要认识如下:1土壤p H值为4.35~7.08,多较低,大部分为酸性土和强酸性土。紧靠石灰岩面的土p H值较大。2土壤溶液中Ca2+、Mg2+等各种离子含量均很低。受人类活动影响,B1、X7两钻孔表现除浅部Ca2+、SO2-4、HCO-3含量高、深部低,其它几种离子则表现出含量较少且上、下基本一致甚至向下略有微量升高的特征。3人类活动区浅部土层中Ca2+、Mg2+、Na+、SO2-4、Cl-含量均明显高于人类活动较少区。4靠近石灰岩面的土壤溶液中Ca2+含量高。在距离下伏灰岩面几米以远的包气带土层中Ca2+等含量很少。5不同浓度土壤溶液的SIC、SID与桂林周边碎屑岩裂隙水接近,均为负值,且其绝对值较大,表明对方解石、白云石具有较强溶蚀能力;且SID均明显小于SIC;由于同离子效应,随着浓缩程度提高SIC、SID逐渐升高,但仍为较小负值。6与桂林漓江水、漓江两岸第四系孔隙水、岩溶地下水相比,不管是土样浸提原液还是按不同比例浓缩后土壤溶液的SIC、SID均明显更低,单纯从溶解作用考虑,其对方解石、白云石的溶蚀能力更强。桂林黏性土土壤溶液SIC、SID低、溶蚀作用强主要是由于桂林地区长期湿润多雨的气候条件造成较低土壤p H值和低Ca2+、Mg2+等离子含量以及土壤中高CO2分压所致。     

应用梯度扩散薄膜技术评价天然富硒土壤中硒的生物有效性

有效硒是评价土壤中硒对植物供给能力的重要指标,中国目前尚无测定土壤有效硒的统一方法.化学提取法、土壤溶液法常用于测定土壤有效硒含量,但存在缺乏普遍适用提取剂类型、目标态提取不完全和对非目标态溶解等问题.梯度扩散薄膜(DGT)技术是一种基于解离、扩散动力学的有效态测定方法,已有学者将其应用于土壤有效硒的测定并取得良好效果...     

利用TDR对土壤含水量及土壤溶液电导率的同步连续测量

土壤含水量和可溶解的土壤盐分浓度的测定, 对了解土壤盐分的分布及移动具有重要的意义. 在内蒙古黄河流域灌溉玉米田的一个野外实验中, 利用TDR对土壤含水量及土壤溶液电导率进行了同时连续测量. 结果表明: 在降雨量较少的时期内, 当土壤水分从地下含水层向地表面移动的同时, 地下水中含有的盐分也通过作物根区层向地表移动;当灌溉或有强降雨存在时, 土壤表面蓄积的盐分在未能完全溶解于灌溉水及雨水之前, 大量的灌溉水及降雨通过土壤内的大空隙快速渗入土壤下层;余下的水分在完全溶解了土壤表面的盐分之后, 缓慢通过土壤小空隙下渗.     

基于水气二相流原理确定陶土头进气值、发泡点

张力计为测定土壤水势的一种仪器,其陶土头的进气值与发泡点对其性能影响的报道较少,测定其进气值与发泡点的方法也未见报道。根据水气二相流原理,本文提出了确定其进气值与发泡点的方法并用试验进行了验证。试验结果表明:(1)进气值易受饱和历史影响,测定具有不可重复性,而发泡点测试的重现性较好;(2)进气值与发泡值之间存在一定的相关性,可利用发泡值的1/4来估计张力计的适用范围,简化了测试过程;(3)吸附渗透水的概念模型和变径的毛细管模型可以解释陶土头的排水过程。     

土壤重金属生物有效性研究进展

土壤重金属污染具有巨大环境风险。笔者围绕土壤重金属元素生物有效性(可给性)概念、元素形态与有效性影响因素、有效态(可给态)实验技术,综述了国内外研究现状。土壤金属元素形态和生物有效性取决于其地球化学行为、元素成因来源、土壤理化条件(p H值、有机质、粘土矿物与化学活性矿物、土壤粒级组成等)以及植物根际效应等。选择性单步提取和连续提取是检测土壤元素形态、有效态的有效和可行方法。针对手—口是土壤铅等污染物在儿童群体暴露的重要途径,发展了生物可给态体外试验方法。土壤污染物生物有效性和可给性已成为土壤污染风险评价的重要指标参数,实验成果也为土壤污染修复提供了重要依据。     

包气带土壤溶液的农业生态地质意义

近年来,农业生态地质研究取得了可喜的进展。人们普遍认识到地质环境的植物营养库作用。在“岩土－土壤溶液－植物”养分循环系统中,包气带土壤溶液是联结地质环境与农业植物有机体之间的组带或桥梁,在养分元素的“供给－输送－消耗”系统中起着养分转换,养分输运和调节养分动态平衡的重要作用。     

典型土壤环境中硒的迁移转化影响因素研究——以四川省成都经济区为例

硒作为人体健康生长必需微量元素,由于其显著的抗癌作用,开始受到越来越多人的关注,并因此产生了很大的经济效益。土壤中含硒量不足或过多以及存在的形态,直接影响到植物的生长状况和含硒量,又进一步通过食物链而影响人、畜的健康,因此研究土壤剖面中硒的迁移转化具有重要意义。笔者在四川省成都经济区按照不同的土壤类型采集了4条土壤剖面PM2、PM8、PM9、PM11,测试了土壤中全量硒和有效硒的含量,并通过土壤溶液的培养分别获得了土壤溶液及残渣土壤中全量硒、有效硒的含量,由此计算了土壤溶液中硒的分配系数(Ki=Ci残渣土壤/Ci土壤溶液)。结果显示,全量硒和有效硒含量在剖面的表层明显富集;有效硒含量与土壤全量硒呈显著的正相关关系,与土壤有机质含量呈正相关关系;不同类型土壤中硒的分配系数在剖面中均呈现出由深层到表层逐渐富集的规律,且与土壤中pH值和有机质含量呈现正相关关系。研究表明,不同类型土壤中Se向植物中的迁移转化主要受Se全量、土壤pH值、有机质及土壤粘粒影响,且Se随土壤溶液在垂向上的迁移不明显。     

矿物风化对黄土区土壤有效硅含量的控制作用--以陕西省关中-陕北地区为例

利用XRD、粒度分析、土壤风化模拟试验等方法,对黄土区土壤有效硅含量分布、土壤机械组成、粘粒矿物种类及含量分布、土壤溶液pH值和土壤矿物风化过程中硅的析出规律进行研究。从陕北干旱区到关中半湿润区,土壤中蛭石含量从0.18%升高到1.60%;高岭石从0.45%升高到1.84%,相应的土壤有效硅含量从122.62×10-6升高到463.95×10-6。土壤有效硅含量与粘粒矿物总量呈正比,与土壤溶液pH值成反比,这与南方水田水稻土情况完全不同。模拟实验证实土壤中存在的游离硅是硅酸盐矿物异成分溶解的结果。研究区土壤风化作用强度规律性变化是造成区内土壤有效硅含量变化的主要原因。     

四川德阳浅层地下水高含铁成因分析

四川德阳地下水含量丰富,是主要饮用水水源,但铁含量高。通过模拟试验考察了pH值、微生物、铵态氮、氧化还原条件和有机质等因素对土壤二价铁浸出的影响。试验结果表明:（1）酸性条件下土壤二价铁浸出浓度相对较高;（2）在土壤溶液中添加有机质的情况下,随着有机质浓度的增加,土壤溶液中二价铁浓度也增高;（3）在没有微生物参与的条件下,土壤溶液二价铁浓度较低;（4）还原环境土壤溶液二价铁浓度受铵态氮的浓度影响较小;（5）还原条件下,土壤二价铁易被溶出且相比氧化环境下溶出浓度高。结合当地的水文地质和环境地质条件分析得出：德阳浅层地下水的弱酸性、土壤丰富的有机质含量以及还原环境为影响其地下水铁含量的主要原因。     

上海软粘土微观特性及在土体变形中的作用

本文综合最新测试成果,对上海软粘土的颗粒及集合体成分、固结前后的孔径分布及其微结构形态作了详细分析论述,并从物理化学角度对孔隙溶液成分、阳离子的交换性及人工回灌后对土体性质可能带来的影响作了探讨,对软粘土固结变形的控制提出了新的设想。     

粉土及粉质黏土对静压沉桩桩端阻力影响机制现场试验

为探讨在粉土及粉质黏土中桩端阻力随贯入深度的变化规律,通过在试验桩P1的桩端安装轮辐压力传感器,以及在试验桩P1、P2距桩端200 mm处安装光纤光栅（FBG）传感器,采用两种不同的测试技术全程监测了两根闭口预应力高强度混凝土（PHC）管桩现场贯入过程中的桩端阻力。试验结果表明：桩端阻力与土层的变化密切相关,土层越硬,桩端阻力越大,当桩端从粉质黏土层进入粉土层时,桩端阻力明显增大,粉土中的桩端阻力达到粉质黏土层的2倍;整个贯入过程中,同一土层不同位置的差异性对桩端阻力也存在较大影响,在距离地面1.50 m处,P1和P2桩FBG传感器桩端阻力的差值达到了89.29 kN,而在距离地面3.50~4.50 m处,两桩的桩端阻力则相差较小。     

室内水泥土抗拉强度的测试方法及若干探讨

水泥土的特性对于工程应用是重要和必须深入研究的。借鉴粘土的抗拉强度间接测定方法,探索应用进行水泥土的抗位强度试验并对其不同试验方法及试验结果进行比较,分析,在此基础上提出径向（轴向）压裂法是测定水泥土抗拉强度的简便,有效方法,同时通过试验结果来论证上海地区水泥土抗拉强度与抗压强度的关系以及提出水泥土弹性模量参数的试验计算方法。     

高黏粒含量海洋土电阻率特征分析及模型构建

在高黏粒含量海洋土中,黏粒吸附孔液中阳离子形成的双电层会直接影响土体导电性,与孔液、土体结构共同形成土体导电性的影响因素,使导电结构变得复杂。对饱和的海洋土而言,固结程度不同代表了土体结构不同。为量化分析双电层对不同固结程度高黏粒含量海洋土导电性的影响,界定电阻率测试技术对海洋土结构变化的反映能力,分别以黄河三角洲和南海北部陆坡海洋土为研究对象,进行电阻率和其他物理性质测试。基于测试结果分析不同黏粒含量海洋土电阻率的变化规律和独有特征,借鉴黏性土多元导电理论构建适合的电阻率模型。研究表明,黏粒含量对不同固结程度海洋土电阻率的影响不同,根据其变化特征可分为3个阶段：正常固结的海洋土电阻率变化可用简化的二元模型公式表示,当孔隙度小于50%时,电阻率随孔隙度呈明显的幂函数降低,当孔隙度介于50%~60%时,电阻率随孔隙度降低速率明显减小;欠固结海洋土孔隙度均高于60%,电阻率随孔隙度线性减小,可用线性模型公式描述。电阻率测量技术对高黏粒含量正常固结海洋土结构变化（孔隙度变化）反映能力良好,探测灵敏度可达25 Ω·m;对欠固结海洋土结构变化反映困难。     

Effect of Intermediate Microfabric on Shear Strength and Strain Localization Response of Kaolin Clay Under Compression and Extension Loading

The present paper evaluates the role of microfabric in strain localization patterns observed in soil specimens during its shear deformation in compression and extension triaxial testing. A series of compression and extension lubricated end triaxial tests are performed on Kaolin clay with extreme as well as intermediate microfabrics, which are obtained using slurry consolidation technique by varying calagon content from 0 to 3 %. Intermediate microfabric is the geometric arrangement of particles within the soil mass, which lies in between the particle orientation during two extreme microfabrics; flocculated and dispersed. Flocculated has random orientation of particles with face-to-edge particle contacts and dispersed has parallel orientation of particles with face-to-face particle contacts. When the specimen is subjected to large stress levels in triaxial testing, the particle orientation and geometric arrangement get affected due to the force acting on the clay platelets. In this experimental research, the variation in clay’s stress–strain and pore pressure response and initiation, propagation and formation of shear bands at different levels of compression and extension shearing is evaluated using digital image analysis setup associated with triaxial system.     

离子土固化剂加固滑坡滑带土的试验研究

研究开发快速经济和行之有效的滑坡治理方法与理论, 一直是各国滑坡防治研究工作的重点.本试验研究使用一种经济适用的离子土固化剂(Ionic Soil Stabilizer, 简称ISS) 对提高滑带土的抗剪强度进行了探索.滑带土首先通过ISS不同配比水溶液的处理, 然后进行阿太堡试验、剪切试验、固结试验和自由膨胀率试验.试验结果表明: 滑坡滑带土在加入离子土固化剂后, 土的塑性指数降低, 粘聚力提高, 孔隙比和自由膨胀率减小.其机理为: 在以粘性土为主的滑带土中加入离子土固化剂, 通过物理化学原理, 它能取代吸附在粘土表面的可交换性阳离子, 改变粘土颗粒表面的双电层结构, 减小结合水膜厚度, 将滑带土的亲水性改为憎水性, 从而提高滑带土的抗剪强度.      

层状地基静压桩贯入过程机理试验

通过在多层软粘土地基中静力压入单桩的室内模型试验,对模型桩在整个沉桩过程中压桩力、桩动端阻力及桩动侧阻力随桩贯入深度的变化情况进行了研究,获得了桩在贯入不同土层分界面时阻力的变化规律以及桩周土体应力的分布特征。并对开口管桩和闭口管桩贯入试验情况进行了比较分析,揭示了不同桩端形式桩在贯入过程中桩动侧摩阻力的发展规律,以及分层土体中开口管桩贯入过程中土塞的变化情况。试验结果表明：在粘性土中沉桩时,压桩阻力主要来自桩端向下穿越土体产生的端阻力,而侧摩阻力较小;由于桩侧水平应力的释放使得同一深度点上的动摩阻力随着桩的下沉表现出不同程度的降低,出现摩擦疲劳。     

Determination of Soil Parameters via the Solution of Inverse Problems in Infiltration

In this paper, we propose an efficient method for the identification of soil parameters in unsaturated porous media, using measurements from infiltration experiments. The infiltration is governed by Richard's nonlinear equation expressed in terms of effective saturation. The soil retention and hydraulic permeability functions are expressed using the Van Genuchten-Mualem ansatz in terms of the soil parameters. The mathematical algorithm is based on a transformation of Richard's equation to a system of ordinary differential equations completed by the governing equation for the movement of the wetness front. This system can be efficiently solved by specialized packages for the solution of stiff systems of ODE. The unknown parameters are determined using the optimization approach of minimizing a cost functional for the discrepancy between the model output and the measurements. The gradient and Hessian of the solution with respect to soil parameter vector are determined using automatic differentiation. Several numerical experiments are included.     

Moisture Movement Through Cracked Clay Soil Profiles

A continuum mechanics approach is used for the formulation of unsaturated hydraulic conductivity functions and the water storage functions for fractured or cracked clay soils in this parametric study. Suggested procedures are based on available research literature related to the behavior of cracked unsaturated porous media. The soil–water characteristic curve, hydraulic conductivity and water storage functions take on the character of bi-modal unsaturated soil property functions. The bimodal character arises out of the independent behavior of the cracks and the intact clay soil. Matric suction changes beneath a slab-on-grade foundation placed on a cracked clay soil profile are modeled for varied surface flux conditions using the proposed unsaturated hydraulic conductivity and water storage functions. The impact of various levels of surface cracking on soil suction distributions is discussed. Suction distribution patterns are dependent on the initial soil surface suction. In particular, the results are dependent upon whether the initial matric suction is less than or greater than the air entry of the cracked clay. There is an extremely wide range of possible conditions that could be modeled but the parametric study results presented in this paper are limited to a series of selected crack widths and densities for an exfiltration case and an infiltration case.     

滑坡水土作用体系中Ca2+的地球化学行为的反向模拟

定量准确地描述滑坡水土作用体系中的复杂地球化学反应对于水化反应微观尺度的研究尤为重要。本文针对三峡库区石榴树包滑坡水土作用体系,选取Ca2+为特征作用离子,设计去离子水及pH=4、7、10的钙离子水溶液在土水质体比为1:5,水流速度20mL/min,室内温度17±2℃的条件下对滑坡土体进行30d室内循环饱水土柱试验。通过对实验测试数据的分析,利用PHREEQCE对试验中的水土化学作用进行反向地球化学模拟,探讨在Ca2+影响下发生的主要地球化学反应特征。结果表明溶液中Ca2+的存在抑制了对水土作用体系反应进程起着控制性作用的钙质胶结物的溶解及粘土矿物的生成,增强了土体表面的离子交换作用,胶结物的生成和胶结作用及离子交换作用使得土体孔隙变小,颗粒间变紧密,使得滑坡体更加趋于稳定。研究成果对研究三峡库区滑坡这一典型而特殊的水土作用体系的水土化学作用机理及过程具有重要的理论意义和实际应用价值。