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陆域蒸散发及资源环境效应
基于蒸渗仪和解析法估算毛乌素沙地潜水蒸发量
王文科, 尹红美, 黄金廷, 李俊亭
2021, 48(4): 1-6.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202012027
摘要(3) HTML(1) PDF (719KB)(11)
摘要:
地下水蒸发是旱区地下水均衡计算中重要的排泄项之一。由于包气带水分运移高度非线性且大气—地表界面动力学过程复杂,估算潜水蒸发量一直是地下水资源评价的难题之一。利用内蒙古乌审旗河南乡均衡试验场E601型蒸渗仪,建立了毛乌素沙地水面蒸发及4种典型岩性(风化砂岩K1、萨拉乌苏组砂Qpal+l、砂质壤土Qhl、风积沙Qheol)的饱和土蒸发原位试验,结合长期观测获取的大量数据,开展了地下水蒸发与水面蒸发、埋深的关系和地下水蒸发量计算方法研究。结果表明:(1)4种典型岩性(风化砂岩、萨拉乌苏组砂、砂质壤土、风积沙)饱和蒸发量与水面蒸发量比值分别为0.60,0.77,0.47,0.88,表明不同岩性的饱和裸土的蒸发强度不等于自由水面的蒸发强度;实际计算裸土蒸发强度时,不能以自由水面蒸发强度作为参考点,如果运用,必须校正。(2)利用蒸渗仪观测数据和土壤水运动方程稳态解析解,获得4种典型岩性(风化砂岩、萨拉乌苏组砂、砂质壤土、风积沙)潜水稳定蒸发计算的关键经验系数c,分别为628932.63,165058.71,48948.21,1525104.031 m−2。(3)利用稳定蒸发公式确定鄂尔多斯盆地风沙滩区四种典型包气带岩性(风化砂岩、萨拉乌苏组砂、砂质壤土、风积沙)潜水极限蒸发深度约为60 cm,结果得到了室内非稳态蒸发试验的佐证,为研究区水资源评价提供了重要的参数依据。
半干旱地区地表-地下水系统水热运移与裸土蒸发研究
马稚桐, 王文科, 赵明, 黄金廷, 卢艳莹, 侯昕悦, 王一
2021, 48(4): 7-14.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202012026
摘要(2) HTML(0) PDF (8833KB)(10)
摘要:
地表-地下水系统水、热迁移转化与裸土蒸发机理研究对于水量平衡以及地表能量转化具有重要意义。以鄂尔多斯盆地风沙滩地区为研究区,基于原位蒸渗仪长期观测,结合数值模拟,选择2种地下水位初始埋深分别为80 cm(浅埋深)和290 cm(深埋深)的情景,研究了变饱和带水热迁移转化的动力学过程以及对裸土蒸发的影响。结果表明:变饱和带土壤水的运动规律受水头梯度和温度梯度的共同驱动,且在不同水位埋深条件下呈现不同的运动方式;浅埋深条件下,受水头梯度的作用,土壤的毛细上升高度能够到达地表,蒸发条件下土壤水在毛细力驱动下向上运移,土壤内部不存在零通量面,温度对水分运动的影响较小,发现当地下水位埋深小于毛细上升高度时,地下水在毛细力作用下直接贡献土壤蒸发;深埋深条件下,水头和温度是土壤水运动过程的关键因素,位于地表以下18 cm以浅土壤内部出现孤立的零通量面,阻止了土壤水的向上运移,导致蒸发量减小。当地下水位埋深大于毛细上升高度的1.6倍时,地下水不再直接参与土壤蒸发,但会间接地影响包气带的水分转化;因此模拟期间浅埋深的裸土累积蒸发量约为深埋深累积蒸发量的4倍。
地下水埋深对淮北平原冬小麦耗水量影响试验研究
顾南, 张建云, 刘翠善, 王振龙, 王国庆
2021, 48(4): 15-24.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202011053
摘要(2) HTML(0) PDF (3383KB)(10)
摘要:
研究地下水埋深对淮北平原冬小麦耗水量的影响,对浅埋区农业水管理具有重要意义。基于2017—2020年五道沟水文水资源实验站大型称重式蒸渗仪群,模拟不同地下水埋深下冬小麦蒸散发变化过程,以蒸散量表征小麦耗水的变化,识别影响小麦耗水的关键环境因子,探索不同情景小麦耗水特征。全生育期内各地下水埋深0.5,1.0,2.0,3.0 m下小麦蒸散量依次为510.50,499.33,567.88,727.88 mm,各埋深下表层10 cm处土壤含水率与蒸散量相关系数依次为−0.42,−0.69,−0.53,−0.43;依据太阳辐射量划分3类典型日,典型日内蒸散强度为:强辐射日约0.30 mm/h、弱辐射日约0.07 mm/h、微弱辐射日约0.03 mm/h;蒸散峰历时依次为:5:00—20:00、7:00—17:00和9:00—17:00;太阳辐射强时,地下水埋深对蒸散强度峰值出现的时间影响较小,而太阳辐射过弱时,地下水埋深大会阻滞能量传输,蒸散强度峰值滞后;表层土壤水是蒸散发的主要来源,尤其在1.0,2.0 m埋深下表层土壤水对蒸散发贡献率更高;太阳辐射、净辐射和土壤热通量正向驱动小麦耗水,表层土壤水分、平均气温和空气湿度反向驱动。
水文地质与水资源
井内嵌入同轴多孔与固体圆柱地下水渗流流型分析
朱琳, 雷海燕, 马非, 戴传山
2021, 48(4): 25-31.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202007045
摘要(1) HTML(0) PDF (1178KB)(10)
摘要:
对二维无限大多孔介质内单向均匀水平流垂直绕过“固体小圆柱-多孔介质环-水环-多孔介质”复杂四层结构下的流场进行了解析求解。内、外多孔介质区域均采用Brinkman模型,纯流体水环采用Stokes模型,通过耦合界面间的质量、动量守恒关系得到了各区域流函数的通用表达式。在此基础上分析了不同几何参数,不同内、外多孔介质渗透系数情况下,圆柱外绕流的流型变化;着重研究了水环间隙以及内、外多孔介质渗透系数的变化对流型及横向、纵向速度分布的影响。结果表明:外部多孔区流型主要受控于外部渗透系数;水环间隙宽度对水环内速度峰值影响较大;内部渗透系数增加到某一临界值情况下,横截面速度分布从阶梯形变为抛物形,即“穿透”现象。研究结果对有类似结构的地埋管换热器、地下水污染物吸收装置、地下水测速装置等的设计研发有理论指导意义。
水力屏障和截渗墙在海水入侵防治中的数值模拟研究
吕盼盼, 宋健, 吴剑锋, 吴吉春
2021, 48(4): 32-40.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202007068
摘要(1) HTML(0) PDF (1170KB)(13)
摘要:
基于SEAWAT-2000程序构建室内二维砂箱试验中咸水入侵数值模型,利用该模型分析了针对不同补给井井位、补给井流量、截渗墙位置及贯穿深度等多种情景下的咸淡水界面运移规律。二维砂箱实验模拟结果表明,当注水井位于盐水楔前锋附近,距咸水边界40 cm、砂箱顶部边界5 cm处时,注水井工程措施能达到最佳海水入侵驱退效果,回退系数达21.5%。当截渗墙布设于距咸水边界10 cm处,贯穿深度为35 cm时,截渗墙工程措施能达到最佳海水入侵驱退效果,回退系数达81.1%。在此基础上,结合实际场地条件,构建山东龙口地区滨海含水层中某典型二维剖面的海水入侵数值模型,探讨了不同截渗墙布设情景模式下海水入侵状况。模拟结果表明,当截渗墙布设于距海岸线600 m处,贯穿深度为18 m时,截渗墙工程措施达到最佳海水入侵驱退效果,回退系数达28.4%。研究结果揭示了补给井井位、补给井流量、截渗墙位置及贯穿深度等因素对咸淡水界面运移规律的影响,可为场地条件下滨海含水层海水入侵防治中的工程管理措施优化提供参考依据。
渗流作用下黄土含水率变化特征及对隧道工程的影响
张晓宇, 毕焕军, 曹峰, 夏万云
2021, 48(4): 41-47.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202004074
摘要(1) HTML(0) PDF (4087KB)(11)
摘要:
富水黄土隧道施工开挖后含水率增加对隧道工程施工影响较大,前人建立了多种以黄土含水率为指标的工程措施判别标准,但对于黄土含水率的变化原因及时空变化特征缺乏系统研究。银西高铁驿马一号隧道不同工况下含水率的变化特征表明,自然渗流状态下隧道洞身黄土含水率平均为25.9%,局部为软塑;施工排水阶段受渗涌水影响,黄土含水率平均上升到31.3%,下拱腰上升到32.2%,引起了隧底软化、掌子面滑塌失稳、围岩稳定性变差等问题;采取地表降水后,黄土含水率下降为25.4%,改善了黄土的物理性质,确保了隧道施工安全与进度;水位恢复后,黄土含水率平均上升到29.4%,拱顶与上拱腰变化较小,下拱腰达到了37.2%。研究认为地下水渗流变化将使得隧道洞身黄土含水率变幅达15%~33%,通过控制地下水渗流作用可以达到隧道安全施工的目的。
白洋淀湖岸带地表水与地下水垂向交换研究
李刚, 马佰衡, 周仰效, 赵凯, 尤冰, 李木子, 董会军, 李海涛
2021, 48(4): 48-54.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202008004
摘要(2) HTML(1) PDF (1963KB)(14)
摘要:
地表水与地下水相互转化关系一直是水文地质研究的热点问题。以往研究更多关注河流的河岸带,但对于相对静止水体——湖泊的湖岸带研究相对偏少。选择白洋淀湖岸带作为研究对象,在周边湖岸带系统部署水位、水温监测系统,采用温度示踪法,开展白洋淀湖岸带区域的地表水与地下水垂向交换量化研究。同时,结合达西定律,间接反演获取垂向渗透系数,系统总结出一套联合利用温度示踪法和达西定律定量研究湿地垂向水交换的方法。结果表明,白洋淀湖岸带以地表水渗漏补给地下水为主,其垂向交换流速可达0.2~1.1 cm/d,沉积岩性主要为粉质黏土、粉土及粉细砂,垂向渗透系数为0.038~0.912 m/d。研究结果可为制定白洋淀湿地补水方案和生态环境保护措施提供基础数据支撑。
工程地质与地质灾害
双排抗滑桩加固滑坡的前桩后侧推力算法
闫玉平, 肖世国
2021, 48(4): 55-63.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202009063
摘要(0) HTML(0) PDF (1088KB)(10)
摘要:
为了在求解双排全长桩和后排沉埋-前排全长桩中前桩后侧坡体推力的同时也可得到其分布模式,以便更合理确定前排桩受力特征,针对双排桩加固的基岩-覆盖层式滑坡,采用斜条分法将排间滑体分割成若干斜向平行滑面的土条;对所形成的在不同深度位置的4类典型土条,根据静力平衡条件,推导了其作用于前桩受荷段后侧的推力计算公式,进而可确定出前排桩受荷段后侧坡体推力分布模式及其合力。实例分析表明,本文方法所确定的前桩后侧坡体推力呈不规则抛物线形分布,其峰值点接近于滑面;后排桩沉埋模式时前桩后侧坡体推力比后排桩全长模式时的值小8.6%~10.6%;本文方法比传递系数法的计算值偏大10.6%~13.4%,且相对更接近于FLAC3D模拟结果。
基于主应力旋转的黏性填土挡墙土压力
王恒利, 邹正盛, 刘京敏, 王新宇
2021, 48(4): 64-71.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202011011
摘要(1) HTML(0) PDF (1076KB)(11)
摘要:
填土水平墙背竖直光滑的挡墙,墙后土体处于以自重应力和水平应力为主应力的应力状态。实际工程中,挡墙背面与土体存在一定的摩擦及黏结力作用致使挡墙附近土体中的主应力发生偏转,此时,经典朗肯土压力理论不再适用。本文对挡墙附近土中的主应力状态进行旋转处理,通过分析墙后填土中应力状态摩尔圆,得到了考虑墙土摩擦和黏结力作用的黏性填土挡墙主被动土压力计算公式,分析了填土内摩擦角与墙土摩擦角对土压力的影响,使用算例将本文方法所得结果与现有黏性土土压力计算方法所得结果进行了对比分析。结果表明,朗肯土压力公式是本文所得计算公式的特例;随着墙土摩擦角和内摩擦角的增加,被动土压力逐渐加快增大;主动土压力随着内摩擦角的增加而减小;当内摩擦角较小时,主动土压力随着墙土摩擦角的增大不断减小,当内摩擦角较大时,主动土压力随着墙土摩擦角的增大先减小后增大;土内摩擦角的影响大于墙土摩擦的影响;相对于现有方法计算结果,本文方法所得主动土压力较大,被动土压力较小,墙土摩擦越大,2种方法所得结果的差值越大,土黏聚力还会加大这一差值。本文方法考虑了墙背土体主应力方向偏转的客观事实,所得计算结果将更符合实际情况。
无黏性土的压缩特性及模型
马露
2021, 48(4): 72-77.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202010014
摘要(0) HTML(0) PDF (1370KB)(9)
摘要:
我国南海神狐海域海底沉积物主要由钙质砂与无黏性土组成,其力学性质对海洋工程的稳定性具有显著影响。无黏性土的压缩特性是研究其力学性能的重要内容之一,为分析不同荷载作用下土样的压缩特性,利用高压三轴仪试验系统,开展了不同砂含量及不同初始孔隙比下无黏性土样的等向压缩试验。试验结果表明:在试验采用的高有效应力下,无黏性土具有显著的过渡土性质,初始组构难以被改变;随多孔易碎钙质砂含量的增加,土样可压缩性和压缩曲线的收敛度均增加,钙质砂的破碎显著改变了初始组构。提出可以描述含砂无黏性土压缩特性的数学模型,所含参数物理意义明确且易于确定。与不同砂土压缩试验数据对比发现,该模型对其他种类土同样具有较好的拟合度,验证了本模型的广泛适用性。与已有压缩模型的对比,验证了本模型的实用性,为无黏性土应力-应变关系的理论研究提供基础。
高岭土电渗固结特性及数值模拟研究
沈美兰, 周太全, 李吴刚
2021, 48(4): 78-85.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202010026
摘要(0) HTML(0) PDF (1339KB)(9)
摘要:
电渗固结是促进低渗透性软土排水固结的有效方法。为了揭示不同电势梯度影响高岭土电渗固结的基本规律,在自制电渗试验装置上对高岭土进行电渗试验。试验过程中测量电流、排水量、沉降量以及有效电压随时间的变化,并进行单位排水能耗分析。基于电渗固结多场耦合控制方程,实现土体电渗固结全耦合分析的有限元数值方法,计算结果与解析解吻合良好,验证了程序的有效性。为预测不同电势梯度下土体沉降量随时间的变化关系,分别对0.5,1.0,1.5 V/cm 3种电势梯度电渗固结试验进行数值模拟分析,获得模型表面沉降量分布、阳极超静孔隙水压力时空发展规律、阳极位置固结度等曲线,计算结果和试验结果吻合良好,可为实际电渗试验提供理论指导。
预制裂隙岩样宏细观力学行为颗粒流数值模拟
王星辰, 王志亮, 黄佑鹏, 贾帅龙
2021, 48(4): 86-92.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202010044
摘要(0) HTML(0) PDF (1258KB)(9)
摘要:
为了研究双轴压缩下预制裂隙岩样宏细观力学行为及裂纹扩展模式,采用颗粒流程序(PFC)先分析平行粘结模型细观参数对宏观参数的影响,接着结合完整花岗岩常规三轴压缩试验结果对其细观参数进行标定,最后借助该组参数模拟有围压下预制裂隙(上裂隙①和下裂隙②)岩样的力学特性。研究表明:基于PFC程序和标定的参数能较好地模拟完整岩样的破坏情况;随着围压增大,双裂隙岩样的峰值强度和弹性模量均增大,且裂隙②与水平向夹角α2为90°时,两者均达到最大值;不同的α2下,各岩样的裂纹演化均经过裂纹萌生、发展和稳定等3个阶段;随着围压的降低和轴向应力的增大,颗粒间的力链破坏情况愈严重。由于拉伸力链的集中和分布不同,水平裂隙长度方向上的裂纹沿着轴向扩展,且两裂隙的贯通呈现不同方式。
天津滨海新区新近沉积土确定及其工程特性研究
王辉, 赵志峰, 温伟光, 刘晓磊
2021, 48(4): 93-100.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202011007
摘要(0) HTML(0) PDF (3019KB)(10)
摘要:
基于古海岸线及测年试验分析,对滨海新区上部陆相沉积土的形成年代进行研究,确定了该区新近沉积土的划分原则,并根据成因类型及沉积环境,进一步划分了新近沉积土的类别;根据土层厚度及底板埋深,查清了滨海新区新近沉积土的发育分布规律,并分析评价了该类土的工程特性。结果表明:滨海新区上部陆相沉积土形成年代小于4 000年,应将其划归为新近沉积土,与原新近沉积土共同组成该区新近沉积层;新划分原则下新近沉积土可分为洪泛新近沉积土、古河道新近沉积土及上部陆相新近沉积土三类,其厚度一般在1~2 m,底板埋深一般在3~4 m,工程性质较差,表现为较高含水量、较大孔隙比、较低抗剪强度、较高压缩性,地基承载力普遍在100 kPa左右。
云母影响水泥软黏土强度的试验研究
张亚玲, 赵晓彦, 严群
2021, 48(4): 101-108.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202011048
摘要(0) HTML(0) PDF (1108KB)(8)
摘要:
软黏土具有压缩性强、承载能力低的特点,实际工程中多用水泥作为固化剂对软黏土进行加固。云母是软黏土中较为常见的一种片状矿物,其含量和颗粒大小会影响水泥加固后的软黏土即水泥软黏土的强度。通过无侧限抗压强度试验和直接剪切试验研究云母含量及目数对水泥软黏土抗压强度及抗剪强度的影响,提出了云母含量、目数与水泥软黏土抗压强度、抗剪强度指标值之间的关系。试验中云母目数设定为10,20,40,80目共4个梯度,云母含量设定为0%、8%、16%、24%、32%共5个梯度。试验结果表明,云母含量的增加以及云母目数的减小会导致水泥软黏土无侧限抗压强度和抗剪强度的降低,且其对无侧限抗压强度的不利影响更为显著。含10目32%云母的水泥软黏土的强度减少量最大,此时无侧限抗压强度为0.33 MPa,是不含云母水泥软黏土的25.5%;黏聚力为76.5 kPa,比不含云母时减少了12.24 kPa;内摩擦角由不含云母时的23.71°降低至21.77°。云母自身的片状形态及其对水泥水解水化作用、离子交换作用的阻碍是造成水泥软黏土强度降低的主要原因。
冻融循环作用下黄土无侧限抗压强度和微观规律的试验研究
刘乐青, 张吾渝, 张丙印, 谷遇溪, 解邦龙
2021, 48(4): 109-115.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202009064
摘要(2) HTML(1) PDF (4091KB)(9)
摘要:
青海地处多年冻土地区,属于青藏高原大陆性气候带,冻融循环是路基和地基基础的一种常见破坏因素,为研究冻融循环作用对青海地区实际工程的影响,揭示冻融循环作用对其损害的机理,通过对青海西宁地区原状黄土和重塑黄土进行冻融循环试验、无侧限抗压强度试验和电镜扫描试验,分析不同冻融温度和不同冻融循环次数对原状黄土、重塑黄土无侧限抗压强度和微观结构的影响。结果表明:当黄土经历0~6次冻融循环时,原状黄土和重塑黄土的强度逐渐降低,而8~10次冻融循环后其强度先增大后趋于稳定;原状黄土的强度随冻融温度降低而降低,而重塑黄土的强度随冻融温度降低先增大后减小;从微观角度分析,冻融温度的降低和冻融循环次数的增加,均导致黄土大颗粒逐渐分解为小颗粒,颗粒的排列方式发生改变。
国家天文台500米口径球面射电望远镜台址球冠型边坡稳定性分析
陈德茂, 沈志平, 姜鹏, 付君宜, 刘慧
2021, 48(4): 116-123.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202012006
摘要(1) HTML(2) PDF (2129KB)(10)
摘要:
中国科学院国家天文台500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope, FAST)台址位于岩溶洼地内,开挖完成后的洼地边坡外形接近球冠型边坡,属于轴对称圆形凹坡,坡体由胶结的土石混合体和石灰岩组成,局部稳定性良好,整体稳定性有待评价。目前边坡整体稳定性评价通常采用基于平面应变假定的极限平衡法,由于未考虑边坡外形,该方法用于轴对称圆形凹坡稳定性的评价结果有偏差。为消除上述偏差,将轴对称圆形凹坡滑体划分为多个环形条块,考虑环形条块轴力的抗滑作用,提出了针对轴对称圆形凹坡的极限平衡法改进方法;并采用数值分析方法对改进后的简化Bishop法进行验证,结果表明改进后的简化Bishop法安全系数计算结果较未改进方法略有提高,与数值分析法结果基本一致。同时给出轴对称圆形凸坡的安全系数计算公式,计算结果表明圆形凸坡稳定性与直线形边坡较为接近。上述两种计算方法为类似外形的边坡稳定性评价提供了新的途径。
基于地面三维激光扫描的三峡库区危岩体监测
褚宏亮, 邢顾莲, 李昆仲, 王国利, 段奇三
2021, 48(4): 124-132.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202008015
摘要(0) HTML(0) PDF (1901KB)(9)
摘要:
三峡水库周期性蓄水改变了岸坡内的地下水渗流场和应力场,降低岩土体的剪切强度,对库岸边坡、岩体稳定性影响很大。以往库区岸坡岩体形变监测主要通过设置固定点进行观测,难以发现岩体整体变化情况。地面三维激光扫描方法能获取岩体整体表面厘米精度的点云数据,具有无需接触目标、获取速度快、精度高等特点,非常适合库区高陡危岩体表面三维形变监测。以巫山箭穿洞危岩体为例,采用地面三维激光扫描方法对箭穿洞危岩体进行了为期2年(2017—2018年)共3期监测,以第一期观测目标周围稳定岩体数据为基准,对数据进行重叠点云迭代配准,点云配准精度优于±2.7 cm。针对箭穿洞危岩体在观测时段内的变化情况,构建危岩体区域的基准不规则三角网模型,以点到基准面最近距离法结合危岩体变化区间分析其变形。通过对比分析箭穿洞危岩体3期观测数据,发现相对于2017年,2018年箭穿洞危岩体左侧岩体有变形趋势;在库区蓄水阶段,危岩体局部多处存在明显凹陷变化,局部因蓄水影响发生约−0.03~−0.07 m变形。结果证明三维激光扫描技术在库岸高陡边坡形变监测中的有效性,为三峡库区高陡危岩体形变监测及地质灾害防治工作提供了参考。
川藏公路102滑坡后缘平台物质特征及其形成机制新思考
杨德宏, 武博强, 黄勇, 陈兴强
2021, 48(4): 133-140.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202006037
摘要(31) HTML(12) PDF (1107KB)(148)
摘要:
关于川藏公路102滑坡后缘平台物质特征及其形成机制,已有学者开展了大量研究,许多学者认为102滑坡发育于巨厚层冰碛物和冲洪积物组成的第四系松散堆积平台上,但支撑该结论的依据稍显不足,缺少深孔资料和物探成果等证据,也没有对位于高山深切峡谷区的102滑坡前后缘同时存在面积较大的冰碛台提出过疑问。在收集、整理和分析前人关于102滑坡研究成果的基础上,通过分析综合工程物探和102隧道勘察、施工期间的成果资料,对比帕隆藏布主沟内邻近且类似平台上获取的钻探资料,并与典型冰碛物的特征进行对比分析,认为该滑坡后缘平台物质主要为冰碛物的可能性较小;提出了该平台的物质组成为坡积物+冲洪积物+破碎岩质古滑坡体的观点;而古滑坡体前缘斜坡在地下水、降水、帕隆藏布冲刷以及川藏公路修建等因素的影响下,其稳定性逐渐降低,后期在自身重力、爆破振动、机械振动、地震等因素的作用下,古滑坡被诱发复活,即102滑坡形成。通过进一步研究102滑坡后缘平台物质特征及其形成机制,能够更好地认识藏东南地区的地质历史,对藏东南地区同类型滑坡的研究和防治工作具有参考意义。
基于离心机和数值模拟的软硬互层反倾层状岩质边坡变形特征分析
李彦奇, 黄达, 孟秋杰
2021, 48(4): 141-150.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202007062
摘要(1) HTML(0) PDF (4029KB)(10)
摘要:
我国西部山区建设揭露了众多大型弯曲倾倒变形体,它们多具有软硬互层结构。为进一步探明软硬互层反倾岩质边坡的变形破坏规律,本研究融合大型土工离心机试验与自开发的可以综合考虑节理面拉剪和压剪破坏的Hoek-Brown与Mohr-Coulomb联合强度准则,对此类边坡进行试验与数值模拟分析。首先,结合监测点位移和应力曲线对边坡的变形破坏过程进行详述并验证了所提出的强度准则及所建立的数值模型的正确性;然后,基于此数值模型研究不同几何因素对此类边坡倾倒破坏特征的影响。结果表明:(1)节理单元采用Hoek-Brown与Mohr-Coulomb联合强度准则可以较准确地模拟软硬互层反倾边坡的层间错动以及岩层弯折;(2)此类坡体倾倒变形破坏全过程为:层间先出现相互错动,然后边坡自坡脚部位开始出现弯曲变形,随后坡体后缘出现拉张裂缝,与此同时边坡整体向临空面弯曲倾倒,最终形成2个或3个破坏面;(3)随着岩层倾角的增大,边坡一级破坏面逐渐向坡体深处发展;(4)随着硬/软岩层厚比的减小,坡顶竖向位移变小,且坡体滑动的整体性逐渐增强;(5)随着软/硬岩层厚比的增加,坡体破坏面逐渐由粗糙的“锯齿状”向平滑的“圆弧状”过渡。
基于数字图像处理的颗粒流厚度动态提取方法研究
吴越, 李坤, 程谦恭, 王玉峰, 龙艳梅, 姜润昱, 宋章, 刘毅
2021, 48(4): 151-159.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202007031
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摘要:
颗粒流厚度及其演化趋势是碎屑流物理模型试验中重点关注的要素。目前试验中颗粒流厚度的监测主要有传感器监测、机械原件测量、人工测读等方法。随着计算机跨学科的应用及计算机数字图像处理技术的成熟,越来越多的数字图像处理技术被应用于工程地质领域。以颗粒流斜槽试验为依托,基于自适应中值滤波、图像二值化、图像腐蚀及种子填充等数字图像处理方法,对高速相机所采集的颗粒流图像序列进行处理分析并编制了相关程序,实现了连续提取颗粒流运动过程中的厚度值。分析结果表明:基于数字图像处理方法提取的颗粒流厚度在颗粒流主体区段与实测厚度值相吻合,在颗粒流尾部由于颗粒离散会存在一定的偏差,主要是由于部分三维空间中的颗粒在二维图像中呈现出重叠的形式,造成颗粒连续的假象。总体而言,通过该方法获取的颗粒流厚度值在一定条件下具有较高的精度,相比于其他方法具有效率高、获取参数多、采样频率高、扰动低等优势,可作为颗粒流试验中流态参数动态获取的常规方法之一。
基于遗传算法-支持向量机的滑坡渗透系数反演
胡鹏, 文章, 胡新丽, 张玉明
2021, 48(4): 160-168.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202007039
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摘要:
求解库岸边坡岩土体的渗透系数是研究滑坡渗流场及多场演化的基础,一般通过原位试验和室内试验求得,但试验成本较高且试验位置具有一定的随机性。本文以三峡库区马家沟滑坡为例,提出一种利用地下水位动态观测资料反演滑坡岩土层渗透系数的方法。具体步骤为:(1)依据滑坡的勘察资料和水位观测数据,构建滑坡数值模型;(2)利用SPSS生成不同渗透系数正交试验组合,并将渗透系数代入数值模型中计算监测井的水位,得到不同渗透系数及其对应的模拟水位数据;(3)应用遗传算法优化的支持向量机构建坡体模拟水位与渗透系数的非线性映射关系,再通过代入实际动态监测水位值求得滑坡岩土层的渗透系数;(4)将求得的渗透系数代入数值模型,用计算的模拟水位与实际观测水位进行对比验证。研究结果表明:遗传算法优化的支持向量机具有良好的学习预测效果,能准确预测渗透系数与水位的关系。该反演方法具有高效、准确的优点,反演结果的精度满足实际应用需要。
基于斜率模型的突发型黄土滑坡失稳时间预测
方汕澳, 许强, 修德皓, 赵宽耀, 李志刚, 蒲枫
2021, 48(4): 169-179.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202009012
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摘要:
突发型黄土滑坡灾前变形量小,加速阶段历时短,预警预报难度大。为探究该类滑坡失稳时间预测的新途径,降低滑坡造成的经济损失和人员伤亡,以2019年甘肃黑方台地区发生的4起滑坡为研究对象,基于改进的切线角模型确定滑坡变形阶段,提出以改进切线角为指标的简化累计计算方法;采用斜率模型(SLO模型)从滑坡各变形阶段起算进行失稳时间预测,从速度倒数变化趋势、滑坡成灾模式等方面分析预测结果差异。研究发现:(1)斜率模型在突发型黄土滑坡失稳时间预测方面具有一定的可行性,从80°切线角起算得到的预测精度最高;(2)以切线角为划分指标进行简化累计计算能降低数据波动对预测结果的影响,反映预测寿命变化趋势,提高预测精度;(3)速度倒数变化趋势呈“凹”型时提前预测概率大,速度倒数变化趋势呈“凸”型时滞后预测概率大,速度倒数变化趋势呈线性时模型预测精度较高;(4)该模型在黄土滑移崩塌型滑坡中的预测效果要优于静态液化型滑坡。
环境地质与生态地质
非饱和带二氧化碳入侵对表生植物及土壤的影响
潘颖, 赵晓红, 王文科, 邓红章, 韩枫, 罗平平, 杨雨萌, 张徽
2021, 48(4): 180-189.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202102023
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摘要:
非饱和带属于地球关键带,与人类生存环境及安全健康关系密切,而CO2对生态环境及全球气候变化的影响至关重要。为了探索高浓度CO2入侵非饱和带对生态环境可能带来的风险,基于长安大学水与环境原位试验场CO2试验平台,向种植有5种典型植物(黑麦草、小麦、玉米、豌豆和苋菜)的土壤中长期注入浓度为5%、10%和15%的CO2气体,评估CO2入侵对植物和土壤的潜在影响。对表生植物及土壤样品(深度为20~30 cm)的理化性质分析表明:高浓度CO2明显抑制了植物的生长,会导致植株高度、叶片数和果实重量下降;土壤矿相和理化性质也有微小变化,表现为土壤pH值的变化以及氮、有效钾、有效磷等的减少。通过分析植物的光合作用、渗透调节作用以及抗氧化系统的变化,不同的植物对CO2胁迫表现出不同且复杂的响应,总体上C3单子叶植物黑麦草和C4单子叶植物玉米显示出比其他植物更高的敏感性,表明它们有潜力作为评估CO2生态影响的指示植物。
观点讨论
既地下水采补平衡又冬小麦稳产的探讨
张雪靓, 任理
2021, 48(4): 190-198.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.2020105003
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摘要:
河北省太行山山前平原浅层地下水位持续下降,问题十分突出,然而,该区域又是我国优质冬小麦的重要产区。能否实现在浅层地下水采补平衡的同时做到冬小麦稳产,是该区域水资源保护和农业生产管理工作中亟待回答的重要问题。基于分布式水文模型的模拟结果表明:在该区域若要实现地下水位止降回升这一压采目标,仅利用浅层地下水进行灌溉,冬小麦的产量会减少40%以上。考虑到南水北调中线工程的引水线路自南向北贯穿河北省太行山山前平原,建议在冬小麦关键需水期的灌溉中采用“一水用浅层地下水另一水用南水北调水”的“修改的春浇两水”模式。基于模拟结果的估算表明:在这种限水灌溉模式下有望实现浅层地下水采补基本平衡且冬小麦基本稳产。值得注意的是,这种“修改的春浇两水”模式,需要南水北调中线引水工程每年提供的灌溉水量大约为8.6×108 m3,灌溉成本较纯井灌至少增加562.5~1282.5元/hm2。本研究可为我国最典型的浅层地下水超采区——河北省太行山山前平原探索保产量与节水并举的新路径提供定量化的参考。

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