氯盐侵蚀和干湿循环条件下浮石混凝土的耐久性

为了探究干湿循环条件下氯离子对浮石混凝土的侵蚀机制,借助核磁共振测试技术,分析浮石混凝土在干湿循环条件下微观孔隙结构特征,对侵蚀后的浮石混凝土内部微观结构进行X射线衍射物相分析与电镜扫描分析,进而探讨浮石混凝土抗氯离子侵蚀性能。研究结果表明,在氯盐侵蚀作用下,浮石混凝土和普通混凝土的质量损失变化率与相对动弹性模量变化趋势相一致;发现浮石混凝土谱面积是普通混凝土谱面积的1.0～1.7倍;浮石混凝土侵蚀破坏主要为内部发育新的小孔隙和中小孔隙向大孔隙和裂纹发育造成的,普通混凝土侵蚀破坏主要为内部的微小孔隙和小孔隙向大孔隙和裂纹发育造成的;浮石混凝土(0.1～1.0 μm孔隙所占比重较多,普通混凝土(0.01～0.1 μm孔隙所占比重较多;干湿循环120次后浮石混凝土孔隙度增加26.7%,自由流体饱和度减少1.0%,干湿循环120次后普通混凝土孔隙度增加77.8%,束缚流体饱和度减少7.3%;氯盐侵蚀后均生成以Friedel盐为代表的多种腐蚀结晶物。该研究可为浮石混凝土在氯盐环境下农业水利建设提供理论依据。     

高寒灌区风沙吹蚀对农业水利工程混凝土抗冻耐久性的影响

针对内蒙古引黄灌区农业水利工程混凝土实际服役环境,同时加大风积沙资源化利用效率,配制满足农业水利工程设计要求的风积沙混凝土,并研究风沙吹蚀作用对风积沙混凝土抗冻耐久性的影响。结果表明:相对动弹性模量可准确表征风积沙混凝土受风沙吹蚀影响下的冻融破坏,且风沙吹蚀影响下混凝土冻融循环后的内部损伤是未受风沙吹蚀影响下混凝土冻融循环后的2倍;在风沙吹蚀影响下的冻融过程中,风积沙混凝土水泥浆体在冻融过程发生"酥化",同时在风沙流的持续撞击、削切下,"酥化"的水泥浆体进一步剥落,迫使破坏表面水泥浆体与骨料连接处的界面过渡区较光滑;风积沙替代率为40%可以配制满足抗冻性要求的风积沙混凝土,但风积沙混凝土气泡间距系数不能准确评价其抗冻性,气泡盒维数与细骨料细度模数可反映气泡结构特征和细骨料颗粒级配,且二者呈负相关趋势,二者结合可对风积沙混凝土抗冻耐久性优劣进行初步判定。     

施用PAM防治松散土风蚀的机理及其抵御风沙流能力研究

采用室内风洞试验方法,研究了内蒙古西部干旱半干旱地区荒漠沙地松散土风蚀规律、风沙流对风蚀量的影响和施用PAM防治松散土壤风蚀的机理及其抗风沙流的能力。风沙流对风蚀量的影响试验,采用试样接续放置的方法,前一试样为后一试样提供风沙流;施用PAM试样抗风沙流的能力试验,采用PAM使用量为1g/m2,2 g/m2和4 g/m2等3个处理水平和0,17.6%,36.4%,7.7%等4个吹角水平。试验结果表明,相同的风速条件下风沙流对土壤的侵蚀程度比净风侵蚀程度高得多,侵蚀量显著不同;PAM用量为1 g/m2时,在7~8m/s风速的风沙流作用下只能经历5~10 min的吹蚀试样即破坏;PAM用量为2 g/m2时可以抵御8~10 m/s风速的风沙流历时30 min的吹蚀;PAM用量达4 g/m2时,可以抵御10 m/s风速的风沙流历时30 min的吹蚀试样仍未破坏,几乎可以防止自然界99%的各级风速所引起的土壤风蚀。从经济方面考虑,推荐PAM用量为2g/m2可以防止自然界中大部分风力(约97%~99%)造成的风蚀,经济上是可行的。经PAM处理的试样破坏过程和切片分析得出,在松散土表面喷施PAM之所以能够有效地防止风蚀,最根本的原因是施用PAM溶液后松散土表面可形成较厚的结皮。     

风沙冲蚀与碳化耦合作用下风积沙粉体混凝土耐久性能

该研究以风积沙粉体为水泥替代材料的风积沙粉体混凝土为研究对象,设计风沙冲蚀-碳化、碳化-风沙冲蚀2种工况,探讨其在风沙冲蚀、碳化环境下的劣化机理及耐久性能。结果表明,风沙冲蚀时,90o冲蚀角作用时以撞击作用为主,产生冲蚀坑洞,45°冲蚀角作用时以削切作用为主,产生冲蚀沟壑,且风沙冲蚀破坏混凝土表面水泥石结构,可使碳化深度增加3倍以上;碳化作用时,普通混凝土碳化时是由于氢氧化钙和水化硅酸钙发生脱钙反应,风积沙粉体混凝土则是由于氢氧化钙、水化硅酸钙和钙矾石发生脱钙反应,且由于碳化产物自身的膨胀作用使混凝土变的疏松,使风沙冲蚀后质量损失增加1.6倍以上;风积沙粉体混凝土内部孔径在20 nm以下的无害孔的比例多于普通混凝土21.37个百分点,200 nm以上多害孔少于普通混凝土13.93个百分点,其劣化显著性低于普通混凝土;相对于单一工况,风沙冲蚀、碳化耦合作用下劣化显著性更高,且风沙冲蚀-碳化耦合作用劣化显著性低于碳化-风沙冲蚀耦合作用,风沙冲蚀-碳化耦合作用后的10~15 mm范围内出现碳化区域、碳化产物发生变化(生成硫酸钙)及非碳化区域的混合区,且风沙冲蚀-碳化耦合作用后风积沙粉体混凝土孔隙度下降0.47%,20 nm以下的无害孔的比例高出普通混凝土25.15%。     

风积沙混凝土的抗冻性与冻融损伤机理分析

为探讨沙漠沙(又名风积沙)替代河砂对低温环境下混凝土的耐久性能影响,按照风积沙替代河砂质量的20%、40%、60%、80%、100%共设计了5种强度等级为C25的风积沙混凝土(aeolian sand concrete,ASC)。采用加速试验方法研究了风积沙混凝土在冻融条件下的损伤失效规律,借助环境电镜扫描(environmental scanning electron microscope,ESEM)、应变监测和核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)等测试手段得到了风积沙混凝土的损伤机理。研究发现风积沙掺量80%以上的混凝土冻融次数超过200次,冻融损伤残余应变小,内部封闭小孔隙数量多对冻融损伤的抑制阻碍作用增强。结果表明风积沙混凝土的抗冻性能随着风积沙掺量的增加而提高,掺量为100%的风积沙混凝土的抗冻性最好。该研究可为风积沙混凝土大范围应用于寒区渠道衬砌及水利设施建设提供理论依据。     

黄河内蒙古支流"十大孔兑"区风蚀强度时空变化特征

十大孔兑的风蚀作用过程为河道输沙提供了重要的泥沙来源。为揭示十大孔兑风蚀作用规律,选取3种典型下垫面建立风蚀监测小区,利用侵蚀针法对研究区风蚀量及地表形态进行了为期1 a的实地监测。在此基础上,综合当地气象资料,分析研究区风蚀强度及地表形态变化规律,结果表明：1）研究区风蚀强度与平均极大风速呈指数关系,10－11月和4－5月风蚀强度大于全年其他时间,4－5月风蚀强度最大,是全年平均风蚀强度的2～3倍;2）土壤可蚀性颗粒含量大小分别为库布齐沙漠区（94.95%）>黄土丘陵沟壑区（62.18%）>黄河南岸冲积平原区（44.51%）。库布齐沙漠区属于中度风蚀,黄土丘陵沟壑区和黄河南岸冲积平原区属于轻度风蚀,十大孔兑3种地形年累积风蚀量估算结果分别为8.74、5.95和5.16 Mt,风沙入黄所占总量比例分别为44.03%、29.97%和26.00%;3）研究区风蚀发生的方向主要为东南方向,监测小区的风蚀过程主要为堆积-吹蚀-推移-再堆积,地表起伏度随风蚀强度增加呈线性增加趋势（R2=0.78,P<0.05）。研究结果可为防治十大孔兑泥沙淤积与合理配置水土保持措施提供科学依据。     

高分子多肽衍生物防治风蚀的风洞试验

利用高分子化学材料改善地表结构进行化学固沙,是防治风蚀的重要措施之一。为寻找有效的高分子化学材料防治黄土高原北部水蚀风蚀交错区风积沙及沙黄土风蚀,将不同剂量(0(喷清水为对照)、0.4、0.6及1.2 g/m~2)的4种高分子化学材料聚丙烯酰胺(polyacrylamide,PAM)、阳离子羟丙基多糖(cationic hydroxypropyl quito sugar,Jag C162)、羧甲基纤维素(carboxymethyl cellulose,CMC)及羟丙基化多糖(hydroxypropyl polysaccharide,HP-120)喷施于沙黄土及风积沙表面,进行室内风洞试验,测定其风蚀率及表面固积层硬度。结果表明:喷施不同剂量的高分子化学材料PAM、Jag C162、CMC及HP-120于沙黄土及风积沙表面均能显著降低松散扰动沙黄土及风积沙的风蚀率(P0.05)。总体而言,在相同条件下,与其他3种材料相比,PAM防治沙黄土表面风蚀的效果最好,而CMC在防治风积沙风蚀效果最好。喷施4种化学材料于沙黄土和风积沙表面均能显著增加固结层的硬度(0.4 g/m~2 Jag C162除外),且PAM对提高沙黄土表面硬度效果较好,Jag C162、CMC及HP-120对提高风积沙结皮硬度效果较好,其中CMC效果最显著;使用4种高分子化学材料防治风积沙和沙黄土风蚀时,当施用剂量控制在1.2 g/m~2时,几乎可以抵御14 m/s的大风,历时20 min的吹蚀而不产生风蚀。     

风积沙掺量对冻融-碳化耦合作用下混凝土耐久性的影响

针对寒区农业水利工程中混凝土的实际服役环境,利用风积沙等质量替代部分天然河砂制备不同风积沙替代率的混凝土为研究对象进行冻融循环-碳化耦合试验。分析冻融循环-碳化耦合作用下风积沙混凝土的损伤过程,借助核磁共振仪探讨了混凝土的孔隙结构演变与其耐久性之间的联系。试验结果表明,每个试验周期中,经历相同冻融循环次数和碳化时间,但作用顺序不同的情况下,冻融循环-碳化作用对混凝土造成的损伤大于碳化-冻融循环作用;当风积沙替代率由0增加至40%时,混凝土的初始孔隙度降低,同时试验中的质量损失率和相对动弹性模量变化减小;混凝土内部凝胶孔和少害孔占比对其孔隙度和相对动弹性模量具有主导作用,当凝胶孔和少害孔占比之比在5～25之间时相对动弹性模量和孔隙度变化不超过1%,在0～5之间减小时相对动弹性模量和孔隙度变化明显;风积沙的加入改善了混凝土的孔隙分布,风积沙替代率为40%的风积沙混凝土表现出良好的抗冻融、抗碳化能力。该研究可为风积沙混凝土在寒区农业水利工程中的研究与应用提供依据。     

东北黑土地土壤风蚀风洞模拟试验研究

东北黑土区耕地土壤疏松,抗侵蚀能力弱,在大风天气下易产生土壤风蚀.针对东北黑土区突泉县农田黑土风蚀过程中主导因子对风沙流结构及风蚀量的影响特征进行风洞模拟试验.研究表明:黑土风沙流风速廓线呈对数函数分布,风沙流中土壤颗粒运动对风速的影响主要集中在80 mm高度以内,黑土风沙流断面风蚀物含量随高度增加呈指数递减趋势;随风速增大黑土风沙流高度呈对数递增;黑土土壤风蚀量随风速增大呈指数递增趋势.得出黑土风蚀的临界表层土壤(2 cm深度内土壤)含水量为7％,表层土壤含水量大于7％的地表难以发生风力侵蚀;风蚀量与土壤表层含水量在临界土壤含水量范围内符合对数分布;黑土土壤风蚀强度随风速增大呈幂函数递增.     

典型薄层黑土区前期坡面水蚀对土壤风蚀的影响

为了探究东北黑土区水力风力叠加作用的多营力复合侵蚀机理,该研究利用直流吹气式风洞对有、无前期降雨的地表进行风蚀试验,对比分析前期坡面水蚀作用对黑土区坡耕地土壤风蚀的影响。结果显示:不同降雨强度下前期坡面水蚀作用使土壤风蚀量明显减小,即前期坡面水蚀作用对地表产生了明显抗风蚀效应。在9、12和15 m/s风速作用下,50和100 mm/h降雨强度的前期坡面水蚀作用产生的抗风蚀效率分别为68.4%～96.2%和77.2%～97.6%,且随降雨强度增加,其抗风蚀效率增大。土壤风蚀强度受前期坡面水蚀作用中降雨强度和风蚀作用风速的综合影响,降雨强度的增加对土壤风蚀的抑制效果明显。前期坡面水蚀作用降低了土壤风蚀输沙量和输沙高度,且风蚀输沙量随前期坡面水蚀作用中降雨强度的增大而减小。前期坡面水蚀作用对地表产生抗风蚀效应的主要原因一方面是前期降雨径流侵蚀作用对土壤的压实过程改变了土壤性质和地表形态,使地表土壤抗剪强度和土壤紧实度增加,从而提高了土壤结构的稳定性和抗风蚀能力;另一方面前期降雨侵蚀作用使地表土壤颗粒分散并随径流流失,减少了后期土壤风蚀的物质来源,抑制了土壤风蚀的发生。该研究结果不仅揭示了前期坡面水蚀作用对黑土区土壤风蚀的影响机制,也为针对性防治黑土坡面复合侵蚀和黑土资源的可持续利用提供了理论依据。     

挟沙风对土壤风蚀的影响研究

风沙流的危害是多方面的,不仅破坏地表结构,削弱土壤的抗风蚀性,而且影响到植物的生长,损坏工农业设施。通过在便携式风洞内模拟挟沙气流,研究了风沙流对土壤风蚀的影响。结果表明,风沙流可不同程度地降低土壤地表结构的临界起沙风速,使土壤变得更易风蚀。风沙流因子对于土壤风蚀的影响,在不同的风速段具有不同的特征。在较低风速段,风蚀量随风速增加缓慢,当风速进一步加大,风蚀量则急剧增加,其差异最多可达4倍之多;而当风速增大到10m/s以上时,风蚀量反而有所减小,说明随着风速的加大,更多的沙粒具有了更大的动能,其运行高度增加,对土壤表面的影响作用减小,但风蚀量仍大于净风时的风蚀量。由于风沙流的磨蚀和撞击作用,削弱了土壤的抗风蚀性,使土壤变得更易风蚀。因此,采取综合措施对风沙源进行彻底治理,是控制沙漠化发展,改善生态环境的关键。     

青海共和盆地威连滩沙地冲沟风水交互作用研究

选择青海共和盆地威连滩沙地冲沟为研究区,通过野外调查,沉积物样品采集和分析,结合1982年航片和2006年快鸟影像数据,分析研究区地质历史时期风水交互作用的环境变化和沙地冲沟风水交互侵蚀的现代特征。结果表明:全新世初期,研究区由水成沉积环境逐渐过渡到风成沉积环境,并有小的沉积旋回,到了全新世中期,气候变得较温润,风沙活动减弱,风成沙逐渐生草成土,但弱砂质古土壤层较薄,从全新世晚期至今,风沙活动有所增强;冲沟形成后,沙地冲沟发生着风蚀水蚀交互作用。起伏的沟岸和弯曲的谷底发生风积,为流水侵蚀增加了沙物质。风沙流对冲沟的形成有再塑造作用。同时冲沟侵蚀也影响着风沙活动,每年冲沟侵蚀约达8.3×104 t泥沙,是沙丘不断增长的一个重要物源。冲沟的狭长地形,其"狭管效应"加大了风蚀作用,增强了风沙灾害天气。     

沙区光伏阵列对近地层风沙输移的干扰效应

沙漠地区建设光伏阵列后,地表吹蚀和堆积过程引起的地貌变化不仅严重威胁到了光伏组件固定结构的稳定,而且间接加速损耗了电板发电功率。为探究沙区光伏阵列扰动下近地层风沙输移特征,在库布齐沙漠中段的200MW光伏电站腹地区域,通过同步测定光伏阵列腹地电板不同部位(板间、板前和板后)和上风向无光伏设施覆盖的流动沙地近地层输沙率,同时利用HOBO小型移动气象站记录观测期风速和风向信息,分析不同风速风向条件下光伏阵列整体阻沙率、局部不同部位风沙流结构及通量模型。结果显示:光伏阵列与风向夹角在–12.30°～82.19°范围内,光伏阵列阻沙率为35.34%～93.02%,当夹角超过45°时,光伏阵列平均阻沙率可达84.63%;随光伏阵列与风向之间夹角增大,板间和板后位置风沙输移高度有向上层移动的趋势,而板前位置则更加贴近地表;双参数指数函数可以较好地模拟光伏阵列内不同部位近地层30cm高度范围内输沙率随高度的变化规律。研究结果有助于认识沙漠地区建设光伏阵列后近地层风沙输移规律,可为科学制定次生风沙危害防治技术方案提供依据与参考。     

风沙土开垦中的风蚀研究

针对以往对土壤风蚀与土地开垦的关系缺乏定量研究，本文以野外实地采集的风沙土样为实验材料，对土地开垦过程中影响风蚀的两个主要因素－地表破坏与植被破坏分别进行风洞实验，结果表明，土壤风蚀率随地表破坏率的增大呈二次幂函数增加；随植被盖度的减少呈指数增加。综合地表破坏及植被盖度对土壤风蚀的影响，最后得出，土壤风蚀率随土地开垦率的增大呈指数增大。在此基础上提出了风沙土开垦中，有效地防止土壤风蚀需要掌握的临界     

川中丘陵区人工林土壤结构性及对土壤侵蚀的影响

为分析川中丘陵区人工林下土壤侵蚀现象较为严重的原因,在中国科学院盐亭农业生态试验站取土样分析了土壤结构性,研究了其与表层土壤侵蚀率的关系。结果表明,研究区人工林土壤团聚体稳定性较差、非毛管孔隙数量少;表层土壤侵蚀率(SER)较大并与>0.25mm水稳性团聚体含量(WSA)、结构体破坏率(SPBR)、团聚体平均重量直径差值(MWDC)、非毛管孔隙度具有明显的对应关系。简要分析并提出了土壤结构性差、侵蚀严重的原因及措施。     

黄淮海平原沙地风蚀的研究

本文研究了沙地风蚀的环境因素及风蚀造成的危害。实践结果表明，禹城沙河沙地经采用“水利调控，林草结合，生物覆盖和立体农业”等配套技术，可以固定沙面，降低风速，提高土壤抗风蚀强度，有效地防治风沙危害。     

干湿交替作用对西南地区黄壤团聚体稳定性的影响

为了探究我国西南地区干湿交替作用对土壤团聚体稳定性的影响,选取重庆缙云山典型黄壤为研究对象,在4个前期含水率(风干,10%,15%,20%)水平下,对4组不同粒级团聚体(1~2,2~3,3~5,5~7mm)分别进行7个不同干湿交替过程(1,2,3,5,7,10,15次)模拟。采用Le Bissonnais法,对干湿交替作用后的团聚体在不同破碎机制下的稳定性特征进行了探讨。结果表明:(1)快速湿润(FW)对团聚体稳定性的破坏程度最大,且与机械扰动(ST)和慢速湿润(SW)存在显著差异;(2)小粒径团聚体相较于大粒径团聚体稳定性更高;(3)干湿交替过程对团聚体存在明显的破坏作用,且在不同含水率变化范围下其破坏程度不同;(4)干湿交替作用主要通过影响团聚体破碎后2mm团聚体的百分比含量来影响团聚体的稳定性。该结果对于研究西南地区土壤侵蚀的发生机理具有一定的参考价值。