西安建大土木工程学院特殊土与工程防灾团队研究成果在《iScience》发表

建大新闻网讯    近日，我校土木学院特殊土与工程防灾团队研究“Effect of seepage conditions on the microstructural evolution of loess across north-west China（渗流条件对中国西北地区黄土微观结构演化的影响）”发表于Cell出版集团旗下的第一个综合性期刊《iScience》上，该出版集团旗下另一顶级期刊《Cell》与《Nature》和《Science》齐名。国际期刊《iScience》的学术影响力在110个综合性（Multidisciplinary）期刊中排名18（18/110）。该成果由西安建筑科技大学土木工程学院特殊土与工程防灾团队完成，第一作者为博士研究生王琳，郑文杰教授为论文唯一通讯作者。西安建筑科技大学为该论文的第一完成单位。

我国黄土广泛分布在半干旱和干旱区，具有亚稳态微观结构，富含钙盐和钙质结合物，遇水浸湿后易失陷，受化学污染物渗透后会因为微观结构劣化导致宏观结构力学性能的下降。近年来，尽管黄土的渗透性能演化开始受到关注，但在水和化学环境下黄土渗透性演化的研究却仍然有限。特殊土与工程防灾团队通过阳离子浓度测量、X射线衍射和荧光光谱分析（XRD和XRF）、压汞测试（MIP）和扫描电镜（SEM）等试验分析了黄土在水和硫酸钠渗流下的渗透行为响应。从扩散双层（DDL）理论和物理化学作用等方面分析了渗透演化特征，揭示了渗透演化的机理。

在渗水条件下，Ca²⁺浓度有下降趋势，Mg²⁺浓度有上升趋势，这是去白云石化作用的结果。Na⁺的侵入和黏土的膨胀分散使胶结物的团聚结构转变为分散结构，并在胶结物上形成微孔，但脱白云石化作用下方解石的析出减少了小孔、中孔和大孔组分（如下图）。方解石的析出修饰了黄土的微孔隙，降低了黄土的宏观渗透率。在硫酸钠渗流条件下，Ca²⁺和Mg²⁺浓度的升高主要是白云石化所致。石膏的形成减少了小孔、中孔和大孔占比，但硫酸钠的水解增加了双电层厚度，也称为盐胀现象，从而产生微孔（如下图）。白云化作用对方解石的溶蚀作用改善了黄土的微观孔隙分数，从而提高了黄土的宏观渗透率。

XRD和XRF测试验证了水和硫酸钠渗流作用下黄土的物理化学反应，有助于探索影响黄土渗透性演化的机制。而MIP和SEM测试则主要是为了找出决定宏观渗透率演化的孔隙分数变化。虽目前的工作是基于实验研究和细观分析，但其研究结果突出了水和硫酸钠渗流条件对黄土微观结构演化的影响，揭示了黄土宏观渗透行为的内在影响机理，为世界半干旱和干旱区地区土地退化防治提供了重要的见解。 

文字、图片：土木学院