改良红层工程性能与环境耐久性研究进展

红层在我国东南、西南、西北地区广泛分布,因其膨胀收缩性、遇水崩解性、岩体软弱性等特点,往往不能直接作为填料应用于路基工程,必须进行物理或化学改良处理。通过文献调研,本文从红层崩解机理、工程改良方法、改良效果及环境耐久性等方面对国内外研究进行了梳理。并结合现有研究,提出未来应加强环境荷载(如干湿、冻融作用)及静、动荷载单独或耦合作用下改良红层的耐久性研究。

红杂色沉积建造中铀矿化的特殊岩石矿物特征——以库车坳陷新近系吉迪克组铀矿点为例

近年来,我国北方砂岩型铀矿勘查在中新生代红杂色沉积建造中不断取得找矿突破,但关于红层中的铀成矿作用机制存在较大争议,成为当前研究的热点。库车坳陷新近纪红层中发育大量铀矿化露头信息,开展相关研究有助于分析红杂色层中铀富集机理。通过系统的沉积学、岩石学及矿物学研究对吉迪克组红杂色层铀矿化点进行解剖,发现了较为特殊的铀矿化类型:矿化层产于干旱背景下湖相沉积环境,呈薄层透镜状产于大套红色泥岩中,矿化岩性为灰绿色泥灰岩并发育大量红化硅质团块,矿化具有层控特征并与硅质团块密切相关,硅质团块具有红化微晶石英、萤石、铀石、方解石以及少量自然砷、黄铜矿和重晶石共生矿物组合,与华南花岗岩型硅质脉铀矿化极为相似,显示出深部热液成因特征;综合判断该矿化层具有沉积和热液双重作用,是特殊的热水沉积型铀矿化。这类铀矿化的发现为深部热液携带铀进入沉积盆地发生铀成矿作用带来直接有力证据,丰富了陆相盆地沉积型铀成矿理论。

供水工程新近系红层区斜坡深层变形破坏模式分析

针对新近系红层区斜坡变形破坏模式认识不足的问题,通过对以往工程区斜坡破坏现象的调查分析,寻找已有深层破坏形成的滑坡体,反分析滑坡体破坏前原始斜坡地质结构模型,并建立典型斜坡深层破坏模式,根据变形体主要工程地质条件,建立红层斜坡变形体的三维数值模型,分析其在天然、地震及降雨等条件下的稳定性。结果表明,通过建立的新近系地层不同岩段区斜坡深层破坏模式,识别出新近系地层区供水工程20#支线沿线有一个大型深层破坏斜坡变形体。该斜坡变形体在降雨条件下的稳定性较差。

矿渣微粉改良红层填料的力学特性及其机理分析

为研究矿渣微粉改良红层填料的力学特性及其作用机理,通过无侧限抗压强度、直剪等试验,对不同矿渣微粉掺量下的红层填料进行了强度特性分析,并采用X衍射、热重分析、红外光谱、激光粒度、核磁共振和扫描电镜等微观分析方法,围绕矿渣微粉改良土体的作用机理进行了研究。试验结果表明,矿渣微粉对红层填料的力学强度和水稳定性具有较好的改良作用,改良填料的无侧限抗压强度由0.76 MPa逐渐增大至3.10 MPa;黏聚力与内摩擦角也得到了显著提高。通过红外光谱、激光粒度和核磁共振分析发现,改良填料颗粒间Al^(3+)阳离子配位的振动峰增强,降低了黏土矿物的双电层厚度,土颗粒团聚性显著增强,孔隙分布得到优化;通过X射线衍射和热重分析证明了水化产物的生成过程;扫描电镜观测到改良填料的具体作用机理:主要为填充效应和胶凝效应,其胶凝效应包括水化作用和离子交换作用。对微观扫描图的定量化分析进一步表明土体结构复杂程度增大,颗粒粗糙程度及骨架性增强。

赤泥基层状双金属氢氧化物合成工艺及应用

赤泥是铝土矿炼制氧化铝过程中产生的高碱性废料,随着铝工业的高速发展,世界范围内赤泥年排放量已严重超过环境负荷,造成了巨大的处置压力和污染风险,赤泥的高效资源化利用迫在眉睫。由赤泥制备层状双金属氢氧化物(LDH)是当前国内外重点关注的一个循环路径,具有大规模工业化潜力。文章论述了赤泥基LDH合成工艺及应用研究进展,发现其主要的合成工艺有共沉淀法、煅烧水化法和机械化学合成法,合成的赤泥基LDH类型受铝土矿成分及冶炼工艺影响显著。赤泥基LDH通常被用作吸附剂去除水体无机阴离子及捕获CO_(2),同时也是一种新型环保型无卤阻燃添加剂。赤泥基LDH还是一种优异的光催化剂,赤泥中杂质(Fe_(2)O_(3))的引入导致局部构筑异质结构,有利于光敏电子和空穴物种的分离与传递。最后文章提出如下展望:(1)在双碳目标背景下,赤泥基LDH的制备符合“循环经济”等可持续发展目标,具有实际的大规模应用潜力,未来应大力推进合成及应用方面的研究;(2)未来应重点研究如何进一步优化合成工艺,提高产率,增强可持续性(如引入其他废弃物作为二价金属源),提高合成专一性,以及如何降低赤泥基LDH在应用过程中的环境风险;(3)明晰LDH结构与应用效果的“构效关系”,针对赤泥基LDH非纯净体系这一特性,扬长避短,发挥异质结构的优势,实现更高效的应用。

红层软岩崩解演化规律与强度弱化试验研究

红层软岩遇水会形成裂隙,造成岩体剥落、崩解,导致其强度降低,从而影响边坡的整体稳定性.为了探究降雨条件下红层软岩的崩解演化规律和强度弱化特性,采用干湿循环和单轴压缩试验,对软岩的崩解现象、崩解机理以及力学性能进行了分析研究,结果表明:泥岩的颗粒级配会随循环次数的增加而改变;泥岩的耐久性受干湿循环作用的影响很大;随着干湿循环次数递增,软岩的峰值强度和弹性模量逐渐下降,泊松比则呈上升趋势;红层软岩的崩解过程为:原生层面存在-水分浸润岩体-新裂隙产生以及原生层面扩展-干湿循环作用-岩体经历弱崩解、中崩解、强崩解阶段-丧失整体性,最终成为散体.干湿循环对软岩造成的劣化损伤作用具有累积性和不可逆性,且前期劣化效果更为显著.蓬莱镇组红层软岩在成分、结构、构造等方面与其它地区红层不同,导致了崩解的差异性.研究可为红层软岩地区因降雨引起的岩体强度损失折减程度进行判定.

落石冲击下压实度对红层泥岩垫层缓冲机制影响研究

西南地区山地众多,落石频发,红层地质分布广泛,工程上红层隧道区可用红层泥岩作为棚洞垫层材料以抵抗落石冲击。但红层泥岩为细粒黏性缓冲材料,与无黏性粗粒材料不同,压实度对其缓冲机制影响仍不明晰,为此开展落石冲击红层泥岩垫层材料模型试验及数值模拟研究。通过搭建室内落石冲击试验平台,进行红层泥岩材料不同压实度下的模型冲击试验,监测落石及垫层内加速度大小,研究压实度对垫层缓冲效果的影响规律,并借助离散元(PFC)与有限差分(FLAC)耦合方法对模型试验进行了对比验证,揭示了压实度对红层泥岩垫层缓冲机制的影响规律。研究结果表明:1)不同压实度中(K=0.9、0.8、0.7),压实度越低,落石冲击力越小,K=0.7的冲击力较K=0.9减少54.08%;2)垫层内峰值加速度随水平距离增加呈指数衰减,且压实度越小,垫层加速度衰减越显著;3)重复冲击使垫层缓冲效果存在劣化现象,导致落石冲击力及垫层内加速度增加,工程中需加以注意;4)压实度低时,力链越不稳定,力链因易破坏重组而无法提供长期、稳定阻力,致使落石冲击力降低;同时垫层松散使冲击波传播时间增加,垫层吸收更多能量;因此,压实度低时垫层具有更好的缓冲效果。研究结果可为西南地区红层泥岩垫层材料的应用提供借鉴。

藏东高原浅丘红层区泥石流发育特征及活动性研究

藏东贡觉县高原浅丘红层区降雨条件有限,泥石流发生、发展主要受控于物源条件及沟道条件,属“物源控制型”泥石流。通过地质调查及统计分析的方法,详细分析了泥石流形成条件、形成机制及活动特征,得出了以下结论:流域面积<1.0 km2、沟道纵比降100‰~300‰的沟道容易发生泥石流;受构造、冻融风化及含石膏岩的影响,泥石流物源相对丰富,物源类型以坡面侵蚀为主,具有“点多面广”的分布特征,补给形式表现为“零存整取”的特征;受控于物源补给形式,泥石流形成主要包括:坡面冲刷起动→沟床汇聚堆积→揭底侵蚀3个阶段;受物质来源的影响,区内泥石流流体性质以粘性-过渡型为主,泥石流具有多期次、中低频率、单次泥石流规模较小的活动特征。

江西星子镇沙岭沙山顶部一处红色砂层的粒度分析及释光年代研究

鄱阳湖作为我国最大淡水湖,其周边分布若干沙山。此前研究多认为这些沙山为风成堆积的产物。选取星子镇沙岭沙山顶部(吴淞高程约58.3 m)一处红色砂层(含泥质团块)为研究对象,开展粒度分析和释光测年,以进一步揭示其形成环境和年代。粒度结果为:(1)以中粗砂为主;(2)粒度分选性差;(3)频率分布曲线显示该红色砂层包含多峰;(4)概率累积曲线显示该红色砂层包含1个推移组分、2个跃移组分和4个悬移组分;(5)萨胡判别公式值均>-2.74。之后,对红色砂层下伏泥层、红色砂层和红色砂层上覆黄色砂层开展石英单颗粒释光测年,其年代分别为:(24.7±2.1) ka、(24.0±2.4) ka和(22.4±3.9) ka。研究表明该红色砂层虽然形成于MIS2阶段,但其不是干旱环境下的风成沉积砂层。

黑白红气候旋回与聚煤环境

关于成煤环境,多数学者认为发育于暖湿气候。但现代沉积却得出了不同的认识,认为寒冷气候更有利于固碳,这个矛盾的解决具有重要的科学意义。基于现代沉积理论,研究了泥炭、湿地、土壤有机质的分布特征,结合各地质年代煤的分布,分析了煤的发育与气候、纬度的关系。结果显示,煤、蒸发盐岩、红层和铝土矿作为气候敏感沉积物,可分别代表高纬度的冷湿气候、中纬度的干热气候和低纬度热带雨林气候,可指示不同古环境或古纬度。提出煤的发育和是否缺氧没有联系,红层及铝土矿的发育不是因为富氧;寒温带的纬向滑移控制了煤的分布;用气候敏感沉积物建立了黑白红气候旋回,并限定了聚煤环境。

川西红层地区泥石流特征研究——以德昌县群英村王家坡沟为例

2022年8月23日德昌县乐跃镇群英村王家坡沟暴发群发性泥石流灾害,导致群英村至太平村的乡道严重堵塞,乡道两侧的耕地及经济作物大面积受毁。为揭示此次群发性泥石流的发育规律,本文结合实地调查和遥感影像对王家坡泥石流的形成机制、动力学特征进行综合研究。研究结果表明:此次泥石流在短历时强降雨情况下,坡面入渗迅速形成地表径流聚集于沟道,水流沿程掏蚀、侧蚀沟道岸坡形成大量的沟道松散固体物质,泥石流规模呈放大趋势冲出沟口形成泥石流灾害。该泥石流沟松散堆积物动储量为1.21×10^(4)m^(3),主要分为沟道物源、崩滑物源、侵蚀物源3种物源类型,其中沟道物源占比最大;最后计算了不同暴雨频率条件下泥石流的流量以及冲击力,为王家坡泥石流灾害防治提供可靠的数据和相应的防治措施。

高速铁路红层改良填料路堤动力特性及沉降规律研究

川渝地区高速铁路建设频繁跨越红层地区,为高速铁路的建设和运营带来了新的风险和隐患。为了解决红层土工程适应性差的问题,对红层土试样展开室内土工试验,并且基于改良土工程参数构建了高速铁路红层改填料路堤动力学模型,分析了高速列车荷载下路堤内动应力、动位移、加速度的变化规律并提出质量控制措施。期望研究成果为红层地区高速铁路路基设计和施工提供理论指导与实践经验。

滇中禄丰川街盆地中-晚侏罗世温室地球气候环境演变特征及其对生物埋藏的影响

滇中禄丰地区川街盆地记录了上扬子地区中—上侏罗统陆相沉积和生物演化的重要信息,为侏罗纪温室地球气候环境研究提供了良好载体。本文通过对川街盆地中—晚侏罗世陆相红层进行沉积学、碳-氧同位素、微量元素地球化学系统研究,恢复其古气候环境特征。研究认为:禄丰地区侏罗纪巴通期—卡洛夫早期湖泊为封闭性较好、盐度逐渐升高的咸水湖,该时期气候由相对湿润转为干燥,气温总体较高,从早期到晚期表现为温度逐渐降低的趋势;卡洛夫中—晚期湖泊封闭性减弱,由咸水湖转为半咸水湖,该阶段气候由干燥向相对湿润气候转变,温度回升,但气候波动剧烈,干湿交替频繁;牛津期—提塘期湖泊封闭性进一步减弱,为半咸水湖泊,气候总体趋于稳定,为湿润型气候。本次工作在禄丰地区陆相红层中识别出中—晚侏罗世过渡期寒冷事件(即MLJT事件),为中生代温室地球气候环境研究和西南地区陆相红层对比研究提供了重要参考。中侏罗世晚期急剧变化的气候使得生物快速死亡,加之暴雨期河流的搬运、沉积和快速埋藏,造成了川街盆地如今的生物埋藏特征。

南宁地区红层泥岩膨胀性对工程的影响分析

通过分析南宁地区红层泥岩在干湿交替环境下表现出的膨胀性,对比分析风化前后泥岩层膨胀性变化,依托南宁轨道交通工程,选取古近系、白垩系等不同时代的弱风化红层泥岩、风化层作为研究对象,对南宁地区红层泥岩及风化物膨胀性对基坑、边坡、道路工程的稳定性和安全性影响进行研究。

黔北地区红黏土大气影响急剧层深度探讨

贵州黔北地区红黏土广泛分布。红黏土具有失水收缩、裂隙发育、上硬下软的特点。对于荷载不大的低层建筑,为充分利用红黏土上硬下软的特性、充分发挥浅部硬层的承载能力,采用天然地基时基础宜浅埋,充分利用上部坚硬、硬塑土层作持力层,但为避免地面不利因素的影响,红黏土地基基础埋深又必须大于大气影响急剧层的深度,该深度目前无相关规范数据可查。本文收集黔北地区仁怀、桐梓、湄潭、汇川等4个气象站最近较长一段时间内的气象资料,依据《膨胀土地区建筑技术规范》(GB 50112—2013)相关规定,对黔北地区红黏土大气影响急剧层深度进行计算,确定红黏土地基基础最小埋置深度,以供参考使用。

基于ANSYS的软岩堆石混凝土重力坝优化设计分析

为解决四川红层地区筑坝时软岩难以充分利用的工程问题,提出将软岩用于制作堆石混凝土并用于筑坝的方案,并采用有限元软件ANSYS对坝体变形和应力进行计算。在高压力区使用较高弹性模量混凝土、低压力区使用低弹性模量软岩堆石混凝土,并根据不同坝体分区来优化软岩堆石混凝土重力坝设计方案,结果表明:靠近下坝面的高弹性模量区能限制低弹性模量区混凝土的水平变形,区域内应力分布发生改变,使得坝体受力分布均匀,整体位移减小;利用软岩作为骨料的堆石混凝土的强度,既能满足坝体应力要求,又能减少征地和工程投资,说明软岩筑坝是合理可行的。

降雨条件下红层边坡稳定性及排水效果数值模拟研究

降雨是影响边坡稳定的主要因素,尤其是红层边坡,由于其遇水易崩解、软化的水理特性,开展降雨条件下红层高陡边坡稳定性及排水效果研究对工程建设具有重要意义。本文以金甬铁路代表性工点-面前山一号隧道明洞段作为研究对象,利用Abaqus流固耦合数值模拟技术,通过建立边坡支护及降雨排水模型,对边坡进行了降雨入渗分析,对降雨后边坡的饱和度、孔隙水压力、位移以及边坡安全系数进行了分析,研究降雨对边坡稳定性的影响;设置边坡排水管,并对排水管作用效果进行了分析,对比分析边坡排水前后饱和度、孔隙水压力、安全系数的变化。结果表明:由于降雨入渗的发生,边坡稳定性降低;边坡排水后,边坡饱和度和孔隙水压力均降低,边坡安全系数升高,表明排水管的设置,可以解决边坡降雨排水问题,保障边坡安全。

滇中红层软岩隧洞不良地质段施工技术研究

滇中引水工程线路较长,跨越多个地质构造单元,广泛存在活动断裂、高地下水、高地应力、软岩大变形等问题。滇中红层软岩洞段集中分布在大理、楚雄线路,其中,楚雄段凤凰山隧洞倒虹吸交通洞上游控制段穿越滇中红层软岩及元谋-绿汁江断裂带。该段施工过程中,充分运用超前地质预报、超前支护、预留变形量、分层分部开挖、多个支护类型、监控量测、及时封闭成环等手段,将多个控制因素加入到开挖支护施工中,增加了隧洞稳定性,提高了安全保证率,形成了适合滇中红层软岩不良地质段的施工技术。

超大直径泥水盾构复杂红层渣浆的高效处理利用技术升级研究

以广州市海珠湾隧道工程为例,针对超大直径泥水盾构工程中的复杂红层泥质粉砂岩渣浆处理和利用问题展开了技术升级研究,并针对工程中存在的处理工艺重复、分离与利用工艺割裂、智能化程度低等问题,提出了优化升级策略。针对处理工艺重复的问题,提出了渣浆集中一体化调理策略。通过整合现有工艺中功能相同或相近的设备或模块,构建了高效集成的渣浆处理工艺与设备系统。针对分离与利用工艺割裂的问题,提出了采用地聚物基絮凝-固化剂耦合调理策略。复杂红层渣浆中的砂质成分和泥质成分在地聚物基絮凝-固化作用下,可分别形成性能良好的壁后注浆砂浆和流态填料。针对智能化程度低的问题,提出了基于点云、图像、近红外光谱的融合算法,从而提高渣浆处理工艺的智能化程度。该研究服务于超大直径泥水盾构渣浆的处理与利用,可为相关工程提供参考。

土茯苓与红色木质土茯苓的鉴别与研究

目的:对比土茯苓与红色木质土茯苓的性状和显微鉴别、薄层色谱、红外图谱及高效液相色谱指纹图谱,分析二者质量差异。方法:观察两种土茯苓性状鉴别、横切面鉴别、水试鉴别、粉末显微鉴别及薄层色谱、红外色谱,并采用HPLC法测定落新妇苷含量。结果:土茯苓与红色木质土茯苓的性状和显微鉴别有明显不同;水试鉴别显示土茯苓水溶液始终透明,红色木质土茯苓水溶液始终浑浊不透明;两者薄层色谱、红外图谱及高效液相色谱指纹图谱均存在明显差异。结论:土茯苓断面色泽深,淀粉粒较少,水浸液黏性稍差,落新妇苷含量较高,与红色木质土茯苓比较差异显著,本研究结果对土茯苓质量评价有一定参考作用。