低渗透介质孔隙溶液的提取及其应用综述

弱透水层释水,污染物迁移转化及高危废物深埋选址等水文地质和工程地质活动中,孔隙溶液的地球化学行为越来越受到重视。但孔隙溶液提取技术研究发展相对缓慢。介绍了目前应用较多的孔隙溶液提取技术,及其应用局限性与适用条件。综述了孔隙溶液在地球化学、土壤学、环境地质及水文地质学中的应用现状,并提出在地下水越流计算,弱透水-含水系统相互作用,地下水年龄问题研究上,孔隙溶液的测试分析具有良好的应用前景。     

孔隙溶液试验研究方法

孔隙溶液研究意义及現状孔隙溶液是沉积物中水分存在的一种重要形式,广泛浸润于岩石、淤泥和土壤层中,就其数量而言,可不次于沉积层中流动的水量。因此,对其研究越来越引起人们的注意实非偶然。就目前的认识来说,其实际意义可概括为以下几点: 1.在水文地质方面,某种情况下含于岩层中流动地下水的形成与“隔水层”孔隙溶液的挤出有关,通过孔隙溶液与流动地下水成分间的对此,可以确定二者间的相互关系、相互转化的特点。     

低温盐侵蚀环境下砂浆孔隙水相变特性研究北大核心CSCD

砂浆孔隙溶液水盐相变特性是研究其水-热-盐耦合模型以及水泥基材料损伤机理的关键理论基础。为探究河西走廊盐渍土地区砂浆孔隙溶液水、盐相变规律,首先利用差示扫描量热法测定水盐相变过程中热流、相变温度等热参数;其次基于热量守恒和水分质量平衡方程,初步实现水盐分离;然后分别计算不同温度下的冰、盐晶和未冻水含量,揭示了低温下砂浆孔隙溶液水盐相变机理;最后结合微观扫描和物质能谱图,明晰了砂浆内部劣化机制。研究结果表明:随着盐浓度增大,砂浆孔隙溶液冻结温度降低、相变时间延后、水盐相变顺序调换及未冻水含量向低温方向移动;相同盐浓度下,氯化钠对砂浆孔隙溶液冻结温度的降幅最大,混合盐次之,硫酸钠最小;砂浆在低温盐侵蚀下遭受物理化学耦合作用,其中氯化钠对砂浆破坏性最大,混合盐次之,硫酸钠劣化相对较轻。     

岩土孔隙溶液成分研究意义浅谈

众所周知,天然沉积物是一个主要由固相和液相(含有多种溶解物质)所组成的复杂的多相体系.但多年来在研究沉积物化学成分时,往往只注重于固体颗粒部分,而忽视了其中的液相,因而不能全面地反映出沉积环境的化学特征.本文介绍的孔隙溶液成分可以阐明与沉积环境等方面有关的特征,这有助于诸多地质问题的研究.一、孔隙溶液含义孔隙溶液系指分布于岩土孔隙空间的以及被固体颗粒表面所吸附的液体.这种液体与一般游离滴状液态水不同,它在自身重力作用下不会自由移动.实验室条件下可采用压榨法、高速离心分离法或冲洗法(复验性差)从天然沉积物中直接获取这种溶液.由于理解不同,     

压榨液成分研究应用初探

压榨液系指将天然沉积物置于密闭容器中,通过一定的压力从其中挤出来的溶液。这种溶液充满于岩土的孔隙空间,但又与游离滴状液体水不同,它在自身重力作用下一般是不会流出来的,我们称其为孔隙溶液。对于岩土中孔隙溶液的化学成分、特别是某些微量元素的研究,在水文地球化学、环境地质、水文工程地质等领域均具有特殊的评价意义。 本文是近几年笔者在沈照理教授领导下,与匡有为老师合作参加科研工作的部分小结,也是在这方面所作的初步探讨,错误之处敬读者指正。下面归纳几个方面的问题讨论。     

岩土孔隙溶液成分研究意义概述

孔隙溶液系指充满于岩土孔隙空间的以及被固体颗粒表面所吸附的液体。这种液体与一般游离滴状液态水不同,它在自身重力作用下不可能自由移动,因而也不会从沉积物中脱离出来,只是由于沉积物的压密,孔隙体积减小才发生孔隙溶液的运动。实验室条件下采用压榨法或高速离心分离法可直接采集到这种溶液,因而又称之为压榨液。这与传统的通过水渍出液研究沉积物中可溶盐组分的方法是绝然不同的,由于水渍出液方法在制样过程中有外来     

碱性溶液饱和高庙子钙基膨润土膨胀特性及预测

建设高放废物地质处置库需要大量混凝土,而放射性核素衰变释放的大量热量会加速水泥老化,产生的碱性孔隙水会对膨润土的缓冲性能产生不利影响。以高庙子(GMZ)钙基膨润土为试验材料,选用NaOH溶液模拟碱性孔隙水,利用自主研制的耐腐蚀固结仪,完成不同浓度和不同干密度下的膨胀力实验。结果表明,在相同浓度碱性溶液饱和后试样的最终膨胀力随初始干密度的增大而增大;初始干密度相同时,低浓度碱性溶液对膨润土膨胀力有强化作用,高浓度碱性溶液对膨润土膨胀力有弱化作用;在0.3、0.5、1.0 mol/L NaOH溶液环境下试样的膨胀力在达到最大值后会出现下降,膨胀力衰减的程度与溶液浓度有关而与干密度无关。通过X射线衍射试验(XRD)分析矿物成分和晶层间距得到,蒙脱石含量和方英石含量随碱溶液浓度升高而降低,长石含量随着碱溶液浓度升高而上升;NaOH溶液会使钙基膨润土钠化,钠化程度受溶液浓度影响。最后利用蒙脱石孔隙比的概念,对试样的蒙脱石孔隙比和最终膨胀力结果在双对数坐标系中线性拟合,给出预测碱性溶液饱和钙基膨润土膨胀力的表达式。     

酸碱溶液作用下尾矿砂压缩特性的试验分析

为研究不同pH值酸碱溶液对尾矿砂压缩特性的影响,通过应用自行研发的固结渗透装置,对采自辽宁省铁岭市红印尾矿库尾矿砂进行试验研究,测得不同pH值酸碱溶液浸泡后的尾矿砂孔隙比,压缩系数及压缩模量等参数随pH值变化的规律,结果表明:酸碱溶液浸泡后的尾矿砂在固结压力的作用下,初期变化速度很快,然后逐渐趋于平稳;且酸溶液浸泡后的尾矿砂孔隙比最小,蒸馏水浸泡后的尾矿砂孔隙比最大;酸(碱)溶液pH值与尾矿砂压缩系数呈单调递增(减)关系;酸碱溶液浸泡过尾矿砂的压缩模量比原状土大.实验所得的这些参数随pH值变化规律为研究尾矿坝整体稳定提供了一定的理论依据.     

水化学与冻融循环共同作用下砂岩细观损伤与力学性能劣化试验研究

为研究水化学与冻融循环共同作用下岩石的细观结构损伤及力学性能劣化特征,分别对经酸性、中性和碱性水化学溶液浸泡和冻融循环处理后的砂岩进行核磁共振测试和单轴压缩试验,分析砂岩孔隙度和力学参数的变化规律,结果显示:随水化学溶液浸泡时间的增加,砂岩强度和弹性模量均有所降低,且酸性溶液下的降幅最大。随水化学溶液冻融循环次数的增加,砂岩强度和弹性模量均有明显降低,且中性溶液冻融循环下的降幅最大;水化学溶液浸泡对砂岩小孔径孔隙度分量影响不大,而水化学溶液冻融循环对其影响显著,且不同溶液下小孔径孔隙度分量增幅较接近;水化学溶液浸泡与水化学溶液冻融循环对砂岩大孔径孔隙度分量的影响均较显著,单纯浸泡下酸性溶液增幅最大,冻融循环下中性溶液增幅最大;水化学溶液冻融循环条件下砂岩小孔径孔隙细观结构以受冻胀损伤为主,大孔径孔隙则受化学腐蚀和冻胀损伤的共同作用,在孔隙度上综合表现为冻胀与腐蚀的叠加效应,且在砂岩大孔径孔隙细观结构上,酸、碱腐蚀对其与冻胀作用的叠加效应有一定抑制作用;砂岩初始裂隙体变与核磁孔隙度变化率相关性良好。     

孔隙介质润湿性的核磁共振刻度特征的测量

核磁共振测量技术已能够快速而无损地获得孔隙介质的物性信息, 但对于颗粒表面润湿性的测量还处于定性到半定量的水平.采用毛细管法和玻璃板法对经不同浓度二甲基二氯硅烷溶液处理的玻璃表面润湿性测量, 然后对核磁共振方法测量的孔隙介质润湿性结果进行标定, 进而得到孔隙介质润湿性系列的刻度特征.实验表明, 对于玻璃颗粒孔隙介质, 核磁共振测量的结果在作为表面处理剂的二甲基二氯硅烷溶液浓度0 %~ 0.7%变化范围内才与孔隙介质润湿性的变化有着明确的对应关系.在此范围之外, 对应的驰豫时间的变化虽然较大, 但其对于润湿性的刻度已没有明确的作用.      

水化学与冻融循环共同作用下砂岩细观损伤与力学性能劣化试验研究

为研究水化学与冻融循环共同作用下岩石的细观结构损伤及力学性能劣化特征,分别对经酸性、中性和碱性水化学溶液浸泡和冻融循环处理后的砂岩进行核磁共振测试和单轴压缩试验,分析砂岩孔隙度和力学参数的变化规律,结果显示:(1)随水化学溶液浸泡时间的增加,砂岩强度和弹模均有所降低,且酸性溶液下的降幅最大。随水化学溶液冻融循环次数的增加,砂岩强度和弹模均有明显降低,且中性溶液冻融循环下的降幅最大;(2)水化学溶液浸泡对砂岩小孔径孔隙度分量影响不大,而水化学溶液冻融循环对其影响显著,且不同溶液下小孔径孔隙度分量增幅较接近;(3)水化学溶液浸泡与水化学溶液冻融循环对砂岩大孔径孔隙度分量的影响均较显著,单纯浸泡下酸性溶液增幅最大,冻融循环下中性溶液增幅最大;(4)水化学溶液冻融循环条件下砂岩小孔径孔隙细观结构受冻胀损伤为主,大孔径孔隙则受化学腐蚀和冻胀损伤的共同作用,在孔隙度上综合表现为冻胀与腐蚀的“叠加效应”,且在砂岩大孔径孔隙细观结构上,酸、碱腐蚀对其与冻胀作用的“叠加效应”有一定抑制作用;(5)砂岩初始裂隙体变与核磁孔隙度变化率相关性良好。     

水化学与冻融循环共同作用下砂岩细观损伤与力学性能劣化试验研究

为研究水化学与冻融循环共同作用下岩石的细观结构损伤及力学性能劣化特征,分别对经酸性、中性和碱性水化学溶液浸泡和冻融循环处理后的砂岩进行核磁共振测试和单轴压缩试验,分析砂岩孔隙度和力学参数的变化规律,结果显示:(1)随水化学溶液浸泡时间的增加,砂岩强度和弹模均有所降低,且酸性溶液下的降幅最大。随水化学溶液冻融循环次数的增加,砂岩强度和弹模均有明显降低,且中性溶液冻融循环下的降幅最大;(2)水化学溶液浸泡对砂岩小孔径孔隙度分量影响不大,而水化学溶液冻融循环对其影响显著,且不同溶液下小孔径孔隙度分量增幅较接近;(3)水化学溶液浸泡与水化学溶液冻融循环对砂岩大孔径孔隙度分量的影响均较显著,单纯浸泡下酸性溶液增幅最大,冻融循环下中性溶液增幅最大;(4)水化学溶液冻融循环条件下砂岩小孔径孔隙细观结构受冻胀损伤为主,大孔径孔隙则受化学腐蚀和冻胀损伤的共同作用,在孔隙度上综合表现为冻胀与腐蚀的“叠加效应”,且在砂岩大孔径孔隙细观结构上,酸、碱腐蚀对其与冻胀作用的“叠加效应”有一定抑制作用;(5)砂岩初始裂隙体变与核磁孔隙度变化率相关性良好。     

k2SiO3溶液对黏性土孔隙分形特性的影响分析

敦煌研究所研制的k2SiO3对干旱环境下土遗址防风化加固效果显著。设计了不加k2SiO3材料、加5 % 浓度k2SiO3溶液饱和后自然风干1次和3次人工重塑黏土试样的SEM观测,目的是研究k2SiO3对黏土孔隙结构的影响。基于此,利用分区统计方法和计算机图像处理技术,研究了k2SiO3对黏土孔隙结构的改变。分析表明,经k2SiO3加固后的黏土颗粒间胶结联结加强,结构稳定性提高。最后利用Sandbox法计算了土孔隙的分维数,定量分析了k2SiO3对土孔隙的改变,分析发现加3次溶液土样孔隙分维数最小,加固效果最佳。而且土孔隙分维数不受图象灰度分割阈值和SEM放大系数的影响。     

孔隙环境特征对高岭土超声波波速影响机理研究

高岭土是工程中常见的黏性土体,其微观结构对孔隙环境的变化十分敏感。目前针对高岭土孔隙环境特征与声波波速关系的研究还有待深入。基于超声波测试理论,采用RSM-SY6超声波检测仪,研究了不同孔隙环境条件下,高岭土超声波波速的变化规律,并从黏土颗粒的排列方式及其与孔隙溶液的相互作用等微观角度,分析了孔隙环境特征对高岭土超声波波速的影响机理,为超声波检测技术在土体中的应用提供了一定的理论依据。结果表明：（1）孔隙比越大,高岭土超声波波速越低;（2）随着含水率的增加,高岭土超声波波速先小幅度降低,后大幅度升高;（3）孔隙溶液酸碱度对高岭土超声波波速的影响与边缘等电pH值有关,当孔隙溶液pH值等于边缘等电pH值时,超声波波速最大;（4）盐分的加入使高岭土超声波波速降低,当盐溶液浓度在0～0.5 mol/L时,波速下降最快。相同阴离子条件下,高价阳离子对超声波波速的降低作用更明显。研究结果可为黏性土体声学特性研究提供参考,同时也为超声波检测技术在土体中的应用提供了 一定的理论依据。     

NaCl溶液对土体冻结特征影响的试验研究

冻结特征曲线(SFCC)是指冻土中温度和未冻水含量之间的关系,采用核磁共振系统和低温恒温冷浴获得了采用不同浓度Na Cl溶液饱和的黏土的冻结特征曲线。根据试验结果分析不同浓度的孔隙溶液对冻结特征的影响规律,结果表明:随着溶液浓度的增大,冻结特征曲线向上移动,也就是说在相同未冻水含量下,浓度越大,冻结温度越低。这主要是因为盐溶液引起了渗透势能,使得孔隙水中总势能降低,从而降低了孔隙水的冰点。在冻土中,孔隙水的冻结温度与能量状态有关,其中孔隙水的势能包括基质势能和渗透势能,而基质势能部分又分为毛细部分和吸附部分,渗透势能与孔隙溶液的浓度有关。当土体中未冻水含量较低时,主要是吸附效应在起作用。此时未冻水是以吸附膜的形式吸附在土颗粒的周围,将非饱和土的概念引入到冻土中,采用分子间作用力和吸附水膜厚度之间的关系,以描述处于吸附状态的冻结特征曲线。结合渗透势能来模拟不同浓度下的冻结特征曲线,与试验数据拟合结果较好。     

松辽盆地北部中——深层砂岩的次生孔隙研究

松辽盆地北部中——深层砂岩的次生孔隙主要是由不稳定的骨架颗粒组分溶解而成,按结构系列,次生孔隙可划分为八种类型。斜长石的溶解是造成次生孔隙的主要原因,它可以在埋藏浅处开始溶解,在1000-1500m 深处溶解变得集中和剧烈。钾长石的溶解一般发生在埋藏较深处。钾长石溶解和浊沸石溶解大大丰富了深层砂岩的孔、渗条件。次生孔隙的形成不仅取决于酸性介质环境,而偏碱性的孔隙溶液对长石的溶解亦具有重要意义。     

泥质砂岩激发极化弛豫时间谱微观机理

泥质砂岩激发极化弛豫时间谱含有丰富的地层孔隙结构信息。利用串联毛管模型,建立了描述激发极化效应的数学物理模型,数值模拟了激发极化充放电的全过程;利用阻尼最小二乘算法,对理论计算的激发极化衰减谱进行多指数反演,分析了岩石孔隙度、阳离子交换量、溶液浓度、温度、溶液类型和放电时间等因素对激发极化弛豫时间谱的影响。结果表明,弛豫时间谱不仅反映了岩石内部的微观孔隙结构,而且表现了离子扩散迁移恢复平衡的过程。     

总磷对黏土物理力学性质影响的试验研究

通过室内试验,考察了去离子水及不同浓度总磷溶液对黏土物理力学性质的影响,并通过土体矿物成分含量及微观形貌分析,对总磷溶液与黏土作用机制进行了初步探讨。结果表明,总磷对土体物理力学性质影响明显：黏土塑性指数随着总磷溶液浓度的增大而减小,有效黏聚力先增大后减小,有效内摩擦角则随着溶液浓度的增大而增大;各浸泡条件下,黏土应力-应变关系曲线变化规律基本一致,均呈应变硬化现象,土体剪切峰值随总磷溶液浓度的增大先增大后减小;总磷溶液与土体间相互作用主要包括离子交换作用、胶结作用及微生物分解作用,并同时受到孔隙液介电常数及黏滞性的影响,这些作用通过改变黏土的矿物成分含量,使其微观形貌及孔隙特征发生明显变化,最终导致土体的宏观力学特性改变。     

盐溶液对石英粉-膨润土混合土渗透系数的影响与表征

采用变水头渗透试验对蒸馏水与不同浓度的NaCl、CaCl₂溶液下石英粉-膨润土混合土的渗透系数进行了测定,为探讨盐溶液及膨润土含量对混合物渗透系数的影响作用机理,使用核磁共振试验(MRI)、环境扫描电镜(ESEM)对混合物在不同盐度溶液下的孔隙分布特征进行分析。结果表明：在盐溶液作用下,石英粉-膨润土混合土的渗透系数明显增加,其孔隙分布也具有明显的差异。推断盐溶液对渗透系数的影响是由于混合土的孔隙变化引起的。最后利用黏粒孔隙比(e_b)的概念,建立了一种考虑盐溶液作用下石英粉-膨润土混合土渗透系数的表征公式,与已有预测公式相比,新建表征公式能够较好地预测盐溶液作用下石英粉-膨润土混合土的渗透系数。     

“气压、活塞式两用软泥压榨仪”简介

本处所谓“压榨”,系指通过不同的压力将天然沉积物中的孔隙溶液挤出来,以确定其成分地化性质.对于岩土中孔隙溶液的水质和推的研究,在水文地质、工程地质、水文地球化学、环境地质等方面均具有特殊的意义.该仪器81年由我院水文系研制(委托有关厂家负责制造),为气压—活塞两用三联式密封型压榨仪,扰动土和原状土均可试压.仪器操作简单,退样时仍借助于气压,使用方便.一、主要部件和技术性能