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黄河三角洲沉积物团聚体影响因素及其稳定性的研究

作　者: 王俊鹏
导　师: 陈友媛
学　校: 中国海洋大学
专　业: 环境工程
关键词: 黄河三角洲沉积物团聚体稳定性
分类号: P343.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

土体的稳定性实际上是土体结构单元性质的综合体现,而结构单元又在很大程度上取决于土粒集合体甚至于更小的单粒矿物的性质,微观结构的研究可以认识土体的最基本结构单元,从本质上认识土体的稳定性。本论文通过一系列的室内实验及试验,对黄河三角洲沉积物团聚体的基本组成进行了分析,研究了团聚体的水稳定性和力学稳定性,分析了有机无机物质以及粘粒等因素对团聚体组成和稳定性的影响。在一定程度上解释了团聚体的形成机理,可以为研究沉积物的稳定性提供一些参考,对黄河三角洲沉积物抗侵蚀性的研究和对海岸工程的保护有一定的理论意义和实际应用价值,同时也可以为研究沉积物的工程性质提供借鉴。本论文通过化学方法分析了黄河三角洲沉积物的基本化学性质,用扫描电镜观察土壤切片的微观结构,用移液管粒度分析方法研究了改变沉积物中葡萄糖、碳酸钙、氧化铁、粘粒含量等因素后对沉积物团聚体的粒度组成以及团聚度的影响,通过崩解实验研究了沉积物中上述因素的改变对沉积物在水中的崩解性质的影响,通过无侧限抗压研究了上述因素对沉积物力学稳定性质的影响等。通过实验及结果分析,得出以下主要结论：1、黄河三角洲沉积物团聚性的基本理化研究表明：沉积物的颗粒绝大多数在0.075mm以下,其中0.05mm～0.01mm粒径颗粒最多；黄河三角洲潮间带沉积物由于受高盐度海水的往复浸泡,致使沉积物中含有大量的易溶盐离子,主要的阳离子有Ca2+、Mg2+、Na+,阴离子有Cl-、SO42-、HCO3-,使得黄河三角洲沉积物的易溶盐总量是陕北马兰黄土易溶盐含量的十倍,但胶结物质的含量与黄土的含量相差不大；黄河三角洲沉积物有机质含量平均值在0.4%左右,对沉积物的团聚作用不明显。微观结构观测表明：黄河三角洲沉积物中的土颗粒在自然状态下不是以单粒存在的,而是以胶结或粘结的状况形成颗粒集合体或粘粒胶结在更大粒径的颗粒上形成微团聚体,由此导致粘粒和胶粒含量的减少,粉粒含量的增多,从而也导致沉积物粉土性质的增强；2、黄河三角洲沉积物团聚性除了有机质(腐植酸钠)、粘粒含量、无机离子(Ca2+, Na+)等因素对其有影响(已有研究)外,还有机质(葡萄糖)、碳酸钙、氧化铁、氧化铝等因素对黄河三角洲沉积物团聚性也有不同程度地促进作用,而且两个影响因素的耦合作用会更加明显。研究结果表明：葡萄糖因属于单糖,结构相对简单,对沉积物的团聚作用不是特别强；粘土颗粒由于比表面积很大,促使胶体和粘土颗粒相互粘结,对沉积物的团聚性有较强的作用；碳酸钙属于非溶性次生矿物,它的存在,使得颗粒间的连接增强,结构连结的增强增大了沉积物的团聚性；在高价阳离子对沉积物团聚作用方面,三价的Al3+比二价的Mg2+作用强；粘粒与碳酸钙以及粘粒与葡萄糖同时作用时其对沉积物的团聚作用比他们单独作用的加和还要强。3、在黄河三角洲沉积物团聚体水稳定研究方面。崩解实验研究表明：腐殖酸钠比葡萄糖对沉积物团聚体水稳定的作用强,主要因为腐殖质的结构体上含有多种功能团,这些功能团带负电荷,可以与土中的Ca2+、Mg2+等易形成有机无机复合胶体,胶结矿物颗粒,形成稳定的团聚体,而葡萄糖的结构相对简单,它对沉积物团聚体水稳定性作用有限。氧化铁对沉积物团聚体水稳定的作用与腐殖酸钠相同,但作用效果没有腐殖酸钠明显。氧化铁的吸附架桥作用可以将粘土颗粒连接在一起,这不仅会使沉积物的团聚性加强,同样会增强沉积物的水稳定性。4、在黄河三角洲沉积物团聚体力学稳定性研究方面,加入葡萄糖、氧化铁以及粘粒对沉积物团聚体力学稳定性均有不同程度的影响。葡萄糖的加入使得沉积物最大轴向应力先上升然后下降,对团聚体力学稳定性帮助不大,而粘粒以及氧化铁的加入都使得沉积物最大轴向应力增大,并且使土样的可塑性增强。5、通过以上的研究我们发现,黄河三角洲潮滩团聚体的形成符合Edwards和Bremner提出的以有机无机复合体为基础的团聚体形成模式,团聚体形成的实质是粘粒通过多价金属阳离子的连接而吸附极性有机分子的过程。各因素对沉积物团聚体性能的影响有一致性,比如葡萄糖对沉积物团聚性影响不大,对沉积物团聚体的水稳定性以及力学稳定性也没有很明显的作用,而氧化铁与沉积物团聚性,与团聚体的水稳定性、力学稳定性都有明显的正相关作用。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-13
0 前言  13-15
1 绪论  15-24
  1.1 研究意义  15-16
  1.2 团聚体研究概述  16-21
    1.2.1 团聚体理论的研究进展  16-17
    1.2.2 团聚体稳定性研究进展  17-21
  1.3 研究思路和内容  21-24
    1.3.1 研究思路  21-22
    1.3.2 研究内容  22
    1.3.3 研究方法  22-23
    1.3.4 技术路线  23-24
2 黄河三角洲概况  24-31
  2.1 黄河三角洲概况  24-25
  2.2 气象条件  25-27
    2.2.1 气温  25-26
    2.2.2 降水  26
    2.2.3 蒸发  26-27
  2.3 黄河三角洲水文特征  27-28
    2.3.1 潮汐  27
    2.3.2 潮流  27-28
    2.3.3 余流  28
  2.4 黄河三角洲潮滩底栖动物概况  28
  2.5 黄河三角洲潮间带沉积物的粒度分布特点  28-31
3 采样区沉积物基本性质  31-36
  3.1 采样区的地理位置  31
  3.2 采样区潮间带沉积物矿物成分特征  31-32
  3.3 采样区潮间带沉积物化学性质特征  32-33
    3.3.1 易溶盐  32
    3.3.2 pH值  32-33
    3.3.3 有机质  33
  3.4 采样区潮间带沉积物粒度分析  33-34
  3.5 采样区潮间带沉积物微观结构  34-36
4 黄河三角洲沉积物团聚性影响因子研究  36-55
  4.1 引言  36
  4.2 材料和方法  36-37
    4.2.1 实验材料和仪器  36-37
    4.2.2 试验方法  37
  4.3 结果与分析  37-53
    4.3.1 糖类物质对沉积物团聚性的影响  37-40
    4.3.2 氧化铁对沉积物团聚性的影响  40-43
    4.3.3 Mg~(2+)、Al~(3+)对沉积物团聚性的影响  43-46
    4.3.4 碳酸钙对沉积物团聚体性的影响  46-49
    4.3.5 粘粒含量对沉积物团聚性的影响  49-51
    4.3.6 粘粒含量与碳酸钙相互作用对沉积物团聚作用的影响  51-52
    4.3.7 粘粒含量与葡萄糖相互作用对沉积物团聚作用的影响  52-53
  4.4 本章小结  53-55
5 黄河三角洲沉积物团聚体水稳定性影响因子研究  55-64
  5.1 引言  55
  5.2 试验材料和方法  55-57
    5.2.1 崩解试验的装置  55-56
    5.2.2 实验方法  56-57
  5.4 结果与分析  57-62
    5.4.1 腐殖酸钠对团聚体水稳定性的影响  57-59
    5.4.2 葡萄糖对团聚体水稳定性的影响  59-61
    5.4.3 氧化铁对团聚体水稳定性的影响  61-62
  5.5 本章小结  62-64
6 黄河三角洲沉积物团聚体力学稳定性影响因子研究  64-71
  6.1 引言  64
  6.2 实验材料和方法  64-65
    6.2.1 实验材料和仪器  64
    6.2.2 试样的制备  64-65
  6.3 结果与分析  65-70
    6.3.1 葡萄糖对团聚体力学性质稳定性的影响  65-67
    6.3.2 氧化铁对团聚体力学性质稳定性的影响  67-68
    6.3.3 粘粒含量对团聚体力学性质稳定性的影响  68-70
  6.4 本章小结  70-71
7 结论与创新  71-73
  7.1 主要结论  71-72
  7.2 主要创新点  72-73
参考文献  73-78
致谢  78-79
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  79

黄河三角洲沉积物团聚体影响因素及其稳定性的研究

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