流水下切的动力学机制、物理侵蚀过程和影响因素:评述和展望

流水下切是指河流河道在基岩中的垂直切割。自 2 0世纪 90年代以来 ,由于对全球尺度的气候、地表过程和构造之间相互作用的认识 ,以及工程建设和天然资源管理决策的需要 ,流水下切成为构造地貌学的理论研究前缘。文章从动力学机制、物理侵蚀过程、三大外来变量构造、气候和基准面变化的影响 ,以及区分这些变量影响的可能性等方面 ,对流水下切研究的最新进展予以评述。

硫酸钠对水泥砂浆的物理侵蚀作用(英文)

采用150g/L的硫酸钠溶液半浸泡的试验方法,以砂浆抗蚀系数为指标,研究了相对湿度和温度变化条件下,硫酸钠溶液的不同结晶产物Na2SO4(无水芒硝)与Na2SO4·10H2O(芒硝)对砂浆试件的物理侵蚀作用和不同条件下硫酸钠溶液的物理侵蚀特性及相关机理。结果表明:与环境温度变化条件相比,硫酸钠溶液在相对湿度变化条件下对砂浆试件造成物理侵蚀作用更为严重,这主要是在相对湿度变化条件下,硫酸钠溶液的结晶产物Na2SO4与Na2SO4·10H2O发生相互转化造成的。硫酸钠溶液形成Na2SO4结晶产物时,其对砂浆造成的物理侵蚀破坏作用较形成的Na2SO4·10H2O结晶产物更为显著。

青海湖流域理物理侵蚀速率对气候变化的响应

气候要素是否影响地表物理侵蚀速率目前还存在诸多争议。以往对此方面的研究均集中在高降雨区域,而对于低降雨条件下气候因子的控制机制研究目前还很有限。青海湖流域对气候变化十分敏感。本文通过对青海湖流域最大两条河流布哈河和沙柳河每日的温度、降雨、径流和河流悬浮物浓度进行为期一年的持续监测,探讨干旱/半干旱区气候要素对地表物理侵蚀速率的影响。研究结果显示:在气候要素中,降雨以及其产生的径流是青海湖流域物理侵蚀速率最主要的控制因素,而温度的影响较弱。最重要的是,降雨强度决定着最终的侵蚀速率。布哈河和沙柳河流域一次瞬时高强度降雨能产生全年侵蚀通量的30%以上。此外,相同流量条件下,季风前期的侵蚀速率要高于季风中、后期,反映了季风前期低温条件下的冰冻作用,以及春季降尘产生的大量细颗粒物质,增加了雨季来临时侵蚀物质的输出。这些认识对于理解长时间尺度上青海湖沉积物钻孔中沉积速率和古气候要素的关系具有重要意义。

土壤侵蚀降雨物理学简论

土壤侵蚀降雨物理学是一门尚待建立的学科。从土壤侵蚀降雨物理学的概念出发,探讨土壤侵蚀降雨物理学的主要内容及其与相关学科的关系,在回顾土壤侵蚀降雨物理学的相关理论发展简史的基础上,认为土壤侵蚀降雨物理学是气象学、水土保持学的交叉学科,是值得发展的新学科。

水泥基材料在硫酸盐结晶侵蚀下的劣化行为

采用水泥砂浆在硫酸钠溶液中半浸泡的试验方法,测试不同配比的砂浆外观形貌、抗压抗折强度等宏观性能,并通过分析砂浆孔结构、孔隙率、微观形貌以及腐蚀产物,探讨半浸泡条件下,硫酸盐结晶对砂浆造成侵蚀破坏的影响因素。研究结果表明:在半浸泡条件下,砂浆表面所生成的白色硫酸钠晶体含量与砂浆的水灰比和掺入的矿物掺合料有关;随着半浸泡时间增加,水泥砂浆表面逐渐被剥蚀,抗压抗折强度先增大后逐渐降低;砂浆中孔径在30nm以上的孔是导致砂浆受到侵蚀的主要孔隙;大量结晶物聚集在砂浆孔隙中并结晶膨胀造成了砂浆的物理结晶侵蚀;掺入适量的活性矿物掺合料能有效降低砂浆中孔径在30nm以上毛细孔的数量,提高砂浆抗硫酸盐结晶侵蚀能力。

非岩溶流水中碳酸盐岩试块的侵蚀速率及其控制因素:以湖南郴州礼家洞为例

2004年2月、9月、12月和2005年3月,利用澳大利亚产的微侵蚀计(M EM,M icroe-rosion m eter)对湖南郴州礼家洞观测点非岩溶流水中的碳酸盐岩(包括石灰岩和白云岩)试块进行了侵蚀速率的精确测定,共取得数据1550个。用SPSS应用软件对数据进行了处理,发现礼家洞非岩溶流水中的碳酸盐岩的侵蚀速率异常的高,最大的达到了13.6mm/a。在每次测量碳酸盐岩侵蚀速率的同时,使用德国WTW公司生产的MultilineP3多参数自动记录仪,对每个碳酸盐岩试块放置点的水温、pH值、电导率进行了现场监测,并取回水样分析了其中的主要阴阳离子浓度。通过对这些水化学资料的分析,发现礼家洞非岩溶流水的侵蚀能力很强,表现在水的CO2分压很高(可达到12882Pa),而方解石和白云石的饱和指数很低(分别达到-4.78和-10.35)。对比发现,非岩溶流水中碳酸盐岩的侵蚀速率与其方解石和白云石的饱和指数呈负相关关系,即水中方解石和白云石的饱和指数愈低,碳酸盐岩的侵蚀速率就愈高。此外,观察发现,碳酸盐岩试块本身的结构特别是本试验中白云岩的粗晶结构对其侵蚀速率有巨大的影响,反映了机械侵蚀(流水的物理搬运)对侵蚀速率的贡献(可达90%以上),这与传统的将碳酸盐岩试片放入土壤中测得的主要是化学溶蚀速率不同。

波浪对太湖梅梁湾底泥氧气侵蚀深度的影响

通过室内波浪水槽试验,利用溶解氧微电极研究了波浪对太湖梅梁湾底泥中氧气侵蚀深度的影响.结果显示:太湖梅梁湾底泥在水槽中一夜平衡后,氧气侵蚀深度约为5 mm.经4 cm波高的波影响2 h后,表层底泥基本没有被侵蚀,而表层溶解氧质量浓度从原来的6.29 mg/L上升至6.90 mg/L,氧气侵蚀深度约达6 mm.初始值和4 cm小波后两者拟合方程具有相近的斜率(-0.077 7与-0.072 8).经10 cm波高的波影响2 h后,可能受采泥管管壁形成的回旋涡流影响,底泥表层的物理侵蚀达到(1.33±0.15)cm.同时,氧气侵蚀深度降至3.2mm左右,其拟合方程的斜率减小为0.012 3.由此可以表明:小波可以增加底泥表层溶解氧和氧气侵蚀深度;而大波能造成表层底泥受到严重的物理侵蚀并破坏原溶氧层而形成新的较浅的溶氧层,最终将可能影响微生物活动和营养盐释放.

海南岛现代侵蚀作用及其与台湾岛和夏威夷群岛的比较

本文根据1959—1988年水文和水质资料计算了海南岛河流多年平均物理侵蚀率(13.99mg/cm^2·a)和化学侵蚀率(15.97mg/cm^2·a)。此二值大大低于台湾岛河流侵蚀率的数值,主要原因是“台湾岛自上新世以来一直处于迅速上升运动中”。夏威夷群岛河流的物理侵蚀率和化学侵蚀率很低,但由于那里的玄武岩孔隙的渗透性强,其地下水的化学侵蚀率较高,所以地表水和地下水的总化学侵蚀率与海南岛相比不相上下。

混凝土遭受侵蚀的理论分析

针对混凝土遭受侵蚀越来越突出的问题,从物理、化学、人为因素等各个方面分析了混凝土被侵蚀的原因,提出了预防避免措施,以提高混凝土施工质量,延长混凝土使用寿命。

山地侵蚀与碳循环研究的新视角

造山运动和地貌形成是板块汇聚或动力抬升后岩石隆升引起的,其伴随着物理侵蚀率增加、岩石暴露和河流泥沙向海洋的转移。物理侵蚀、化学风化与碳循环关系密切,其耦合作用以硅酸盐矿物的风化反应为基础[式(1)]。长期以来,硅酸盐风化被认为是去除大气CO_(2)、平衡火山活动碳排放的一个关键机制,维持着一个适宜人类居住的星球[1]。

硫酸盐侵蚀下既有隧道混凝土衬砌劣化机理分析

关于隧道混凝土衬砌在硫酸盐侵蚀下的劣化机理,近些年来在学术界争议很大。多数学者认为物理侵蚀占主导地位,也有一些学者认为仍然是化学侵蚀影响力学性能变化。本人基于某隧道的检测结果,结果表明:化学侵蚀是影响隧道衬砌力学强度的主要原因,物理盐结晶是继化学反应外发生的劣化现象,具有二次劣化效果。

宁夏地区临水钢筋混凝土结构腐蚀性病害的研究

为了了解宁夏地区服役的临水钢筋混凝土结构腐蚀性病害状况,选取了宁夏5市的部分临水钢筋混凝土构筑物进行调研,通过对地表水进行水质分析和对损伤混凝土进行XRD分析,揭示了宁夏临水钢筋混凝土结构的腐蚀性病害现状。结果表明:吴忠市是宁夏临水钢筋混凝土结构病害最严重的地区,水中硫酸根离子的质量浓度也是最高的;临水混凝土结构的病害主要是由硫酸盐结晶的物理侵蚀造成的,伴随有少量的化学侵蚀,同时叠加冻融循环作用。根据调研结果,将宁夏地区混凝土的腐蚀性病害从轻到重划分为混凝土表面盐结晶、坑蚀、保护层脱落及核心混凝土溃散4个病害等级。调研中现有的防腐措施依然存在着很大的不足,有待于从硫酸盐结晶、干湿循环和冻融循环共同作用下的抗腐蚀材料以及与旧基层的黏结性能方面进行研究。

合肥近郊旱地土壤养分径流流失途径的研究

以合肥近郊旱作平地为实验观测区 ,选择土壤类型为黄褐土 ,地面坡度在 3°以内 ,粮、油、棉、菜等不同作物组合和不同覆盖率的旱作耕地 ,对不同降雨强度下径流产生的时间、径流量及其中携带泥沙量进行长期实地观测和连续 3年采样 (水样和土样 )分析 ,初步查明合肥近郊旱作平地表土和养分的流失与山地和坡地的流失行为显然不同 ,N、P、K有效养分流失量 98%以上是通过“化学侵蚀”流失的 ;“物理侵蚀”是表土和土壤有机质流失的主要途径 (占有机质流失总量的 96 .14 % ) .

熔制玻璃用电极研究进展

综述了国内外熔制玻璃用电极的选用要求与研究进展。详细分析了纯钼电极、SnO2电极、氧化锆钼电极性能改善的理论与方法,从而提出了熔制玻璃用电极的发展方向。

炮泥的性能与技术

针对炮泥的使用和损毁机理,选择具有相应性能的炮泥,通过延长出铁口的深度,抑制炉内的渣铁环流,从而保护炉缸,实现高炉长寿,减少炮泥消耗,降低生产成本。

中纬度造山带地区的长期化学风化——中亚和北美的对比研究

长期化学风化速率(LCWR)和化学风化剥蚀率(CDF)是表征区域化学风化程度和揭示地貌和气候系统演变的重要依据。全球尺度上,中纬度地区的长期化学风化研究远比低纬地区争议更多,原因之一是其风化机制在理论认识上仍存在不确定性,特别是造山带地区的长期化学风化与物理侵蚀、构造、气候之间的关系等。本文利用地球化学质量平衡方法,针对北半球中纬度典型造山带(中亚黑河流域和北美内华达山脉)开展了相关数据和资料的系统整理与再分析,估算了黑河流域的LCWR值和物理侵蚀速率(E)值并与内华达山脉进行了对比研究。分析结果表明,黑河流域、内华达山脉的LCWR分别为17.4~895t/km^(2)/a、1~173t/km^(2)/a,CDF分别为0.17~0.81、0.02~0.61,LCWR与E均显著正相关,与海拔高度、年均温度、年均降水量等仅局部相关。研究区的长期化学风化主要表现为“供应受限型”风化,但黑河流域局部地区已处于“供应受限”与“动力学受限”过渡的风化阶段。结合回归分析结果和已有成果的综合分析,中纬度造山带地区的长期化学风化速率受到地质、气候等因素的协同影响,但主控因素为地质因素,而化学风化剥蚀率则主要受控于其他因素。

碳化混凝土硫酸钠盐结晶破坏

研究了不同水灰比、不同粉煤灰、矿渣掺量混凝土试件快速碳化10 d和20 d后,半浸泡在10%硫酸钠溶液中,在恒温恒湿环境下[(20±1)℃,相对湿度RH(60±5)%],混凝土试件水分蒸发区的破坏特征及其质量损失率随侵蚀时间的变化规律。结果表明:混凝土碳化深度越大,混凝土破坏越严重;用粉煤灰和矿渣取代水泥加剧混凝土碳化,导致混凝土破坏更严重;碳化混凝土中发生的硫酸钠结晶是混凝土发生破坏的原因。

碳化混凝土硫酸镁盐结晶破坏微观分析

在恒温恒湿环境[温度（20±1）℃，相对湿度（60±5）％]条件下，对掺30％粉煤灰的混凝土试件（FA30，水灰比为0．45）和水灰比为0．55的混凝土试件（PC0．55）快速碳化20d与未快速碳化的混凝土试件半浸泡在10％硫酸镁溶液中，浸泡150d后混凝土试件水分蒸发区的破坏形貌、强度损失率及其微观进行分析。结果表明：碳化是混凝土蒸发区发生硫酸镁结晶的前提，碳化深度越大，混凝土破坏越严重。掺加粉煤灰的FA30比PC0．55更易碳化，强度损失率越大；快速碳化20d后，FA30碳化深度为15．4mm，强度损失率为42．2％，PC0．55碳化深度为9．3mm，强度损失率为20．5％。经过150d浸泡后，未快速碳化的FA30的水分蒸发区表层10mm也被碳化，试件出现了硫酸镁盐结晶破坏，强度损失率为22％，PC0．55水分蒸发区碳化不明显，强度没有损失。

硅酸盐、碳酸盐和硫化物共同风化促使CO_(2)排放

物理侵蚀和化学风化与地质时期地球气候的演化关系一直是热点科学问题[1~3].硅酸盐矿物的化学风化作用是地球历史上碳循环的重要组成部分[1,3~6].尽管地壳和地幔通过岩浆/变质作用向大气中排放了大量CO_(2),但硅酸盐风化作用由于吸收/封存大气CO_(2)(产生碱度或HCO_(3)^(–))而被认为是中和CO_(2)排放的一个关键机制,进而驱动了海洋碳酸盐在百万年时间尺度上发生沉淀并同时向大气中排放CO_(2)(图1(a))[1,4,7,8].