洱海西侧潜流带水交换作用及溶质迁移研究

随着云南大理洱海西侧冲积扇和湖相沉积层平原区域旅游业和农业快速发展,扇缘农业种植活动和扇中人类活动产生大量三氮污染物,由苍山18溪入渗补给使得受氮素污染地下水不断向洱海排泄,使得高原湖泊水体富营养化风险进一步增大。河床潜流带对于入渗的地表水具有净化作用,为了深入研究冲积扇河床潜流带对氮素迁移及转化机制,通过模拟河床潜流带渗滤系统,结合扇中城镇生活污水下渗污染、扇缘农田施肥垂直下渗污染以及扇顶基流地表水和地下水交替补给迁移污染,为河床潜流带地下水氮素污染防治奠定基础。试验结果表明河床潜流带对氮素迁移转化影响明显,扇中NH4+-N和NO3--N在垂向入渗时主要是通过反硝化作用进行脱氮达到水质净化的目的,总体划分为正面效应和负面效应两类,正效应包括阴阳离子交替吸附作用、硝化与反硝化作用的脱氮行为,导致污染物浓度降低使水净化的过程,主要以反硝化作用为主硝化反应为辅进行脱氮;负面效应则是硝化作用和阴阳离子吸附作用使总硬度随着水体析出的Ca2+、Mg2+浓度的升高而升高。扇顶交替流作用下,NO3--N的迁移转化通过以反硝化作用为主,DNRA为辅去氮达到水质净化的过程。

高校教育改革过程中面临的问题与解决路径:基于深化改革视角探析

高校教育改革是当前中国高等教育面临的一个重大挑战。作为教育教学的核心内容,课程思政是高校教育改革的重要方向。然而,在面临新时代的发展和新生代学生的需求时,高校教育改革面临着许多困境和挑战。这些困境包括教育理念的转变和认识的不足、师资队伍建设的不足、课程设置和教学方法的滞后以及学生发展需求与教学目标的不匹配等问题。本文从课程思政视角进行切入,探析高校教育改革面临的困境并提出相应的解决方案。

洱海西侧氮肥下渗对地下水氮素迁移的影响

农业面源污染氮素淋滤汇集补给地表水是造成高原湖泊富营养化污染的关键因素,研究种植区季节性变化的氮素淋溶对于缓解高原湖泊湖相沉积区农业面源污染对地下水-地表水氮素污染具有重要意义。该文通过室内柱实验方法研究新型水溶氮肥(硝酸钙铵)与传统尿素在不同施肥与降雨条件下的氮素淋溶变化特征。研究结果表明:在施肥期间新型氮肥(T1)会释放较多的NO_(3)^(-)-N,但其NH_(4)^(+)-N与TN的累积排放远远小于尿素(T2)。季节性降水对T1氮素淋失有一定影响,施肥期与降雨模拟期淋失的总氮素含量在雨季、旱季分别占施用总氮量的76.60%、81.97%,而对T2氮素淋失影响较大,淋失率分别为93.18%、87.95%。雨季洱海西侧降雨强烈且频繁,新型氮肥对传统尿素的替代将对农业面源污染有一定的减缓效果,湖相沉积层中发生的反硝化作用对氮素在浅层包气带中具有滞留作用。该研究对于高原湖泊周围湖相沉积区的农业种植施肥的时间及方式具有一定指导作用。

低渗透压力条件下砂岩渗透性质的CT试验

运用岩石高压三轴加载装置和渗透压加载装置,对砂岩进行固定应力变渗透水压力试验,同时借助SOMATOMPLUS螺旋CT扫描机进行实时观测。通过试验结果分析,推出了基于CT数的岩石空隙率公式,从CT尺度上分析了岩石空隙率、渗透速度、渗流速度、微孔隙直径、渗透率等随渗透水压力的变化规律。结果表明:岩石的渗透参数随渗透压力的增加而增大,渗透参数随渗透压力的变化呈对数关系,这是由于渗透水压力使岩石内部空隙发生变形,这一变形为弹性变形;而渗流速度与渗透水压力呈线性关系,符合宏观尺度渗流的达西定律。

单轴–三轴和渗透水压条件下砂岩应变特性的CT试验研究

常规的应力应变试验难以清晰地反映砂岩在不同应力状态下的细观应变特性,然而,砂岩细观应变特性对一些工程的影响是非常巨大的。通过螺旋CT机以及与其配套的实时三轴加载和渗透压力设备对砂岩进行各种应力状态下的应变特性试验,反映出不同应力状态下的砂岩的应变特性有很大不同。结合CT图像和CT数的分析,对砂岩应变过程中的孔隙率的变化能直观地进行计算,以及对CT数方差的分析,能较简单地判断出砂岩的应变特性以及破坏模式。研究结果表明:(1)在单轴和三轴压力作用下,砂岩CT数方差变化剧烈的地方发生脆性变化,而方差比较稳定的地方发生塑性变化;(2)当有渗透水流作用时,砂岩应变特性与干砂岩的应变特性有明显差异,峰值强度显著增大,残余强度也明显增加;(3)砂岩在单轴干燥状态下是发生脆性破坏,而在有渗透压力和围压的情况下发生的是塑性破坏,有围压而没有渗透压作用时的破坏介于两者之间。

李官堡水源地地下水流场数值模拟及预测

随着工业规模的发展,各城市都面临着地下水资源如何科学利用的难题,北方缺水城市沈阳李官堡水源地就面临着新增工业造成的用水压力,如何对该水源地的水资源进行科学评价是合理取用水的前提。在对模拟区范围、边界条件和孔隙水介质进行概化和对水文地质参数及其他参数确定的基础上,将该区域地下水流系统概化为均质、各向同性、二维、潜水非稳定地下水流系统,运用GMS模型软件对研究区的地下水流场进行了数值模拟预测。通过模型识别和可靠性分析认为,所率定的模型参数符合实际且模型边界条件合理;预测认为该区域地下水资源量不能满足新增企业用水量9.8万m3/d的需求。该评价方法不仅具有应用和推广价值,而且具有为地下水资源科学规划提供科学依据的重要作用。

基于X射线CT基础上的砂岩破裂模式研究

借助CT机对砂岩破裂过程的实时观测以及结合CT图像和CT数的分析发现:在单轴和三轴压力作用下,砂岩CT数方差变化剧烈的地方发生脆性变化,而方差比较稳定的地方发生塑性变化;当有渗透水流作用时,砂岩应变特性与干砂岩的应变特性有明显差异,峰值强度显著增大,残余强度也明显增加;砂岩在单轴干燥状态下发生脆性破坏,而在有渗透压力和围压的情况下发生塑性破坏。通过CT技术可以方便地计算出砂岩的实时孔隙率。

基于X射线CT的岩石内部裂纹宽度测量

岩石内部裂纹变形、扩展和扩张是试样在裂纹演化阶段的主要过程。研究基于X射线CT的岩石内部裂纹宽度测量问题,根据岩石变形破坏的细观机制,分析了岩石密度损伤与体应变的关系。对脆性岩石来说,岩石的体积变形与其密度损伤有一一对应关系。基于X射线密度损伤增量公式,推导出岩石体应变公式,得到岩石内部裂纹宽度的普适性计算公式。据此测得岩石中两条CT尺度裂纹在不同应力阶段的宽度,并与有关公式进行了比较,相互得到验证。说明在动态条件下岩石内部裂纹宽度测量问题在理论上可以得到解决。

低应变率下岩石内部裂纹演化的X射线CT方法

X射线CT方法研究发现单轴压缩条件下岩石经历压密、扩容、CT尺度裂纹演化和破坏过程4个阶段。这表明低应变率条件下岩石的变形破坏过程的细观机制主要表现为裂纹成核、萌生、扩展、贯通过程。CT图像分析和密度损伤增量分析是X射线CT方法的两种手段。CT图像分析可以获得裂纹宽度、长度、方位等定量化参数。密度损伤增量分析可以获得密度损伤增量图像和岩石试件内部任意应力状态、任意部位的密度损伤值。在CT尺度裂纹演化和破坏阶段,由于岩石损伤高度局部化,声发射率参数不能精确反映岩石破坏的细观机制。

X射线岩石CT的历史与现状

采用X射线CT技术无损探测岩石内部结构和裂纹演化过程 ,起源于 2 0世纪 80年代后期 ,由最初对CT图像的认识逐步深化为对岩石裂纹演化规律的分析和应用研究。基于室内岩石试件扫描断面的CT图像 ,目前在岩石变形破坏过程的实时监测、加荷条件多样化、裂纹演化规律性、裂纹宽度的定量测量、岩石裂纹三维图像重建、损伤演化与损伤变量分析、CT成果应用研究等方面取得了一系列进展。岩石CT面临的主要问题是如何获得各种试验条件下精确的CT图像及其成果的应用研究。岩石CT的生命力在于自身理论、技术发展和在相关领域的应用程度。

CT尺度砂岩渗流与应力关系试验研究

岩石渗流与应力关系研究是进行岩石渗流场与应力场耦合分析的关键。运用岩石高压三轴加载装置和渗透压加载装置,对砂岩进行了渗流与应力关系试验,同时借助SOMATOMPLUS螺旋CT扫描机进行实时观测。通过试验结果分析,推出了基于CT数的岩石孔隙率公式,在此基础上,分析了岩石应力–应变过程中孔隙率、渗透速度、渗流速度、微孔隙直径、渗透率等的变化规律。结果发现:岩石渗透参数的变化与岩石受力损伤–破裂过程密切相关。在初期的压密阶段,岩石的孔隙率、渗透速度、渗流速度、微孔隙直径、渗透率等随应力的增大而减小;当岩石的内部出现微裂纹后,岩石的孔隙率、渗透速度、渗流速度、微孔隙直径、渗透率等随应力的增大而增大,从宏观应力–应变关系看,从微裂纹出现到宏观破坏出现前,岩石还处于弹性变形阶段;当岩石宏观破坏时,岩石的孔隙率、渗透速度、渗流速度、微孔隙直径、渗透率等达到最大值。同时还发现:在渗透水压力作用下,受压砂岩的微裂纹起裂应力占岩石峰值强度的45%,而同样干岩样中微裂纹起裂应力占岩石峰值强度的55%以上,也就是说,渗透水压力使砂岩样的强度损失10%。

基于数据挖掘技术的黄土分类问题研究

依据数据挖掘技术,采用分类回归树决策树和概率神经网络对黄土的分类规则进行挖掘。利用主成分分析法对数据进行了清洗和降维处理,以处理后的新变量作为挖掘对象,使挖掘出的分类模型和规则得到了简化,提高了计算精度;同时归纳出了影响黄土分类的因素,所挖掘出的分类规则可用于黄土地层的智能划分。研究结果表明,挖掘出的知识具有良好的实用性。

基于X-射线CT方法的岩石小裂纹扩展过程分析

岩石的小裂纹起裂及扩展过程是岩石力学研究的一个关键问题。对软硬两种砂岩进行单轴加载试验,同时用高分辨率的螺旋CT扫描机进行实时扫描。通过对获得的CT图像的分析处理发现,CT差值图像中的方差值与小裂纹的扩展速率有密切的关系,建立CT差值图像中的方差值与应力关系曲线,可以直观地看出:1)岩石样品中小裂纹起裂门槛值:软砂岩样品小裂纹扩展的门槛值为岩石强度的55%,小裂纹的扩展强度占整个强度的73%。硬砂岩小裂纹扩展的门槛值为岩石强度的64.5%,小裂纹的疲劳强度占整个强度的79%;2)小裂纹的扩展规律,即:在加载的初期岩石中小裂纹的扩展速率缓慢增大,在小裂纹扩展的门槛值出现之前快速下降,小裂纹扩展的门槛值出现之后又快速增加,最后当裂纹长度达到一定值时与长裂纹扩展速率基本一致。

岩石单轴与三轴CT尺度裂纹演化过程观测

结合使用专用三轴压力仪与CT扫描仪,对砂岩和粉砂岩分别进行压缩试验并获得了系列CT图像。发现单轴压缩和三轴压缩时岩石试件均经历压密、扩容、CT尺度裂纹萌生、扩展、扩张、贯通和岩石宏观破坏阶段。在压密阶段和扩容阶段,CT图像无明显变化。采用密度损伤增量定量描述细观裂纹演化的集合效应。在CT尺度裂纹演化阶段,从CT图像出发描述裂纹的空间位置、形态、运动方向分析CT尺度裂纹演化对于岩石变形和强度的影响。裂纹模式图可揭示CT裂纹演化的规律。CT裂纹演化的基本特点是扩展与扩张的交替性。三轴条件下CT裂纹与主应力夹角较大,裂纹面较平直,裂纹扩张困难,呈现剪切破坏特点。

砂岩渗透参数随渗透水压力变化的CT试验

运用岩石高压三轴加载装置和渗透压加载装置,对砂岩进行固定应力变渗透水压力试验,同时借助SOMATOMPLUS螺旋CT扫描机进行实时观测。通过试验结果分析,推出了基于CT数的岩石空隙率计算公式,从CT尺度上分析了岩石空隙率、渗透速度、渗流速度、微孔隙直径、渗透率等随渗透水压力的变化规律,结果表明:岩石的渗透参数(空隙率、微管径、渗透率)随渗透水压力的增加而增大,渗透参数随渗透水压力的变化呈对数关系,这是由于渗透水压力使岩石内部空隙发生变形,从宏观应力-应变关系看,岩石并未出现宏观破坏,还处于弹性变形阶段;而渗流速度与渗透水压力呈线性关系,符合宏观尺度渗流的达西定律。

澜沧高膨胀凝灰岩的微观结构及膨胀机理研究

研究了澜沧老厂铅矿遇水快速膨胀垮塌型凝灰岩的微观结构,通过扫描电镜观察,对比分析了干凝灰岩、缓慢吸水凝灰岩和浸水处理凝灰岩的SEM图像,在观察凝灰岩的裂缝孔隙特征基础上,分析了凝灰岩膨胀过程中裂缝孔隙的变化、水的流动过程和分解垮塌速度较快的原因,进而讨论了凝灰岩的膨胀机理.研究表明,仅在湿润环境长时间放置后,凝灰岩中才有疏松的水合结晶物,快速浸水凝灰岩中无明显的水合结晶现象,由水合结晶导致的凝灰岩膨胀不具有普遍性,不是凝灰岩快速膨胀分解的主要原因.凝灰岩中普遍存在微片状结构的高岭土,由计算毛细管力的平行板模型可知,微小的片间距使得片间毛细管力较大,导致普遍和强烈的毛细吸水,吸水后微片发生卷曲,片间距剧增并产生大量微孔隙和微裂缝,以致凝灰岩快速膨胀和在水中快速分解垮塌.因此,广泛存在的亲水的片状结构强烈吸水并卷曲,是凝灰岩遇水膨胀垮塌的主要原因.

澜沧铅矿水敏凝灰岩的性质与防塌钻井液研制

介绍了澜沧老厂铅矿遇水垮塌型凝灰岩的工程性质和矿探钻井中的卡钻实例,分析了该矿凝灰岩的化学成分、晶体成分及粒度分布,研究了垮塌的化学反应机理,详细阐述了选择和研制防塌钻井液的过程,并找到了能有效防止澜沧地区凝灰岩井壁垮塌的复合饱和盐水钻井液防塌配方成分,将凝灰岩的分解垮塌从2 min完全分解提高到了10 d以上仍保持稳定,极大地提高了在该地区进行矿探时的钻井安全性.通过一系列实验得出Cl-和Br-系列盐对阻碍凝灰岩在水中的垮塌分解有较明显的作用,认为Cl-和Br-对凝灰岩防塌有着重要作用.本文还根据该地区矿探钻井中的凝灰岩特征,认为防止缩径卡钻应采取刮泥器的机械方式而不是泥浆的方式.

昆明滇池泥炭土力学性质改良试验

滇池泥炭土工程力学性质较差,为适应大规模开展工程建设的需要,需对泥炭土工程力学性质进行改良。采用正交试验方法对滇池泥炭土在添加不同配比的水泥、石灰、石膏等固化剂条件下的改良效果进行分析。得到了试验条件下最佳固化剂配比方案:水泥6%,石灰6%,石膏粉0.5%。结果表明,滇池泥炭土经改良处理后力学性质得到了一定的改善,由高压缩性土变为中压缩性土,抗压强度也有所提高。

土工织物老化性能试验研究

通过对辽河护岸、大洼防潮堤护坡进行的两种土工织物老化性能野外试验、工程跟踪试验和国内外土工织物老化性能试验资料进行分析研究,得出了土工合成材料在有岩土防护条件下至少有30年以上的使用期,若岩土保护严密,初始强度达500N/(5cm)以上,则使用年限可达50年的结论。根据土工织物的老化特点和规律,应用中可采取添加防老化剂、进行物理防护、缩短暴露时间及合理选择土工合成材料等措施。

抽水对含水层中污染物迁移影响的试验研究

为探究抽水对含水层中污染羽形态及迁移速率的影响,开展了抽水条件下污染物在不同含水层迁移的示踪试验。结果表明,抽水会改变均质含水层(含水层1)中污染羽的形态,但对含砾石及粉细砂夹层的非均质含水层(含水层2)及含砾石通道的非均质含水层(含水层3)中污染羽形态影响不大。与不抽水相比,抽水速率为300mL/min时,含水层1、2、3中污染物的平均迁移速率分别增大了1.570、1.480、3.050cm/min,迁移60cm所用时间分别缩短了36、35、48min。可见,抽水对不同含水层中污染物迁移速率影响程度由大到小分别为含砾石通道的非均质含水层、均质含水层、含砾石与粉细砂夹层的非均质含水层。