基于变形数字图像处理的土体拉伸试验装置的研发与应用

研究黏土的抗拉性能对于认识离子固化剂改性黏土的黏聚力等力学性能有着重要的意义。针对现有拉伸测试装置的不足,设计研发了一套基于变形数字图像处理的土体材料拉伸试验装置,该装置包含应变控制模块、加载夹具模块、数据采集模块和数字图像处理模块。改进了现有加载夹具的不足,将土样形状设计为“8”型并运用FLAC3D有限元数值计算软件验证其合理性,巧妙地解决了夹具与土样之间的连接问题,并且将加载夹具功能与制样盒功能合并,避免了试样转移过程中可能受到的扰动。新增了图像采集装置,记录土样变形破坏过程,基于Geo-PIV数字图像处理软件分析土样试验过程中的变形规律。应用该装置开展了素蒙脱土及不同配比离子固化剂减小蒙脱土黏聚力对比试验研究,研究结果表明：拉伸仪能精确控制、采集土体的抗拉强度。粒子图像测速（particle image velocimetry,简称PIV）分析结果客观、真实地表明,试验过程中土样处于受拉状态,并且土样受加载夹具夹持的部位并未出现明显的应力集中现象;离子固化剂改性蒙脱土抗拉强度以及拉伸变形模量较未改性土低,降低程度随离子固结剂溶液浓度增大而增大;数据采集装置对应力、应变信息变化敏感。试验结果和数字图像结果表明,所设计的拉伸试验装置具合理性、可靠性以及敏感性。     

pH值对锌离子污染高岭土压缩及离子扩散特性影响研究

为了研究不同酸碱环境下锌离子对饱和高岭土压缩特性影响,以及锌离子向其中扩散特性,利用室内人工配制的重塑土开展了一维固结试验和土柱扩散试验。试验结果表明,锌离子浓度不高于0.05 mol/L时,污染土的压缩指数变化不大,但氢氧化锌沉淀量的增加会导致高岭土的压缩性略有降低。高岭土处于碱性环境时,其上部自由溶液中锌离子浓度降低最快,中性环境次之,酸性环境时最慢。溶液电导率可间接反映出其中的溶解态锌离子浓度,高岭土处于中性和碱性环境时,土柱上部自由溶液的电导率与溶液中锌离子浓度呈正相关,而当高岭土处于酸性环境时,土柱上部自由溶液的电导率与溶液中锌离子浓度呈负相关,对于这种酸碱土体环境下的反常规律,在利用溶液电导率快速评价重金属离子浓度时需引起重视。     

稀土矿区环境调查SMAIMA方法体系、评价模型及其应用——以赣南离子吸附型稀土矿山为例

本文以赣南典型稀土矿区为重点调查研究对象,以岩(矿)石-风化壳-尾矿-水为系统,采用多学科多方法协同,对离子吸附型稀土(简称iRee)资源开采涉及到的水资源-环境效应进行了系统研究。提出了对采矿过程中的环境效应进行调查、检测、评估的工作方法体系,即:野外调查(S)—实验测试(M)—特征分析(A)—指标体系构建(I)—模型研究(M)—综合评价(A),简称SMAIMA工作法。自2011年以来连续6年分季度系统采集550多件样品,积累了近3万个可靠数据,为iRee矿区及周边水质采样、特征分析、水污染源鉴别提供了依据。通过对iRee矿区及周边地表水中REE及理化指标时空变化特征的综合分析,查明了污染的原因、途径。建立了针对iRee矿区的水环境质量评价指标体系,构建了针对iRee矿区的水环境模糊综合评价模型。在水环境评价的基础上,针对赣南稀土矿区的环境特点,进一步构建了包括自然地理、基础地质、开发占地以及地质环境在内4大类、13小类的二级评价指标体系,首次研建了基于支持向量机(SVM)的iRee矿山环境效应定量评价模型。运用该评价模型,对龙南、安远、寻乌三个不同类型的稀土矿区(以龙南代表重稀土矿区、以安远代表中稀土矿区、以寻乌代表轻稀土矿区)的矿山环境进行了综合评价分级,进而提出了iRee矿山环境保护和治理恢复的对策建议。     

祁连山浅山区降水化学的环境意义

通过连续收集降水样品对祁连山浅山区民乐县大气降水特征及水汽来源进行研究,运用相关分析和主成分因子分析,探讨了2013 年5 月27 日至2014 年7 月7 日祁连山民乐地区降水常量离子的化学特征。结果表明：研究时段内降水离子浓度由大到小依次为Ca²⁺ >SO₄^2- >NH₄⁺ >Cl^- >Na⁺ >NO₃^- >Mg²⁺ >K⁺,其中Ca²⁺和SO₄^2-是高浓度离子,阳离子总浓度远远高于阴离子总浓度。降水pH 平均值为7.44,降水电导率的变化范围为4.0 μs·cm^-1～940.0 μs·cm^-1,平均值为167.93 μs·cm^-1。Ca²⁺离子和SO₄^2-离子分别占阳离子和阴离子总浓度的47%和44%。各阴阳离子随季节变化表现出明显的波动趋势,冬、春季节降水极少时阴阳离子浓度较高,而在夏季降水较多时各离子浓度较低。冬春季频繁的沙尘暴活动造成大气陆源气溶胶浓度升高,且该时段降水量少,因此降水离子浓度升高。相关分析和主成分因子分析结果表明,祁连山浅山区民乐县的降水化学离子主要来源于陆源物质,农业生产和人类活动产生的气溶胶是次要来源。     

天山哈密榆树沟流域地下水化学特征及其来源

根据天山哈密榆树沟流域地下水的pH 值、总可溶性固体（TDS）、电导率（EC）和主要化学离子的测定,运用综合特征描述法、三角图示法、相关性分析和主要离子比值法,探讨了流域地下水的水化学特征及其形成原因。分析结果表明：地下水的pH 值为中性略偏碱性;阳离子中Ca²⁺ 质量浓度含量最高,阴离子中HCO₃^-浓度最高,阳离子质量浓度序列为Ca²⁺ >Na⁺ >Mg²⁺ >K⁺,阴离子质量浓度序列为HCO₃^->SO₄^2- >Cl^- >NO₃^-;该流域地下水主要离子类型为HCO₃^--Ca²⁺ ;TDS 含量分别为104.33 mg·L^-1和99 mg·L^-1,属于弱矿化度水;地下水中离子组成主要受碳酸盐风化作用的影响。     

Variations of ion-transport enzyme activities during early development of the shrimps <Emphasis Type="Italic">Fenneropenaeus chinensis</Emphasis> and <Emphasis Type="Italic">Marsupenaeus japonicus</Emphasis>

The ion-transport enzyme activities were studied in the nauplii 1–2, zoea 1–3, mysis 1–3, and postlarva 1–7 of the shrimps Marsupenaeus japonicus and Fenneropenaeus chinensis. The results showed that total ATPase, Na⁺-K⁺-ATPase, and V-ATPase (V-type H⁺-ATPase) activities increased during the early development for both the species, from zero in nauplii to stable levels after zoea stage. The enzyme activities of the latter species were significantly higher than those of the former species after zoea stage (F>F _0.05). The contributions of Na⁺-K⁺-ATPase, V-ATPase and HCO₃ ⁻-ATPase to the total ATPase activity of the two species varied in different developmental stages and accounted for 40%–70%, 22%–46% and 2%–13% in M. japonicus from zoea to postlarva stage, whilst the shares of them were 42%–69%, 28%–44% and 2.5%–22%, respectively in F.chinensis. These findings suggest the possible culture of the two species with varying water quality, especially the salinity and pH.     

芙蓉洞洞穴水离子浓度和元素比值变化特征及其环境意义

通过对芙蓉洞2006年3月—2009年2月期间泉水和洞穴滴水、池水的地球化学指标监测,结合当地的器测数据,初步认为洞穴滴水的Sr2+、Ca2+、Mg2+浓度及其比值既取决于环境降水和温度的变化,也受到上覆岩土作用的影响。芙蓉洞外山上的6#泉水Ca2+平均浓度为45.81mg/L,洞内1#、3#滴水Ca2+的平均浓度64.59mg/L,2#和4#池水中由于Ca2+沉积,浓度下降到24.74mg/L,下降了大约61.7%。Mg2+和Sr2+的浓度在泉水、滴水和池水中的变化规律与Ca2+基本一致。各种水体中Cl-的浓度变化幅度较小,平均浓度为1.72±0.2mg/L。岩溶水与基岩作用时间长短以及运移过程中Ca2+的前期沉积作用对各元素与离子含量变化具有重要作用。旱季Ca2+的前期沉积作用和雨季基岩的溶蚀及雨水的稀释作用主导着岩溶水中Mg/Ca与Sr/Ca的变化,这些指标能对干旱和洪涝等极端气候事件做出响应。      

伴随着高速流的磁尾电流片拍动观测研究

磁尾电流片在磁尾动力学过程中起着重要作用.卫星观测表明磁尾电流片经常处于拍动状态.但磁尾电流片拍动的特性和产生机制至今仍然没有被完全弄清楚.本文主要利用欧洲空间局Cluster卫星数据,研究一个伴随高速离子流的电流片拍动事件.该电流片拍动事件具有很强的周期性.拍动的周期约是2min,磁场振荡幅度约为20nT.能量电子和离子的通量具有周期性增强和减弱的特征.电流密度X和Y分量也具有周期性的振荡,并且振荡周期与磁场振荡周期一致.通过对粒子流速矢量与电流矢量的分析,发现粒子运动具有涡旋的特征.因此可以推断,该磁尾电流片的拍动不是由磁尾等离子体片高速流产生的,而是与局地等离子体不稳定性有关.     

顶部电离层离子密度经度结构的特征及其随季节、太阳活动和倾角的变化

本文利用DMSP卫星测量数据和傅里叶分解和重构方法,研究了地磁平静期顶部电离层总离子密度(Ni)经度结构的多重波数特征及波数4的年变化、逐年变化、地方时差异和随倾角的变化.傅里叶分解和重构的结果表明,顶部电离层平均Ni的经度结构中同时含有以波数1至波数4为主的多重分量,不同波数分量的幅度和相位各不相同.对波数4分量的分析表明,波数4的幅度在春秋季最强,北半球夏季高于冬季;随太阳活动水平增强,波数4分量的幅度增高,至太阳活动高年幅度达到最高,此后随太阳活动水平降低而减小,与F10.7呈正相关;春秋季和北半球夏季波数4分量在傍晚最强,晚上和上午次之,黎明最弱,从09LT到21LT,波数4的相位依次滞后,暗示向东移动.分析还发现,日落期间波数4幅度依赖倾角,春秋季随倾角的变化呈双峰结构,两个极大出现在倾角±18°附近,暗示赤道等离子体喷泉效应对顶部电离层经度结构的控制作用.     

基于CARISMA地磁台链观测的IPDP事件的统计分析

亚暴期间磁尾等离子体片离子注入内磁层能够激发电磁离子回旋(EMIC)波.对应于这种EMIC波,地面磁力仪可观测到周期逐渐减小的地磁脉动(IPDP).利用GOES卫星数据,地磁指数和加拿大CARISMA地磁台站的数据,我们研究了IPDP事件的产生与亚暴磁尾注入的关系.同时利用CARISMA地磁台链中的MCMU和MSTK两个台站,从2005年4月到2014年5月期间的观测数据,统计分析了亚暴期间的IPDP事件,研究了IPDP事件的出现率关于季节和磁地方时的分布特征.我们总共获得128个两个台站同时观测的IPDP事件.该类事件关于季节分布的发生率,冬季最小,为13.28%,春季最大,为32.81%,结果表明IPDP事件关于季节分布的发生率受到电离层电导率及亚暴发生率的影响.两个台站同时观测到的IPDP事件最大出现率出现在15—18 MLT(磁地方时),结果表明IPDP事件主要由亚暴期间产生的能量离子注入内磁层,西向漂移遇到等离子体层羽状结构(Plume)区的高密度等离子体所激发.