甲基叔丁基醚污染黏土的Archie电阻率模型修正方法

通过引入污染物影响系数及修正孔隙率，提出了一种挥发性有机物污染黏土的Archie电阻率修正模型，并通过米勒土盒单元试验结果给出了模型中的4个参数（胶结指数、饱和度指数、污染物影响系数和孔隙微观分布不均匀性系数）的确定方法。结果表明，黏土的地层因子与孔隙率呈正相关关系，与砂土的相应关系相反，这是黏土颗粒表面电荷对电阻率的影响所致。饱和度指数随体积含湿率的增加呈抛物线变化，随孔隙率的增加呈线性增加，据此提出了同时考虑两种因素的饱和度指数经验公式。综合土体电阻率与体积含水率之间的幂函数关系及与体积含污率之间的线性关系，得到了污染物影响系数的确定方法。孔隙微观分布不均匀性系数a随体积含水率的变化可分为陡降、趋平和缓升3个阶段，土中孔隙水的赋存状态是主要影响因素。     

页岩岩芯复电阻率频散特征主要影响因素的实验研究

影响岩石复电阻率及其频散特性的主要因素有孔隙水盐度、孔隙度、饱和度、渗透率、温度以及各向异性等,对于页岩还与TOC含量密切相关。实验中对昭通地区两口井59块页岩岩芯进行了复电阻率测量,分析了岩芯饱和水盐度、各向异性以及TOC含量对岩芯复电阻率及其频散特性的影响。发现页岩复电阻率和极化率随含盐饱和度增加而减小;在垂直与平行于层界面的方向电阻率与极化率相差较大,各向异性明显;页岩复电阻率与有机碳含量有着负相关性。实验结果为建立页岩储层建模和电磁勘探方法,对页岩储层进行勘探和综合评价提供了有价值的资料。     

石油烃类污染土壤电阻率特征及其影响因素

为研究不同类型土壤受到石油烃污染后电阻率的变化情况和影响因素,采用米勒盒对4种不同类型的污染土壤进行室内电阻率实验。结果表明:粗砂和细砂的电阻率随着污染物量增加而减小,粉土和黏土的电阻率随着污染物量增加而增大,呈现出相反的趋势;当含水率大于30%时,改变含水率对土壤电阻率的影响很小,此时决定污染土电阻率的因素为土壤类型和污染物含量;温度是影响土壤电阻率的一个重要外部环境因素,受污染土壤电阻率随着温度升高而降低,符合修正参数的Campbell经验公式。     

荷重引发土体应力增量对压密沉陷之影响

本研究应用含两相非混合流体之弹性孔隙介质压密理论,考虑垂直应力增量随深度变化影响情况下,推导未饱和土壤受外加荷重之作用而产生之沉陷变化过程。模拟探讨在不同饱和度条件下孔隙水压随深度之变化及压密沉陷随时间之变化量。由模拟结果得知,黏土无因次孔隙水压受应力增量影响,随着深度增加而减小;且随着时间增加,无因次孔隙水压会逐渐消散至完全消散。初始饱和度较高之黏土其达完全消散后之总沉陷量较大。     

苏通大桥地基中深厚软土电阻率试验研究

通过室内电阻率试验和土工试验,对长江下游苏州-南通长江公路大桥地基中深厚软土电阻率特征及其与物理力学参数的相关关系问题进行了研究。发现,（1）在同一钻孔（即CZK30）中,从粉质黏土→粉砂→细砂→中粗砂,土样的电阻率逐渐增大。电阻率随含水率、孔隙比、饱和度的增加而减小,而随垂直渗透系数、水平渗透系数、压缩模量、标贯等的增加而增大。（2）CZK30孔中粉质黏土电阻率随含水率、孔隙比、饱和度、压缩系数、液限系数增加而减小,而随压缩模量、黏聚力等的增加而增大。（3）通过拟合,提供了软土电阻率与物理力学参数相关关系的量化表达式,拟合曲线与试验数据点的相关程度较高,相关系数绝大部分在0.88以上。结果表明,土电阻率与其它物理力学参数间存在密切的联系。     

层状极化介质激发极化效应特征研究

这里研究层状极化介质激发极化效应特征。首先,在忽略电磁效应的情况下,用柯尔～柯尔模型表征极化介质复电阻率,计算三层不同地电断面复电阻率的振幅和相位随极距变化的曲线;然后,分析极化层不同充电率和不同时间常数、不同激发频率和极化层不同埋深,对测深曲线的影响规律,并提出了具有实际指导意义的极化层埋深与极距的对应关系。这些工作都能够为野外开展复电阻率测量和资料解释起到参考作用。     

频谱激电法若干理论研究

本文讨论了频谱激电效应的传递函数模型,提出了一个面极化体极化系数的数学表达式,并依此给出地下半空间中球体上复电阻率的计算公式和计算结果,得到了复电阻率谱随某些控制因素变化的一些规律.     

有限面极化体界面的极化特性及其复电阻率异常奇异性

作者通过均匀电场中的实测发现,虽然有限面极化体其界面的极化系数频谱特性可满足柯尔模型,但该模型的参数是界面位置的函数.本文建立了面极化柱(球)体面极化系数的一般表达式.通过理论计算,出现了复电阻率异常曲线的宽度和形态随频率发生奇异的变化,该理论结果得到实验的证实.有限面极化体复电阻率异常的这种奇异性,乃是激电效应为“准”线性系统的基本属性.     

极化大地复电阻率正反演

论述了层状极化大地复电阻率正、反演算法。给出了层状极化大地条件下三极和对称四极装置视复电阻率的解析表达式,并引入线性滤波方法实现表达式的求解。正演算例计算结果表明;随着频率的降低,复电阻率相位峰值增大;随着极化层层厚增加,复电阻率虚部平缓变化后连续递增。介绍了递推反演算法的实现过程,从理论模型试算结果看,测深曲线较好地反映了极化层Cole-Cole参数随深度的变化规律,其曲线的首支和尾支趋近于极化层的真Cole-Cole参数,表明了反演计算的可行性。     

铬污染土壤复电阻率频散特性

不同含水率、不同铬污染物浓度土壤的复电阻率频散实验,是复电阻率探测方法评价铬渣污染场地的物理基础。实验研究发现,土壤含水率和污染物浓度的不同均会对复电阻率幅值、复电阻率相角、同相电阻率和异相电阻率的测量结果产生影响,但是异相电阻率和相角具有明显的频散特性。研究结果表明,利用基于土壤频散特性发展起来的复电阻率探测技术,可快速有效地对铬渣污染场地进行评价。     

非饱和黏性土的电阻率特性及其试验研究

在讨论黏性土导电特性的基础上,假定非饱和黏性土中存在3种电流流通路径,针对已有的非饱和土电阻率结构模型存在的缺陷,推导了适用于非饱和黏性土的电阻率结构模型,探讨了土电阻率的主要影响因素,并将其归纳为3类。最后,通过对合肥膨胀土相关试验研究,分析了含水率、孔隙水电阻率、温度以及孔隙率对膨胀土的电阻率的影响特征,探讨了非饱和膨胀土的电阻率基本特性。     

土的电阻率室内测试技术研究

土的电阻率可反映土的组成和结构特征。室内测试是研究土电阻率的主要方法之一。本文在分析影响电阻率因素的基础上,总结了国内外现有土电阻率测试的原理与方法,介绍了作者研制的一种实用土电阻率测试仪,并通过典型试验,论证了该测试仪器的可行性,可以在室内土电阻率测试试验中应用。     

冻融循环过程中土体的孔隙水压力测试研究

冻融循环对土的结构以及物理力学性质有着重要影响,其变化与冻融过程中的孔隙水压力变化有密切关系。但土体冻结过程中的孔隙水压力测试一直是冻土土工测试试验的技术难题。针对这一难题,研发了一种适用于冻结土体孔隙水压力测试的探头,并对砂土和粉质黏土在冻融循环过程中的孔隙水压力发展变化进行了实时监测,获得了圆柱试样冻融循环过程中不同深度处的孔隙水压力变化过程。在冻结过程中,粉质黏土形成冻结缘区及可视的分凝冰,而砂土则无冻结缘及分凝冰的形成。冻融循环过程中土体内部的孔隙水压力变化受温度、冻结速率、冻融循环以及土质等因素的影响。孔隙水压力随温度的循环变化而经历周期性变化：冻结过程中,孔隙水压力不断下降,吸力不断增加;融化过程中,孔隙水压力增大。而冻结速率、冻融循环及土质主要对孔隙水压力降的幅值变化产生影响。此外,冻结锋面位置附近孔隙水压力的下降、吸力的增加,正是水分由未冻区向冻结区迁移的主要驱动力。根据以上试验结果及其理论分析发现,所研制的孔隙水压力探头具有一定的实用性。     

The combined effect of clay and moisture content on the behavior of remolded unsaturated soils

The behavior of unsaturated clayey soil is highly influenced by the coupled interaction between water and clay content. Various aspects of the behavior of artificial clay–sand mixtures with variable water content were experimentally studied. Laboratory tests were utilized for the determination of consistency limits, the stress–strain relationship, strength parameters, hydraulic conductivity, and volume change characteristics for various combinations of water and clay content in soil mixtures.

Results presented for various clay–sand mixtures include: new normalized consistency limits; the combined effect of clay content and water content on the stress–strain relationship and on the strength parameters (c and φ); and the effect of clay content on hydraulic conductivity and swelling potential. The cohesion of clayey sand is found to increase with increasing water content to a certain limit, above which it decreases. The angle of internal friction for clayey sand is found generally to decrease with increasing water content. The degree of saturation is found to be better than the water content in explaining the strength behavior. The hydraulic conductivity sharply decreases with increasing clay content up to 40% beyond which the reduction becomes less significant. Simple empirical equations are proposed for predicting the swelling potential of clayey soils as a function of either the clay content or plasticity index.     

黏性土次固结行为的盐分和矿物效应研究

我国江苏北部连云港地区海相软土蒙脱石族矿物含量相对较高,且在海陆交互环境中沉积形成,沉积过程中具有孔隙水盐分较高的特点,但在后沉积过程中由于地表和地下淡水入侵,会使孔隙水盐分发生变化,而相应的次固结行为的变化规律尚不明晰,因此需要深入了解矿物成分、孔隙水盐分在软黏土次固结行为中的作用机制。由于天然软黏土的矿物成分、孔隙水成分差异较大,试验材料采用矿物成分均一的商用高岭土与膨润土组成的人工黏土作为研究对象,配制不同浓度的NaCl溶液作为孔隙水,模拟孔隙水盐分变化。通过常规固结试验,发现对于含蒙脱石矿物的人工黏土,压缩指数C_c随着盐分浓度的增加而减小,主固结完成时间随盐分的增加而提前,且同一应力水平下和孔隙比下,次固结系数随着盐分的增加而减小。在同样的上部荷载下,次固结系数与压缩指数的比值C_α/C_c不再保持为经验常数,而是随着孔隙水盐分的增加而偏离经验值,主要原因为盐分对水膜蠕变的影响。但是,对于主要由高岭石矿物构成的人工黏土,孔隙水盐分浓度则未对其次固结参数产生明显的影响。因此,如果场地的黏性土蒙脱石含量较高且孔隙水含盐量较高,则需要考虑孔隙水盐分的变迁对地基长期变形的影响。     

Review: Some low-frequency electrical methods for subsurface characterization and monitoring in hydrogeology

Low-frequency geoelectrical methods include mainly self-potential, resistivity, and induced polarization techniques, which have potential in many environmental and hydrogeological applications. They provide complementary information to each other and to in-situ measurements. The self-potential method is a passive measurement of the electrical response associated with the in-situ generation of electrical current due to the flow of pore water in porous media, a salinity gradient, and/or the concentration of redox-active species. Under some conditions, this method can be used to visualize groundwater flow, to determine permeability, and to detect preferential flow paths. Electrical resistivity is dependent on the water content, the temperature, the salinity of the pore water, and the clay content and mineralogy. Time-lapse resistivity can be used to assess the permeability and dispersivity distributions and to monitor contaminant plumes. Induced polarization characterizes the ability of rocks to reversibly store electrical energy. It can be used to image permeability and to monitor chemistry of the pore water–minerals interface. These geophysical methods, reviewed in this paper, should always be used in concert with additional in-situ measurements (e.g. in-situ pumping tests, chemical measurements of the pore water), for instance through joint inversion schemes, which is an area of fertile on-going research.     

黄河口饱和粉土的电性特征及其工程地质应用

通过对形成于1964年～1976年位于黄河口潮坪区粉土层样品电阻率、井中电阻率和电阻率剖面的测试,分析了土的含水率、孔隙比、饱和度、孔隙水的电阻率、颗粒成分等因素对其导电性的影响。分析结果表明：影响该地区饱和粉土导电性的主要因素为土的孔隙率。随着孔隙率的增大,其含水率升高,电阻率降低,土的电阻率和相应孔隙率的关系可用拟合公式表达。基于此,利用电阻率法成功实现了不同深度粉土沉积层微结构的变化、波浪作用导致密实度不同的粉土层空间分布状况的原位测试。     

饱和黏土平均粒间应力的确定方法

粒间作用力是控制土体强度和压缩特性的重要参量,但由于黏土中矿物颗粒与孔隙水间存在复杂的物理化学作用,其粒间应力及其变化规律一直无法确定。对泥浆重塑样在不同水化学条件下进行了一系列黏土一维侧限压缩试验,探讨不同浓度的NaCl溶液对饱和黏土压缩过程的影响,并确定土中粒间应力的大小及其变化规律。结果表明：同一级固结应力作用下,随替换溶液浓度的增加渗透固结变形量增大;对于相同浓度的孔隙溶液,固结应力越大,相应的渗透固结变形量越小。根据太沙基有效应力原理,提出了一种利用渗透固结变形来计算平均粒间应力的方法,在此基础上确立了粒间应力（或广义渗透压力）相对变化量与浓度和孔隙比之间的定量关系。该研究提供了一种简单有效的确定饱和黏土粒间应力的方法,为今后校正和验证多场耦合下土本构理论模型奠定基础。     

黏粒含量对磁县段膨胀土抗剪强度影响的试验研究

利用电动应变控制式直剪仪及直剪/残余剪切试验仪对南水北调磁县段不同黏粒含量的原状膨胀土进行快剪、饱和快剪、饱和固结快剪和反复直剪试验,研究黏粒含量对其抗剪强度的影响。研究表明:饱和后试样的抗剪强度明显降低,固结后强度提高,且饱和作用对黏粒含量较大的中膨胀土强度的削弱作用更为显著,固结作用对黏粒含量较小的弱膨胀土强度的治愈作用更显著; 随黏粒含量的增大,黏聚力逐渐减小,内摩擦角则先减后增,其临界值在32%左右; 峰值强度后的抗剪强度降低幅度随黏粒含量的增加而增大; 土体的峰值强度f随黏粒含量则先减后增,变化趋势比较平缓; 残余强度r随黏粒含量增加逐渐减小,成指数关系; 残余强度内摩擦角r与黏粒含量成对数关系,黏聚力cr则比较离散。