含有机质土抗剪强度再认识——基于土壤有机质赋存形态的认知

有机质通常以结合态、自由态形式赋存于土中,不同赋存形态有机质物理、化学性质差异很大。一直以来,土力学领域主要关注有机质含量对土的宏观工程性质的影响,其赋存形态差异有何影响还鲜有报道。通过人工调配不同有机质含量土样,并基于傅积平法测试了土样中不同赋存形态有机质的含量;分别在排水、不排水条件下对土进行了抗剪强度试验,在明确其抗剪强度随有机质含量w_(u)变化规律的同时,也厘清了有机质赋存形态与抗剪强度之间的关联。试验结果表明:(1)不排水条件下,内摩擦角随着w_(u)增大发生大幅度下降,变化过程大致可以分为显著下降段、过渡段及平稳变化段3个阶段;显著下降段结束点对应的w_(u)和阈值w_(u,2)比较接近,即内摩擦角随w_(u)显著下降主要发生在结合态有机质为主的土中;平稳变化段大致发生在w_(u)>25%后。(2)在排水条件下,内摩擦角随着w_(u)增大有一定下降趋势,但与有机质赋存形态无关。(3)无论排水条件如何,黏聚力和有机质赋存形态间无明显的联系。机制分析表明:不排水条件下,结合态有机质的存在会起到润滑作用,减弱土颗粒间的摩擦性;而当自由态有机质含量达到一定量时,土体宏观性质由摩擦型材料向胶体材料转变;排水条件下,由于有机质极易被压缩,无论有机质含量及赋存形态如何,构成土体骨架的均为矿质土颗粒。

考虑有机质赋存形态的含有机质土一维压缩与渗透特性研究

有机质在土壤中常以不同形态赋存,结合态和自由态是其主要类型,2种赋存形态有机质理化性质有较大差异。但一直以来,土力学领域主要关注有机质含量对土宏观工程性质的影响,有机质赋存形态方面鲜有报道。文章通过人工调配不同有机质含量土样,并基于傅积平法测试土样中不同赋存形态有机质的含量;利用改装的一维固结-渗透仪和常规一维固结仪对相同初始孔隙比e_(0)、不同有机质含量w_(u)土样进行一维渗压和蠕变试验,以期在明确压缩、蠕变及渗透性相关参数随有机质含量变化规律的同时,也厘清有机质赋存形态与上述指标的关联;最后基于压汞(MIP)试验结果,分析不同w_(u)土样在相同初始孔隙比(e_(0)=1.5)以及分级加载下的孔隙特征演变规律。试验结果表明:(1)压缩指数C_(c)总体呈现随w_(u)增大而增大的趋势,但C_(c)-w_(u)关系并非单调而是分段线性关系,分段点对应的w_(u)接近阈值w_(u), 2;次固结系数Ca与w_(u)呈单调线性增大关系。表明有机质赋存形态对C_(c)-w_(u)关系有一定影响,但对Ca-w_(u)关系影响不明显。(2)初始渗透系数kv0随w_(u)增大而减小,减小过程也可分为2个阶段,有机质赋存形态对kv0-w_(u)关系有影响;渗透指数Ck与w_(u)呈线性正相关关系,和有机质赋存形态无明显关联;(3)从MIP结果可知,对于相同e_(0)(=1.5)土样,w_(u)越大,其累积进汞体积减小,封闭型孔隙占比增多,PSD曲线从孔径分散的不规则型向孔径集中的单峰型转变;分级加载下,含结合态有机质为主的土样(w_(u)=4%)与含自由态有机质的土样(w_(u)=20%),二者PSD曲线演变过程不同。

龙马溪组页岩不同显微形态有机质成因及其勘探潜力探讨

有机质是页岩中最重要的组分,有机孔更是页岩气重要的储集空间,以扫描电镜为主流的微观分析检测技术成为页岩研究的重要手段,目前对有机质的综合研究正逐步成为页岩气勘探开发研究的重要内容。本次研究选取四川盆地及其外围龙马溪组富有机质页岩,采用氩离子抛光非镀膜样品,利用低电压近距离工作状态,对样品进行了高分辨率场发射扫描电镜检测,观察、总结了有机质显微形态,并依据其内部结构及组成特征对其生烃及储集能力进行了探讨。检测结果揭示:龙马溪组富有机质页岩中有机质主要有三种显微形态,分别是结构型沉积有机质、分异型交生有机质和填隙型运移有机质。结构型沉积有机质形成于沉积及早期成岩演化阶段,保留了部分生物结构特征或沉积定向构造;分异型交生有机质与黏土矿物交互生长并经历演化分异作用,形成了类似于岩浆岩中的“花岗结构”;而填隙型运移有机质形成于晚成岩有机质高演化阶段,为液态烃充填于自生矿物晶间,其周边矿物具有自形特征。龙马溪组页岩以填隙型运移有机质和分异型交生有机质为主,二者都发育丰富的有机质孔隙(孔径10~300nm),是龙马溪组页岩优质的生气母质,并具有优质的储集性能。研究结果为我国海相龙马溪组页岩气生成理论及勘探开发评价提供了较深层次的微观信息。

有机质对黏性土热传导系数的影响与机制

有机质是土中常见组分,对土体热性质有显著影响。为明确有机质对黏性土热传导系数影响与机制,以膨润土为基质,通过添加腐殖质制备不同有机质含量土样。利用热探针法测定其热传导系数λ,分析λ随干密度ρ_(d)、含水率w(饱和度S_(r))和有机质含量w_(u)的变化规律;并通过分析膨润土对有机质的吸附特征,探讨了有机质对土热传导系数影响机制。试验结果表明:有机质含量w_(u)相同时,热传导系数λ随干密度ρ_(d)、含水率w、饱和度S_(r)增大而增大。在土体饱和、ρ_(d)相同条件下,λ随w_(u)增大而减小,但并非单调线性递减关系;可分为急剧下降段、过渡段和平缓下降段3个阶段。过渡段对应的w_(u)大致范围为7.5%~15.0%。通过傅积平法测试得出膨润土对紧结态有机质饱和吸附量w_(u,1)大致为8.0%,对紧结态+稳结态有机质的饱和吸附量w_(u,2)约为14.0%;即有机质赋存形态变化的两个阈值(w_(u,1)、w_(u,2))和λ-w_(u)关系曲线过渡段对应的w_(u)基本吻合。机制分析表明:除有机质含量外,土中有机质赋存形态变化也是影响土热导系数的重要因素。分析了几种热导系数理论预测模型对含有机质黏性土的适用性。

长期施用秸秆对水稻土有机组分影响的研究

采集定位试验6年的圩田水稻土进行研究。结果表明,与不施秸秆相比,多年秸秆还田的土壤有机碳、全氮,腐殖质各组分碳和活性腐殖质各组分碳的含量均有提高,除富里酸氮外,以两季秸秆还田的土壤增幅最大。各处理的活性富里酸氮占富里酸氮的百分率较高,说明施用秸秆有利于氮素富集在活性富里酸中。不稳定形态有机质数量及其碳氮含量亦高于对照区,水稻糙米积累氮磷钾的量有同样趋势。