咸淡水过渡带化学过程的试验研究

通过不同比例的咸淡水混合作用及水岩作用的室内模拟实验,对咸淡水过渡带的水文地球化学作用进行了研究。在咸淡水混合作用的过程中,海水与淡水的混合是以机械混合为基础的复杂的化学过程,混合液的总碱度和pH值均显著上升,而电导率明显下降,方解石和石膏的饱和指数均明显增大,而Pco2降低。在水岩作用的过程中,混合液的pH值、总碱度和电导率均显著上升,石膏的饱和指数由～1．06～-0．71升高至-0．86～-0．50,石膏发生溶解;方解石的饱和指数由0．69～1．07降至0.00-0．10,方解石发生沉淀．最后接近平衡状态。     

屋面雨水回灌裂隙岩溶水水岩作用实验研究

在济南大学西校中采集奥陶系灰岩岩样,并设置不同的地下水、雨水混合比例进行室内溶蚀模拟实验。通过pH、电导率及几种常规离子的测定,并利用水文地球化学模拟软件PHREEQC等方法,分析雨水回灌含水层后与原有的地下水以及含水层介质之间的水—岩相互作用。结果表明:(1)地下水、雨水混合后,随振荡的持续进行,以及温度升高和脱碳酸作用的影响,水中CO2分压不断下降;(2)Ca2+浓度在混合比例为9∶1、7∶3和5∶5时略有下降,其它离子浓度无明显变化;(3)随雨水和岩溶系统作用时间的增加,方解石、白云石和石膏的饱和指数均不断减小,且随着雨水回灌量的增加,方解石、白云石饱和指数减小明显,从混合比例9∶1时的0.23~-0.39和0.05~-0.97到1∶9时的-0.34~-0.62和-1.59~-2.57,表明雨水能增强对方解石、白云石乃至整个含水层的溶蚀,且雨水回灌量越大,溶蚀作用越强烈,影响越明显;(4)雨水回灌所形成的溶蚀量比较有限,不会对回灌井周围含水层稳定产生严重影响。      

峰峰矿区东部地下水水文地球化学模拟

应用离子比例系数法分析了峰峰矿区东部地下水化学成分特征,结合含水层岩性条件,为水文地球化学模拟中“可能矿物相”的确定提供依据;采用PHREEQC软件对含水层中水-岩作用进行水文地球化学模拟,模拟计算出饱和指数,通过质量平衡模拟计算水-岩作用过程中主要矿物相的转化量。结果表明:方解石和白云石处于饱和状态,在适当的条件下会沉淀,而岩盐、石膏处于未饱和的状态,在适当的条件下将继续溶解。沿地下水流路径,从五矿奥灰水-一矿奥灰水-一矿副井水,地下水系统中白云石、岩盐、石膏溶解,方解石沉淀,且发生了阳离子交换作用。研究矿井水中水-岩相互作用,初步探讨废弃矿井水文地球化学演化机制,对分析矿井水文地球化学演化的影响因素有重要作用。      

硫酸根离子对方解石和白云石溶解度的影响

在无CO2和有P_CO2条件下,利用目前成熟的水文地球化学模拟软件——PHREEQC,分别对方解石、白云石在Na2SO4、CaSO4和MgSO4溶液中的溶解度进行了模拟计算。结果显示:溶液中SO₄2-的存在对方解石、白云石溶解度的提高作用很大。如在Pco2、浓度为1200mmol／L的Na2SO4溶液中,方解石和白云石溶解度分别为纯水中溶解度的9．544和9．897倍。其作用机理是:在无同离子效应时,SO₄2-等所产生的盐效应和SO₄2-与各种阳离子形成的离子对起重要作用;而有同离子效应时,将发生白云石化或去白云石化反应,从而促使不全等溶解继续发生。与此同时,即使存在同离子效应的条件下,特别是在较高浓度条件下,盐效应的作用也是不容忽视的。      

煤矿酸性“老窑水”低Ca/Mg成因机制

山西省阳泉市山底河煤矿“老窑水”循环系统多年水质监测数据计算结果显示,煤矿酸性“老窑水”的Ca/Mg值普遍偏低,且存在Ca/Mg值随酸化程度的增强（SO₄2?含量增加或pH减小）而减小的规律。针对这一问题,结合研究区的地球化学物源条件,通过室内试验以及野外监测水样的石膏、方解石、白云石矿物饱和指数与pH变化关系,分析煤矿酸性“老窑水”低Ca/Mg值的成因机制。研究表明:区内石炭系－二叠系的煤系地层中碳酸盐岩夹层、分散状态分布的菱镁矿、黄铁矿是“老窑水”中Ca2+、Mg2+、SO₄2?的物质来源;在黄铁矿氧化水解形成的以硫酸根为主导的酸性溶液中（pH为2.0~4.5）,代表硫酸对石膏、方解石、白云石可溶解性的饱和指数排序为石膏>方解石>白云石,受石膏在高浓度硫酸活性降低并发生沉淀、方解石溶解受Ca2+同离子效应抑制和饱和状态的平衡调节的综合影响,使Ca2+相对含量减少,由于MgSO₄溶度积大于CaSO₄,故Mg2+含量未受上述约束（或较低）,脱白云岩化反应可因Ca2+含量随石膏沉淀而继续进行,加之区内有菱镁矿的溶解,使得Mg2+相对含量增加,最终出现了镁矿酸性“老窑水” Ca/Mg值低的结果。Ca/Mg值可作为煤矿酸性“老窑水”的污染特征指标,应用于环境影响评价。      

都思兔河中段河水化学成分的形成机制分析

在分析研究区地质及水文地质条件的基础上,根据对各类水样资料的研究,发现在都思兔河中段,对于相对惰性的组分,河水的化学成分由湖水与地下水混合形成;但对于易发生化学反应的组分,湖水在向下游运动的过程中,其化学成分明显受到了化学反应的影响。论文使用Cl-质量平衡方法,计算出该段河水中地下水的补给比例在50%以上;并且根据研究区的具体条件及矿物饱和指数的计算结果,确定石膏的溶解、方解石和白云石的沉淀以及CO2逸出是河水化学成分形成的主要化学作用,通过对化学反应量的计算,恢复了湖水与地下水仅发生了简单混合作用的混合水的成分。     

花岗岩地区水-岩反应次生矿物的沉淀饱和指数估算

水-岩反应次生矿物的沉淀作用不仅控制着地下水成分的演化,而且对核素的迁移和阻滞作用有重要影响。但在常温系统中,矿物的成核生长需要过饱和驱动力的存在,而且不同次生矿物成核生长所需的过饱和度有差异。本文在对日本和加拿大花岗岩地区水-岩系统的地质和地球化学特征进行分析研究的基础上,使用地球化学模拟软件PHREEQC2．15和数据库Ilnl．dat计算了次生矿物在地下水中的饱和指数,从而对各种矿物的沉淀饱和指数进行了估算。结果表明,方解石的化学活动性较强,容易溶解和沉淀,其沉淀饱和指数大约为0．5;针铁矿是地下水中铁的主要沉淀形式,其饱和指数的计算结果与pe值关系密切,沉淀饱和指数高达4．0±0．5;结合高岭石、伊利石、钙蒙脱石和钠蒙脱石之间的相平衡关系,估算其沉淀饱和指数分别为4．0±0．5、4．5±0．5、4．3±0．5和4．3±0．5。     

石羊河流域地下水化学环境演化特征研究

作者在系统研究石羊河流域地下水化学类型和演化特征的基础上,应用地球化学计算机模拟方法,模拟了研究区地下水中各元素存在的形式,方解石、白云石等矿物的饱和指数,进而判断了水岩作用的方向和程度,揭示了石羊河流域地下水化学环境演化机制。     

微生物介导碳酸盐矿物合成过程中溶液pH值及主要阳离子变化及其地质意义

微生物介导碳酸盐矿物沉淀为“白云岩”问题的解决带来了希望。本次研究利用好氧、中度嗜盐细菌,在Mg²⁺/Ca²⁺值分别为3,5和7的溶液中合成碳酸盐,记录了每隔24 h溶液中的pH值,并取样分析了溶液中主要阳离子的变化情况。了解溶液pH值和阳离子变化,有利于我们了解微生物作用下碳酸盐矿物形成的过程,对理解微生物作用下碳酸盐的形成机制具有重要意义。实验结果表明,合成的矿物主要为一水碳酸钙、方解石及原白云石。3种溶液的pH值在前4 d均明显降低,溶液整体呈酸性,4 d后溶液pH值降低的趋势减缓,10 d后溶液pH值缓慢上升,呈近中性或弱碱性。Ca²⁺,Mg²⁺均呈现先下降后略微上升的趋势,Ca²⁺,Mg²⁺后期略微上升可能是由于细菌活性降低后不再消耗Ca²⁺,Mg²⁺,溶液中的H⁺,Na⁺和K⁺等阳离子在阳离子交替吸附的作用下替换出了一部分吸附在培养基上...     

大荔县洛河水化学成分的形成机制分析

在分析研究区地质及水文地质条件的基础上,根据对各类水样资料的研究,发现在洛河下游,对于相对惰性的组分,河水的化学成分由河水与地下水混合形成,并且从水化学的角度验证了在该区段补给河水的那部分地下水主要来自洛河以南的地下水;但对于易发生化学反应的组分,河水在向下游运动的过程中,其化学成分明显受到了化学反应的影响。论文使用Cl^-质量平衡方法,计算出洛河上游河水中地下水的补给比例在20～30％左右,下游地下水补给比例约占70％左右;并且根据研究区的具体条件及矿物饱和指数的计算结果,确定了石膏、方解石的溶解和白云石的沉淀以及碳酸平衡是河水化学成分形成的主要化学作用,通过对化学反应量的计算,恢复了河水与地下水仅发生了简单混合作用的混合水的成分。     

掺砂率对高放废物处置库中缓冲/回填材料收缩特性的影响

缓冲/回填材料的收缩特性对高放废物处置库的长期安全性和稳定性具有重要影响。以高庙子（GMZ） 膨润土-砂混 合物缓冲/回填材料为研究对象,探究了0~50%掺砂率下,试样蒸发失水过程中的收缩特性。试验结果表明：（1） 试样的水 分蒸发过程可分为常速率阶段、减速率阶段和残余阶段,且掺砂率对各阶段水分蒸发过程均有显著影响;（2） 掺砂率对试 样缩限值基本没有影响,但收缩应变却随着掺砂率的增大而减小;试样收缩系数在掺砂率为30%时达到最大,之后随掺砂 率的增大而减小;（3） 在不同掺砂率下,试样收缩均呈现出明显的各向异性;（4） 掺砂率越高,试样进气点对应的含水率 越大,最终孔隙比也越大。     

水泥土搅拌桩软土地基土体动力特性的共振柱试验研究

开展对水泥土搅拌桩软土地基土体试样的GDS（Global Distribution System）共振柱试验,研究不同剪应变、围压、水泥土置换率对土体动力特性的影响。结果表明,水泥土搅拌桩软土地基土体的动剪切模量G和阻尼比D随剪应变? 变化趋势与软黏土一致,在小应变范围内围压和置换率对土体的动剪切模量G和阻尼比D的影响显著,随着剪应变? 增大,围压和置换率的影响减弱;水泥土搅拌桩软土地基土体的最大动剪切模量Gmax与围压表现出良好的线性关系,围压越大,提高水泥土的置换率对土体最大动剪切模量Gmax增强效果越明显。研究结果可为地区水泥土搅拌桩软土地基土体动力参数的取值提供一定的参考。     

水泥砾质土三轴试验研究

对某水泥砾质土进行了三轴固结排水剪切试验,研究在不同水泥掺入比下水泥砾质土应力-应变关系和强度特性。结果表明：随水泥掺入比的增加,水泥砾质土试样在不同围压下应力-应变关系曲线均表现出不同程度的软化和剪胀现象,尤其在低围压（200 kPa）和高水泥掺入比（8%）下,剪胀性比较明显;在相同水泥掺入比下,峰值强度 随围压的增加近似呈线性增长;与不掺水泥砾质土相比,水泥砾质土的内摩擦角 因掺入不同量的水泥而得到不同程度的提高,黏聚力 随水泥掺入比的增加呈增长趋势,且增幅显著;割线模量 和 均随围压和水泥掺入比的增加而增加。不同高度的心墙堆石坝三维有限元算例的计算结果表明：水泥砾质土作为心墙材料可以显著降低土石坝心墙沉降。     

深层搅拌桩搅拌头结构和动力特性对桩体搅拌均匀性的影响

通过对搅拌头叶片的动力特性和切削搅拌机理分析,阐明影响桩体搅拌均匀性的主要因素是叶片的水平旋转速度和垂直运动速度,分析了搅拌头结构形式对搅拌均匀性的影响,提出了提高搅拌均匀性的途径。     

高庙子膨润土与砂混合物的土-水特征曲线

用滤纸法和压力板法对高庙子膨润土与福建砂的混合物进行试验研究,在不同孔隙比和不同膨润土与砂配合比情况下量测脱湿过程的土-水特征曲线,研究土-水特征曲线与孔隙比和配合比之间的关系。试验结果表明：在同一配合比下用饱和度与吸力表示土-水特征曲线时,其曲线随着孔隙比的减小向右上方移动,即当土样的吸力一定时,土样的饱和度随着孔隙比的减小而增大,当吸力小于10 MPa时,这种现象较为显著;在同一孔隙比下膨润土与砂混合物的土-水特征曲线随着膨润土的比例增加而向右上方移动,即混合物的进气值随着膨润土的比例增加而增大;另外,配合比以及孔隙比相同时,膨润土与福建砂的混合物的土-水特征曲线与日本产Kunigel膨润土与丰浦砂的混合物的土-水特征曲线非常接近。     

膨润土-砂混合型缓冲/回填材料土-水特征曲线研究

高放废物（HLW）深地质处置中,在膨润土中添加一定比例的石英砂能优化缓冲/回填材料的性能。利用水汽平衡法,对高庙子压实膨润土-砂混合物在不同温度、掺砂率和干密度条件下的土-水特征曲线（SWCCs）进行试验研究,分析温度、掺砂率与干密度对混合物土-水特征曲线的影响。试验结果表明,随着温度升高,混合物的持水能力明显下降;在试验控制吸力范围内,低吸力段掺砂率对土-水特征曲线影响明显,高吸力段掺砂率对混合物土-水特征曲线的影响逐渐降低;干密度对混合物的土-水特征曲线基本没有影响。根据试验数据建立了不同温度和掺砂率条件下膨润土-砂缓冲/回填材料土-水特征曲线的经验公式,可用来预测不同温度和掺砂率条件下的膨润土-砂混合型缓冲/回填材料土-水特征曲线     

寒区水泥固化土力学性能影响因素分析

为了在北方寒区推广和应用水泥固化土建造保暖性房屋和设施农业,采用内蒙古黄河灌区周边典型的粉质土,利用普通硅酸盐水泥固化土体,配制水泥固化土,采用静力机械压实法和人工分层击实法分别制作了Φ50mm×H50mm和Φ39.1mm×H80mm两种不同规格的试件,并进行了无侧限抗压强度室内试验,研究了不同水泥掺入比、不同养护龄期、不同规格及成型方法对水泥固化土无侧限抗压强度的影响,得出了不同试验条件下水泥固化土的强度变化规律.试验结果表明:强度均随水泥掺入比及龄期的增大而增大,三者之间较好地满足空间平面模型,偏回归分析表明,水泥掺入比较龄期对强度的影响贡献更大,两种规格试件的强度之间较好地满足对数关系;不同规格及成型方法的试件对水泥固化土强度的影响规律不同,Φ39.1mm×H80mm试件存在一个临界水泥掺入比与临界养护龄期,当超过这个值时,其强度增长率减小.     

井内混合效应对弥散尺度依赖性影响的实验研究

弥散度是刻画孔隙介质中溶质运移和扩散的重要参数,对于污染物的预测和修复至关重要,但野外示踪试验往往会选择忽略真实存在的井内混合效应。通过室内砂槽实验方法,模拟具有水平分层结构的含水层,该含水层主要由3种介质充填而成。采用埋藏传感器和井中布设传感器2种监测方式,对比在有/无混合效应情况下,穿透曲线的形态差异,进而探究井内混合效应对弥散尺度依赖性的影响情况。实验结果表明,井内混合效应会使穿透曲线呈现阶梯式增长,并伴有显著的拖尾现象;当使用对流弥散方程进行计算时,混合效应会导致弥散度被高估;观测到的弥散度与真实弥散度的差异会随着注入井和观测井间距离的增加而增大;此外,2种观测方式（埋藏/井内）均能发现弥散的尺度依赖性,且井内混合效应显著增强了弥散尺度效应,该实验结果可为污染物运移的评价和预测提供参考。      

重金属作用下改性水泥系隔离墙化学相容性研究

水泥系隔离墙被广泛应用于工业污染场地修复工程,但其防渗性能有待改善,且在高浓度、毒理性重金属污染作用下的化学相容性有待研究。通过室内试验研究了不同粒化高炉矿渣（GGBS）掺量、膨润土掺量和固化剂总掺量对水泥系隔离墙的强度和渗透特性的影响;综合考虑成墙效果和成本,选出固化剂掺量为20%（水泥、粒化高炉矿渣和膨润土掺量分别为8%、8%和4%）作为改性水泥系竖向隔离墙的最优配比。通过柔性壁渗透试验研究了重金属锌、铅污染作用下改性水泥系隔离墙试样的化学相容性。结果表明,重金属溶液作用下试样防渗性能的下降由重金属种类、重金属浓度以及试样孔隙液pH值三者共同决定。重金属种类对防渗性能的不利影响为：硝酸锌-硝酸铅>硝酸锌>硝酸铅。锌、铅溶液作用下试样的渗透系数为自来水作用下渗透系数的1.49～10.10倍,且重金属溶液的浓度越高渗透系数越大。在满足防渗要求前提下,该配比墙体材料能阻挡50 mmol/L的硝酸锌污染液、100 mmol/L的硝酸铅污染液和10 mmol/L硝酸锌-硝酸铅污染液。