激光粒度仪测试结果及其与沉降法、筛析法的比较

分析了Cilas 940L激光粒度仪的测试结果,并与沉降法、筛析法进行了比较。激光粒度仪测试结果的重复性较好,测量精度较高。对于玻璃珠样品,激光粒度仪和筛析法测试结果十分接近,对于天然沉积物,激光粒度仪测定的平均粒径偏粗,分选偏差。和沉降法相比,激光粒度仪测定的粘土组份 (<8%)的含量为沉降法的 46.7%～ 70.5 %,平均为 6 0 %,测定的平均粒径较沉降法偏粗,分选偏差。造成激光粒度仪与沉降法、筛析法之间差异的原因主要在于这些测试方法原理的不同和天然沉积物不规则的形状。     

吹填泥浆中土颗粒沉降-固结规律研究

吹填泥浆中土颗粒沉降-固结过程十分复杂,其中土颗粒的沉降固结规律并不明确。室内沉降试验采用一种改进的方法--分层抽取法,先得到土颗粒体积分布规律,再利用体积通量函数法计算不同粒组颗粒平均沉速。计算结果表明,吹填泥浆在沉降过程中会出现3个区域,分别是干涉沉降区、絮体压缩沉降区和自重固结区;在沉降初期0～1 h和1～7 h内,干涉沉降区内土颗粒沉速远小于Stokes公式沉速计算值,颗粒沉速分别与颗粒直径的0.488 1和0.111 7次方有关。絮体压缩沉降区和自重固结区内颗粒基本不出现分选现象,均属于泥浆颗粒的沉积物;该试验中絮体压缩沉降区的密度约为1.04 g/cm3。     

泥砂互混吹填土自重沉积及颗粒分布规律

开展大尺寸沉降柱试验,获得不同初始含砂比、不同初始含水率的泥砂互混吹填土在自重作用下的泥面沉降量和沉降速率的基本特征,结合分层抽取法获得试样沿高度方向的密度剖面与颗粒分布变化规律。试验结果表明,泥砂互混吹填土沉积和颗粒分布规律与初始含砂比、初始含水率有较大关系,增加初始含砂比能显著增加沉降量,且存在一个合理含砂比,超过合理含砂比后沉降量反而降低,初始含水率越低该种现象越明显;沉降-时间曲线基本可以分为3个阶段,其中第Ⅱ阶段呈现出比较明显的非线性特征,随着初始含水率降低,3个阶段和非线性特征逐渐不明显;密度剖面呈阶梯变化特征,并随初始含水率和初始含砂比的降低而逐渐过渡到线性特征;初始含砂比和初始含水率均影响着泥砂互混吹填土的颗粒分布模式,初始含砂比和初始含水率越大越有利于粒径大于0.075 mm的颗粒沉积;初始含砂比越大,底部沉积的粒径小于0.005 mm颗粒相对越多,体现出群体沉降特征。     

联用筛析法与激光法进行粒度接序分析的界点选择

筛析法、激光法和图像法是三种常用的粒度分析方法,但由于测试原理的不同,三种测试方法有不同的适用性。筛析法和图像法能够精确测量砂质颗粒的粒径,但不适用于泥质细颗粒（<0.063 mm）的粒径测量;相反,激光法无法准确测量中粗砂粒级颗粒（2~0.21 mm）,但能高精度测量较细沉积物粒径。分选较差的天然沉积物粒径分布范围较广,需要综合运用筛析法-激光法进行接序粒度测试。通常选用2 mm为界点开展接序粒度分析,但因激光法在测量中粗砂颗粒时误差较大,易导致接序粒度分析结果准确性不高。建议以0.21 mm为分界点开展接序粒度分析,分别避开筛析法和激光法测量精度不高的粒级区间,可使测试结果的准确性得到有效的提高。     

CaO添加顺序对废弃泥浆絮凝效果的影响

针对温州某钻孔灌注桩废弃泥浆进行了沉降柱试验和颗粒分析实验,研究有机絮凝剂APAM以及无机絮凝剂CaO对泥浆沉降性能和颗粒粒径的影响,着重探究了无机絮凝剂CaO的不同添加顺序对有机絮凝剂APAM絮凝效果的影响。结果表明：在较少APAM添加量(10 mL)下后添加CaO能增大泥浆的初始沉降量;先添加CaO再添加APAM,不利于APAM絮凝作用的发挥;后添加CaO的情况下,CaO对于最终的絮体粒径的影响主要取决于絮体本身的强度及搅拌强度。     

红层填料蠕变特性及工程应用研究

为了保持轨道的平顺性和稳定性,高速铁路要求路堤的工后沉降为0。红层属于C类填料,易崩解、软化,依据单轴压缩蠕变（粒径小于2 mm和压实度为95 %）试验结果,对红层填料的蠕变特性进行了分析,同时基于工程应用的目的,根据蠕变曲线对路堤的工后沉降进行了预测,论证了采用红层作为填料在一定的施工工艺下能满足路堤工后0沉降的要求。     

盐腔内回填碱渣沉降固结特性室内试验研究

碱渣回填到充满卤水的废弃盐腔后,颗粒会自由沉降到盐腔底部形成沉积层,进而在自重作用下固结。为了解盐腔内回填碱渣的沉降固结特性,以江苏淮安地区碱渣为对象,进行了沉降柱试验和固结试验。试验结果表明:(1)碱渣在卤水中的沉降过程可以分为3个阶段:絮凝阶段、沉降阶段和固结阶段。初始浓度对碱渣的沉降曲线和沉降速率有很大的影响。(2)碱渣颗粒分布、密度、含水率和孔隙比均呈现出分层特性,颗粒粒径、密度随深度的增加而增大,含水率、孔隙比随深度的增大而减小。(3)碱渣具有很高的压缩性,压缩系数a1-2为3.36 MPa-1。在压力范围小于100 kPa下,固结系数随固结压力的增加而显著减小。试验结果对了解盐腔内回填碱渣的沉降固结特性提供了参考,有利于指导回填施工工艺和碱渣的后期处理。     

基于等效粒径的无粘性泥沙起动条件对比研究

通过将等效粒径引入非均匀沙起动条件表达式,得到了基于等效粒径的非均匀沙起动条件统一表达式,并从反映泥沙的非均匀性引起的荫蔽(暴露)作用与分选作用角度对当前有一定影响的非均匀沙起动条件的等效粒径表达式进行了对比研究。结果表明,各家公式都能够反映泥沙的非均匀性引起的荫蔽(暴露)作用,较粗泥沙颗粒的等效粒径小于其自身粒径,容易起动,较细泥沙颗粒的等效粒径大于其自身粒径,较难起动。但是不同公式之间还是有一定的差异,主要反映在细颗粒的荫蔽作用方面。不同公式区分非均匀沙颗粒间荫蔽(暴露)作用的特征粒径是不同的。韩其为、张启卫、刘兴年公式能较好的反映泥沙起动时的分选作用。对于细颗粒泥沙而言,Egiazaroff、Hayashi与秦荣昱公式在冲刷时体现由于床沙粒径不同而产生的分选作用相对较差。     

沉积学粒度分析方法综述

文章回顾了粒度分析的历史,总结了常用的粒径类型,介绍了粒度标准和目前沉积学中常用的5种粒度分析方法,并对其中的沉降法、场干扰分析法、图像法作了详细的分类说明。此外,对每一种粒度分析方法的适用范围、测定原理以及其存在的优缺点也进行了详细的介绍。其中：直接测量法简单易行,但精度较差;筛析法较为普遍,但只限于松散或弱胶结沉积物,且不能反映颗粒形状;沉降法适用于松散样、弱胶结样和液体样的分析,可对细砂、粉砂或泥等细粒沉积物进行测量;场干扰法主要依据碎屑颗粒的衍射、散射及电压脉冲响应进行,固体样和液体样均可,精度高,适用性广;图像法手段多样,简单直观,操作性强。总体上,未来的几十年内,粒度分析方法仍将是新旧技术并存,多种方法共用的状况。     

冻融循环对青藏红黏土物理力学性质影响试验研究

以红黏土为研究对象,使土样在封闭系统下进行不同次数的冻融循环作用,对冻融循环后的冻结土样进行粒度成分和物理力学性质测试,研究不同次数冻融循环作用下冻结红黏土粒度成分和物理力学性质的变化规律。结果表明：粉粒组和黏粒组质量含量受冻融循环作用次数影响较大。红黏土中颗粒在前10次冻融循环过程中向粒径小于0.001 mm及粒径在0.01~0.05 mm范围富集;冻融循环10次之后,随冻融循环次数的增加,粒径范围在0.002~0.005 mm的土颗粒含量明显增加,粒径范围在0.01~0.05 mm的土颗粒含量明显减小,其他粒径范围的土颗粒含量基本不受冻融循环次数的影响。红黏土的液、塑限大体上随冻融循环次数的增加而增加。冻融循环作用对红黏土等效黏聚力强度影响较明显,冻融循环作用10次以内红黏土等效黏聚力强度变化较大,在红黏土地区新修路基应考虑冻融循环作用引起的附加沉降影响。建议采用维亚洛夫或吴紫汪长期强度预报方程预测红黏土长期等效黏聚力强度。     

Influence of sedimentary environments on mechanical properties of clastic rocks

The sedimentary environments are the intrinsic factor controlling the mechanical properties of clastic rocks. Examining the relationship between rock sedimentary environments and rock mechanical properties gives a better understanding of rock deformation and failure mechanisms. In this study, more than 55 samples in coal measures were taken from seven different lithologic formations in eastern China. Using the optical microscope the sedimentary characteristics, such as components of clastic rocks and sizes of clastic grains were quantitatively tested and analyzed. The corresponding mechanical parameters were tested using the servo-controlled testing system. Different lithologic attributes in the sedimentary rocks sampled different stress–strain behaviors and failure characteristics under different confining pressures, mainly due to different compositions and textures. Results demonstrate that clastic rocks have the linear best-fit for Mohr-Coulomb failure criterion. The elastic moduli in clastic rocks are highly dependent upon confining pressures, unlike hard rocks. The envelope lines of the mechanical properties versus the contents of quartz, detritus of the grain diameter of more than 0.03 mm, and grain size in clastic rocks are given. The compressive strength or elastic modulus and the grain diameter have a non-monotonic relation and demonstrate the “grain-diameter softening” effect.     

含瓦斯煤体一维渗透失稳模拟试验

为了研究煤层瓦斯渗透作用对煤与瓦斯突出的影响,研制了一维渗透失稳试验装置并进行了试验。试验装置包括煤样室、模拟巷道、煤样压实装置、注气系统以及气压测量系统。煤样室采用多节拼装的形式,以方便煤样室气压梯度的观测以及保证每节煤样室的煤样有相同的压实度。煤样的粒径小于4.75 mm,经15 MPa的压力压实,煤样室的内径为199 mm,煤样室总长度为1 000 mm,采用球阀作为揭煤装置,球阀孔径为40 mm,揭煤时未对煤样施加轴向压力。试验结果表明:煤层发生渗透失稳时的临界气压梯度为3.12 MPa/m。基于渗透失稳的观点,分析了"口小腹大"突出空洞形状的成因及各种控突措施的作用机制。      

后混合磨料空气射流喷嘴结构优化及破煤效果研究

水力化卸压增透技术在煤层瓦斯灾害治理中发挥了重要作用,但在松软煤层中应用时容易导致塌孔、抱钻和喷孔等动力现象。无水化卸压增透是突破松软煤层瓦斯高效抽采技术瓶颈的可行性技术之一。为此,利用磨料空气射流高效破煤岩能力,提出后混合磨料空气射流破煤卸压技术,采用磨料-空气分离输送的双通道方式,将磨料和空气运送至孔底,采用射流泵-拉法尔耦合的后混合喷嘴结构在孔底对磨料进行引射、混合和加速,使磨料具备高冲击动能,实现高效破煤。基于ANSYSFLUENT气固两相流模型,分析后混合喷嘴内磨料引射、混合和加速规律,研究磨料颗粒在加速过程中的受力,获得混合磨料空气射流高效破煤最优后混合喷嘴结构;并开展后混合磨料气体射流破煤实验验证破煤性能。结果表明：磨料冲击动能决定于后混合喷嘴的引射能力和加速能力。后混合喷嘴的引射能力与引射喷嘴的喷嘴出口直径和其扩张段长度有关,合理的引射喷嘴出口直径有助于减小喷嘴出口气流波动,扩张段长度则会影响喷嘴出口气流速度,在本文条件下,引射喷嘴采用两段式,其中收缩段长度2 mm,喉部直径2 mm,扩张段长度5 mm,喷嘴出口直径为3 mm。加速结构对磨料的加速效果主要取决于加速喷嘴...     

深海氧同位素第3阶段时期东亚季风区大气湍流特征

深海氧同位素第3阶段是末次冰期中的一段特殊时期,与全新世存在一定的相似性.为了深入分析深海氧同位素第3阶段时期的大气环境特征,本文利用黄土粒度的多组分特征,根据流体力学原理,指出其动力学原因是粉尘在搬运过程中风力、湍流和颗粒重力共同作用下形成的分选结果;黄土-古土壤粒度分布中的粗、中粒组分中值粒径近似反映了源区起尘时和沉降区降尘时近地表大气湍流强度的变化.对渭南地区黄土剖面的分析发现,末次冰期深海氧同位素第3阶段以来在中国黄土区存在大致以4千年为周期交替出现的强湍流期与弱湍流期,强湍流期对应于降温事件,如Heinrich事件,并存在着3种源区环境控制的不同大气湍流类型;在深海氧同位素第3阶段粉尘源区和沉降区都存在两种不同大气环境类型在时间上的频繁同步交替,具有高度的不稳定性和周期性波动特点,与末次冰盛期的大气环流模式可能相似,而与全新世不同;同时在该时期的强湍流降温期源区进退较明显、沉降区环境稳定,而弱湍流期源区较稳定、沉降区大气环境变化较大.     

内蒙古黄旗海全新世湖泊沉积物粒度分析及其沉积学意义

对内蒙古黄旗海湖心、湖滨2个现代沉积剖面在前期磁组构研究的基础上,进行了沉积物粒度分析。结果显示,2个剖面从下到上都表现出粗颗粒含量逐渐增加的趋势,反映水动力逐渐增强。对比之前的磁组构结果发现,靠近湖心的HQW剖面,粒度与磁组构具有较好的对比性。HQW剖面的磁各向异性度等磁组构参数从下到上表现出逐渐增大的趋势,显示矿物定向和水流流速逐渐增强。另外,在20cm、40cm、65cm深度附近,粒度与磁组构参数都发生突然变化,表明存在水动力增大的异常沉积事件。HQE剖面的磁组构未能有效指示异常沉积事件,但其粒度分析中的细砂百分比含量和中值粒径在这些位置附近明显减小。若这是由同一异常沉积事件造成的,则表明异常沉积事件的沉积过程比较复杂,在研究异常沉积事件时不同的沉积部位需使用不同的研究方法。     

黄土粉尘搬运过程的动力学物理模型

通过对黄土粉尘重力沉降过程的动力学分析,给出了黄土粉尘粒度分布的数学表达,讨论了粉尘沉积通量随搬运距离、粒径变化的物理过程,首次确定了估算粉尘搬运距离和风力强度的计算方法,为区分粉尘搬运距离和风力强度对粒度的影响及其它们在冰期间冰期中的差异提供了物理学的判别依据。分析结果表明： 1)在重力沉降作用下,粉尘沉降通量随搬运距离的变化服从几何分布,具有沉降通量随搬运距离的增加迅速减小,越粗的粉尘颗粒其沉降通量初值越大,同时下降速度也越迅速的特点; 2)如果用携粉尘气流的水平通量作代表风力强度,则粉尘搬运距离与粒度分布曲线上重力沉降部分最高点的粉尘沉降通量成反比,风力强度与该点对应粒径的平方和粉尘搬运距离成正比。因此,根据该点的粉尘沉降通量和对应粒径,可以估算粉尘的搬运距离和风力强度。根据上述理论对渭南阳郭中学S0～L1黄土－古土壤剖面进行了粉尘搬运距离和风力强度的估算： 首先,从粒度分布中提取出3个对数正态分布的独立组份; 然后利用粗粒组份的参数计算粉尘搬运距离和风力强度。分析结果表明粉尘搬运距离具有冰期近、间冰期远的特点,风力强度的变化则具有冰期弱、间冰期强的特点,LGM时段的风力强度比MIS 3阶段大,但小于全新世适宜期,而LGM时期粉尘搬运距离并未明显减小,因此,可能黄土粒度的变化并非反映了冬季风的变化,而是反映了夏季风的变化,夏季风是通过影响粉尘源区来影响粉尘粒度的变化。     

碎石颗粒形状测量与评定的初步研究

颗粒形状是影响碎石料密实特性及力学、渗流特性的因素之一。选取粒径为2～5 mm和5～10 mm的两组灰岩碎石颗粒样本作为研究对象,采用影像测量仪和特制夹具,获取不同旋转角度下的颗粒轮廓影像;使用图形处理软件获得颗粒几何尺寸测值;计算获得各旋转角度下常用颗粒形状评定参数值,运用其平均值进行统计分析,避免了依据单一角度测值评定伴随的人为因素影响。结果表明,灰岩碎石颗粒与标准圆有较大差异, 且粒径大者差异性更明显;两组样本颗粒形状参数均服从偏态分布;长宽比、扁平度和球形度能够更敏感地反映颗粒偏离球形颗粒的程度,而长宽比和球形度便于获取,因而更具优势。     

Aerodynamic grain‐size distribution of blown sand

Aeolian sand entrainment, saltation and deposition are important and closely related near surface processes. Determining how grains are sorted by wind requires a detailed understanding of how aerodynamic sand transport processes vary within the saltating layer with height above the bed. Grain‐size distribution of sand throughout the saltation layer and, in particular, how the associated flux of different grain size changes with variation in wind velocity, remain unclear. In the present study, a blowdown wind tunnel with a 50 cm thick boundary layer was used to investigate saltating sand grains by analyzing the weight percentage and transport flux of different grain‐size fractions and the mean grain size at different wind velocities. It was found that mean grain size decreases with height above the sand bed before undergoing a reversal. The height of the reversal point ranges from 4 to 40 cm, and increases with wind velocity following a non‐linear relationship. The content of the finer fractions (very fine and fine sand) initially increases above the sand bed and then decreases slightly with height, whereas that of the coarser fractions (medium and coarse sand) exhibits the opposite trend. The content of coarser grains and the mean grain size of sand in the saltation layer increase with wind velocity, indicating erosional selectivity with respect to grains in multi‐sized sand beds; but this size selectivity decreases with increasing wind velocity. The vertical mass flux structure of fine sand and very fine sand does not obey a general exponential decay pattern under strong wind conditions; and the coarser the sand grain, the greater the decrease rate of their transport mass with height. The results of these experiments suggest that the grain‐size distribution of a saltating sand cloud is governed by both wind velocity and height within the near‐surface boundary layer.     

Variations in the surface texture of suspended quartz grains in the Loire River: an SEM study

Statistical size distribution and scanning electron microscopic studies of suspended sand grains in the Loire River at Montjean, France were carried out over a period of a year (hydrological cycle) to discern seasonal variations. The sand fraction in suspension is better sorted during winter (average mean = 0.69 mm, median = 0.65–0.95 mm, sorting value, σ= 1.1–1.35) and is dominated by quartzo-feldspathic minerals. During summer, on the contrary, this fraction is rich in mica minerals and is poorly sorted (average mean = 1.21 mm, median = 0.33–0.95 mm, sorting value, σ= 1.4–2.0). The grain size of the coarser fraction shows a tendency to increase with river discharge up to an optimum discharge of about 1000 m³ s^-1 and thereafter decreases. Scanning electron photomicroscopy of quartz grains from the suspended sand population indicates that both mechanical and chemical features occur. The former (conchoidal fractures, mechanical fractures and breakage) dominate in the samples collected near the water surface during winter floods and the latter (solution pits, vermicular features, silica flowers, neogene silica and diatoms) in the samples from the bottom during low summer flows. During summer, chemical action takes place on sediments prior to or upon their deposition. Sediments that are resuspended during winter floods undergo mainly physical processes (attrition/abrasion). Mixed surface features are, therefore, observed during average and low river discharge. Inheritance of these surface features from the source area is, however, not completely excluded. Thus, the history of quartz grains in suspension can be reconstructed from SEM exoscopic studies: therefore, it can be proposed that the fluvial quartz grain surface textures result from a combination of alternating chemical and physical processes.     

碎屑石榴石地球化学物源分析与解释:粒度的影响

单矿物地球化学分析是沉积物源分析研究的重要手段,运用广泛。沉积物中碎屑矿物的粒度组成,即水动力分选作用,是否影响到基于这种方法的物源解释,目前尚不清楚且受到的关注不多。通过研究柴达木盆地北缘地区第三系沉积物中的680颗碎屑石榴石(0.068~0.557 mm)的主量元素地球化学组成数据,解释了不同粒度的碎屑石榴石物源。结果显示,0.063~ 0.125 mm的碎屑石榴石的地球化学结果中Fe^2+与Mn^2+含量更高,表明其母岩的变质结晶程度较弱,故物源解释结果更可能为中—低级角闪岩相变沉积岩,而其他粒径的碎屑石榴石Ca^2+与Mg^2+含量更高,这说明其物源区的温压条件较前者高,因而物源解释结果为低级变质相,中酸性火成岩,榴辉岩等宽泛结果。这种碎屑石榴石粒度差异导致的地球化学组成的不同,说明碎屑石榴石的颗粒大小在一定程度上会影响物源解释结果。因此,在进行单矿物地球化学物源研究时,选取特定粒径(0.063~ 0.125 mm或0.125~ 0.25 mm)组成的碎屑矿物进行分析,可以消除水动力分选作用的影响,有助于获得更为准确的物源解释结果。