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利用可再生电力驱动的二氧化碳电化学还原(CO2RR)是一种极具前景的途径,不仅有助于降低大气中CO2浓度,还能生产高附加值化学品或燃料.在各种产物中,乙烯和乙醇因其经济潜力与实际应用价值而备受关注.然而,目标C2+产物的选择性仍不理想,稳定Cu+物种对于提升Cu0/Cu+界面处的C2+产物选择性具有关键作用.通过组分间的协同作用来稳定所需的Cu0/Cu+界面,是提升CO2催化转化性能的可行策略.稀土元素因其独特的电子结构,常作为掺杂剂用于提升多相催化反应的性能,但其作用机制以及反应过程中与Cu物种之间的相互作用与结构重构尚不明确. 本文采用水热法合成了一系列Pr(OH)3/CuO预催化剂,在CO2RR中原位转变为Pr(OH)3/Cu催化剂,借助组分间协同作用与几何形变诱导生成不对称活性位点.结构表征结果显示,Pr(OH)3纳米棒均匀分布在Cu纳米片表面,形成稳定的Pr(OH)3/Cu+/Cu异质界面,可有效抑制Cu+过度还原,显著提升表面Cu+物种占比;X-射线光电子能谱与X-射线吸收光谱结果证实,催化剂中存在Pr3+/Pr4+与Cu+/Cu不对称活性位点,加快界面电荷传输.电催化性能测试表明,Pr(OH)3有效地增强了催化剂CO2RR到C2H4的催化活性.在250 mA cm-2时,12.7%Pr(OH)3/Cu催化剂可以实现50.2%的FEC2H4,同时,其C2产物也可以达到69.6%,且可连续稳定运行25 h性能无明显衰减.而纯Cu催化剂C2H4的选择性为36.1%.原位拉曼光谱证实,Pr(OH)3有助于CO2在催化剂表面的吸附,同时提升*CO中间体在催化剂表面覆盖率进而促进C-C耦合.原位红外光谱结果表明,Pr(OH)3促进了H2O分子的解离,有助于*CO质子化生成*COH和随后的*CO和*COH耦合.更强的*OCCOH关键中间体信号强度表明,反应遵循CO→*COH→*OCCOH的不对称C-C耦合路径.由此可见,稀土氢氧化物的引入可以激活铜上的不对称活性位点,为有效的CO2到C2的转化提供了可持续的途径. 综上,本文揭示Pr(OH)3的引入诱导了不对称Pr3+/Pr4+和Cu+/Cu不对称活性位点的生成,有效地增强了Cu催化剂CO2RR到C2H4的催化活性.通过系统的结构表征与原位光谱分析,我们从分子层面深入探讨了可能的反应机制.

原位转化过程中页岩储层的物性变化复杂,目前对其机理认识不清.以鄂尔多斯盆地延长组7段3亚段(以下简称长73亚段)中—低成熟度页岩为研究对象,利用岩石热解、XRD(X射线衍射)、低温氮气吸附测试、核磁共振测试、扫描电镜观察及孔隙度渗透率测试,对原位加热模拟实验中页岩的生烃潜力、矿物组成、孔隙结构及储层物性的动态演化进行连续观测.研究结果表明:①在加热温度处于275~330℃时主要发生干酪根热降解,330~550℃区间为已生成原油的二次裂解阶段;②加热过程中,岩石矿物亦发生转变,石英和长石含量小幅上升,黏土矿物占比逐渐增加,黄铁矿和钙质矿物分别在400℃和500℃时完全分解;③当温度超过300℃,页岩孔隙结构及储层物性发生显著改变,有机质孔隙、矿物粒间孔和微裂缝数量增加,大于50 nm的孔隙在孔隙结构中逐渐占据主导地位,孔隙度和平行层理方向渗透率得到大幅改善,当温度达到550℃时,相较于原始样品,孔隙度提升超过5倍,平行层理方向渗透率提升超过24倍.研究认为:300℃为长73亚段页岩原位加热过程中孔隙结构及物性显著改善的阈值温度,超过该温度后孔隙-裂缝网络开始形成;在315~350℃区间,大部分干酪根已经完成转化生成油气且孔渗性能得到极大改善,该区间可以作为长73亚段页岩原位转化的加热温度窗口.研究成果为鄂尔多斯盆地原位转化现场试验的开展提供了参考.

采样是岩土工程勘察、地质灾害治理及地基基础检测过程中不可或缺的关键环节.然而,土体试样在采集过程中难以避免的扰动效应,一直是制约测试精度与成果可靠性的重要因素.本文基于文献综述与工程实例跟踪分析,综合评估了原位环刀采样器在减少样品扰动方面的适应性与优势.研究结果表明,该技术能够在不同地质与环境条件下,通过机械或人力方式获取符合Ⅰ级标准的土样,且封装工艺简便,操作效率高,并能在运输阶段有效保护试样,确保室内测试土样等级不发生变化.综上所述,该技术具有取样质量高、可靠性强、适宜性好等特点,对于推动岩土工程和地质灾害防治领域的高质量发展具有积极意义.

以昌景黄铁路联络线邻近营业线桩基工程为研究对象,采用现场原位监测与数值模拟相结合的方法,分析桩基成孔、混凝土浇筑、混凝土硬化三阶段桩周土体位移变化特征,重点研究桩径、桩长及施工顺序对桩周土体位移的影响规律.结合工程地质条件,选取 HSS 本构模型并完成参数标定,建立三维有限元模型.研究表明:桩基成孔阶段对土体位移影响最为显著,位移峰值出现在粉质黏土层;桩径越大,桩周土体水平位移与沉降越大;常用桩长范围内桩长对土体位移影响不明显;在本工程桩基布置、地层及施工工况条件下,S 形、U 形、间隔跳桩三种施工顺序引发的桩周土体位移差异较小.结合工况特征分析了该现象成因,研究成果可为邻近铁路营业线桩基施工安全控制提供参考.

针对我国大量存量水库大坝因建设年代久远、长期运行侵蚀,面临结构缺陷与渗流安全隐患,传统经验化加固方案存在精准性不足、经济性欠佳等问题,以某水库为研究对象,首先采用地质雷达、渗压监测等原位测试技术,系统识别坝体空洞、裂缝等结构缺陷及坝基③层粉砂的渗流风险;随后基于测试结果,对防渗墙、灌浆、土工膜铺设及排水棱体等核心加固措施的参数进行靶向优化;最后通过渗压监测、位移监测、渗水观测及GPR复测等多维度手段验证加固效果.结果表明,优化方案实施后,坝体渗压水头降幅超 60%,坝顶沉降发展速率大幅放缓,残余变形显著降低,竖向沉降与水平位移均满足规范限值,且工程总成本降低12.5%.

针对深厚覆盖层动力特性参数确定技术难题,基于现场原位测试结果,联合室内试验研究,考虑土层原位结构性效应影响,构建了室内外联合确定深厚覆盖层动力特性参数的方法.利用原位测试结果,基于标贯击数等原位测试指标与土体上覆有效应力间的关系,建立了依据原位测试结果确定覆盖层砂土原位相对密度方法.在原位测试结果的基础上,基于原位测试指标和土体赋存条件相关关系,建立了基于原位测试和室内试验结果的深厚覆盖层土体动力特性参数确定方法.研究表明,由原位测试和室内试验结果联合确定的覆盖层土体动力特性参数明显高于单纯室内重塑样试验结果,反映出原位结构性效应对土体动力特性有显著影响.研究结果为考虑深厚覆盖层原位结构性效应影响确定土体动力特性参数提供了可行的技术路径和实操范式,可为强震区深厚覆盖层上工程结构抗震设计提供基础依据.

软土地区卵砾石地层常以透镜体状零星散布于软土中,传统钻探手段难以精确查明其空间展布特征.为此,本文以某城市主干路勘察工程为例,采用钻探、原位测试、物探及室内试验相结合的综合勘察技术,系统查明场地内卵石透镜体的分布规律及工程力学特性.结果表明:物探成果有效弥补了钻孔把控不足的缺陷,揭示了钻孔间存在的厚度骤变带与尖灭点;重型动力触探击数离散性显著,据此可划分不同密实度分区,为地基差异化设计提供定量依据;卵石层强透水性及其与上覆软土构成的二元水文结构,对软土固结速率及施工降水影响显著.钻探与微动物探联合解译技术在本类复杂地层中适用性良好,勘察成果可有效支撑基础选型、差异沉降控制及水文风险评价,本文可为类似软土—卵砾石互层地区市政道路勘察设计提供参考.

针对浅层地基低频动刚度及其频变特征原位测试需求,本文建立了可控震源连续扫频与垂向速度导纳相结合的识别方法.在人工压实地基与原状土地基上开展 10~110 Hz 竖向扫频试验,由重锤及激振板加速度反算激振力,并在 20 Hz 以下频段由导纳换算动刚度.对两类地基分别进行三次重复及 10、20、40、60 Hz 起始扫频试验,在扫描频率范围内导纳曲线吻合良好,并获取了两类地基随振动频率在 10~20 Hz 频段内的动刚度数值变化,两类地基动刚度均随频率升高而降低,压实地基变化幅度更大.该方法可获取低频振动条件下地基等效动刚度,用于不同处理状态下地基的动力对比评价,同时为小应变条件下的地基动力参数评估提供了一种现场测试技术路径.

中国已选定高压实高庙子(GMZ)膨润土作为深地质处置库的缓冲/回填材料,其主要矿物成分蒙脱石的晶体化学特性是影响膨润土工程屏障性能发挥的关键因素.借助X射线衍射(XRD)和X射线荧光光谱(XRF)分析,确定了GMZ膨润土中蒙脱石的层间电荷量为0.98 e-/单位晶胞,属于Cheto型蒙脱石.同时,采用非原位湿度控制实现不同相对湿度蒙脱石晶层的掠入射X射线衍射(GIXRD)测试,揭示了相对湿度为12％～100％时蒙脱石层间距由12.6 Å扩展至18.7 Å的演化规律.进一步,结合高斯分峰拟合定量解析,发现蒙脱石水化过程受自身结构和化学组分异质性影响多处于非均匀水化状态;对比不同类型膨润土内蒙脱石的晶层膨胀特性,表明层间电荷量和可交换阳离子类型是导致晶体膨胀差异的重要因素,但高相对湿度和二价阳离子的存在会削弱作用效果.结果不仅深化了对GMZ膨润土中蒙脱石晶层膨胀行为的理解,也为未来阐明膨润土宏-微观水力学性质关联机制提供了理论依据.

[目的]为了解决深厚软土场地地铁深基坑工程地质条件难以查明、软土工程特性难以精准表征等技术难题.[方法]以苏州地铁 S1 线时代大厦站为背景,采用钻探取土、室内试验、原位测试(静力触探、十字板剪切、标准贯入、旁压试验)及水文试验相结合的综合勘察方法.在实施过程中,通过钻探获取全断面岩芯并采用薄壁取土器减少取样扰动,利用十字板剪切试验原位测定软土不排水抗剪强度,通过静力触探与标准贯入试验辅助地层划分及参数估算,并结合室内试验开展物理力学与水理特性分析,同时进行抽水试验获取承压含水层水文地质参数.[结果]场区内淤泥质软土天然含水率为44.9％、孔隙比为1.265、压缩模量为2.27 MPa,属高压缩性土;十字板剪切试验测得灵敏度St=3.83,属中等灵敏软土;三轴 UU 试验内摩擦角趋近0°,表明不排水剪切强度极低;高压固结试验确定先期固结压力 Pc=157.28 kPa,超固结比 OCR=1.1～1.3,处于正常固结至轻微超固结状态.[结论]十字板剪切试验是获取软土原位不排水抗剪强度最可靠的方法,静力触探与标准贯入试验适用于辅助分层及参数初步估算,综合勘察方法能够有效揭示深厚软土场地工程地质特性,研究成果可为同类软土地区地铁深基坑勘察与设计提供参考.