修复机理

修复机理（共5篇）

修复机理 篇1

1 有机化合物的污染危害

有机污染在国内外受到越来越多的注意，这是因为其种类多、毒性大、难降解。毒害性的有机污染物通过地表径流、排污和大气干湿沉降等途径进入河流环境，参与河流的各种地球化学循环。在其迁移过程中，伴随着各种复杂而又规律的物理、化学和生物变化，最终或者被降解，或者进入各种暂时的储存库而成为一种潜在的污染源[1]。

油田开发产生以石油类为主的多种污染物，且污染源具有分布广、排放复杂、影响的全方位性、综合性与双重性的特点。在石油开采过程中试油、洗井、油井大修、堵水、松泵、下泵等井下作业和油气集输，均有原油洒落于地面，含油污水外排更是直接将石油污染物排入环境中。石油污染物具有致癌、致畸和致突变的潜在性。石油污染物不仅残留包气带，而且可能造成地下水层污染，对人类健康和环境质量产生威胁[2]。

2 有机化合物污染的基本机理

污染物在土壤中的迁移转化主要是弥散作用[3]，它是由分子扩散和机械弥散两种作用构成。

2.1 分子扩散

当液体中溶质浓度不均匀时，会形成化学势，故溶质会在浓度梯度的作用下由高浓度处向低浓度处运动，使液体中的溶质浓度趋于均匀。由于分子扩散在土壤介质的整个弥散过程是永远存在的，即使是在土壤中地下水处于静止状态，污染物亦会因分子扩散作用而进入地下水中。在静止的重力水中污染物从高浓度向低浓度的分子扩散可用Fick定律描述。同样，在多孔介质中，液相中污染物质的分子扩散也可用Fick定律描述。

2.2 机械弥散

(1）液体具有粘滞性，使土壤介质颗粒表面处的速度为0，距表面越远则速度越大，在孔隙通道轴上达到最大，于是在空隙中产生了速度梯度。

(2）含水层颗粒骨架的阻挡使流动于多孔介质空隙中的水流质点的运动轨迹迂回曲折、运动方向不断变化，流速相对平均流速产生起伏，形成质点运动速度的差异。

宏观上，机械弥散表现为在河渠中横断面上的流速分部存在不均匀，使得污染物将以不同的流速移动，从而以污染物为质点沿河流流动在纵向分离，呈现为纵向的显著的分离和运移速度的不均一。

3 有机化合物污染的修复技术

国内外对有机化合物污染物的研究开始于20世纪中期[4]。随着近年来学科的不断发展，新的学科从不同角度交叉研究了有机污染物的修复过程，并取得了不少成果。

3.1 流线控制法 (flow path management)

Sale等1995年提出了流线控制法。

该方法根据大多数有机物密度小（而石油类污染物密度大于水）而处于地下水面附近的特点，抽取含水层中的地下水，从而把水中的有机污染物带回地表，然后经由地表污水处理技术吸附、净化抽取出的水。同时，为了防止大量抽水导致的地面沉降，或海水、咸水入侵，还得把处理后的水注入地下水中。此方法主要应用与井区开采过程的污染处理。

3.2 微生物孵育控制降解法（microbial incubated control cell)

由于土壤残油的组分很复杂，不可能分析微生物对每一种组分的降解机制[5], 但根据美国环保局（EPA）以及其他研究报告, 一般土壤微生物对残油的降解遵循一级反应关系。

章卫华等人在27℃，一周一次的翻耕供氧条件下，测出胶质、脂肪烃和芳香烃的半衰期分别为385d、289d和94d。在实验条件下，胶质的降解速率最慢，其次是脂肪烃，较快的是芳香烃。这主要因为所研究河滩土层中的残油已经过数十年的残积，残油中的脂肪烃类组分少，芳香烃的组分相对较多。因而在宏观上表现为脂肪烃的降解速率比芳香烃慢。

3.3 内在生物降解净化法（intrinsic bioremediation)

内在生物降解净化法是依靠天然土著微生物来降解已经排放到地下的污染物。该法根据土著微生物对环境稳定适应的可靠性，不需要加入外来微生物，在不改变当地生物物种的情况下，通过补充土著菌的营养物质（N源和P源）或其他物质（如维生素或盐类以保证电解质的平衡）来激发、增强原位土著微生物的降解性能。

该方法参照了流线控制法的原理，通过地下水的流动为土著微生物提供了未被扰动的自然环境，有效地保护了土著细菌的生物特性，避免了外来微生物对当地生态环境的二次污染。

3.4 微生物燃料电池降解法（microbial fuel cell, MFC)

微生物燃料电池降解法是近年来发展起来的一项新技术，是学科交叉、相互补充研究环境修复技术的新思路。它是将微生物降解有机污染物时释放出的电子富集，并通过盐桥连接阴阳两级从而构成闭合的原电池过程。该方法应用在被有机化合物污染的地区，将电极材料直接埋入污染场地，将阴阳两级用盐桥搭联，通过在原电池的正负两级发生的电极反应，从而达到减少环境中的污染物含量，最终实现修复污染的目的。该方法最大的优点在于通过微生物降解污染物发生电极反应，将生物能转化为电能，变废为宝。

Song Jin等人通过对降解三氯乙烯（TCE）的研究发现，生物燃料电池法的降解能力达到80%以上；J.M.Morris等人通过厌氧微生物对柴油的燃料电池降解研究发现：在30℃条件下经过21d对C8-C20的有机化合物降解，燃料电池降解法可降解82%同比微生物控制孵育降解法处理效果的31%更为快速高效。

燃料电池电极反应：阴极：2H20+2e-→H2+2OH-阳极：H20→1/2O2+2H++2e-

4 结论

有机化合物的种类繁多结构复杂，在处理解决各类有机化合物污染的同时，会伴随着新的物理、化学和生物变化。通常使用化学氧化或者中和的方法解决有机化合物污染的同时，可能会产生新的化合产物和各种残留，从而造成二次污染。

随着多学科的交叉和应用，生物修复技术已从最初的、在理想的实验条件的研究，逐渐建立起考虑实际随机因素影响的原位试验；对于污染机理研究也逐步完善并注重考察污染物迁移的动态过程模型研究；投入产出也从单纯为治理污染而投入能量的消耗模式，逐渐转向为可被再次利用的二次能源的新模式。虽然目前对于有机化合物污染研究仍存在着不足，但对于进一步完善研究多学科交叉领域的热点问题具有现实意义，并对处理突发污染事故有宝贵的借鉴价值。

摘要：作为污染源, 有机化合物污染有其自身特点, 且危害极大, 已经成为水文地质、环境地质、环境和化学领域研究的热点。本文分析了污染机理, 概述了有机污染物的几种修复技术及其治理效果, 最后简要分析了有机化合物污染研究的发展前景。

关键词：有机化合物,污染机理,修复技术

参考文献

[1]中国科学院长春分院《松花江流域环境问题研究》编辑委员会.松花江流域环境问题研究[M].北京:科学出版社, 1992.

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[3]郭东屏, 等.渗流理论基础[M].西安:陕西科学技术出版社, 1994.

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[5]章卫华, 李广贺, 邵辉煌, 等.包气带土层中石油污染物的微生物降解研究[J].环境科学研究, 2002, 15 (2) :60-62.

修复机理 篇2

根际圈在污染土壤修复中的作用与机理分析

根际圈以植物根系为中心聚集了大量的生命物质及其分泌物,构成了极为独特的“生态修复单元”.本文叙述了根在根际圈污染土壤修复中的生理生态作用,富集、固定重金属,吸收、降解有机污染物等功能;菌根真菌对根际圈内重金属的`吸收、屏障及螯合作用,对有机污染物的降解作用;根际圈内细菌对重金属的吸附与固定,对有机污染物的降解作用以及根际圈真菌和细菌的联合修复作用等,同时对可能存在的机理进行了分析.认为根际圈对污染土壤的修复作用是植物修复的重要组成部分和主要理论基础之一,并指出利用重金属超富集植物修复重金属污染土壤具有广阔的应用前景;筛选对水溶性有机污染物高吸收富集及其根系分泌能力强的特异植物,同时接种利于有机污染物降解的专性或非专性真菌和细菌可能会成为有机污染土壤植物修复研究的重要方向之一.

作 者：魏树和 周启星 张凯松 梁继东 作者单位：中国科学院沈阳应用生态研究所陆地生态过程重点实验室,沈阳,110016刊 名：应用生态学报 ISTIC PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY年，卷(期)：14(1)分类号：X53关键词：污染土壤 植物修复 根际圈 重金属 生态系统

修复机理 篇3

住宅楼现浇混凝土楼板裂缝问题与渗漏问题是目前居民住宅质量投诉的重点, 而从剪力墙结构与砖混多层结构投诉情况来看, 砖混结构裂缝发生率更高, 大部分裂缝表现为表面龟裂, 也有贯穿裂缝, 既有纵向、横向, 也有斜向以及无规则裂缝。一般对实际使用无多大危害, 但仍应进行有效控制, 特别是避免有害裂缝的发生。

1 楼板裂缝特点

裂缝最多的是房屋西南向阳角处, 或外侧发生45度左右的楼地面斜角裂缝。有些呈断裂贯穿状, 即从板面和板底均可见, 不仅影响外观, 还可引起渗漏、钢筋腐蚀和混凝土碳化等, 影响建筑物的耐久性, 并给用户带来严重的不安全感, 此类通病在现浇搂板的任何一种类型的建筑中都普遍存在。

2 混凝土裂缝产生机理

混凝土作为一种复合建筑材料, 由于其组成材料的多样化以及各组成材料间物理化学作用的多变化, 致使混凝土的物理力学性能与很多因素有关, 混凝土抗压性能良好而抗拉性能很差, 抗拉强度只有抗压强度的1/8-1/20, 并且不与抗压强度成比例地增加, 其极限拉伸变形很小, 因而极易产生裂缝。通过近代仪器己经发现混凝土在受荷载以前, 在硬化后的混凝土内部, 尤其是在胶结料与骨料的界面上总是存在着大量的微观裂缝, 其分布有随机性, 而这些裂缝在外界荷载作用下或环境变化时会发展而形成可见宏观裂缝, 目前规范或规程按计算控制的主要是宏观裂缝。对于荷载引起的裂缝, 当构件中的主拉应力大于混凝土的抗拉强度或主拉应变大于混凝土的极限拉伸应变时混凝土就会产生裂缝, 如受弯构件受拉区的弯曲裂缝、弯剪裂缝等。温度引起的裂缝一种情况是大体积混凝土因水泥水化热导致内外温差过大所引起的温度应力超过混凝土早期抗拉强度时引起的裂缝, 另一类是混凝土因环境温度变化而产生膨胀或收缩变形, 其中收缩变形又受到外界的约束或内部钢筋的阻碍而产生裂缝。

其它还包括混凝土硬化前产生的表面裂缝、混凝土收缩变形时受到约束产生的裂缝、材料不良引起的裂缝等。对于目前住宅现浇楼板存在的裂缝问题同样没有形成比较一致的处理意见, 而更多的是从设计上采取一定构造措施、施工中加强混凝土配合比控制和养护等几方面提出相关建议, 从实际效果来看确实收到了一定成效, 但楼板裂缝的形成原因确实有其特殊性和复杂性, 无法以一般大体积混凝土裂缝控制、非荷载原因来解释分析, 对于砖混结构、剪力墙结构等也有其截然不同的分布规律和形态特征。

3 变形作用引起的楼板裂缝分析

3.1 温度应力引起的裂缝分析根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段:

(1) 早期:自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束, 一般约30天。这个阶段的两个特征, 一是水泥放出大量的水化热, 二是混凝上弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化, 这一时期在混凝土内形成残余应力。 (2) 中期:自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止, 这个时期中, 温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起, 这些应力与早期形成的残余应力相叠加, 在此期间混凝上的弹性模量变化不大。 (3) 晚期:混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起, 这些应力与前两种的残余应力相迭加。根据温度应力引起的原因可分为两类:a自生应力:边界上没有任何约束或完全静止的结构, 如果内部温度是非线性分布的, 由于结构本身互相约束而出现的温度应力。b约束应力:结构的全部或部分边界受到外界的约束, 不能自由变形而引起的应力。这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。要想根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小是一项比较复杂的工作。在大多数情况下, 需要依靠模型试验或数值计算。混凝土的徐变使温度应力有相当大的松驰, 计算温度应力时, 必须考虑徐变的影响, 具体计算这里就不再细述。

3.2 混凝土收缩引起的裂缝收缩裂缝顾名思义其产生原因就是混凝土硬化后水份蒸发体积收缩。

从理论上讲当混凝土在无任何约束而处于自由收缩时, 不会产生裂缝的, 而实际工程中, 混凝土总是受到各种约束的, 如两端的约束、内部配制钢筋的约束等。由于混凝土收缩过程中受到约束, 因而内部产生拉应力, 当拉应力大于混凝土的抗拉强度时, 就会产生收缩裂缝。一般来讲, 混凝土受到的约束越大, 其产生的收缩裂缝越多或越宽。由于混凝土体积收缩是因为水份蒸发、干燥导致的, 因而收缩裂缝也通常称为干缩裂缝。

一般情况下, 几个月以后, 混凝土体内多余水份蒸发已基本完成, 混凝土内湿度与环境湿度基本趋于一致, 因而收缩裂缝的宽度发展也趋于停止, 处于相对稳定状况。当然, 之后还将随着环境湿度和温度的变化而略有变化, 当环境湿度变大时, 混凝土将吸取空气中的水份, 而收缩裂缝变窄些, 反之当环境湿度变小时, 混凝土收缩裂缝将变宽些。另外, 还随着环境温度变化, 混凝土也将产生热胀冷缩现象, 因而收缩裂缝也会随着环境温度的升高而变窄些, 反之, 随着环境温度的降低而变宽些。

4 楼板裂缝的常规修复

4.1 混凝土裂缝的修复时机无论混凝土是何种因素引起开

裂, 包括内应力和外应力, 从技术角度考虑其修复时机都应选择在裂缝基本稳定后才实施。如收缩裂缝的修复应等其收缩基本完成后再实施。

4.2 混凝土裂缝的修复方法

4.2.1 宽度≤0.

3m m, 混凝土裂缝的修复 (1) 修复性质:封闭性修复; (2) 修复目的:恢复使用功能和耐久性; (3) 修复方法:a表面封闭法:沿裂缝表面涂刷聚合物或环氧类封闭材料。b浅层封闭法:沿裂缝将混凝土凿成三角槽, 三角槽内混凝土界面处理, 在槽内嵌入修复材料。修复材料可视裂缝变形情况分别采取无机刚性修复材料和聚合物微变形或有机柔性修复材料。c化学 (环氧类) 灌浆法:采用的灌浆修复材料为低粘度亲水性环氧树脂, 此方法最大的优点是修复材料能在空气压力作用下灌入混凝土裂缝深处, 并填充于混凝土裂缝中, 从而从根本上达到封闭裂缝的修复目的。

因此, 采用这些材料对混凝土裂缝灌浆后, 不仅能有效地对裂缝进行封闭, 同时, 也兼有补强加固的作用。另外, 在配制化学灌浆材料的过程中使其增加一定的柔韧性, 这对提高混凝土裂缝修复质量从而提高工程的整体质量是相当有益的。

4.2.2 宽度>0.

3m m, 混凝土裂缝的修复a修复性质:封闭与加固性修复。b修复目的:恢复混凝土结构的承载力、使用性能、耐久性能。c修复方法:粘钢板加固-防腐、防火处理。

化学 (环氧类) 灌浆封闭裂缝-粘贴碳纤维布加固或粘贴碳纤维板加固-防火处理。

修复机理 篇4

本研究正是从以上方面出发, 选择干热河谷某水电站高陡边坡为研究对象, 在构筑生态绿色屏障实现水土保持的战略背景下, 以此为金沙江、澜沧江、怒江、南盘江、雅砻江等干热河谷生态脆弱区提出更好的植被恢复措施为目标。在生态学、统计学等多学科理论支撑下, 为该水电站地区提出一种技术可行、恢复效果较好的植被护坡技术的同时, 也为我国当前和今后西南干热河谷地区生态工程的顺利实施和可持续发展提供科学的决策依据和定性定量的评价, 同时有助于进一步丰富和完善水电工程高陡边坡植被恢复的学科理论。

1 高陡边坡植被恢复机理研究思路

通过对研究区域基本资料收集、植被调查、实地观测等手段和措施, 分别对研究区前期植被群落特征进行分析, 对经治理过的各边坡样地之间进行对比、取样分析、数据监测等, 在生态学理论体系下揭示经人工治理后的生态效应。思路见图1。

2 植物筛选及种植要求

2.1 研究区工程适应性乡土植物筛选

针对研究区生境特征与植被恢复与绿化功能需求, 建立适应性乡土植物功能指标, 建立适应性乡土植物筛选的评价方法, 对研究区适应性乡土植物进行筛选, 提出适宜于高寒、高海拔地区植被恢复与绿化的乡土植物方案。

(1) 选择适地适生的植物原则

即地带性适应性原则, 为主导的约束性原则, 主要包括温度适应和水分适应。温度适应包括当地的温度以及影响温度的主要环境因子, 如纬度 (地理坐标) 、海拔、坡向等, 主要放映在种子萌发、幼苗抗性安全获得和苗期协同共生与后期竞争消长对温度的响应与变化;水分适应包括当地的时空降水、蒸散、坡度、岩体特性及坡高 (水分运移) 等适应性, 主要反映在种子萌发、幼苗抗性安全获得和苗期协同共生与后期竞争消长对大气降水总量阈值的响应与变化。

(2) 护坡性能强原则

边坡植被恢复的总体目标是固土、护坡及生态恢复。陡边坡常常不稳定, 易受降雨冲刷形成侵蚀沟, 土层薄, 土质疏松、干燥。应首先考虑护坡性能强的植物, 如选择那些生长迅速、短期覆盖快、须根发达、可迅速形成根毡层、固土防风蚀雨蚀强的物种, 以草本、小灌木为主。并且考虑选用根系延伸长、力学性能好的植物, 以草、灌、乔相结合, 达到固坡目的。其次才考虑坡面的美化、发挥生态机能。

(3) 选择根系发达的植物

选择根系发达、分生能力强的植物, 植物根系的好坏直接关系到固土能力。根据护坡植物力学分析得知, 根系发达的植物对土壤的抗剪强度的提高值较大, 在相同的条件下, 固坡能力显著。地下生长量越大, 根系分布越深, 护坡能力越强。较强的分生能力可以增加覆盖度, 减少边坡土壤裸露, 减少降水的侵蚀。

(4) 可播种繁殖

可播种繁殖是岩石边坡植被护坡植物选择的基本要求。植物由种子—发芽—拔节、分叶、分蘖—开化—结实—播种经历了一个生育、繁殖的循环过程, 在坡面人为播入种子, 经过一个生命周期后, 植物又产生适量种子落入土壤重新回到生命起点, 不仅更新了植物群落结构, 改变了形态特征, 而且加速了物质、信息及能量循环流动, 促进了群落演替与功能优化。

(5) 种子易获得且成本合理

应多从自然地角度出发, 在植物的选择上多采取经济型的植物, 选择易获得、商品化的植物种子。而工程成本是建设项目必须考虑的重要因素, 植物种子是岩石边坡植被护坡工程中植被材料的主要形式, 合理、科学、经济选择植物种子, 包括种子质量、种子数量、获得种子的渠道等都是工程内容中应该考虑的因素。

2.2 筛选的适合满足要求的植被

根据上述要求选择出了满足要求的植物, 见表1.

2.2.1 植物种植要求

根据试验区边坡的现场情况, 考虑的边坡防护的工程措施有:坡面植生槽、种植槽、土工格室、生态砖、穴植等一系列工程措施, 因此依据筛选出的乡土植物, 以及该区工程可应用的商业化品种特征, 提出不同组合条件下的植物播种密度设计方法与方案, 根据要布置的工程措施的特征, 最终建立研究区工程措施与绿化植物组合及应用方案, 指导研究区植被恢复与绿化工程应用。对于种植于结合工程措施的绿化植被的种植要求如下:

(1) 种群密度制约原则

种群密度无论太高或是太低, 都可能成为种群发展的限制因子。另外, 在某些情况下, 就每个个体的可利用空间而言, 如果高于或等于最适宜值, 那么就可能有利影响, 而如果空间太小, 则会产生不利影响。种群密度制约原理有助于在退化生态系统重建时选用合适的物种密度。如注重目标植物与先锋植物的密度比, 以远期为主, 近期为辅, 兼顾前期和长期效果。

(2) 生态位适应原则

基于物种多样性的考虑, 在利用植物进行边坡防护时采用的植物种类较多, 这就要求拟定一个合理的配方。绿化植物的选配除了要考虑它们的生态习性外, 实际上还取决于生态位的配置, 也是生态防护工作关键的一步, 它直接关系到系统生态功能的发挥和景观价值的提高。因此, 在选配植物时, 应充分考虑植物在群落中的生态位特征, 从空间、时间和资源生态位上来合理选配植物种类, 使所选择植物生态位尽量错开, 从而避免种间的直接竞争。

(3) 空间结构搭配原则

植被系统内部各要素之间的联系与组织方式的总和, 即为结构, 具有成层性的特征。植物群落的空间结构主要是垂直结构与水平结构两方面, 垂直结构最为直观的就是它的成层性, 体现在地上和地下部分2个大的层次, 其中地上部分又包括乔木层、灌木层、草本层、地被物层及枯落物层, 地下部分为分布于不同土壤层次中的根系层;水平结构多指群落的水平分布格式, 如均匀分布、集群分布、镶嵌分布等。但是从对边坡防护与水土保持功能影响看, 植物群落的垂直结构是最为重要的, 根据岩石边坡立地条件, 常用的地上成层结构是乔-灌-草型、灌-草型、草型等, 但目前大多观点认为陡边坡灌-草是人工植物群落稳定存在的最为理想的组合。而地下成层则多采用浅根与深根、水平根系与纵伸根系结合, 对边坡岩体能够起到很好的力学加固作用。

(4) 植物功能互补原则

由于边坡质地条件比较差且改造土壤的难度很大, 因此需要合理搭配功能植物的比例。建群植物是绿化成型后预想的主要植物种类;先锋植物是指在建植植被过程中能快速发芽生长的草本植物即保护种, 它可在短期内形成植被, 从而为目标植物的正常发芽生长创造良好的条件, 在目标植物群落形成后, 这些草本植物就会逐渐的退化, 这样可以兼顾前期效果和长期效果。

2.2.2 植被组合结果

(1) 目标群落类型:灌、草群落;

根据生态位理论, 灌草的有机结合, 既充分利用了地上空间, 又合理利用了地下资源。草本植物的根系浅, 木本植物根系深, 使得地下根系层也构成了立体交叉结构, 全面加固了坡面且避免了地下营养资源的竞争和浪费。

(2) 时空序列类型:初始群落—过渡群落—稳定群落;

(3) 各时空序列类型的群落植被类型及物种比例设计

初始群落:草本 (1种) ;

过渡群落:草本 (1种) +半灌木 (1~2种) ;

稳定群落:半灌木和灌木 (1~2种) 。

根据这些原则得出植被组合结果, 见表2。

3 试验区水分及养分生态有效性设计

3.1 水分生态有效性设计

坡面植被系统水分平衡与基质蓄水平衡是岩石边坡植被护坡水分平衡基本内容, 其本质是指一定坡面一定时间范围内系统、基质、植被的水分输入量和水分输出量保持长期相对稳定的状态, 即△u=W入-W出 (W入为水分输入量, W出为水分输出量, △u为水分变化量) 。水分平衡的涵义决定了不同单元、不同系统、不同时间段的水分平衡计算分析不同, 因此, 首先确定岩石边坡植被护坡水分平衡分析的时空尺度, 然后分析坡面单元、坡面区域或整个系统水分循环的基本过程, 并探明影响各环节水分转化的重要因素, 参考相关经验模型, 最终建立适合特定时空条件下的水分平衡计算模型或数学关系式, 形成具有针对性、科学性的计算分析方法, 充分反映岩石边坡植被护坡水文过程与生态过程结合的主要特征。

3.2 养分生态有效性设计

养分平衡设计流程与水分平衡设计流程相似, 坡面植被系统养分循环、基质养分平衡是岩石边坡植被护坡养分平衡基本内容, 其本质是指一定坡面一定时间范围内系统、基质、植被的养分输入量和输出量保持长期相对稳定的状态, 即△u=W入-W出 (W入为养分输入量, W出为养分输出量, △u为养分变化量) 。养分平衡的涵义决定了不同单元、不同系统、不同时间段的养分平衡计算分析不同, 因此, 首先确定岩石边坡植被护坡养分平衡分析的时空尺度, 然后分析坡面单元、坡面区域或整个系统养分循环的基本过程, 并探明影响各环节养分转移耗散的重要因素, 参考相关经验模型, 最终建立适合特定时空条件下的养分平衡计算模型或数学关系式, 形成具有针对性、科学性的计算分析方法, 充分反映岩石边坡植被护坡养分循环过程与生态过程结合的主要特征。

4 该高陡边坡的植被修复试验的评价

通过上述对高陡边坡植被的修复前期准备和设计, 得出一整套高陡边坡植被修复体系, 并最终对该系统进行综合评价。具体过程见图2.

5 结论

综合干热河谷地区气候特点, 对该地区的水电站高陡边坡实施植被恢复和绿化, 可以进行推广应用的护坡植物物种主要有:垂穗披碱草、红豆草、苇状羊茅、锦鸡儿、天蓝苜蓿、铁扫帚、白刺花;在植被的选配模式上, 适合以上植被恢复工程技术的有草本植物+藤本植物、草本植物+小型灌木、草本植物+藤本植物+小型灌木模式, 中大型灌木或乔木不宜采用;高陡边坡在植被修复一年后, 优势种群明显, 各样地种群基本均处于聚集分布状态, 但预计随着演替发展, 分布格局将逐渐分化。各植物的多样性指数增加, 丰富度和均匀度指数均较大, 群落总体上处于快速的演替的初始阶段。通过对高陡边坡的植被修复, 生态效应有了明显的改善。由于周边的水电站永久边坡绿化工程实施后的年限较短, 以及官地水电站类似的绿化和植被恢复工程较少, 在人工建植植被的演替、土壤肥力监测和小气候改善等研究上缺乏持续观测数据支持, 同时由于本文研究水平有限, 无法进行更为深入和系统的生态效应评价。

摘要：西南干热河谷地区的水电站建设期间, 对河流两边的高陡边坡植物进行了不可逆的破坏, 特别是一些石质边坡, 其原状地貌有很多年形成的较薄的土壤及其适生植被一经破坏很难恢复, 现阶段的工程措施虽保持边坡的稳定, 实施的相结合的植被措施也没有经过相应的实验研究来确定选取的植被是否适合在此地生长, 常规措施无法从根本上来解决其植被恢复的问题。因此本研究依托于西南干热河谷地区某在建水电站, 通过利用植物生态学等相关知识, 最终确定干热河谷地区水电站被破坏的边坡植被修复机理体系。

关键词：西南地区,干热河谷,高陡边坡,植被恢复

参考文献

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修复机理 篇5

新拌水泥基复合材料在流变和硬化状态下的工作度、流动性、密实性和耐久度等对应力-应变关系等力学性能均有重要影响。需要满足不同批次间产品性能的一致性, 运输及施工过程中不发生离析等一系列要求[1]。纤维体积含量通常在1%~20%之间, 并且生产工艺和工作度受到各组分的影响。

要实现纤维的合理分布和纤维混凝土良好的工作度, 通常有以下三种不同情况:①纤维体积含量介于1%~2%时, 可使用常规重力式搅拌机, 且材料的抗拉强度和极限应变能力变化不大。②纤维含量达到2%时, 可使用符合大规模生产要求的强制式搅拌机。③对添加20%以上大体积含量的砂浆渗浇纤维混凝土而言, 加工工艺有非常特殊的要求。此外, 纤维混凝土的离析、流动性、密实性及表面加工处理均受到纤维体积率的影响。对纤维体积含量大于1%的超强韧性纤维混凝土而言, 需要有良好的力学性能和工作度。

1 液化机理与设计方法

超强韧性纤维混凝土是工程水泥基复合材料 (ECC) 的另一名称, 通常采用聚乙烯醇纤维 (PVA) 或聚乙烯 (PE) 纤维[2], 通过高效减水剂及起稳定粘结作用的粘度改良剂优化组合, 在添加表面经过特殊处理的聚丙烯 (PP) 纤维后, 可得具有良好宏观性能和微观界面粘结特征的聚丙烯超强韧性纤维混凝土。其中, 高效减水剂用来控制水泥颗粒间的凝絮现象, 而粘度改良剂通过减少水泥浆的剪切粘度使这些水泥颗粒达到稳定状态[3]。虽然粘度改良剂有助于ECC流动性的提高且不使其产生离析现象, 但在搅拌过程中会产生一些尺寸相对较大且无法溢出的气孔 (体积含量在20%左右) 。超强韧性聚丙烯纤维混凝土的工作度主要受到小尺寸颗粒的影响。在适当的水灰比下, 处于搅拌过程中的混合物能够发生液化。液化是岩土工程中饱和非粘性土受单调反复扰动地震波作用时经常发生的现象。当土颗粒间的孔隙压力增加时, 抗剪强度会降低, 此时土的流动性能表现得象液体一样。本研究利用液化机理, 降低超强韧性纤维混凝土在搅拌过程中的稠度, 使水泥、硅砂等固体颗粒和纤维都能均匀分布, 从而改善流动性并使其保持良好稳定的微观结构。

1.1 产生液化现象的理想固体颗粒级配

超强韧性纤维混凝土具有多裂纹破坏和应变强化的特性。根据细观力学方法可以对其最大固体颗粒粒径给出上限 (dmax=200μm) , 对PP纤维体积含量给出下限 (0.8%) 。文献[4]通过骨料级配方法优化纤维混凝土的颗粒尺寸分布, 当水灰比保持在0.3~0.45之间时, 均可以实现致密的微观结构, 从而得到良好的初裂强度。

理想颗粒级配公式为:

式中, fd为尺寸小于d的颗粒百分含量;dmax为最大固体颗粒尺寸。

固体颗粒的理想尺寸分布如图1所示。在此条件下, 无需添加粘度改良剂即可产生致密且稳定的微观结构。根据式 (1) 得到优化的固体各组分比例后, 可以确定产生液化现象 (固体和液体之间的过渡状态) 含水量。

1.2 ECC材料组分及制造过程

本试验采用普通硅酸盐水泥;Ⅱ级粉煤灰;粒径为0.21~0.36mm的硅砂;SikaⅡ型高效减水剂和PP纤维。按照图1所示的固体颗粒理想级配曲线配置各组分, 可得到固体颗粒直径的体积百分含量分布示意图, 见图2。

利用重力式搅拌机制备ECC的关键是避免加水过多, 同时要在整个搅拌过程中保持水泥浆的流塑状态。混合过程仅包括重力和离心力引起的材料内部剪切摩擦, 因此, 需要干料在发生絮凝前可以均匀搅拌并保持稳定状态。

实际制备过程为:先干拌砂、粉煤灰及1/3的水泥1min, 随后加入80%的水。此时, 由于水泥较少而形成流塑状态的胶体。随后交替填加剩余的2/3水泥、20%的水和高效减水剂以防止形成块状积聚物, 此过程大约需要进行8~10min。最后在具有良好粘稠度的水泥砂浆胶结之前, 填加PP纤维并使其均匀分散于基体之中。

2 ECC流动性分析和力学性能试验

本试验通过小型重力式搅拌机 (V=300dm3) 生产4组水灰比不同的超强韧性纤维混凝土并利用坍落度测试锥测量其流动性能, 见图3。

其中, 第1组为对比用的参考组 (表1) , 水灰比为0.45, 液固比为0.25, 流动指数Г=11.3。PP纤维长lf=12mm, 直径df=40μm, 体积含量2.5%。超强韧性纤维混凝土的工作度可通过坍落度试验测得并用流动指标Г表示。

式中, df为流动后超强韧性纤维混凝土饼块的直径, d0=10cm是圆锥筒底部的直径。

仅在混合物M1中添加粘度改良剂, 但流动性能变化不明显并且含气量在20%左右。混合物M2的水灰比为0.35, 液固比为0.132, 坍落度试验中在圆锥筒提起后df=35.28cm。随着水灰比的逐渐变化, 仅在水灰比分别为0.4和0.42的M3和M4混合物中观测到与预期相符的明显液化现象。

M3组中纤维分布良好并且流动性好, 含气量明显降低为5.5%。混合物M4的水灰比增加到0.42, 液固比为0.154, 含气量由5.1%进一步下降到4.3%, 流动指标Г=18.95比参考组M1的Г=11.30已经有了显著的提高。由于砂浆稠度合适, 因此纤维和颗粒的分布情况很好。尽管与参考组M1 (液固比0.25) 相比含水量较低, 但流动性能非常好。预计利用液化机理生产的M4型超强韧性纤维混凝土可以在施工现场进行大规模生产。

利用MTS加载架进行单向拉伸试验 (图4) 可以确定聚丙烯超强韧性纤维混凝土的应变强化和多裂缝发展等宏观力学性能。加载速率取为0.2mm/min的恒值。利用两个线性位移传感器测得M4组超强韧性纤维混凝土的极限拉伸强度为5.15MPa, 应变达到4%并且平均裂纹间距为1mm左右。

试件的应力-应变曲线见图5。

3 自修复功能

即使在大变形情况下, 超强韧性纤维混凝土的裂纹宽度也很小, 可以控制为60μm之内。在水灰比较小, 粉煤灰较多的情况下, 未水化的水泥及未参加反应的粉煤灰将产生水化和凝硬作用, 从而促进自修复的过程并使其持续进行。图6a为当混合物M4组成的超强韧性纤维混凝土在2%拉伸应变时其表面的裂纹分布, 图6b为将其置于水中24h自修复后, 同一位置发生的变化。裂纹表面及附近清晰可见的白色残余物质是自修复过程中的产物。

图6a拉伸应变为2%时的裂纹分布b修复后的裂纹分布

4 结语

利用液化机理给出了聚丙烯超强韧性纤维混凝土的优化设计方法。通过不同颗粒级配的控制及不同类型组分和化学添加剂的使用, 解决了与工作度相关的难题。利用重力式搅拌机制备的超强韧性纤维混凝土自密实混合物在搅拌过程中可达到液化状态, 微观结构致密稳定, 不发生离析并且流动性能好。强韧性纤维混凝土在拉伸后出现应变强化和多重裂纹破坏现象, 极限拉伸应变可以达到4%, 给出了多重裂纹破坏后的拉伸试件的裂纹分布状态, 并对水化反应引起的自修复现象进行了阐述。

摘要：利用液化机理研究了具有应变强化和多重裂纹破坏特征的超强韧性聚丙烯纤维混凝土的配合比设计。使得水泥基复合材料的工作度和力学性能在施工现场大批量生产条件下与实验室内小规模生产条件下保持接近。通过不同颗粒级配的控制、混合次序、时间间隔的调整以及不同类型添加剂的使用, 给出了生产应变强化功能的超强韧性纤维混凝土材料的方法。最后研究了拉伸试件多重裂纹破坏后的自修复现象。

关键词：超强韧性,液化,工作度,级配,自修复

参考文献

[1]Kanda, T.and Li, V.C..Practical Design Criteria for Saturated Pseudo Strain Hardening Behavior in ECC[J].Journal of Advanced Concrete Technology, 2006, 4 (1) :59-72.

[2]Kong, H.J., S.Bike., Li V.C.Constitutive Rheological Control to Develop a Self-Consolidating Engineered Cementitious Composite Reinforced with Hydrophilic Poly (vinyl alcohol) Fibers[J].Cement and Concrete Composites, 2003, 25 (3) :333-341.

[3]Kong, H.J., S.Bike, Li V.C.Development of a Self-Consolidating Engineered Cementitious Composite Employing Electrosteric Dispersion/Stabilization[J].Cement and Concrete Composites, 2003, 25 (3) :301-309.