上海城市地下水应急供应需求量预测研究

本文主要研究应急状态下城市地下水需求量,选取上海市为研究对象,基于上海市历年人口统计数据,获取对上海市人口进行预测的各种模型参数,通过几种模型的对比,利用模拟精度较高的马尔萨斯模型预测,预测结果表明,2020年上海市总人口将达到1998.88万人,这与《上海市总体规划》中2020年上海市控制人口为2000万人的要求相符合。并参考联合国赈灾救助标准、世界卫生组织建议,依据应急状态的严重程度和持续时间,确定了上海市四种级别的应急供水标准,综合评估了四种应急响应下各行政区的单日需水量,其中浦东新区需水总量最大。

基于多单元均衡法的地下水流与水质联合数值研究

针对地下渗流与污染物迁移数值模拟中计算程序复杂、效率偏低等不足,开展了地下水流与水质联合数值研究。首先基于多单元均衡法,建立了渗流与污染物迁移的联合模型,采用Matlab语言编制了联合程序,使之能够求解单一地下水渗流、初始流场稳定的地下水污染和初始流场不稳定的地下水污染等多种情况。然后计算了一维对流弥散问题,并与多种计算方法进行对比分析。最后对某地地下水污染物的扩散分布进行了模拟。结果表明:通过控制自定义特征数,实现了对不同水文地质特征问题的求解;采用上游加权法解决大Peclet数污染物迁移问题时,并无明显数值弥散现象,又能抑制数值解的振动;本程序具有较高的计算效率,并能够显著提高后处理的可视化程度。

鄂尔多斯白垩系盆地地下水系统研究

地下水系统研究是正确评价和合理开发利用区域地下水资源的基础,也是区域地下水资源规划的重要依据。在对鄂尔多斯盆地白垩系岩相古地理和含水介质空间展布研究的基础上,应用区域地下水动力场、水文地球化学场和深井Packer系统所获得的不同深度的水位数据以及同位素资料,将白垩系地下水流系统概括为局部水流系统、中间水流系统和区域地下水流系统3种类型。以盆地中部的白于山地表分水岭为界,划分为南北2个地下水亚系统和5个分支系统,其中南部黄土高原地下水亚系统为典型的自流水盆地,而北部沙漠高原地下水亚系统则具有潜水盆地的特征。

高庙子膨润土微观结构时效性试验研究

针对高庙子膨润土在不同含水率和不同干密度条件下的微观孔隙结构时效性进行了试验研究。首先采用静力压实法将3种不同含水率条件下的高庙子膨润土粉末压实到2种不同密实状态,压实结束后保持试样体积和含水率不变分别静置1,30,90 d,然后分别采用压汞仪法和扫描电镜法对静置不同时间后试样的微观孔隙结构进行量测。试验结果表明,高庙子膨润土集合体间大孔隙随静置时间增加逐渐减少,而集合体内孔隙和小于压汞仪最小探测粒径的极小孔隙逐渐增多;随着静置时间的延续,膨润土微观孔隙结构趋于均匀化。产生上述现象的主要原因是:试样静置过程中,为达到吸力平衡,试样各微观孔隙结构中水分子重分布,导致层叠体内水分子层数增多,蒙脱石水化;随着水化的进行,层叠体晶层间水分子层数逐渐增多,同时厚的层叠体逐渐裂开成薄的层叠体,导致集合体内小孔隙增多;在体积不变条件下,集合体间大孔隙不断被挤压填充,孔隙体积逐渐减少。

喀斯特石漠化地区土壤地下漏失的机理研究--以贵州普定县陈旗小流域为例

土壤的地下漏失是喀斯特石漠化地区一种特殊的水土流失方式。本文以喀斯特石漠化严重地区——贵州普定县陈旗小流域为例,阐明了土壤地下漏失的过程及其机理。研究结果表明喀斯特地区特殊的地质环境为土壤的地下漏失创造了有利的空间条件;地表降水的大量渗漏为土壤的地下漏失提供了侵蚀的水动力条件;风干的土壤团聚体遇水易崩解,离散出的细粒物质可沿土间孔隙和岩溶裂隙向地下空间迁移;岩溶洞隙内填积的粘土在流水的浸润软化下呈可塑、软塑甚至流塑状,可向其下的溶洞、地下河蠕滑搬运,最终导致地表土壤漏失。

下穿越工程施工微扰动评价指标试验研究

为控制下穿越工程施工对建筑密集城区的扰动度,确保将施工对环境影响控制在微扰动的范围之内,急需建立下穿越工程施工微扰动的评价指标,并对不同应力路径下微扰动指标的变化规律进行研究。从应力扰动和应变扰动2个方面入手,选取土体剪切模量、孔隙水压力、临界应力状态面指标作为土体微扰动评价主要指标,通过室内试验,获取下穿越工程施工中不同应力路径下原状土受扰动后的模量、孔压、应力与应变的关系曲线,定量分析研究下穿越工程施工扰动引起的环境土体中应力、应变状态变化。研究结果表明,土的剪切模量在很小的应变范围内随应变的增大急剧减小,但不同应力路径下剪切模量的变化幅度不同;微小的应变改变即可引起孔隙水压力的变化;此外,根据土的破坏面与扰动度的定义,可以界定符合微扰动控制要求的临界应力状态面。

土工合成材料界面摩擦特性的室内剪切试验研究

采用自行研制的直剪仪和斜板仪研究了3种粗糙程度的HDPE(高密度聚乙烯)膜分别与砂土、土工布及土工复合材料之间的界面摩擦特性,进行了高垂直应力的直剪试验和低垂直应力下的斜板试验。通过对试验数据进行分析比较,认识了一些HDPE膜界面摩擦特性的变化规律及其影响因素,并对直剪试验结果与斜板试验结果之间的差异进行了初步的研究。

高层建筑群对地面沉降影响的模型试验研究

通过室内模型试验,研究了上海地区典型地质条件下高层建筑群工程环境效应对地面沉降的影响,探讨了在高层建筑群工程环境效应作用下不同土层的变形特点、相邻建筑物之间的相互影响状况、高层建筑群对中心及周边区域地面沉降的影响以及沉降影响范围、土层中应力(包括土压力、孔隙水压力)的变化规律等.试验研究结果表明:上海软土层是地面沉降的主要组成部分;高层建筑群工程环境效应造成的城区地面沉降的特点是距建筑物1倍基础宽度范围内的地面沉降大于建筑本身的沉降,尤以相邻建筑之间中心区域地表的沉降量最大;密集高层建筑群之间地表变形存在明显的沉降叠加效应,并使沉降量超过容许值,从而带来不稳定因素.

侧限状态下高压实高庙子膨润土非饱和渗透性的试验研究

高放废弃物深地质处置库中,由高压实膨润土形成的人工屏障,起着阻障围岩中地下水渗入内库并引起核素迁移以及库内高放废物的辐射扩散的作用。因此,有必要研究侧限状态下高压实膨润土的非饱和渗透性能。采用瞬时截面法试验研究了侧限状态下高压实高庙子膨润土的非饱和渗透特性。结果表明:侧限状态下,干密度为1.7g/cm3的高压实高庙子膨润土的非饱和渗透系数,数值为1.13×10-13～8.41×10-15m/s,且与土中吸力呈非单一增减关系。当土中吸力约为68MPa时,非饱和渗透系数最小;吸力大于68MPa时,其非饱和渗透系数随着吸力的增加而增加;而当吸力小于68MPa时,非饱和渗透系数随着土中吸力的增加而减小。

贵州施秉白云岩溶蚀特性及孔隙特征实验研究

以贵州施秉白云岩为研究对象,从宏观和微观角度分析白云岩的溶蚀特性及孔隙特征,结果显示:(1)在众多影响施秉喀斯特发育的因素中,矿物成分是最基本的内因,水是最关键的外因,孔隙结构起辅助作用。(2)极细晶白云岩的单位表面积溶蚀量一般大于细晶白云岩的,在晶粒相同的情况下,白云岩的溶蚀量与Ca O和Mg O的含量分别成正比,且Mg O的含量影响较Ca O大。(3)施秉白云岩溶蚀速率不仅受岩石矿物颗粒粒径大小的控制,还受岩石内部孔隙结构特征的影响,颗粒粒径越大,孔隙度越高,连通性越好,越有利于水溶液进入,溶蚀量也就越大。(4)施秉白云岩的溶蚀特性是多种因素综合作用的结果,必须把各个因素分离开来,从宏观和微观角度逐个作详细的分析研究,然后综合起来,才能对喀斯特发育规律有更深入的了解。

高庙子膨润土膨胀力时效性试验研究

针对高庙子膨润土在不同含水率和不同干密度条件下膨胀力时效性进行了试验研究。首先采用静力压实法将3种不同含水率的高庙子膨润土粉末压实为两种不同密实状态的试样,随后在保持压实试样的体积和含水率不变的条件下,分别静置0,1,7,15,30和90 d,最后采用膨胀仪对完成静置试样的膨胀力进行量测;同时结合静置过程,完成了部分试样的扫描电镜(SEM)试验。试验结果表明:高庙子膨润土的膨胀力随静置时间的增长不断减小,且前期减小明显,后期逐渐趋于稳定;膨胀力的时效性与试样初始条件有关,试样含水率和干密度越大,膨胀力随静置时间的衰减越明显,即时效性越强。SEM试验结果表明,静置90 d后,高庙子膨润土内的蒙脱石发生了水化,集合体分解,颗粒相互黏结,微观孔隙结构趋于均质化,呈现点阵式的絮状结构;试样静置过程中不同微观结构层次之间的水分重分布导致的蒙脱石水化是高庙子膨润土静置过程中膨胀力降低的主要内在原因。

施工对土体扰动及其检测技术研究进展

运用于土体遭受地下工程施工扰动评价的常用指标主要有:孔隙水压力、不排水模量、孔隙比、应力路径、应变以及各种模量等,不同指标或指标之间的组合,构成了实际评价中常用的单因子与多因子评价方法。静力触探、BOTDR和TDR等原位检测技术,具有试验精度高、可靠性好等优点。由于建筑环境对施工扰动的敏感度与控制要求的不断提高,施工扰动评价指标体系、特别是微扰动控制指标体系研究;以及原位检测技术和室内试验相结合、更为精准地评价土体受施工微扰动的定量检测手段研究等,都将是今后一段时间施工扰动及其检测技术研究的工作方向。

酸碱及可溶盐溶液对桂林红黏土压缩性影响实验研究

为探讨水环境对红黏土工程地质性质的影响,以桂林岩溶地区典型地段的红黏土为研究对象,对浸泡于不同浓度的HCl、NaOH、Fe(NO3)3和Al(NO3)3溶液中的试样进行固结实验。结果显示:(1)在HCl和NaOH溶液中浸泡后,红黏土的压缩模量都降低,压缩系数都增大,且溶液浓度越大其值降低或增大的幅度越大;(2)浸泡在NaOH溶液中的红黏土的压缩模量比浸泡在HCl溶液中的大,且压缩模量值随着溶液浓度的增加而减小,压缩系数则相反;(3)在Fe(NO3)3和Al(NO3)3溶液中浸泡后,红黏土的压缩模量会随着溶液浓度的增大而增大,压缩系数随着溶液浓度的增大而降低,且Fe(NO3)3溶液对红黏土的压缩性影响作用比Al(NO3)3溶液的大。

汉十高速公路弱膨胀土非饱和渗透性试验研究

借助自主研发的非饱和渗透仪,采用瞬时截面法,试验研究汉十高速公路路堑边坡的弱膨胀土的非饱和渗透系数,分析吸力(或含水量)等影响因素对膨胀土渗透性能的影响。结果表明,试样的非饱和渗透系数为4.5×10-10～3.0×10-9m/s;且非饱和渗透系数与吸力之间并不是单一的增、减关系,进水初期阶段,渗透系数随吸力的减小而减小,但当吸力下降至一定值后,渗透系数随着吸力的减小而增大。

缓冲/回填材料——砂-膨润土混合物研究进展

砂-膨润土混合物已被很多核能国家选为核废物地质处置库中理想的缓冲/回填材料。膨润土中加入砂可提高热传导系数和强度,维持适当的膨胀力,使其工程上易于处理并节省成本;但同时会导致其阻水能力和自愈性减弱。研究表明,影响砂-膨润土混合物以上各性质的主要因素为:砂/膨润土配合比、初始含水量、干密度等,它们综合决定着砂/膨润土最优配合比的选取。石英砂对混合物的渗透性、热传导性、强度等的影响,最优配合比选取,以及非饱和状态下吸力变化对混合物渗透性的影响等,应该是今后一段时间内砂-膨润土混合物研究的重点。

化-力耦合作用下GMZ01膨润土体变特性研究进展

基于既有研究成果,归纳总结了化-力耦合作用下压实GMZ01膨润土体变特性方面的研究进展.随着NaCl和CaCl_2入渗溶液浓度的增加,高压实GMZ01膨润土的膨胀力与膨胀变形不断减小;在盐化-淡化循环过程中,膨胀/收缩变形主要发生在第1次循环中.压实GMZ01膨润土的压缩指数随NaCl溶液浓度的升高不断降低,随初始饱和应力变化很小;屈服应力随入渗溶液浓度或者初始饱和应力的升高而升高.多离子类型的化学循环、微观机理分析及考虑化学影响的多场耦合研究应该是今后的研究重点.

贵州贞丰-关岭花江喀斯特石漠化过程中岩土体化学元素含量与石漠化差异性关系研究

不同等级石漠化地区岩体和土体中化学元素有较大的差异,表现在石漠化演化过程中不断被改变,化学元素的差异性对石漠化等级差异性的形成有着内在的关联性。文章以贵州贞丰-关岭花江石漠化治理示范区为研究区,选取11处样地的岩石样和土样,对其进行室内实验分析,以了解该地区岩石和土壤的化学元素含量,从而研究其含量的差异性与石漠化等级之间的关系。结果显示:1岩体中CaO/MgO的值越大,Rb/Sr值越低,石漠化等级越高。2在碳酸盐母岩逐渐溶蚀和风化成土的过程中,岩体中Ca、Mg离子被带走,导致成土后土体中Ca、Mg离子含量降低,但强度石漠化地区的土体中Mg离子含量却增加。3不同等级石漠化地区的样品化学元素流失和富集的程度略有差异,一般强度和潜在石漠化地区(离子)含量要高于轻度和中度石漠化地区。4土体中Rb/Sr值越大,石漠化等级越强。该研究可以为示范区的水土流失及石漠化治理提供理论和实践依据。

碱金属离子及碱溶液对膨润土性能影响的研究进展

基于前人有关膨润土在碱性环境下的室内试验和数值模拟的研究结果 ,重点阐述了碱金属离子及碱溶液对膨润土矿物成分、微观结构、膨胀性和渗透性等方面的影响,讨论了温度、pH值与溶液浓度等对上述过程的影响。碱金属离子及碱性溶液不仅可交换膨润土中蒙脱石层间阳离子,而且可溶解膨润土中的蒙脱石,生成非膨胀性矿物,并随着温度和pH值升高,蒙脱石被溶解程度增加,从而导致了膨润土膨胀力减小,且随着温度、溶液浓度及pH值的增加,膨胀力削弱程度加强;同时,膨润土与碱金属离子及碱溶液接触时孔隙增多,进而渗透性增强,随着温度和溶液浓度增加,渗透性也明显增强。数值模拟可实现膨润土与碱性溶液长期接触时发生的矿物成分及渗透性变化的预测。高温、不同pH值的低碱性溶液及其耦合作用对膨润土的矿物化学成分、微观结构、膨胀力和渗透性的影响及机理研究应该是今后研究的重点。

基于地质图像大数据的岩性识别研究

近些年来,随着大数据、深度学习等技术的飞速发展,大数据的开发与利用为众多行业带来了显著经济与社会效益。借助大数据手段,开展地质文本、图像和序列数据挖掘与应用研究,具有极其重要的理论与社会意义。本文在归纳总结前人工作的基础上,重点针对地质大数据中的图像数据,基于深度学习理论,构建网络学习模型,通过基于网络搜索的数据采集、数据预处理、网络搭建、网络训练及结果/评价等步骤,实现基于地质图像的大数据岩性识别。结果表明,图像识别岩性的测试准确率约为90%;有限的图像数据数,可能是产生识别误差的一个原因;机器对岩石图片所呈现的某些特征相似性,如宏观的形状、颜色等,也会给出正相关评分,从而产生误判。理论上,采用BCNN(Bilinear Convolutional Neural Network)等能够捕捉更精细细节的网络模型,解决计算机视觉中的细粒度识别问题,从而从根本上提升图像识别效率,应该是今后一个研究方向。

垃圾填埋场封盖及衬里多界面力学特性的研究进展

为了人类社会的可持续发展,对产量惊人的生活垃圾进行合理地处置成为世界各国亟待解决的问题之一。垃圾填埋法是符合处置经济性和技术可行性的理想方案。垃圾填埋场投入运营后,如何防止被填埋垃圾及其次生有害物质进入周围环境,是垃圾填埋场设计环节必须考虑的关键问题之一。在城市垃圾填埋场底部衬里系统及封盖系统中设置水力屏障,能有效防止填埋场中所产生的废液、废气向周围环境中迁移。水力屏障通常由土工合成材料与膨润土防水垫或压实粘土组成,形成一个多界面的复合衬里或复合封盖体系。这种多界面力学特性以及潜在薄弱面对垃圾填埋场的稳定性具有控制作用,因此成为业界的研究重点。本文依据填埋场封盖和衬里土工合成材料多界面力学特性的最新研究,对所取得的研究成果进行分析和讨论。