Numerical Analysis of Gravity Coring Using Coupled Eulerian-Lagrangian Method and a New Corer

The shortcomings of gravity corers in sampling marine sediments have been observed extensively in various field tests. In order to optimize the coring, this article provides an alternative numerical way to model the gravity coring and analyze the sampling effect. Based on this analysis, a new hydraulic hammer corer is devised. A coupled Eulerian-Lagrangian method with capability of simulating the problem involving extreme deformation, penetration is used to simulate the coring process. The results show that the hydrostatic pressure and deviator stress increase and reach their peak when the pile tip is slightly above or at the level of the observation point and then drop rapidly when the pile tip slides below the observation point. In addition, the stress path indicates that the soil element sustains plastic compression before yielding and then expands until recovering to the original state. The obvious “under-sampling” phenomenon is also well-captured by the finite element model.     

Coupled Dynamic Response Analysis of A Multi-Column Tension-Leg-Type Floating Wind Turbine

This paper presents a coupled dynamic response analysis of a multi-column tension-leg-type floating wind turbine (WindStar TLP system) under normal operation and parked conditions. Wind-only load cases, wave-only load cases and combined wind and wave load cases were analyzed separately for the WindStar TLP system to identify the dominant excitation loads. Comparisons between an NREL offshore 5-MW baseline wind turbine installed on land and the WindStar TLP system were performed. Statistics of selected response variables in specified design load cases (DLCs) were obtained and analyzed. It is found that the proposed WindStar TLP system has small dynamic responses to environmental loads and it thus has almost the same mean generator power output under operating conditions as the land-based system. The tension mooring system has a sufficient safety factor, and the minimum tendon tension is always positive in all selected DLCs. The ratio of ultimate load of the tower base fore-aft bending moment for the WindStar TLP system versus the land-based system can be as high as 1.9 in all of the DLCs considered. These results will help elucidate the dynamic characteristics of the proposed WindStar TLP system, identify the difference in load effect between it and land-based systems, and thus make relevant modifications to the initial design for the WindStar TLP system.     

发射光谱法测定区域化探样品中的Pb、Sn、Mo、V元素

采用发射光谱法测定区域化探样品中Pb、Sn、Mo、V元素,以焦硫酸钾、氟化钠、三氧化二铝和碳粉的混合物为固体缓冲剂,采用外加内标法以锗（Ge）作为内标元素,选择合适的分析线对,选取国家一级地球化学标准物质（GBW水系沉积物、土壤）平行测定（n=12次）.测试结果准确度达到规范要求,满足区域化探样品的检测要求.     

Probabilistic calibration of a coupled hydro-mechanical slope stability model with integration of multiple observations

Multiple types of responses, such as displacements, ground water level, pore water pressures, water contents, etc., are usually measured in comprehensive monitoring programmes for rainfall-induced landslide prevention. In this study, a probabilistic calibration method for coupled hydro-mechanical modelling of slope stability is presented with integration of multiple types of measurements. A numerical example of a soil slope under rainfall infiltration is illustrated to compare the effects of single and multiple types of responses on parameter estimation and model calibration. The results show that the soil parameters can be estimated with less uncertainty and total uncertainty bounds are narrower with multiple types of responses than with a single type of response. Model calibration based on multiple types of responses can compromise different responses and hence the means and standard deviations of model error are the smallest. A feasible correlation coefficient between soil modulus and permeability can be obtained from model calibration with multiple types of responses and single type of response as long as the responses include displacement data.     

气相色谱-三重四极杆质谱法测定地下水中44种有机物污染物

地下水中有机氯、多环芳烃、邻苯二甲酸酯等半挥发性有机污染物对生态环境和人体健康带来潜在威胁,开发高效、准确、快速的检测方法具有现实意义。通过液液萃取、固相萃取等方式将水中有机污染物分类萃取,利用气相色谱、气相色谱-质谱、液相色谱-质谱等方法测定,不能在满足低检出限的同时测定多种类别有机污染物。本文建立了一种改进的QuECHERS方法,即在水样中加入少量有机溶剂振荡后直接取有机相,无需净化,利用灵敏度更高的气相色谱-三重四极杆质谱仪多反应监测模式(MRM)进行定性、内标法定量,实现了44种有机污染物的同时测定。实验优化了质谱条件,对比了不同溶剂的提取效果以及传统方法和QuECHERS的优缺点。结果表明:44种有机物在1～200μg/L范围内线性关系良好,各有机物的检出限和回收率均满足要求。本方法具有前处理简单、检出限低、邻苯二甲酸酯类本底低、多类有机物同时测定等优点,可应用于地下水中痕量有机物的测定和评估。     

柱色谱分离-分子筛络合洗脱过程中正构烷烃单体碳同位素分馏研究

应用气相色谱-气体同位素质谱(GC-C-IRMS)分析正构烷烃单体碳同位素之前,需要对饱和烃样品中正构烷烃和异构烷烃进行预分离、富集,在预分离和富集过程中正构烷烃单体碳同位素是否发生分馏是高精度分析正构烷烃单体碳同位素比值(δ~(13)C)的关键。本文以正构烷烃混合溶液为对象,利用柱色谱、5■分子筛络合、环己烷-正戊烷混合溶剂两次洗脱,GC-C-IRMS分析正构烷烃单体碳同位素,研究前处理过程中正构烷烃单体碳同位素是否发生分馏。结果表明:使用柱色谱分离前后,多数正构烷烃单体碳同位素比值相差-0.2‰～0.2‰;当5■分子筛不完全络合时,未络合的正构烷烃单体碳同位素比值偏重约0.7‰,可能发生了微弱的碳同位素分馏,但并未影响洗脱后的正构烷烃单体碳同位素比值;使用环己烷-正戊烷混合溶剂洗脱前后,碳同位素比值相差-0.2‰～0.5‰,以同样方式洗脱第二次,获得的正构烷烃单体碳同位素比值与模拟样品相差-0.3‰～0.2‰。分析不同回收率(20%)正构烷烃的单体碳同位素比值,处理前后的差值基本在0.3‰以内,可见当正构烷烃回收率低至20%左右时,其单体碳同位素仍未发生明显分馏。柱色谱分离-5■分子筛络合-混合溶剂洗脱方法适用于回收率大于20%的正构烷烃单体碳同位素分析。     

电感耦合等离子体质谱-X射线衍射法研究云南玉溪和美国内华达地区黏土型锂资源矿物学特征

中国云南玉溪和美国内华达均已发现大量黏土型锂资源,目前关于两地区样品矿物学特征的研究相对不足,而对黏土型锂资源进行充分的矿物学特征研究是锂提取工作开展的重要前提。本文采用X射线荧光光谱、电感耦合等离子体质谱、X射线粉晶衍射、扫描电镜等分析技术,从化学组成、矿物组成、微观形貌等角度对云南玉溪的两个黏土型锂资源样品(YM-1和YM-2)和美国内华达的两个黏土型锂资源样品(Ame-1和Ame-2)进行对比分析。结果表明:玉溪地区和内华达地区样品的锂含量均高于1000μg/g,具有一定的开发利用价值,但这两个地区的黏土型锂资源样品在主要化学成分、矿物组成、微观形貌和锂赋存状态四个方面均存在较大差异。具体来说,(1)主要化学成分差异:玉溪地区样品的主要化学成分为SiO_2和Al_2O_3(硅、铝氧化物总量超过80%),而内华达地区样品的主要化学成分为SiO_2(60.39%)或CaO(42.30%)。(2)矿物组成差异:玉溪地区样品的主要矿物为高岭石和蒙脱石,而内华达地区样品的主要矿物为石英、绿脱石、斯皂石或方解石。(3)微观形貌差异:玉溪地区样品是由表面平坦、边缘圆滑且大小相对均一的片层状结构堆叠而成,而内华达地区样品主要表现为大小不一的块状矿物聚集体。(4)锂赋存状态差异:玉溪地区样品中的锂主要赋存于蒙脱石中,而内华达地区样品中的锂主要赋存于蒙皂石族矿物中。本研究结果基本明确了云南玉溪地区和美国内华达地区黏土型锂资源的矿物学特征,可为这两个地区黏土型锂资源后期的开发利用提供科学依据。     

岩溶泉补给地表溪流二氧化碳脱气作用研究

碳酸盐岩风化作用(即岩溶作用)能够吸收大气二氧化碳(CO_2),形成溶解无机碳(DIC,dissolved inorganic carbon),被认为是一种重要的陆地碳汇,其在全球碳收支平衡和未来陆地增汇中可能会有重要贡献。然而,目前对岩溶碳汇的稳定性还存在争议,一些学者认为岩溶地下水出露地表后会发生CO_2脱气,对岩溶碳汇通量估算带来不确定性。本文以广西桂林长流水表层岩溶泉补给的溪流(约2.7km长)为例,利用水化学和同位素质谱仪测试技术,研究了溪水水化学指标和溶解无机碳同位素(δ~(13)C_(DIC))沿流程变化,探讨了溪流CO_2脱气过程、通量及其影响因素,以更好地了解岩溶碳汇的稳定性。结果表明:从泉口向下游,在陡坡地段(C1～C14段,长约270m,坡度约10°),溪水pH值、方解石饱和指数和δ~(13)C_(DIC)沿流程分别升高了0.9、0.9和1.8‰,而CO_2分压、电导率、Ca~(2+)浓度和DIC浓度分别下降了85%、34μS/cm、0.2mmol/L和0.7mmol/L,说明溪水发生了显著的CO_2脱气,并伴随碳酸钙沉淀。而在平缓地段(C18～C26段,长约2.1km,坡度1°),溪水各水化学指标和δ~(13)C_(DIC)变化较小,指示CO_2脱气作用较弱。这些发现表明溪流CO_2脱气受到了地形决定的水动力条件控制。另外,在下游渠段,受支流汇入影响,溪水pH值和方解石饱和指数有所降低,在一定程度上抑制了CO_2脱气。溪流CO_2脱气能够抵消部分岩溶作用固定的大气CO_2量,但是在长流水这一高地势、低流量且有碳酸钙沉积的环境下,其抵消的量也仅占29%。对于在低缓地区受流量很大的岩溶泉/地下河补给的河流,其CO_2脱气作用对岩溶碳汇的影响有限,加之受可能增强的水生光合生物固碳效应影响,岩溶碳汇应具有很高的稳定性。     

哈尔滨市地下水中29种抗生素分布特征研究

当前对抗生素滥用监管及其研究正在加强,近年来中国主要水域中抗生素均有不同程度的检出,地表水及地下水中抗生素的污染状况持续受到关注。因进入环境中的抗生素种类繁多、结构复杂,一般实验室难以实现同时分析多种类抗生素。本文在哈尔滨市共采集地下水样品26组,采样范围包括人口密集、工业生产、农畜业等生活生产地区。利用超高效液相色谱-三重四极杆串联质谱联用技术分析了样品中的磺胺类、喹诺酮类、大环内酯类、β-内酰胺类、四环素类、林可酰胺类等6大类共29种典型抗生素含量,研究了哈尔滨市地下水中典型抗生素的检出及分布状况。结果表明：①哈尔滨市地下水中6大类典型抗生素均有不同程度检出,其中以磺胺类、喹诺酮类、大环内酯类、四环素类为主,检出率分别为61.5%、46.2%、42.3%、38.5%;②哈尔滨市地下水检出的抗生素含量范围在0.02～612ng/L之间,其中磺胺噻唑、磺胺嘧啶、林可霉素检出的最高浓度超过100ng/L,相比于国内外部分地区（如中国北京、天津,西班牙巴塞罗那）喹诺酮类整体含量偏低;③检出抗生素含量较高的采样点位主要分布在城市的中部、南部和东部地区,这些区域也是该市人口相对密集区,且附近普遍分布有制药厂、家禽牲畜养殖厂、城市排污口等。由此揭示了哈尔滨市城市地下水中抗生素分布特征受人类生产生活活动影响且具有明显的相关性。     

河南洛阳市土壤和农作物中钼分布规律与影响因素研究

钼是人体和农作物必需的有益元素,具有防癌抗癌作用。由于不同地区土壤中钼含量和土壤酸碱性的不同,农作物中钼含量有很大差异,同时不同农作物对钼的吸收也不相同。研究不同农作物中钼富集规律可以为健康地质发展、富钼农产品开发、功能农业发展、种植结构调整提供依据。本文以洛阳市硒资源详查区及其他农业种植区为研究区,通过采集22种大田种植的农作物及其根系土,采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定土壤和农作物钼含量,研究了不同农作物钼含量特征及其影响因素。结果表明：洛阳市土壤钼含量较高,是中国土壤富钼特色地区。绿豆、豇豆、黑豆、黄豆、红小豆和花生是富集钼的主要农作物,钼平均含量>9mg/kg,富集系数>500%,属于钼的超富集农作物。芝麻、豆角、谷子、小麦、玉米和油菜籽钼含量较高,钼含量均值介于0.446～2.437mg/kg,富集系数介于40%～300%,属于富钼农作物。辣椒、大蒜、红薯、秋葵的钼含量介于0.1～0.3mg/kg,富集系数介于10%～30%,属于高钼农作物。苹果、梨、葡萄、石榴、樱桃与中药材银条的钼含量<0.05mg/kg,富集系数<5%,是低钼农作物。大多数农作物钼含量与根系土钼含量呈正相关,而苹果、葡萄、石榴、樱桃等水果钼含量与根系土钼含量呈负相关。研究揭示了在碱性环境下土壤中的钼更容易被农作物吸收。区内农作物与中国其他地区相比均呈富钼特征,是开发富钼农业产业的有利地区。依据不同农作物钼含量,选择出绿豆、豇豆、黑豆、黄豆、红小豆和花生是研究区特色富钼农产品,芝麻、豆角、谷子、小麦、玉米和油菜籽是富钼农产品,辣椒、大蒜、红薯、秋葵属于高钼农作物。本成果为研究区富钼农产品开发、调整种植结构提供了科学依据。