长江三角洲北翼第一硬土层理化特征及其地质成因

在长江河口两翼广泛分布第一硬土层(FHSL),研究其形成机制及工程地质特性对工程建设具有很好的指导意义。根据调查资料(钻孔935个,累计进尺42128 m)和试验资料,首次精确确认了长江河口北翼第一硬土层分布界线,研究了第一硬土层的形成年代、粒度特征、地球化学特征、工程地质特性等。研究表明:第一硬土层形成年龄为20~11 ka B.P.(多个光释光和14C测年资料);硬土层含水率随深度的增加有增大的趋势,表明气候自下向上逐渐变凉和变干;第一硬土层的颗粒级配、粒度分布频率曲线、C-M沉积图等特征显示,第一硬土层主要由粉砂、极细砂和粘土粒级组成,样品的粒度频率曲线主要呈单峰分布,反映出物质沉积前所受搬运营力性质单一,土体颗粒沉积以均匀悬浮占绝对优势,沉积环境是一种相对稳定的低能环境。第一硬土层的发育受气候控制,大致可以分为3个阶段:第1阶段(20~15 ka B.P.)为沉积与成土交替作用时期,且以沉积作用为主,硬土层剖面厚度主要受该阶段控制,至末次盛冰期结束;第2阶段(15~11 ka B.P.)为暴露成土期,这时洪水不能形成越岸沉积,加积作用基本停止,硬土层厚度不再明显增加,已形成的第一硬土区域受到频繁变迁的分合河网的侵蚀切割,形成多条不规则古河道和台地,硬土层逐渐脱水成陆,经历了风化成壤的过程;第3阶段(11 ka B.P.至今)为淹埋期,随着全新世的到来,气候变暖,海平面不断上升,硬土层被其上覆的海相沉积层掩埋,成岩作用开始直到现今。土体易溶盐含量较高,为典型氯盐渍土类型,自下而上具有从低变高的趋势,为海相层覆盖硬土层以后成岩过程造成的。

含水层厚度突变型地裂缝控制因子敏感性分析

过量开采地下水引发的“采水型”地裂缝灾害在国内外广泛存在。采水型地裂缝的发育是过量开采地下水与复杂的地质、水文地质条件共同作用的结果。含水层厚度突变型地裂缝是常见的一类采水型地裂缝。为了深入理解含水层厚度突变型地裂缝发育机制,文章基于这类地裂缝的概念模型设计了一个理想的地裂缝发育数值试验算例,应用有限元方法计算含水层连续性介质的应力应变分布,应用界面元方法计算非连续裂缝的发育。在此理想算例基础上,进一步应用Sobol全局敏感性分析方法评估含水层厚度比、孔隙水压力变化、压缩系数以及内聚力四个控制因子对地裂缝发育深度的影响。研究结果表明:开采地下水过程中,由于孔隙水压力降低,差异性沉降和剪切应力在含水层厚度突变处集中并不断增大,导致地面产生地裂缝,并进一步向下扩展。含水层厚度比是地裂缝发育最敏感的控制因子,孔隙水压力变化的敏感性次之,压缩系数敏感性弱,内聚力是不敏感控制因子。含水层厚度比和孔隙水压力变化之间有明显的交互作用,含水层厚度差异越大且孔隙水压力降低越大则地裂缝发育越深。

连云港耕地土壤有机碳时空分异及影响因素

为了揭示连云港耕地土壤有机碳(SOC)的时空分布特征及影响因素,选取连云港市耕地土壤作为研究对象,采取表层(0~20cm)土壤及深层(150~200 cm)土壤样品,进行了SOC、总氮(TN)及总磷(TP)的测试。结果表明:2004年SOC含量在中等级分布频率最高,2019年SOC含量在中、中上、高、极高4个等级上均广泛分布。近15 a(2004-2019年)耕地浅表SOC含量增加了0.57个百分点,有机碳密度增加了1.34 kg·m^(-2),SOC储量增加了1.36 Tg,平均固碳速率为7.26×10~4kg·km^(-2)·a^(-1)。不同类型土壤固碳速率差异较大,平均固碳速率表现为灰潮土>滨海盐土>砂姜黑土>棕潮土>棕壤>粗骨土。不同用地类型土壤的SOC含量差异大,平均固碳速率为水田>旱地>水浇地。近15 a研究区土壤C:N:P(SOC:TN:TP)稍有提高,说明SOC含量空间异质性稍有提高,研究区土壤C:N:P数值与江西耕地土壤等相比明显偏低,表明土壤微生物对SOC矿化分解速率较快,研究区耕地土壤环境不利于碳的储存。

江苏沿海盐渍土盐渍化程度及其影响因素分析

盐渍土是江苏沿海地区开发建设需关注的地质环境问题之一。本文系统采集5 m以浅的土样,开展易溶盐试验,研究了江苏沿海盐渍土分布规律、盐渍化程度及影响因素。研究结果表明:全区盐渍土平行于海岸线分布;以中、弱盐渍土为主,强盐渍土零星分布。受沉积环境、气候、水文地质条件、人类活动等共同影响,盐渍化程度空间差异明显。平面上,盐渍化程度呈北强南弱、向海岸线方向延伸有逐渐增强的趋势,强盐渍土分布于连云港黏性土区,岩性、地下水矿化度为主导影响因素。垂向上,表层普遍积盐,连云港地区分带不明显,大丰和南通地区自地表而下可划分为三带,表层土蒸发积盐、中层盐动态变化、下层土饱水盐稳定,地下水位、土体结构为主导影响因素。随着沿海大开发的快速推进,为防止次生盐渍化问题,需关注地面沉降导致的地面高程损失诱发海水入侵加重表层土盐渍化,工程建设中可设置隔离层截断高矿化度地下水的毛细作用。

苏锡常平原限禁采区地下水超采区评价方法研究

提出了一种适用于限禁采区的地下水超采区评价方法,对其中开采系数法计算时段选取、速率下降法与水位管理控制目标相结合、引发问题法的判别和使用及超采区的综合划定给出了完善方案。将该方法应用于苏锡常平原区地下水超采区评价,结果表明:原苏锡常大型孔隙严重超采区已演变为一个中型和一个小型超采区,超采区面积由8304.0km2下降至834.6km2,规模显著缩小;其中一般超采区面积794.2km2,严重超采区面积40.4 km2,程度以一般为主;现状超采区均在原超采区范围内,无新增超采区。

江苏滨海平原弱透水层封存的古咸水及其运移过程

滨海平原弱透水层广布且多赋存古咸水,其盐度分布及运移过程深刻影响着含水层地下水的演变,却得到甚少关注。采集了江苏滨海区7个浅层钻孔弱透水层原状样品,压榨法收集孔隙水。利用孔隙水天然示踪剂ρ(Cl^(-)),ρ(Br^(-))剖面和数值模拟分析了弱透水层孔隙水盐度特征和运移机制。得出浅层孔隙水ρ(Cl^(-))垂向剖面存在2个趋势:①峰值在表层,沿深度逐渐下降;②峰值在深度25m左右,向两端浓度降低。孔隙水ρ(Cl^(-))为486.2~38036.7 mg/L,Cl/Br比值为72~360(均值241)。ρ(Cl^(-))与Cl/Br比值关系及剖面分布说明孔隙咸水为海相成因,来自于全新世海侵时期的古海水,并受到后期淡水的稀释。弱透水层孔隙水一维垂向运移数值模型表明海侵-海退事件控制了海岸带弱透水层孔隙水的盐度演变,全新世古海水仍封存在沉积物中,更新世时期的海水已被驱替。孔隙水运移以扩散为主,垂向运移速率为0.43~15.8 mm/Ma。在相对高渗透性的粉砂地层中,可能还受到侧向对流的影响。弱透水层中古海咸水的重新分布,尤其在地下水超采条件下,可能成为地下水的重要咸化来源。

基于光纤感测技术的盐城陈家港地面沉降精细化过程研究

大量开采地下水引发的地面沉降破坏建筑物和生产设施,对人类生活、生产经济产生了巨大的影响。结合准分布式和全分布式光纤监测技术,对盐城市陈家港一个350 m深钻孔进行了两年半的监测,分析了该区域地下含水层水位变动情况及受水位变动影响的地下土层变形特征。监测结果表明:陈家港地层应变变化较为明显的是地表至地下25 m范围内,其余深度土层变形较为稳定;该地地下水呈季节性波动循环,土层变形总体呈现出压缩回弹的循环波动变形;深部含水层变形主要受水位变化影响,浅部含水层变形还受其他因素控制。光纤监测技术为研究地面沉降提供了更精细化的监测手段,对重点层位的控制与治理具有重要意义。

长江河口地区全新世以来的弱透水层孔隙水地球化学特征及成因分析

弱透水层孔隙水反映了土体沉积时的原始溶液,对于古气候重建具有重大作用。为了解析长江河口地区全新世以来弱透水层孔隙水的补给及其盐分来源,采集易溶盐、土工、潜水、近岸海水等样品。采用易溶盐指标结合土工指标(含水率、湿密度、比重)获取了研究区弱透水层孔隙水的水化学特征。采用二端元法、Piper三线图、Gibbs图、离子比值法等解析了孔隙水的补给及其盐分来源。结果表明:孔隙水矿化度介于1.16~32.79 g/L,平均值为10.68 g/L,盐水占比最高,其次为咸水和微咸水。孔隙水类型以Cl-Na型(85.6%)为主,其次从高到低依次为Cl-Ca·Mg、HCO_(3)-Ca·Na、HCO_(3)-Ca、Cl-Ca型。当地潜水类型为HCO_(3)-Ca型,深层孔隙类型为Cl-Na型,说明深层孔隙水保留了土体沉积时的环境信息。中层与浅层孔隙水受到了大气降水补给、人类活动、蒸发作用等表层作用影响,孔隙水水化学数据较为离散。孔隙水的δ^(18)O与δD数据说明孔隙水样点受到了海水混合作用与蒸发作用的叠加影响,蒸发作用较为强烈。孔隙水海水补给比例介于30.2%~87.0%,大气降水补给比例介于13.0%~69.8%。土体中的盐分主要来自全新世海侵(海源)与蒸发盐岩溶解、长石风化溶解(地壳源)。海水补给深层孔隙水盐分的比例约为37%,其余盐分主要来自地壳源。

有机质对海相软土物理力学特性的影响效应分析

有机质是海相软土的重要组成部分,其对土体物理力学性质的影响有待深入研究。以连云港地区全新世海相软土为例,进行百组土体有机质物理力学试验。结果表明,研究区软土有机质含量平均值为0.98%,在0.90%~1.00%这个区间分布最为广泛。有机质含量在空间上分布不均,平行海岸线较垂直海岸线土体有机质含量变化小,自上向下变化规律复杂,但随着深度的增加有机质含量有增加的趋势;有机质含量与土体天然含水率、塑限、液限在0.01水平上显著正相关,与土体天然密度、干密度和比重在0.01水平上显著负相关,与土体粉粒含量在0.05水平上显著正相关,与土体黏粒含量相关性差;有机质含量与固结压力≤400 kPa阶段的孔隙比在0.01水平上显著正相关,与固结压力>400 kPa时的孔隙比相关性变差,这与有机质形成的复合体被破坏有关;海相软土黏土矿物、含盐量及含水率高,有机质与黏土矿物在碱性环境多通过阳离子键桥的方式来结合,形成有机复合体,可能参与千年及万年尺度的碳循环;研究土层最大埋深达30 m,符合有机质深埋的演化规律,而研究土体沉积时间距今最高才约8000 a,推测研究土体有机质还未达到平衡状态,还在进一步的循环演化过程当中。上述相关研究成果对海相软土分布区工程建设具有一定的参考价值。

浅层地热能开发利用存在的问题与对策分析

我国是能源消耗大国,尤其是近些年,国家经济迅速发展消耗了大量能源,因此,开发可再生清洁能源成了国家研究的重点,浅层地热能就是一种可再生清洁能源,使用过程中不会造成环境污染而且能够循环利用。开发浅层地热能不仅可以改善国家能源紧缺现状,减少资源浪费,保护环境,还可以利用地下水资源与地下浅层低品位热能,但是浅层地热能开发中仍然存在一些问题需要解决。

基于信息熵的岩溶水监测网优化:以徐州市典型水源地为例

在各级水利与自然资源部门地下水监测数据共享机制逐步完善背景下,针对日益凸显的原有监测系统中存在的监测井布局不合理问题以及岩溶含水系统具有的非均质性和各向异性特征,选取徐州市丁楼-茅村和七里沟2个典型水源地,分别采用互信息-距离(T-D)和最大信息最小冗余(MIMR)模型对研究区监测网信息冗余性和最优监测井组合进行了研究。结果显示:丁楼-茅村水源地水位监测数据离散程度、信息熵、信息传递量和信息衰减速率均大于七里沟水源地,2个水源地在ε取10^(-1)时的水位信息有效传递距离分别为4.7,4.8 km,指示出两地相似的岩溶发育程度和水力传导性能。通过对比监测井控制范围的实际值和理论值发现2个水源地监测井之间均存在信息冗余。现有监测条件下,丁楼-茅村水源地最优监测井数为6眼,最优监测井组合为D1-D2-D4-D5-D7-D9;七里沟水源地最优监测井数量为5眼,最优组合为Q1-Q3-Q4-Q5-Q7。将优化结果与原监测网相比,2个水源地监测井数量均减少3眼,分别能提供原监测网信息总量的98.5%,94.9%,监测网控制范围分别下降0.4%,1.2%,信息冗余量分别减少49.0%,56.4%。表明优化后的监测网能够提供与原站网相当的信息量和控制范围,同时可以显著降低信息冗余度与监测成本。

新型土体抗拉强度测定仪的研制与应用

研制了一种已获实用新型专利证书的全自动卧式土的单轴抗拉强度测定仪,该测定仪解决了因粘结过程试样与固定头不同轴而导致的应力集中和偏心受拉问题,有效减小了粘性土试样表面与支撑板面之间因吸附作用而产生的摩擦力,实现了在0.001 mm/min和2.0 mm/min之间的无级调速,数据的自动化采集、处理、分析软件更加方便试验人员研究土的拉伸特性。应用该测定仪测定了两种重塑粘性土的抗拉强度,结果表明:土的抗拉强度随拉伸速率的增大而增大,0.02 mm/min是抗拉强度随拉伸速率的增大由缓慢增大到快速增大的转折点速率,土的抗拉强度随着试样长径比的变化无显著变化。