探地雷达在白洋淀湖底地层结构探测中的技术攻关与实践

白洋淀湖底地层调查对于白洋淀生态地质调查、湖底生态清淤及湿地生态保护具有非常重要的现实意义。为系统探明白洋淀湖底地层结构,从区域尺度对湖底地层实现完整刻画,为钻探调查提供精确的靶区数据支撑,创新了探地雷达应用范围,采用船载方式,透过水体开展了湖底地层勘查。剖析白洋淀湖底结构探地雷达勘探技术难点,分析了含底泥和不含底泥2种情形下水上勘探电磁波的传播特征和湖底原生地层的地球物理响应条件,建立了淀水+淤泥层+湖底原生地层的湖底简化结构模型。通过对比国内外主流探地雷达系统不同硬件设备的勘探能力与适应条件,优选出双皮划艇搭载50 MHz低频组合天线的工作模式,结合适用于水下电磁波弱信号提取的数据处理技术,获得了白洋淀湖底15 m深度范围的地层结构数据。结果表明,此种工作模式适用于湖区水深小于5 m的水域,原生地层电磁波整体呈现弱反射特征,湖底15 m深度范围内存在2~3组砂层反射界面。淤泥层会大大削弱湖底原生地层的电磁波反射强度。存在厚砂层的水域,电磁波会形成强反射波组,砂层展布形态刻画清晰,砂层厚度变化在0~3 m之间。本项研究实现了湖底地层结构建模分析、天线勘探模式优选、数据处理过程优化等技术集成。该技术成果为白洋淀淀区地下水与地表水三维地质建模提供了基础依据,为湖底地层钻探勘查提供了靶区支撑,有力推动了白洋淀湿地水-陆一体化探测技术方法体系的构建。

超细地聚合物对河湖疏浚淤泥固化和重金属固结效果的影响

我国每年河湖疏浚产生大量废弃淤泥,这些淤泥固结周期长、固化强度低且含有大量重金属,难以进行资源化利用。采用超细偏高岭土地聚合物,研究其对淤泥固化强度、水稳系数和重金属固结效果的影响。结果表明:随着超细地聚合物掺量增加,淤泥固化土的强度逐渐增大,7 d无侧限抗压强度可达1.68 MPa,具有优异的淤泥固化效果;水稳系数先增大后减小,掺入超细偏高岭土的淤泥固化土水稳系数均达到了90%以上,是纯淤泥土的两倍以上。超细地聚合物对镉、铅等6种重金属离子均具有良好的固结效果,尤其是对镉和汞的固结作用最为显著,且各组淤泥固化土中6种重金属元素浸出量均未超过相关标准的要求。超细地聚合物对淤泥具有良好的固化和重金属固结效果,与普通硅酸盐水泥固化材料有较大区别。

不同含水量粉土与土钉界面的剪切特性

通过控制含水量的粉土与土-钉界面拉拔剪切室内试验,研究不同土体含水量及上覆压力时,钉-土界面的剪切应力与剪切位移关系、界面剪切强度及表观摩擦系数的变化规律。试验结果表明:钉-土界面剪切应力随上覆压力的增加而显著增加,峰值剪切应力对应的拉拔位移也逐渐增大,且剪切应力达到峰值后出现软化现象;钉-土界面的剪切应力与土体含水量呈负相关;峰值、残余剪切应力均随着上覆压力的增大近似呈线性增加,随着土体含水量的增大而显著下降;峰值应力与残余剪切应力的差值随着土体含水量的增加而减小,随着上覆压力的增加而增大。研究成果可为土钉拉拔承载性能研究提供参考。

海洋环境下吹填钙质粉土夹层剪切特性研究

南海岛礁吹填工程建设中,建筑地基土层内易形成厚度不均、间断分布的钙质粉土夹层,目前关于钙质粉土夹层在高盐度海洋环境下的力学特性少有研究。本论文分别开展了不同水盐比下钙质粉土的直剪试验、激光粒度分析、Zeta电位分析和SEM试验。结果表明,钙质粉土的抗剪强度和内摩擦角随水盐比的增加呈先减后增的变化趋势,而黏聚力变化呈先增后减;当盐溶液进入过饱和阶段,土体抗剪强度和内摩擦角连续下降,而黏聚力单调升高。含盐量的升高可促进颗粒发生团聚,提高土颗粒表面电势,但随着含盐量进一步增加,颗粒团聚效应不再显著。进入过饱和阶段后,盐晶体沉淀析出,颗粒间胶结程度加强,并以“包裹”细颗粒的形式促进颗粒接触面的润滑作用。

膨胀珍珠岩调控固化淤泥物理-力学性能的方法

疏浚淤泥含水率高导致干化和固化成本过高。充分利用膨胀珍珠岩(expanded perlite,简称EP)的多孔吸水性,局部分离淤泥中的自由水,使其变为不均匀分布,营造泥-水分离的固化环境。试验发现,掺入EP可以有效提高固化淤泥的无侧限抗压强度(unconfined compressive strength,简称UCS),但其掺入方式影响固化强度的增长速率和孔隙分布特征。焖料方式最有利于提升固化效果,即把EP先掺入到淤泥中,混合24 h后再加水泥固化;养护28 d时,焖料试样的强度是直接固化试样(EP掺入后直接加水泥固化)强度的1.56倍,是仅掺入水泥固化试样强度的2.15倍,说明EP营造的局部泥-水分离环境可有效提高固化淤泥的强度。同时,水化热试验结果表明,EP促进了水泥水化作用。EP-淤泥固化土的孔隙分布曲线和表观形貌照片显示,虽然掺入EP引入了气孔,但也为水化产物提供了生长空间,使得淤泥和EP界面形成嵌入式胶结,共同构成固化土骨架。EP调控淤泥含水率属于物理方法,方便快捷,并且EP是高硅轻骨料,与淤泥相容性好,兼具环境友好性。

赋存环境对含甲烷水合物沉积物力学特性的影响

海域水合物沉积物储层的强度与刚度特性对水合物的安全高效钻采有重要意义。为研究赋存环境变化对泥质水合物沉积物抗剪强度特性的影响,基于改进的水合物三轴剪切仪开展了一系列饱水与饱气及地应力条件变化下甲烷水合物沉积物的排水剪切试验。试验结果表明,赋存环境变化对泥质水合物的抗剪强度与刚度产生显著影响。饱水条件下相同水合物饱和度沉积物抗剪强度显著降低,抗剪强度最大降低率达52.0%。赋存环境变化对内摩擦角影响有限,对黏聚力影响显著。与饱气条件下的结果相比,饱水条件下有效黏聚力最大降低率达68.1%,进一步确定了有效黏聚力随水合物饱和度演化的指数方程。水饱和下水合物沉积物的变形模量显著降低,变形模量E_(50)的最大降低比达72.7%;水饱和条件下,变形模量随水合物饱和度的增大呈线性增长。基于气饱和与水饱和条件下水合物沉积物骨架的受力分析,初步揭示了两种赋存环境下水合物沉积物力学特性的演化机制。研究成果可为天然气水合物赋存机制揭示及储层稳定性评价提供基础数据与方法支持。

淤泥-岩石地层爆破临近给水管道振动特征

盾构机通过淤泥-岩石地层时,可以在地面钻孔预先爆破破碎岩石,但是淤泥-岩石地层爆破产生的振动威胁爆区周围供水管道的安全。通过对爆破振动进行现场测试和数值模拟,首先验证爆破现场材料的物理和力学参数,然后研究了爆区附近供水管道的动态响应。得出如下结论:在管道轴向上,节点峰值速度(PPV)随着距爆炸源水平距离的增加而减小;在管道正上方地表沿管道轴向,节点峰值速度也随着距爆炸源水平距离的增加而减小;管道上节点峰值速度与管道上方地面的节点峰值速度之间存在函数关系。管道内壁最大PPV是最小PPV的3.97倍,管道内壁90°处的节点峰值速度最高,管道外壁最大PPV是最小PPV的1.03倍,管道外壁150°处的节点峰值速度最高,每个节点的PPV彼此不同,给水管道内壁PPV大于外壁,内壁PPV变化较大,但外壁PPV相对接近。单元的最大峰值有效应力是单元的最小峰值有效应力的4.06倍,在管道外壁240°~270°处单元的峰值有效应力最高。本研究的结论可以为确定爆区周围供水管道的安全性提供参考。

基于颗粒分布分形模型毛细水上升高度计算分析

由表面张力引起的弯液面两侧压力差推动毛细水上升,造成低路堤路基产生毛细水病害,毛细水上升高度是防治路基毛细水病害的关键所在。克服了毛细水上升高度测量试验的缺陷,基于土粒分布的分形模型,提出毛细水上升高度的计算方法。采用筛分试验计算粉土颗粒分布分维,建立粉土颗粒级配的分形模型,系统地分析分维、进气值、孔隙率、毛细水最大上升高度和饱和渗透系数对毛细水上升高度和速度的影响。计算结果表明:毛细水上升高度与时间呈幂函数正相关关系,毛细水上升高度随颗粒分布分维、进气值、毛细水最大上升高度和饱和渗透系数增大而增大,随孔隙率增大而减小;毛细水上升速度只与颗粒分布的分维有关,随颗粒分布分维增大而增大,不受进气值、孔隙率、毛细水最大上升高度和饱和渗透系数的影响。

金沙江向家坝水电站下游河道2020年淤积成因分析

向家坝下游河道泥沙冲淤变化对岸坡稳定及通航具有重要影响,向家坝水电站运行后坝下游河床一直呈冲刷状态,但2020年首次出现淤积。采用输沙法和断面法计算向家坝出库沙量和下游河段泥沙冲淤量,结合气象、水动力及实勘资料,分析向家坝下游2020年淤积成因。研究结果表明:向家坝蓄水后出库年径流量变化不大,出库沙量受上游电站拦沙作用大幅减少,但2020年向家坝下游支流降雨偏丰,支流输沙量大幅增加,产生区域强输沙过程;该年下游各控制站最高水位较历史平均水位均偏高,汛期比降变化不大,水流挟沙能力不足以输送显著增多的泥沙;加上采砂减少和采砂造成的下切幅度较大部位发生回淤。这些原因导致2020年向家坝下游河道产生淤积。

南京长江漫滩废弃粉土改良用作路基填料的室内试验研究

为实现基坑开挖废弃粉土的资源化利用,研究了水泥、石灰改良长江漫滩粉土路基的工程力学特征及稳定性。通过击实试验、无侧限抗压强度试验、水稳性试验和微观试验,分析改良粉土的强度特性及耐久性变化规律,论证长江漫滩粉土作为路基填料的可行性。结果表明:掺加水泥、石灰后,土体力学性能得到大幅改善;不同掺量下浸水5 d,改良土的水稳系数均大于0.6,水稳系数随水泥掺量的增加而增加,随石灰掺量的增加先增大后减小。微观试验表明,水泥、石灰在土体中生成的胶凝物质对土颗粒具有包裹和联结作用。综合考虑改良土的强度和水稳性,经过改良后,长江漫滩粉土可以作为路基填料,建议水泥、石灰改良土的最佳组合配比为6%水泥+6%石灰,在此掺量下,改良土体的28 d无侧限抗压强度为2.05 MPa,浸水5 d后的水稳系数为0.76,具有较好的路用力学性能。

冻结法在富水粉细砂层盾构始发与接收中的应用

洞门外水土沿水泥土加固体与围护结构之间的间隙涌入始发井内或接收井内,引起井外地面沉降甚至塌陷,是富水粉细砂层盾构工程始发与接收阶段洞门外围护结构破除过程中的主要风险之一,冻结法是规避上述风险的有效措施。以某长江漫滩富水粉细砂层盾构工程为例,详细介绍了冻结法在盾构始发与接收阶段洞门外围护结构破除中的成功应用,包括设计方案、施工工艺、温度监测、效果验收与冻结管拔除等内容。实践证明,冻结法能够将加固体与围护结构界面温度控制在-5℃以下,避免粉细砂沿加固体与围护结构间隙流动的风险。

河湖水环境污染综合治理对策及措施

河流湖泊等地表水体是各种污水排放的汇集地,由于人类活动的加剧,污水排放量的增加,有些江河湖泊的稀释净化作用大大减弱,超出了江河湖泊的自净极限,使污染物沉积在水中,造成整个流域的水环境污染。水环境污染分为由外部污染源流入河湖造成的水体污染与河流底部的淤泥造成的内源污染,文章通过阐述河湖水环境污染所面临的问题及综合治理措施,提出了河湖流域水环境流域治理措施。

小浪底水库调控后黄河下游冲淤规律与水沙调控指标

为科学指导黄河调水调沙调度实践,根据小浪底水库调控后黄河下游冲淤规律对水沙调控指标进行优化。选取2011—2022年黄河下游实测121场不同含沙量级水沙过程,分析黄河下游水沙特点及其冲淤效率与水沙条件的响应关系,以黄河下游不淤积以及主槽过流能力不降低为总体目标提出水沙调控指标。结果表明:①小浪底水库对黄河下游水沙过程具有两极分化的调控作用,高含沙量水流(平均含沙量S av>10 kg/m^(3))的沙量全年占比为94%,清水水流(S av<1 kg/m^(3))的水量全年占比为85%。②高含沙量水流的淤积效率与平均含沙量呈正相关线性关系。③清水水流的冲刷效率与平均流量呈正相关对数关系。④对于高含沙量水流,丰水年调控水量为80亿m^(3),平均流量为2000~4600 m^(3)/s,平均含沙量为50 kg/m^(3);平水年调控水量为10亿m^(3),平均流量为2000~4600 m^(3)/s,平均含沙量为150 kg/m^(3);枯水年水库不排沙。对于清水水流,需要避免下泄平均流量在800~1800 m^(3)/s范围内的水流过程。

城市露天、生活水供水渠道清淤及淤泥处理技术探究

通过对露天采坑清淤技术、原位环保清淤技术等供水渠道淤泥处理技术进行研究,结合实际案例,提出改善人们生活用水的质量的技术方法——生态清淤+旋流筛分减量化+带式压滤脱水固结技术和高压清洗车联合循环机组余热处理技术,该应用效果突出。

导流片对排沙漏斗水力特性影响试验研究

为减少排沙漏斗的漏斗室淤沙量,提出一种在漏斗室底板布置环形导片的改进方案,探究环形导片布置位置及数量对排沙漏斗的排沙耗水率、漏斗室淤沙量以及泥沙截除率的影响。试验结果表明:在排沙漏斗锥底板布置一定数量的导流片可增大锥底板处的旋转流速,经过对G1、G2、G3(不同导流片布置下的排沙耗水率相较于传统排沙漏斗的变化率G1、不同导片布置下的底板泥沙淤积量相较于传统排沙漏斗的变化率G2、不同导片布置下的泥沙截除率相较于传统排沙漏斗的变化率G3)三个指标的评价比选,得出在锥底板最外环位置处布置三层导片可使得漏斗式内的淤积量最小。该方案与传统排沙漏斗相比排沙耗水率降低了4.56%、锥底板泥沙淤积量降低了10.24%、泥沙截除率提高了0.65%。研究结果可为导片在排沙漏斗工程中的导片优化设计提供依据。

全固废基固化剂对高含水率淤泥土性能的影响研究

为实现对地下工程及海洋工程中的高含水淤泥土的资源化利用,并协同利用大宗固体废弃物,本研究采用活化煤矸石、粉煤灰、矿粉和激发剂等大宗固废制备固化剂,研究了固化剂组成及比例对固化剂工作性和力学性能的影响规律,确定了最优配比为30%活化煤矸石、20%粉煤灰、50%矿粉与激发剂。采用最优配比制备的固化剂可有效固化高含水率(100%)的淤泥,当固化剂掺量从10%提升至15%时,固化土的强度提升幅度最大(28d无侧限抗压强度达1.58MPa),固化后淤泥具有良好的工作性、力学性能和抗渗透性能。

福州地区饱和淤泥不固结不排水强度特性研究

为了解福州地区典型饱和淤泥的强度特性,进行三轴不固结不排水试验,并绘制应力圆曲线,获得抗剪强度指标C_(u)、φ_(u)值。为减少饱和度对强度指标的影响,依据勾股定理,对抗剪强度值进行修正,并分析饱和淤泥抗剪强度参数与含水率、孔隙比的相关关系,采用数理统计方法,总结含水率、孔隙比等对强度的影响。试验结果表明:饱和淤泥不固结不排水强度指标C_(u)、φ_(u)整体上是随着含水率、孔隙比的增大而呈减小趋势。

蚯蚓密度与土壤物理肥力主要参数之间的定量关系分析

利用现有的数据,分析蚯蚓密度与土壤物理肥力主要参数之间的关系,定量评价蚯蚓对土壤物理性状的影响。通过中国知网和Web of Science,输入关键词(蚯蚓、土壤容重、土壤含水量、土壤质地、土壤孔隙度、土壤水稳定性团聚体)搜索,提取其中相关的数据,将文献提取的数据与调研获得的数据结合,进行Pearson相关性分析。研究发现,蚯蚓密度与砂粒相对含量呈极显著的负指数关系(P<0.001),与粉粒相对含量呈显著的正指数关系(P<0.05),而与黏粒相对含量呈极显著的幂函数关系(P<0.001);与土壤容重呈微弱的负相关关系(P<0.20),但与土壤孔隙度呈显著的正相关关系(P<0.05);与水稳定性团聚体含量呈微弱的正相关关系(P<0.5),但与水分含量呈极显著的正相关关系(P<0.001)。基于蚯蚓密度与砂粒、粉粒、黏粒相对含量,土壤容重、孔隙度,水稳定性团聚体、水分含量关系,可以将蚯蚓密度与土壤物理肥力主要参数之间的定量关系分为5个等级,以用于评价蚯蚓对土壤物理肥力指标的影响。

利用湖泊淤泥制备轻质保水陶粒的研究

随着城市化进程的加快和经济的发展,河道、湖泊、水库等水域的淤泥量越来越大,淤泥的资源化处置需要有技术上的突破。本文通过实验探讨利用湖泊淤泥制作陶粒的可行性,并对其制备工艺、性能和应用前景进行深入分析。实验结果显示:与商品陶粒相比,湖泊淤泥烧成的淤泥陶粒不仅吸水性能更好,而且抗压强度也能满足保水陶粒的要求。因此,利用湖泊淤泥这种市政废弃物制备保水陶粒代替黏土陶粒,可实现经济效益、社会效益和环境效益的多方位提升。

抛石挤淤法对水草地粉土地基的加固形态研究

基于极限平衡理论,通过抛石挤淤法对青海湖水草地粉土地基时的加固形态及路基沉降变形规律进行了研究。分析讨论了在抛石挤淤法的作用下,粉土地基的出淤高度、入淤深度及所需的抛石总厚之间的关系,据此判断抛石挤淤法对水草地粉土地基的加固效果。运用有限元软件,分析在抛石挤淤法作用下的粉土路基沉降变形规律,对数值模拟计算得到的路面沉降变形与根据极限平衡理论计算的理论沉降值进行对比分析,将各级荷载作用的数值模拟路面沉降变形值进行归一化及数学拟合处理,提出了一个可以用于初步推算水草地粉土地基在不同厚度抛石作用下的路面沉降经验公式。