地下多组分反应溶质运移数值模拟:地质资源和环境研究的新方法

地下多组分反应溶质运移数值模拟(RTM)是解释地球系统中的耦合过程和不同时空尺度对其影响的重要工具。RTM是研究地球科学基础理论、地质资源和环境等复杂地球化学过程的一个新方法,可用于如废物处置安全性评估、地下水污染研究、二氧化碳地质储存、金属矿床的地浸开采等的研究中。笔者首先回顾了反应溶质溶质运移模拟的发展历史,然后总结了反应溶质运移模拟的发展现状,再从耦合过程、空间尺度、裂隙和非均质介质处理角度说明了反应溶质运移模拟所面临的挑战。结合地下水质的演化、生物降解、CO2地质储存等具体实例讨论了反应溶质运移模拟的广泛应用前景,探讨了反应溶质运移模拟的未来发展方向。     

利用钾长石粉体水热合成13X沸石分子筛的晶化过程

实验研究了以钾长石粉体为原料水热合成13X沸石分子筛的晶化过程,确定了晶化过程的诱导期、晶化期和沸石晶体的平均生长速率。以钾长石焙烧熟料为前驱物合成13X沸石,反应混合物首先转变为铝硅酸钠（钾）凝胶,再逐步水热晶化为13X沸石;在反应物未完全转变为铝硅酸钠（钾）凝胶之前,13X沸石已开始结晶。13X沸石晶体的生成主要发生在凝胶相内部,是凝胶结构逐步趋于有序化的过程。13X沸石晶体生成是由凝胶相内的[TO₄]四面体相互连接,互套构成笼状结构。推测13X沸石形成机理为：硅酸根离子和铝酸根（+铁酸根）离子发生聚合反应,生成次级结构单元双六元环;双六元环进一步缩合,生成方钠石型笼;最后,方钠石型笼进一步相互联结,生成13X型沸石分子筛的硅铝骨架结构。     

含金黄铁矿的模拟合成实验及热液作用中金富集机制

热液矿床中金主要以包体金和裂隙金两种赋存状态产出,裂隙金构成富矿石。金的两种析出形式,分别为热液演化过程中金的两组成矿化学反应的结果。同时,金的活化和沉淀作用与热液流体中铁的活动有密切关系。为阐明热液富金矿石形成的机理,进行了含金黄铁矿的模拟合成实验。实验是在自紧式冷封高压釜（石英管衬套）中完成的。实验的物理化学条件模拟胶东玲珑等金矿的实测成矿参数ｔ＝４００～２００℃;ｐ＝５０～１０ＭＰａ;ｃ（ＮａＣｌ＋Ｎａ２Ｓ）＝０５～１ｍｏｌ／Ｌ;ｐＨ＝２～６５。装填物料为Ｆｅ２Ｏ３＋６Ｓ＋ＡｕＣｌ３·ＨＣｌ·４Ｈ２Ｏ或金粉。恒温时间为７～１２ｄ。合成黄铁矿具有完好的立方体或五角十二面体晶形。盐酸分步提取法实验证明,在黄铁矿晶体的核心部分含９０×１０－６～６０×１０－６的分散包体金,而黄铁矿边缘部分及以外的残余Ｆｅ２Ｏ３中仍含有大量的反应残余金粒。实验结果证明,在合成反应体系中只有少量的金与黄铁矿同时析出;而更多的金在残余溶液中富集,在自然热液成矿过程中这部分金可形成晚期裂隙金。实验结果与在胶东等地区热液金矿床观察到的事实吻合。     

边坡地震稳定性时程分析方法

考虑到在地震过程中,边坡的稳定安全系数最小值出现在某一瞬间,用这个值评价边坡在地震荷载作用下的抗滑稳定性不太合适,提出了用最小平均安全系数作为评价指标,并给出了相应的计算方法,即利用安全系数最大振幅的0.65倍作为平均振幅来反映安全系数随地震波动变化的过程。利用最小平均安全系数对某一堆石坝的动力抗滑稳定性进行了评价,并与拟静力法的结果进行了比较。     

地下水有机污染治理技术现状及发展前景

概述了现有的几种地下水有机污染治理方法：抽出处理、注气－抽取土壤气、内在生物净化、流线控制、多技术结合法、生物治理、吸附、原位反应墙等工作原理和治理效果;简要分析了地下水有机污染治理技术存在的问题和发展前景。     

川西坳陷新场地区上三叠统须家河组地层水成因探讨

川西新场地区上三叠统须家河组二段和四段地层水离子组合特征显示出海相地层水以及富溴泥页岩和煤层压释水侵入的特点,整体表现为富溴的压释水和海相地层水混合,原始沉积水和淡水的影响较小。由于海相地层水和富18O而贫氘的压释水对原始沉积水的侵入和替换,地层水的氘、氧同位素值增大。须四段地层水更为强烈的水岩反应造成其相对须二段地层水更高的氧同位素值这一反常现象。尽管Cl-、Na+、Br-等含量似乎只受控于地层水的混合,但是K+、Ca2+、Mg2+、和Fe2+、HCO3-、SO42-等变化则明显受水岩反应的控制,文中提出的成岩假设与须二段和须四段地层水中上述离子变化及前人的成岩研究相符,不同的水岩体系造成两者地层水化学特征的差异性,须四段更为开放的水岩反应体系使得其相对须二段地层水富Ca2+、Mg2+和Fe2+,但贫K+,这些离子差别可以很好地区分两者中的地层水。     

上海软土场地三维非线性地震反应分析

考虑土的非线性,采用弹塑性边界面模型,对上海软土场地进行三维地震反应分析。利用多维地震动作用下的水平地层弹塑性动力反应分析程序,以具有水平和垂直三向完整加速度记录的Taft波作为地震输入,对比分析单向和多向地震输入场地水平和竖向地震反应特征,并分析不同强度地震动输入下竖向和水平加速度峰值比特征及地下水位变化对场地土层地震反应特征的影响。计算分析表明,竖向与水平向地震反应特征有较大差异;与水平单向地震输入相比,三向地震输入场地土层放大效应明显增大;地下水位上升对水平向和竖向峰值加速度的放大效应影响差异显著,地下水位上升,地表水平峰值加速度放大效应增大,竖向峰值加速度放大效应减小,研究结果对上海地区的工程抗震设计具有参考作用。     

热液体系水-岩作用过程中的氧氢同位素行为

论述水-岩作用过程氧氢同位素地球化学行为特征。列举西华山钨矿、台上金矿、白乃庙金矿和额仁陶勒盖银矿的水-岩体系氧（氢）同位素组成特征。论证了开放体系单阶段和二阶段水-岩反应中氧同位素行为接近于封闭体系氧同位素交换演变轨迹，具有成因指示意义，但不具定量意义。探讨了大气降水热液矿床矿体产出位置与氧同位素组成之间关系。本文还指出开放体系中氢同位素动力分馏行为控因复杂，主要由于1H相对富集于各种含氢气体中逃逸出热液体系，使热液体系氢同位素地球化学行为偏离理论演化轨迹，因此氢同位素组成的成因指示意义远不如氧同位素。     

固结比对黏性土动剪切模量影响的研究

采用共振柱试验方法,对固结比对黏性土最大动剪切模量和对动剪切模量比与剪应变非线性关系的影响进行了研究,并通过土层地震反应计算,初步给出了这种影响对地表反应谱作用的估计。通过对粉质黏土和粉土的系统试验,提出了计算不同固结比粉质黏土和粉土最大动剪切模量的建议公式,并与Hardin公式进行了对比。结果显示,固结比kc >1.0时的最大动剪切模量较kc=1.0时的增长程度明显比Hardin公式要大。与砂土试验结果相比,固结比对黏性土最大动剪切模量影响程度更大。同时,分析了固结比对动剪切模量比与剪应变非线性关系及对地表反应谱的影响。结果表明,固结比对黏性土动剪切模量比与剪应变非线性关系有一定影响,随固结比增加,动剪切模量比非线性关系曲线有一定提高,动剪切模量比值增大,在强地震动作用下的土层反应分析中应考虑实际固结比的影响。     

OPENSEES中纤维模型的研究

详细介绍了OPENSEES[2]和CANNY[1]中各种纤维模型的计算原理,并用OPENSEES中的纤维模型分别模拟了一个钢筋混凝土柱试件和一个钢筋混凝土剪力墙试验模型。通过计算结果与试验结果的对比,显示此模型能够比较准确地模拟钢筋混凝土柱构件和钢筋混凝土剪力墙构件在大变形下的非线性反应。