层间积水对无砟轨道内孔隙水饱和度影响研究

无砟轨道的耐久性与内部水分含量直接相关,但其孔隙水饱和度分布特性暂不明确。为了分析CRTSⅡ型板式无砟轨道内孔隙水饱和度,首先通过吸水试验测定CA砂浆的吸水率。然后建立无砟轨道内饱和度计算模型,设计的“稳态+瞬态”两步计算流程解决了瞬态饱和度分析时的初始条件,并进一步分析了环境湿度、层间积水形式及吸水时间等因素对饱和度的影响。结果表明:砂浆的有效孔隙率为4.21%,吸水率为1.2255×10^(-11) m ^(2)/s。无水时,无砟轨道内形成的平衡饱和度沿深度方向近似服从三线性分布规律,其中砂浆层内饱和度年度差最高为6.52%。当砂浆层下存在单裂缝积水下,砂浆层内饱和度沿厚度分布将由线性向二次多项式转变。经过7 d的毛细吸水,砂浆层平均饱和度增幅为37.6%,轨道板底层钢筋处的饱和度提升至70%,而裂缝前缘受影响深度约为0.4 m。当砂浆层上下存在双裂缝积水下,积水区砂浆层的饱和度在1.5 d时可达到100%的饱和状态。

基于核磁共振的土体孔隙水形态与渗透性研究

为探究水力梯度及孔隙水形态对土体渗透性的影响,测定重塑土样在0~500 kPa等8级吸力作用下的核磁共振T_(2)曲线;将孔隙水划分为可动水和不动水,定量分析可动水与吸力/水力梯度关系,并将水力梯度、可动水引入Coates渗透模型进行修正。结果表明:随着吸力从0 kPa增加至500 kPa(水力梯度从0增加到50),土体T2曲线面积和T_(2)最大值逐渐减小,T_(2)最小值几乎不变;可动水含量随吸力/水力梯度的增加先迅速增大,随后增速减小,最后趋于稳定,二者之间可用指数函数很好地拟合;不动水含量随吸力/水力梯度增加呈指数减小;可动水与不动水比值(FFI/BVI)和水力梯度呈良好的线性关系;简化Coates模型显示土体渗透率与水力梯度的二次方成正比;孔径是影响孔隙水渗流的关键因素,吸力/水力梯度作用下,土体孔隙水排出过程可用Young-Laplace方程描述,土体孔隙水由大孔隙开始排水,并逐渐向小孔隙发展,大孔隙先完成排水过程;水力梯度的增大会提高可动水占比,导致更多可动水参与渗流作用,导致土体渗透率显著增大;简化Coates模型直观展示了水力梯度-孔隙水形态-渗透率关系,该模型仅含有水力梯度一个未知数,可为路基稳定性分析与防护设计提供理论参考。

南海海马冷泉区沉积物孔隙水地球化学特征对冷泉活动的指示

海马冷泉位于南海琼东南海域,是南海迄今发现的两个活动冷泉之一。我们对海马冷泉Rov2和PC3站位两个活塞重力柱沉积物孔隙水的阴阳离子、溶解无机碳(DIC)及其碳同位素组成和Sr、Ba含量等进行了分析。结果表明,两个站位孔隙水DIC含量(Rov2和PC3最大DIC含量分别为27.4、8.5 mM)和δ^(13)CDIC(Rov2和PC3站位最低值分别为-54.63‰和-48.93‰)具有明显的镜像关系。结合孔隙水硫酸盐浓度的变化特征,Rov2和PC3站位的硫酸盐-甲烷界面(SMI)分别位于约485和410 cm。通过模拟估算,Rov2和PC3站位向上甲烷通量分别为67.4和97.2 mol·m^(-2)·ka^(-1),较浅的SMI深度与相对较高的甲烷通量相一致。SMI附近极低的孔隙水δ^(13)CDIC值指示了AOM作用的发生及其对DIC的贡献。在Rov2站位,自生碳酸盐矿物以高镁方解石为主,阳离子Ca^(2+)、Mg^(2+)和Sr^(2+)含量随深度增加并表现出与SO_(4)^(2−)阴离子含量相似的变化特征。在SMI附近,随着SO_(4)^(2−)的消耗、有机质的矿化将大量的Ba^(2+)和PO_(4)^(3-)释放进入孔隙水。因此,冷泉孔隙水地球化学特征的变化能帮助我们有效识别渗漏活动过程,对AOM作用下物质的迁移与转化具有重要的指示意义。

深圳市宝安区沿海第四系孔隙水质评价分析

通过对深圳市宝安区沿海第四系孔隙地下水水质进行调查评价分析,结果可知:宝安区水质在取样区域内整体属于Ⅴ类,水样基本在较差级和极差级之间的范围;单项的项目分析显示,处于Ⅳ类和Ⅴ类的项目指标分别为总硬度(以CaCO_(3)计)、硝酸盐、铁、锰、汞,单区域内的水质经过相应的处理后,大部分可以实现Ⅲ类水平;通过对化学类型的分析得知,阴离子的主要成分是HCO_(3)^(-),阳离的主要成分是Na^(+)、Ca^(2+)。宝安区沿海第四系孔隙水质总体较好,但仍存在一些问题需要关注,建议应加强水质监测和管理,采取有效措施降低水质污染风险。

黏土回弹再压缩过程中孔隙水与微结构的变化

为探究黏土应力状态不变下的再压缩变形机制,设计了新的固结装置,以饱和试样为研究对象,进行一维固结再压缩试验、核磁共振试验和扫描电镜试验,定量分析再压缩过程孔隙水的变化规律以及微结构的变化特征。结果表明:再压缩过程中自由水不断排出,宏观表现为试样的变形增加,固结系数变大;结合水排出和形成现象共存,导致其含量非线性变化;随着再压缩的进行,孔隙水减少,试样由骨架-絮凝结构演变为更紧密的团聚-絮凝结构,中孔隙减少,小孔隙数量增加。研究结果可以较好地解释工程现象,为解决地基沉降控制等工程问题提供理论依据。

山西省岚县松散岩类孔隙水水化学特征分析

本文通过地下水样品采集测试及综合分析对山西省岚县松散岩类孔隙水水化学类型进行分析研究。结果显示,研究区松散岩类孔隙水呈中性-弱碱性、淡水、微硬水,地下水水化学类型以HCO_(3)-Ca、HCO_(3)-Ca·Mg型水为主,人类工程活动等因素对研究区地下水水化学类型产生一定影响。

神狐海域沉积物孔隙水卤素浓度及碘同位素特征对天然气水合物成藏的示踪研究

对南海北部神狐海域SC-02钻孔沉积物孔隙水开展卤族元素浓度和I同位素研究。根据沉积物孔隙水中Cl^(-)、Br^(-)和I^(-)浓度特征,该钻孔可分为2层:上层沉积物孔隙水中卤族元素浓度随深度增加呈递增趋势;下层沉积物孔隙水卤素浓度则出现大幅波动,可能与该层赋存的水合物在钻取采样时发生分解有关。下层沉积物孔隙水的129I/I年龄为20.77±2.4 Ma,明显老于其赋存地层的年龄,暗示该站位的天然气水合物中CH4可能来自下伏的深部地层。

长江河口地区全新世以来的弱透水层孔隙水地球化学特征及成因分析

弱透水层孔隙水反映了土体沉积时的原始溶液,对于古气候重建具有重大作用。为了解析长江河口地区全新世以来弱透水层孔隙水的补给及其盐分来源,采集易溶盐、土工、潜水、近岸海水等样品。采用易溶盐指标结合土工指标(含水率、湿密度、比重)获取了研究区弱透水层孔隙水的水化学特征。采用二端元法、Piper三线图、Gibbs图、离子比值法等解析了孔隙水的补给及其盐分来源。结果表明:孔隙水矿化度介于1.16~32.79 g/L,平均值为10.68 g/L,盐水占比最高,其次为咸水和微咸水。孔隙水类型以Cl-Na型(85.6%)为主,其次从高到低依次为Cl-Ca·Mg、HCO_(3)-Ca·Na、HCO_(3)-Ca、Cl-Ca型。当地潜水类型为HCO_(3)-Ca型,深层孔隙类型为Cl-Na型,说明深层孔隙水保留了土体沉积时的环境信息。中层与浅层孔隙水受到了大气降水补给、人类活动、蒸发作用等表层作用影响,孔隙水水化学数据较为离散。孔隙水的δ^(18)O与δD数据说明孔隙水样点受到了海水混合作用与蒸发作用的叠加影响,蒸发作用较为强烈。孔隙水海水补给比例介于30.2%~87.0%,大气降水补给比例介于13.0%~69.8%。土体中的盐分主要来自全新世海侵(海源)与蒸发盐岩溶解、长石风化溶解(地壳源)。海水补给深层孔隙水盐分的比例约为37%,其余盐分主要来自地壳源。

四川盆地南部地区志留系龙马溪组页岩基质孔隙水赋存规律

已有的页岩气勘探开发实践揭示,页岩储层中孔隙水的赋存特征对于页岩气勘探开发具有重要意义。为了解决页岩储层中孔隙水赋存特征及主控因素认识不清楚的问题,以四川盆地南部(以下简称川南)富顺地区志留系龙马溪组页岩为研究对象,采用分子模拟技术结合离心—核磁共振实验研究了页岩储层中孔隙水的赋存特征,并利用X射线衍射、大面积高分辨率背散射成像、扫描电镜矿物定量评价等技术对页岩矿物成分和孔隙结构进行分析。研究结果表明:(1)研究区龙马溪组页岩储层中孔隙水含量介于8.05~18.43 mg/g,平均10.97 mg/g,其存在吸附态和游离态2种赋存相态,吸附态水的优势赋存孔径约2~5 nm,游离态水的优势赋存孔径介于5~10 nm,大于20 nm孔径的页岩储层孔隙内几乎无水赋存;(2)页岩有机质演化过程中的生烃排水作用使得有机孔内几乎不含有孔隙水,仅有微量孔隙水附着于部分干酪根的含氧官能团表面,伊利石为主的黏土矿物颗粒内发育的无机孔表面具有较强的亲水性,成为页岩储层中孔隙水赋存的主要场所;(3)伊利石含量过高导致页岩储层中孔隙水含量偏高,占据气体赋存空间,不利于气体富集,而气体产出过程运移至吸附水赋存的1.4 nm以下孔隙时,由于毛细管力作用造成气体运移需要更大的突破压力,导致气体难以排出。结论认为,页岩储层中孔隙水微观赋存特征及页岩组构对孔隙水赋存的控制作用研究,将有助于四川盆地页岩气高效开发,为中国页岩气的高质量发展奠定了坚实的理论基础。

基于低场核磁共振技术研究骨料粒径对混凝土水化及孔隙水分布的影响

通过低场核磁共振技术研究不同骨料粒径混凝土的水化特征。通过核磁共振τ2谱得出水化过程中的等效平均孔隙半径、孔隙水分布、传输程度、水化程度以及水化速率,从而进一步探究骨料粒径对混凝土水化的影响。结果表明:水化过程中试样的τ2谱整体左移,在水化反应进行10 h后胶凝孔和过渡孔对应的峰合并成1个峰。同时,我们通过核磁共振τ2谱及等效平均孔隙半径追踪水化期间试件内的水分分布及迁移传输路径,在前2 h水分主要是由毛细孔经过过渡孔转移到胶凝孔,在2~6 h内毛细孔中传输来的水分主要储存在过渡孔中,而在6 h以后,毛细孔中的水分基本转移到胶凝孔和过渡孔中参与水化反应。另外,骨料粒径影响混凝土早期水化反应及孔隙分布,颗粒级配组成越复杂,水化程度及速率越高,水化期间孔径越连续,小骨料粒径更易生成小的孔隙,且水化程度及速率与骨料粒径呈负相关关系。

基于小半径曲线段地铁运营对黄河冲积平原粉细砂土层孔隙水压力的影响分析

粉细砂层对于地铁小曲线运营中循环荷载的响应较为敏感,特别是列车行驶时对轨道产生离心力等问题尤为严重,而郑州大部分地区属于黄河冲积粉细砂层,因此地铁在长期运营状态下,由于粉细砂土层的动力响应导致的砂土层沉降,给列车运行带来较大隐患。本文进行了长期孔隙水监测,并利用MIDAS有限元计算平台建立地铁道床—衬砌—土体耦合动力模型进行相互验证,研究了土体在地铁列车长期循环荷载作用下造成不均匀沉降的原因,以此为基础阐述隧道底部土层的变形发展规律。发现了孔隙水压力和超孔隙水压力在列车运行过程中的变化规律以及隧道周围土层振动响应规律,表明隧道下方土体发生液化的可能性很低;孔压和超孔压在列车运行初期较大,后期逐渐稳定。

基于核磁共振技术探究细粒土中孔隙水的分布

细粒土中孔隙水分布特征影响其物理力学性质,厘清细粒土的孔隙水分布特征及其影响因素对深刻认识细粒土的力学特性尤为重要。为探究细粒土颗粒孔隙水水分布机制,利用核磁共振技术进行了一系列试验,研究了细粒土颗粒物理化学性质和初始含水率对孔隙水分布的影响。随着含水率的增加核磁共振分布曲线向右侧移动,而高岭土表现得最为明显;对比不同细粒土饱和后发现,高岭土的弛豫时间要大于膨胀土和红黏土,饱和后高岭土的孔径较大。

土壤孔隙水饱和度对埋地天然气管道腐蚀影响研究

埋地天然气管道腐蚀是影响天然气安全运输的主要因素之一,长期以来备受重视。本文采用COMSOL多物理场仿真软件,建立埋地天然气管道数学模型并进行数值模拟,研究土壤孔隙水饱和度对埋地天然气管道腐蚀速率的影响。结果表明:土壤孔隙水饱和度参数在0.65~0.7之间时管道外腐蚀速率最小,防腐效果最好,对我国天然气运输行业管道防腐,确保天然气安全运输具有重要意义。

生物炭对土壤和孔隙水性质以及Zn形态的影响

为了探究施用生物炭后土壤性质和重金属形态随时间变化过程,通过5种矿区土壤的玉米(Zea mays L.)盆栽实验,研究施用生物炭后土壤和孔隙水性质、梯度扩散薄膜(diffusive gradients in thin films,DGT)技术测定的Zn浓度(CDGT-Zn)和欧共体标准物质局共识(Bureau of Community right-to-know,BCR)有效态Zn含量(弱酸提取态Zn^(+)可还原态Zn,C_(BCR-Zn))随时间变化的过程。施用生物炭后,随土壤培养时间的增加,土壤阳离子交换量(cation exchange capacity,CEC)增加了20.35%~65.65%,孔隙水pH上升0.34~1.02个单位,溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)浓度CDOC先升后降,最终下降了8.21%~33.23%,孔隙水Zn浓度(C_(pw-Zn))下降了17.46%~49.67%,C_(DGT-Zn)、C_(BCR-Zn)分别下降了18.64%~50.00%、23.33%~64.71%。随玉米栽培时间的增加,土壤CEC增加了7.94%~28.97%,C_(DOC)、C_(pw-Zn)、C_(DGT-Zn)、C_(BCR-Zn)分别下降了10.43%~41.26%、9.62%~34.21%、10.42%~30.70%、14.68%~61.62%,孔隙水pH无明显变化。生物炭能明显改变土壤和孔隙水性质,降低Zn的生物有效性,从而降低土壤中过量Zn对玉米的危害。

孔隙水作用下深埋硐室稳定性分析及破坏机制

为获得孔隙水作用下深埋硐室的围岩压力及其潜在破坏面,将Hoek-Brown破坏准则和极限分析定理结合,改进传统的深埋硐室“楔形体”破坏机制,并将孔隙水作用考虑到优化的深埋硐室围岩稳定性计算模型中;然后根据虚功率原理推导出孔隙水作用下深埋硐室围岩压力解析解,通过序列二次规划(SQP)算法优化得到围岩压力上限解以及拱顶、拱肩破坏范围。研究表明:Hoek-Brown准则参数中地质强度指数(GSI)、岩体常数、岩体单轴抗压强度增大时围岩压力减小,硐室的潜在塌落范围也减小,而扰动因子、岩体容重和硐室直径的增大会对硐室的稳定性产生不利影响。此外,孔隙水压力系数增大时围岩压力和塌落范围也不断增大,且随着水位线高度的增加,影响程度越加明显。

泰安城区孔隙水水化学特征及水质评价

为分析泰安市城区孔隙水水化学特征及水质现状,选取2021年采集的31件水样,运用数理统计、Piper三线图、Gibbs图、离子比值等方法分析孔隙水主要离子特征及控制因素,运用改进的内梅罗综合指数评价法对孔隙水水质进行评价。结果表明:泰安城区孔隙水阳离子以Ca^(2+)、Na^(+)为主,阴离子以HCO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)为主;pH值6.75~8.10,整体呈弱碱性;TH含量211~1226 mg·L^(-1),平均603 mg·L^(-1),属于硬水—极硬水;TDS含量368~2002 mg·L^(-1),平均917 mg·L^(-1),属于淡水—微咸水;NO_(3)^(-)含量3.08~111.07 mg·L^(-1),平均31.85 mg·L^(-1);K+、NO_(3)^(-)、Cl-和SO_(4)^(2-)的空间差异性较强。孔隙水水化学类型复杂,水化学成分主要受岩石风化作用的控制,以碳酸盐岩的风化溶解为主,其次为硅酸盐岩风化溶解,同时还受阳离子交替吸附作用和人类活动的影响。研究区孔隙水水质相对较差,Ⅳ、Ⅴ类水占样品总数的74.19%,水质影响因子主要为NO_(3)^(-)和总硬度。

盾构隧道施工引起的土体初始超孔隙水压力分布研究

盾构施工会对周围土体产生扰动,形成超孔隙水压力,引起工后固结沉降。运用应力释放理论推导与衬砌相邻的土体初始超孔隙水压力计算公式。假定扰动范围边界呈圆弧状,确定初始超孔隙水压力的分布范围;同时运用应力传递理论,推导分布范围内任一点土体的初始超孔隙水压力计算公式。通过对实测资料的分析可知,计算值与实测值吻合较好。算例分析表明,与衬砌相邻的土体初始超孔隙水压力呈近似圆形(顶部小、底部大);随着到衬砌的径向距离增加,土体初始超孔隙水压力呈凹曲线形状;隧道底部的等值线最密,即变化最快;隧道顶部上方土体、不同深度处土体初始超孔隙水压力,以隧道轴线处为最大,呈现类似Peck曲线形状。

河堤生态加筋挡墙受孔隙水影响的静水力学试验研究

采用静力学试验的方式对河堤生态加筋挡墙受孔隙水的影响进行分析。试验表明:河堤生态加筋挡墙系数随着水深的递增其总体稳定在0.43~0.61之间;生态加筋挡墙在充水方式下压力峰受孔隙水影响逐步递增,有效峰值破坏强度在同一水头下有所递减,压力有效峰值在非充水方式下逐步递减;河提生态加筋挡墙在充水方式下的静水压力~压力峰值呈现线性变化,非充水方式下呈二次曲线变化,稳定性受静水压力影响逐步减弱。研究成果对于河道生态治理设计具有参考价值。

循环荷载下砂质混合土孔隙水压力特性研究

通过对各种细颗粒含量的土实施从小到大应变水平的动力循环荷载试验,采用累积损失能量的观点,分别考察了土的细颗粒成分含量、围压、加载频率、加载形式及荷载的不规则性对孔压的影响,提出了孔隙水压力和累积损失能量的归一化方法,建立了砂质混合土的孔隙水压力上升模型,并探讨了模型参数和土的细颗粒成分含量的关系。

水位下降过程中孔隙水压力变化的若干规律研究

本文以天津站交通枢纽工程副广场工程抽水试验为依托,通过对抽水试验过程的孔隙水压力进行监测和分析,对该场地水位下降过程中的孔隙水压力的变化规律进行了分析,以更好的指导基坑工程地下水控制的设计和施工。