ISSN 1000-3665 CN 11-2202/P
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随机网络裂隙中DNAPLs运移规律研究
常兴, 骆乾坤, 邓亚平, 马雷, 钱家忠
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202103055
摘要(19) HTML(14) PDF (3818KB)(12)
摘要:
重非水相流体(DNAPLs)在裂隙介质中的运移和分布受多种因素影响,包括DNAPLs本身的物理化学性质、裂隙的几何性质以及泄漏条件等。以往研究多基于单个裂隙,随机网络裂隙中DNAPLs运移规律的研究较少。基于蒙特卡罗方法生成随机网络裂隙,运用像素扫描识别并输出裂隙的坐标和宽度,然后采用PetraSim模拟四氯乙烯(PCE)在随机网络裂隙中的运移,主要探讨裂隙宽度空间变异性和泄漏条件(包括泄漏速率和泄漏位置)对DNAPLs运移规律的影响。数值模拟结果表明裂隙空间变异性的不同,同样影响DNAPLs的运移路径和空间展布。随着网络裂隙中裂隙宽度空间变异性增大,出现优势通道,DNAPLs运移的速率加快,DNAPLs的质心位置和饱和度空间分布发生明显变化;泄漏速率影响DNAPLs的运移范围和空间展布,泄漏速率越高,DNAPLs运移速率越快,模型底部蓄积的DNAPLs的饱和度越大,DNAPLs的空间展布也越大;同一网络裂隙中,泄漏位置的不同,同样会导致DNAPLs的运移路径及分布范围不同,不同的泄漏位置重力方向裂隙空间变异性不同,导致DNAPLs运移路径和空间展布各不相同。结果可丰富裂隙介质中DNAPLs运移机理研究,为裂隙介质中DNAPLs污染修复提供模型参考。
法向应力下土工织物过滤黏土淤堵试验研究
彭善涛, 徐超, 杜春雪, 张鹏程
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202106037
摘要(0) HTML(0) PDF (3517KB)(0)
摘要:
模拟实际工况,采用改进的可以施加竖向荷载的梯度比渗透仪完成了一系列土工织物过滤黏性土的梯度比试验。试验采用上海地区第④层黏性土和短纤针刺无纺土工织物,分别在临界水力梯度(1.0)和水力梯度为2.0下进行,并通过改变竖向荷载来研究土工织物反滤性能随水力梯度和法向应力的变化规律。研究结果表明:水力梯度和法向应力是影响土工织物淤堵特性和滤层透水能力的重要因素。随着竖向荷载的增加,土工织物过滤黏性土的梯度比有所增大,但其稳定时并未发生不容许的淤堵;在特定荷载下,渗透系数随时间减小,而后趋于稳定,稳定后的渗透系数随竖向荷载的增大而减小;水力梯度由1.0增大到2.0,也引起了土工织物-黏性土体系的梯度比增大,透水能力减弱。试验结果较好地反映了实际工况下土工织物滤层的反滤作用,可为类似工程设计提供参考。
中尼铁路佩枯措至吉隆段第四纪断裂活动性与工程选线设计
刘道胜
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202109013
摘要(0) HTML(0) PDF (4543KB)(0)
摘要:
中尼铁路工程场地处于印度板块与欧亚板块陆陆碰撞的构造边界带上,活断层及其工程影响是中尼铁路选线设计面临的关键问题。基于遥感解译、地表观测、探槽揭露和第四纪年代学等多种方法,重点对铁路工程佩枯措—吉隆段的主要第四纪断裂活动性进行了详细研究。结果发现,该段工程主要涉及佩枯措—措勤裂谷南段中共6条活动时代和活动强度存在明显差异的近南北向正断层,其中岗彭庆断裂属于全新世活断层,是影响铁路选线设计的最重要活断层。古地震和断裂滑动速率定量分析表明,该断裂的大地震活动频率相对较低,最近发生的早、晚两次古地震事件分别出现在约11050±30 a BP之前和约4950±30 a BP和 4800±30 a BP之间,复发间隔超过了约6000年,晚更新世晚期以来的平均垂直活动速率应介于0.14~0.31mm/a,据此推断该断裂工程寿命期内如果发生地表错动,其垂直错动幅度约为0.7~1.6m。综合中尼铁路佩枯措—吉隆段的活动断裂及其工程影响评价结果认为,铁路穿越马拉山越岭段时可从经佩枯措南的“隧道直穿”和经穆林措地堑的“北绕”两种不同方案中进行比选,如果采用隧道方式穿越岗彭庆断裂带,应针对可能出现的地表错动风险,在线路设计时给出工程防范措施。同时,在佩枯措—吉隆段的铁路工程设计中还应注意进一步评价路基穿越浪强措断裂与曲宗勒断裂时可能存在的地面不均匀沉降,以及隧道穿越吉隆断裂过程中可能出现的围岩不稳定及断裂透水等不良工程地质问题。
无胶结粗粒土初始结构强度研究
张晨曦, 王洋, 魏玉峰, 梁彭, 贺琮栖
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202107008
摘要(0) HTML(0) PDF (7551KB)(0)
摘要:
无论是原状土还是重塑土均存在初始结构性,土体初始结构所抵抗的剪应力为土体结构强度。本文为了研究无胶结粗粒土初始结构强度,定义了粗粒土剪切过程中初始结构变化点特征,并根据大于20 mm粗颗粒含量将粗粒土划分为四种结构类型,采用可视化直剪仪对不同结构特征的粗粒土进行直剪试验,通过剪切过程中粗粒土平面孔隙比、配位数、概率熵三种初始结构指标的数值大小及变化趋势,来确定不同初始结构的粗粒土结构临界强度。结果表明:不同初始结构类型粗粒土在相同正应力相同颗粒种类的情况下其抗剪强度大小与结构强度占比大小的排序一致,表明了颗粒结构强度在抵抗剪应力的整个过程中起到了重要作用。四种初始结构类型粗粒土平均结构强度占比为36.27%,即结构强度占峰值抗剪强度的36.27%,其中排列接触结构其结构强度占比最高,为36.62%,其次为镶嵌结构36.61%,悬浮密实结构35.99%,叠置结构其结构强度占比最低,为35.87%。
不同压实度下黄土填方边坡失稳的模型试验研究
陈林万, 裴向军, 张晓超, 张硕, 钟玉健, 罗欣
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202104068
摘要(0) HTML(0) PDF (5737KB)(0)
摘要:
黄土填方边坡在降雨入渗下容易发生滑坡。为了探讨降雨入渗下压实度对黄土填方边坡变形破坏机制、失稳模式以及滑动机理的影响,基于室内降雨系统,结合传感器监测和三维激光扫描技术,开展了边坡压实度为80%(低压实度)、90%(中压实度)、95%(高压实度)的降雨模型试验研究,分析了压实度对填方边坡体积含水率、基质吸力以及变形破坏过程影响的规律。结果表明,压实度的不同,边坡首先破坏的位置不一。中、高压实度下的边坡最先破坏发生在坡脚处,表现出滑塌破坏;而低压实度则是在坡顶,为湿陷沉降破坏。边坡压实度越大,其变形破坏过程持续时间越长,所需累积雨量就越大,但滑动距离和滑面深度越小。随压实度的增加,边坡破坏模式由深层整体破坏向浅层多级破坏转变。低压实度边坡为湿陷沉降-深层蠕滑拉裂式,中压实度边坡为深层蠕滑拉裂式破坏,而高压实度边坡则为浅层多级后退式失稳。
分级循环荷载下原状红黏土动力特性试验研究
穆锐, 黄质宏, 姚未来, 成鑫磊, 雷屹欣, 杨成
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202108053
摘要(0) HTML(0) PDF (4133KB)(0)
摘要:
为研究循环荷载下原状红黏土路基的动力特性,采用SDT-20型动三轴仪对原状红黏土进行了分级循环动三轴试验,研究了围压、频率及动应力幅值对原状红黏土的动应力、动弹性模量-动应变和动剪切模量-动剪切应变关系曲线的影响规律。结果表明:原状红黏土的动应力-动应变关系曲线发展规律可采用Kondner模型进行描述;动应力随动应变先急剧增大后趋于平稳,并给出了急剧增加时动应变的取值范围,即0%~0.05%;分析了不同围压、振动频率下红黏土的动弹性模量及动剪切模量的变化规律,当动应变小于临界值时,红黏土动弹性模量随动应变的增大而增大;当动应变大于临界值时,红黏土材料动弹性模量随动应变的增大而减小,动剪切模量具有相同变化规律;结合红黏土的动力特性变化规律,利用围压对动弹性模量进行折减,在Darendeli模型的基础上建立了红黏土路基动弹性模量、动剪切模量的分段预测模型,经拟合验证,本文分段模型的适用性较好,可预测分级循环荷载下红黏土的动弹性模量-动应变(Ed-εd)和动剪切模量-动剪切应变(Gd-γd)关系曲线发展趋势。
缺水基岩山区蓄水构造类型划分及其属性分析
张福存, 王新峰, 李伟, 程旭学, 韩双宝, 潘晓东, 龚磊
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202107042
摘要(36) HTML(23) PDF (1KB)(28)
摘要:
近十多年来,服务脱贫攻坚的基岩山区找水打井工作充分运用并丰富了蓄水构造理论,但缺乏对其类型的统一划分和属性的深入分析。以蓄水构造为理论指导,考虑地貌汇水、岩性赋水、构造控水等控制因素,以构造为主控因素,综合地形地貌、地层岩性和植被发育及开发利用实际价值等因素,系统总结划分出缺水基岩山区水平岩层、单斜、褶皱、断裂、接触、风化壳、复合、洞藏等8类20型35式蓄水构造,并借鉴、结合新构造控水理论和地下水系统理论分析总结不同尺度、不同类型蓄水构造的共性特征,从蓄水构造空间组合特征、边界水文地质性质、水动力条件、尺度效应、控水共生特征、开发利用实际价值等方面,提出了岩性与地质构造的相关性、透水与隔水的相对性、汇水与蓄水的平衡性、尺度与系统的统一性、形成与改造的继承性和规模与目的的匹配性等蓄水构造属性。研究成果细化完善了缺水基岩山区地下水蓄水构造类型划分,总结提炼了蓄水构造属性特征,深化了对蓄水构造概念内涵的理解与认识。既进一步推动了基岩山区水文地质学的研究,也可为缺水区找水定井提供参考,并指导缺水区水资源可持续利用。
吉木萨尔超排液氢氧同位素特征及地下水含量计算
贾俊, 王亮, 孟云涛
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202103045
摘要(46) HTML(18) PDF (3520KB)(3)
摘要:
压裂返排液对环境安全和人类健康构成巨大挑战,也为地质和工程应用研究提供了宝贵资料。新疆吉木萨尔芦草沟组压裂返排液存在超排现象,为了揭示超排液来源与组成,获取原始地层卤水地球化学信息,在缺乏地下水采样情况下,系统采集研究区内两口水平井压裂液、压裂返排液和地表水样品,测定并分析其氢、氧同位素组成及随返排时间动态变异特征。在对水岩作用可能引起的同位素交换分析厘定基础上,分别测算地下水氧同位素组成及返排液中地下水含量。结果表明:相对于富D贫18O的地表水和压裂液,返排液样点明显偏离该地区大气降水线,18O同位素发生了正漂移,D同位素呈现负漂移,其水体来源发生了变化。依据返排液δ18O实测数据随返排时间的收敛模型,计算地下水δ18O为−6.902‰;返排第60天,返排液中的地下水含量分别为84%、81%,尚有43 283.4,39 150.3 m3压裂液未返出,即随着压裂改造缝不断延伸,返排时间的延长,前期注入的压裂液绝大部分仍滞留于地层中,超排液来源为持续混入的地下水。
水文地质与水资源
地下水机器学习方法研究—水位监测数据驱动的区域补排边界识别
齐永强, 李文鹏, 郑跃军, 李慧, 王成见
2022, 49(1): 1-11.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202104030
摘要(33) HTML(41) PDF (5828KB)(16)
摘要:
随着我国地下水监测工作的高速发展,高频率高密度水位监测数据的出现催生了对其进行深入信息挖掘的需求。在传统地下水模型研究中,地下水水位监测值常位于模型构建过程的下游,当水位监测的时空密度逐渐增大时,新增信息无法有效传导至模型的规划阶段并指导概念模型的修订。文章提出了一种地下水系统补排边界的识别方法,在不建立地下水数值模型的前提下,以监测井空间位置为节点,按照德劳内原则建立三角网格。在此网格系统中,首先定义一个水力梯度变换函数gradF,以求取网格中任意位置的水力梯度;借鉴机器学习领域的优化算法,使用水力梯度场驱动含水层中随机分布质点的运行轨迹,并以此推断和识别区域内地下水补给和排泄边界。在环境地学计算平台EnviFusion-CGS中实现,并构建了详细工作流程。以山东省青岛市大沽河中下游含水层为示范区,对含水系统的补给区和排泄区的空间分布及其动态变化进行了分析,取得了良好效果。本研究为构建和修订已有含水层概念模型提供了新思路。
近水平层状坝基岩体渗透结构及其工程意义
王俊智, 李清波, 王贵军, 张一
2022, 49(1): 12-19.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202105024
摘要(29) HTML(17) PDF (3700KB)(18)
摘要:
查明坝基岩体的渗透结构对于大坝工程防渗方案的制定具有重要意义。以黄河古贤水利枢纽工程近水平分布的红层坝基岩体为研究对象,使用“连续、高分辨率”压水试验数据处理与统计方法,分析了岩体透水率与高程、岩性及顺层剪切带的关系,阐明了坝基岩体的渗透结构,提出了工程防渗建议。研究发现,坝基岩体渗透结构表现出结构性和随机性双重特征。结构性表现为岩体透水率随高程的降低而减小;随机性表现为岩体透水率会因岩性和剪切构造等随机变化。对于河床及滩地坝基岩体,风化卸荷带底高程在450 m附近,1 Lu关键透水率指标界线的底高程位于340 m附近。对于岸坡坝基岩体,3 Lu关键透水率指标界线的底高程位于560~580 m。在坝基勘察深度范围内,350~360 m高程段连续分布具有一定厚度的软岩类岩体,剪切构造不发育且岩体透水微弱,可视为相对隔水层,对坝基防渗帷幕优化设计具有指示意义。文章提出的统计、分析方法具有一定普适性,可为类似工程所借鉴。
通过永定河渗漏补给地下水的适宜性评估研究
曹欣怡, 翟远征, 李木子, 潘成忠, 郑富新, 芦红, 夏雪莲, 滕彦国, 王金生
2022, 49(1): 20-29.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202107069
摘要(36) HTML(73) PDF (3970KB)(26)
摘要:
受气候变化和人类活动等因素的综合影响,地下水超采和含水层水量亏空已成为备受关注的全球性问题。为了弥补含水层水量亏空和促进地下水资源涵养,已探索出多种人为干预地下水补给的措施,其中通过河道开展地下水人工补给由于具有明显优势而受到重视。已有实践表明,受渗漏补给潜力和包气带调蓄能力等的限制,并不是所有河流或河段都适宜开展地下水人工补给工作。目前缺乏为大家广泛接受的适宜性评估方法。本研究以永定河生态补水为契机,以北京平原段河道和下伏含水层为研究区开展了案例研究,并用实测数据对研究结果进行了检验。应用指标体系法建立的适宜性评估模型(LMBGITSC模型)包括河床土地利用类型、河床介质类型、河床宽度、河床地形坡度、包气带介质类型、包气带厚度、包气带给水度、包气带水平渗透性等8个指标。案例研究结果表明,沿河流流向,通过河道渗漏补给地下水的适宜性由好变差(防渗河段除外)。该规律主要受渗漏补给潜力和包气带调蓄能力控制,因此适宜性也呈现出“阶梯式”演变规律。检验结果表明所建的评估方法适用性较好。该方法具有可移植性,因此也可为其他同类地区提供参考。
长江干流水化学成因与风化过程CO2消耗通量解析
张鸿, 周权平, 姜月华, 金阳, 杨国强, 顾轩, 梅世嘉, 王晓龙
2022, 49(1): 30-40.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202106027
摘要(19) HTML(13) PDF (4540KB)(7)
摘要:
长江流域面积巨大,岩性多变,加之三峡大坝等重大水利工程的影响,干流河水的水化学成因存在较大争议。此外,以往研究中流域矿物风化过程的碳汇通量估算一般基于阳离子来源分析,但该算法通常涉及多种矿物端元的参数选取,结果具有不确定性。本次研究对长江干流水化学的时空演变进行了整体分析,并基于上游河水样品$\rm{HCO}_3^{-}$含量的校正与计算,提出了一种计算矿物风化过程碳汇通量的新方法。研究结果表明,蒸发盐溶解、循环盐作用、矿物风化及硫酸盐溶解是控制长江干流河水离子组成的主要水文地球化学作用,而人类活动主要影响了离海距离3 000 km以内河水$\rm{NO}_3^{-}$含量;长江上游干流硅酸盐风化消耗CO2速率为1.16×105 mol/(km2·a),碳酸盐风化消耗CO2速率为4.75×105 mol/(km2·a)。本研究有助于加深对长江干流主要水文地球化学作用的认识,丰富和完善碳循环研究理论。
利用示踪试验时间-浓度曲线分析岩溶管道结构特征
陈亚洲, 董维红
2022, 49(1): 41-47.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665201909067
摘要(20) HTML(6) PDF (3564KB)(8)
摘要:
岩溶管道结构特征对岩溶水资源的合理取用、保护及地下工程安全施工均具有重要影响。目前在利用示踪试验曲线分析岩溶管道结构特征时,难以通过曲线叠加、钝锋、不规则上升和下降等形态准确解释多条岩溶管道连接关系、地下湖所处位置和地下水状态。运用地下水溶质运移理论,推导出岩溶管道流溶质运移模型,根据模型绘制三维溶质运移形态和理论时间-浓度曲线,结合水力学相关知识,对岩溶管道连接关系、地下湖位置及岩溶管道流形态变化对应的时间-浓度曲线进行解释。得出以下主要结论:(1)曲线出峰个数对应岩溶管道条数,由于管道径流长度及流速存在差异,双管道并联曲线存在3种模型,分别为2个孤立的单峰、下降曲线存在双峰叠加和2个连续上升的叠加峰;(2)单管道曲线下降梯度个数对应地下湖个数,多管道需结合管道个数和地下湖位置具体分析下降梯度和地下湖个数关系,根据地下湖位置将双管道并联岩溶管道划分4种类型,即地下湖存在于未分支管道、主管道、支管道、主管道和分支管道上;(3)曲线形态极速变化标志着管道流发生表流和承压流的相互转化。研究结果可为岩溶地区地下水保护及地下工程安全建设提供保障。
工程地质与地质灾害
循环荷载下水泥土桩复合体动力参数试验研究
叶观宝, 秦粮凯, 张振, 郑文强, 陈勇
2022, 49(1): 48-56.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202103037
摘要(52) HTML(25) PDF (11105KB)(35)
摘要:
水泥土桩被广泛应用于软土路基加固工程中。然而,人们对水泥桩与桩间土形成的加固体的动力特性尚缺乏认识,无法合理评价水泥土桩复合地基的长期性能。基于此,本文开展水泥土桩复合体大型动三轴试验,研究围压、静偏应力、置换率及分级加卸载路径对其动力参数的影响,并分析了动力参数的波动性。试验结果表明:随着静偏应力增加,复合单元体的动弹模量减小,阻尼比增大,临界动应力比减小。随着置换率增加,动弹模量略有增加,阻尼比略有减小。逐级卸载造成复合单元体的动力参数劣化。阻尼比具有较强的波动性,复合单元体阻尼比的变异系数是动弹模量的2.8~7.0倍。相比于软土,复合体动弹模量提高了2~6倍,静偏应力越大,提高系数越大。
冻融作用下污泥固化轻质土动力特性及结构演化
杨爱武, 王斌彬, 钟晓凯
2022, 49(1): 57-65.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202103013
摘要(32) HTML(11) PDF (3912KB)(9)
摘要:
冻融作用会影响污泥固化轻质土动力特性和结构特性。为研究不同冻融循环次数和冻结温度下的污泥固化轻质土动力特性及结构演化,对冻融循环作用后的污泥固化轻质土进行动三轴试验和固结试验。试验结果表明:在冻融循环作用下,污泥固化轻质土动应力-应变曲线呈弱应变硬化型。污泥固化轻质土动强度和变形随着冻融次数(n)的增加和冻结温度(T)的降低而减小。经历前4次冻融作用后,对固化土变形和动强度影响较大,经历8次冻融循环后基本趋于稳定。冻融循环对土体动力特性的影响本质上是对土体结构性的影响。固化土冻融结构势(mdσn)的变化规律与动强度类似,随冻融次数的增加和冻结温度的降低而下降。冻融循环次数是影响污泥固化轻质土动力特性和结构性的主要因素,冻结温度为次要因素。
基于固结-固化复合技术对温州淤泥加固的试验研究
袁波, 邵吉成, 骆嘉成, 叶宏峰
2022, 49(1): 66-74.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202103035
摘要(36) HTML(37) PDF (3852KB)(7)
摘要:
为了对软弱淤泥土进行加固,使之满足工程建设所需的一定承载力,在试验基地采用固结-固化复合技术对淤泥进行加固研究。试验时,将一定厚度淤泥分为浅层固化加固层和深层固结加固层;浅层(≤1 m)淤泥采用固化技术进行加固,使之形成高强度硬壳层;对于深层(>1 m)淤泥,采用真空预压技术进行加固,以提高深层淤泥的承载力并控制加固土体的后期沉降量。试验结果表明,当固化剂掺量为0.6%~5.0%时,浅层固化淤泥承载力特征值在109~330 kPa;固结-固化复合技术对土体加固效果突出,分层加固土体整体的承载力特征值在89~230 kPa;浅层淤泥经过固化处理后,土体强度较高,对地表荷载起到了明显的扩散作用,有效地减小了地表荷载在下卧层土体中产生的附加应力;多数试验单元浅层固化土的应力扩散角在19.474°~26.303°之间。
基于数字表面模型的岩体结构面产状获取
宣程强, 章杨松, 许文涛
2022, 49(1): 75-83.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202104029
摘要(18) HTML(8) PDF (6617KB)(7)
摘要:
针对传统现场接触式测量获取岩体结构面参数效率低、工作量大、结果精确性受人为因素影响等问题,本文结合数字摄影测量技术与运动法(structure from motion,SFM)进行岩体三维数字表面模型重建,并在此基础上建立了岩体结构面自动识别方法。岩体数字表面模型重建步骤主要为岩体影像资料采集,基于尺度不变特征变换(Scale-Invariant Feature Transform,SIFT)算法进行图像特征匹配、稀疏点云构建、点云稠密化以及岩体曲面模型重构。结构面识别方法流程主要为:首先平滑岩体数字表面模型;通过改变搜索半径和角度阈值实现模型平面分割;基于区域生长原理进行结构面搜索;最后基于随机采样一致性拟合结构面得到结构面产状。将该方法应用于甘肃北山地下实验巷道,实现了巷道三维数字表面模型的重建与结构面产状数据获取,最后将识别到的结构面分组表征在模型表面。与人工实地测量方法以及现有的结构面识别软件相比,本文提出的方法具有良好的准确性,可为工程应用提供一定的参考。
考虑基质吸力的非饱和土邓肯-张统计损伤修正模型
谭维佳, 魏云杰, 王俊豪, 高敬轩
2022, 49(1): 84-91.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202105022
摘要(37) HTML(13) PDF (3700KB)(13)
摘要:
为反映非饱和地基土变形全过程,以某基础工程非饱和土为研究对象,开展固结排水三轴压缩试验。研究发现,非饱和土的偏应力-应变曲线形态近似双曲线,基质吸力对土体力学行为影响十分明显,基质吸力越大,土体偏应力越高。根据非饱和土变形特性及工程特点,选取邓肯-张双曲线模型作为基础模型,引入统计损伤理论,假设非饱和土微元强度服从Weibull概率密度分布,建立邓肯-张统计损伤模型。通过搭建初始切线模量与基质吸力的联系,建立一种新的考虑基质吸力的非饱和土邓肯-张统计损伤模型。给出参数解析方法,得到Weibull分布参数经验表达式,从而修正模型。分析不同基质吸力条件下非饱和土损伤累积规律,采用所建模型和传统邓肯-张模型对比验证非饱和土偏应力-应变试验曲线,证明所建模型的可行性和合理性。研究成果为非饱和土的力学特性研究及辨识模拟提供一定参考。
基于可靠度方法的全基质吸力段土-水特征模型研究
刘青灵, 简文彬, 许旭堂, 聂闻
2022, 49(1): 92-100.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202104033
摘要(20) HTML(10) PDF (3677KB)(7)
摘要:
土-水特征曲线是非饱和土入渗和流-固耦合分析的基础,目前该模型的研究成果由于试验方法和设备的局限,仅能够得到局部基质吸力段(低吸力或高吸力)的土-水特征曲线;而如何根据局部试验数据集推断与试验结果相吻合的全基质吸力段范围的土-水特征曲线是一个难题。对东南沿海广泛分布的原状残积土进行了不同基质吸力段的土-水特征试验。根据残积土低吸力段和高吸力段的试验数据,运用可靠度分析方法,从土壤孔隙微元破裂失稳的角度,建立了土壤全基质吸力段的土-水特征模型。根据UNSODA2.0数据库提取砂土、粉土、黏土等3种类型土样本(52个)的试验数据,讨论了模型参数意义和不同土类的模型适用性,进行了不同土-水特征模型的比较分析。对比验证研究表明,形状参数σ和中值比例参数$ \mu $使提出的模型具有很强的适应性,并且具有依据局部试验数据(低或高基质吸力段)快速获得全基质吸力段土壤土-水特征曲线的能力。与其它模型相比,模型计算过程适应性强,模型决定系数R2>0.98。研究结果对快速获取不同类型土壤的全基质吸力段土-水特征曲线具有参考价值。
软土地区双线区间盾构隧道施工对周边地表以及建筑物沉降的影响
潘涛
2022, 49(1): 101-108.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202106014
摘要(17) HTML(14) PDF (3727KB)(4)
摘要:
研究盾构隧道施工对周围地面以及建筑物沉降造成的影响,是软土地区盾构隧道安全施工和正常运营的基础课题。为了分析宁波轨道交通5号线同德路站—石碶站区间双线盾构隧道施工对周边地表和建筑物的影响,本文在建立盾构隧道动态施工过程三维有限元模型的基础上,基于地表以及建筑物沉降数值模拟结果与现场监测值的对比,分析了隧道开挖对隧道周围地表沉降与建筑物沉降的影响。结果表明,掘进完成时,开挖方向沉降槽往上行线隧道方向偏移、呈现倒梯形形态,横断面影响区域为距离双线隧道轴线中心小于3倍隧道直径;上行线在下行线开挖后并不会增加地表沉降,但增大了沉降槽宽度;下行线到达前产生的沉降占最终累计沉降的67%;当盾构掘进面刚到达建筑物时、建筑物的倾斜方向与盾构掘进方向一致,当盾构掘进面离开建筑物时、建筑物将沿着盾构掘进的反方向倾斜;建筑物两侧沉降值较中部沉降值降低了83%;双线贯通后建筑物沉降呈“U”形分布,最大沉降量发生在远离隧道一侧距建筑物中心0.5 m处。
双排桩双梁组合支护刚度计算的改进与位移分析
宫凤梧, 刘晨, 郭文娟, 李晨光, 封占英, 张银铂
2022, 49(1): 109-116.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202103030
摘要(37) HTML(17) PDF (3655KB)(7)
摘要:
双排桩支护组合体系作为一种新型悬臂类支护结构,其整体刚度的提升有利于保持基坑边侧的安全稳定。本文依托于张家口万全区某双排桩基坑支护工程案例,以现有双排桩冠梁刚度系数计算方法为基础,引入冠梁与连梁作用效应系数优化改进考虑连梁和冠梁作用的基坑矩形双排桩支护结构横向支撑刚度的计算方法,并对双梁组合支护体系下不同土性对双排桩前后排桩桩身最大横向位移的影响进行探讨。结果显示:(1)在双排桩结构计算中需考虑冠梁与连梁对双排支护桩的共同横向约束作用,并将冠梁与连梁的刚性连接作为一个整体以提高矩形双排桩双梁横向支撑刚度系数。(2)双梁组合支护体系组合刚度对桩顶位移有较大影响,组合刚度为40~50 MN/m下的位移与观测值较为贴近;冠梁计算长度与引入的冠梁与连梁作用效应系数对双梁组合支护体系组合刚度影响较大,计算长度对组合刚度呈负相关,效应系数对组合刚度呈正相关。(3)双梁组合支护体系下双排桩横向支撑刚度受前后排桩竖向与横向位移差影响,前后排桩桩身最大横向位移受土层内摩擦角、黏聚力和土体水平抗力比例系数影响;改变抗拉强度不会影响双排桩桩体位移。在基坑埋深以下及桩底范围内桩身存在位移拐点,拐点处各不同内摩擦角、不同黏聚力条件下位移相等。
基于接力排水的强夯法在滨海回填区地基处理中的试验研究
张军舰, 李鹏, 殷坤宇, 罗玉磊, 郭幔
2022, 49(1): 117-125.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202104076
摘要(24) HTML(24) PDF (3589KB)(4)
摘要:
本文对山东半岛海岸带滨海杂填土、饱和粉细砂、淤泥质土等特殊复杂地层地基处理方法进行了研究。以经济高效的强夯法为基础,提出复杂地层整体排水概念,设计了浅层、深层竖向排水和水平排水的接力排水系统,并进行了现场试验研究。监测数据表明,强夯荷载作用下,接力排水系统整体协同排水,可快速排出各个地层中地下水、消散超孔隙水压力。7 h左右可基本消除强夯引起的地下水上升及孔隙水压力消散。持续降水,地表沉降为上部土体厚度的0.7%~2.0%。强夯动力荷载作用下,表层土体压缩为上部土体厚度的8.7%~10.9%。埋深3~7 m土体沉降约为土体厚度的5‰、3‰,埋深7~10 m土体沉降为土体厚度的2‰。检测数据表明,在强夯有效影响深度内地基处理效果明显,土体工程性状改善明显。表层承载力及变形模量满足设计要求,4 m以下淤泥承载力平均值略低于设计要求,下部淤泥质土计算平均固结度为77%。夯后1个月监测数据表明,地表沉降量在25 mm以内,已逐步趋于稳定,分层沉降、孔隙水压力数值整体稳定略有下降。
基于物理模型试验的碎屑流流态化运动特征分析
龙艳梅, 宋章, 王玉峰, 程谦恭, 李坤, 吴越
2022, 49(1): 126-136.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202011035
摘要(65) HTML(7) PDF (4155KB)(23)
摘要:
流态化运动是高速远程滑坡的主要运动形式,是揭示高速远程滑坡运动机理的重要基础。基于粒子图像测速(PIV)分析方法,采用物理模型试验对不同粒径组成条件下的颗粒流内部的速度分布、剪切变形及流态特征进行了研究,并对高速远程滑坡流态化运动特征进行了讨论分析。结果表明:碎屑流流态化运动特征与颗粒粒径呈显著的相关性,随着粒径的减小或细颗粒含量的增加,颗粒流底部相对于边界的滑动速度以及整体的运动速度均呈逐渐减小的趋势,颗粒流内部剪切变形程度增加,颗粒的运动形式由“滑动”向“流动”转变;当颗粒粒径较小或细颗粒含量较高时,颗粒流内部剪切速率增大的趋势在颗粒流底部更加显著,反映了粒径减小有助于促进颗粒流内部剪切向底部的集中;在同一颗粒流的不同运动阶段及不同纵向深度,其流态特征具有显著差别,颗粒流前缘及尾部主要呈惯性态,颗粒间以碰撞作用为主,而主体部分则主要呈密集态,颗粒间以摩擦接触作用为主;在颗粒流表面及底部,颗粒间相互作用方式主要是碰撞作用,中间部分则以摩擦作用为主;对于不同粒径的颗粒流,随着粒径的增大或粗颗粒含量的增加,颗粒流内部颗粒的碰撞作用加强,颗粒流整体趋于向惯性态转变。
基于时空维度耦合的地质灾害发育程度评价研究
曲雪妍, 李媛, 房浩, 杨旭东, 谢振桦, 尹春荣, 张艳玲, 佟彬
2022, 49(1): 137-145.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.201912061
摘要(15) HTML(7) PDF (3258KB)(8)
摘要:
在现有地质灾害综合评价指标体系中,地质灾害发育程度评价因子只包括反映空间维度的点数量、点密度、体积数、体积密度等,不包括反映时间维度的评价因子。文章引入反映时间维度的受灾年份因子充实之。通过对地质灾害体积取中位数对数法、对受灾年份采用概率密度法进行处理和采用熵权法确定评价因子权重来建立时空耦合评价模型;采用斜率法将评价结果划分为高、较高、中、低四级,以反映已发生灾害的发育状况。选取2011—2020年已发生的地质灾害点,评价区域为除香港特别行政区、澳门特别行政区、台湾地区以外的全国31个省份,按此方法对以县域为单元的地质灾害发育程度进行评价与区划。结果表明:地质灾害高发育区共323个县,涉及19个省(自治区、直辖市),主要分布在东南、西南、西北等地。较高发育区共566个县,涉及25个省(自治区、直辖市),主要分布在西南、中南、东南等地。中发育区623个县,涉及30个省(自治区、直辖市),主要包括西北、华北等地。低发育区共1336个县,涉及30个省(自治区、直辖市),主要包括华北、东北、华东等地。本次评价结果与国家防灾部署、灾害发育分布具有较高的吻合度。野外实地调研证明,引入受灾年份后的评价结果较引入前更符合实际情况。
生态地质与环境地质
系统维度对变密度溶质运移的影响研究
叶逾, 蔡芳敏, 谢一凡, 井淼, 鲁春辉
2022, 49(1): 146-153.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202103015
摘要(16) HTML(17) PDF (3871KB)(3)
摘要:
关于地下水变密度流与溶质运移的研究通常局限于二维系统中,三维系统中的研究非常有限。然而,仍有零星研究表明,三维系统中的对流过程与二维系统不同。文章通过SEAWAT-2000进行数值模拟,系统研究了二维和三维系统中的变密度溶质运移过程,利用舍伍德数、空间矩和稀释指数量化了系统的不稳定性和溶质扩散、稀释程度。结果表明:二维系统产生分散指流,而三维系统中因扩散程度的增强使得分散指流的产生受到抑制,但是,三维系统的不稳定性比二维系统更强,对流入渗更快,与指流的产生与否并无直接关联。另外,三维系统中溶质的稀释程度大于二维系统,但溶质在二维系统中将更快接近稀释的最大值,传统二阶中心矩可能会造成自由对流和不稳定性溶质运移过程中溶质扩散和稀释程度的错误估计。研究结果将有助于正确预测三维自然含水层中的自由对流和溶质运移。
水位波动下包气带透镜体影响LNAPL迁移的数值模拟研究
潘明浩, 时健, 左锐, 赵晓, 刘嘉蔚, 薛镇坤, 王金生, 胡立堂
2022, 49(1): 154-163.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202105027
摘要(33) HTML(18) PDF (4249KB)(7)
摘要:
轻质非水相液体(LNAPLs)在土壤包气带中具有多相态特征,非均质性、地下水位波动等因素将显著增加包气带内LNAPLs污染的复杂程度。已有研究多关注于揭示包气带内自由相LNAPLs的污染过程,少有更为深入地探究水位波动时非均质结构对LNAPLs迁移及各相态分布规律的影响。基于TOUGH2程序构建包气带多相流数值模型,以揭示透镜体结构与地下水位波动共同作用下LNAPLs迁移过程及相态分布。研究结果表明:(1)含水率变化是LNAPLs迁移分布的主要控制因素,包气带内受透镜体介质岩性、水位波动影响所呈现的含水率变化直接控制LNAPLs迁移规律及分布特征;(2)水位恒定时,细砂透镜体使LNAPL呈“蓄积穿透-横向扩展-绕流”迁移,粗砂透镜体则是LNAPL垂向迁移的“优势通道”,水位波动引起的细砂透镜体含水率变化使“绕流”显著增强,粗砂透镜体则进一步呈现“优势空间”作用;(3)水位恒定时,细砂透镜体模型中LNAPL滞留于透镜体内部,粗砂模型中LNAPL则集中于透镜体下方,水位波动下透镜体附近LNAPL分布范围扩展,两模型LNAPL分布面积较水位恒定时分别增大51%、63%;(4)两模型中LNAPL挥发通量均呈“先减小-后增大”规律,并受LNAPL-气体接触条件及LNAPL分布状况共同作用,水位波动打破三相平衡状态,主要表现为水位抬升阶段LNAPL挥发增强,此时两模型中平均挥发量较水位恒定时增大124%~126%。研究为非均质石油污染场地中的LNAPL污染过程认识提供了科学的理论依据。
基于FEFLOW的三维土壤-地下水耦合铬污染数值模拟研究
刘玲, 陈坚, 牛浩博, 李璐, 殷乐宜, 魏亚强
2022, 49(1): 164-174.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202102008
摘要(52) HTML(28) PDF (4457KB)(16)
摘要:
`土壤-地下水耦合数值模拟是定量刻画水流和溶质运移的主要手段。现有大范围场地尺度的研究受到数据采集难度及模拟计算量的限制,多是将土壤和地下水分成两个系统,这种方式不利于模型之间的计算反馈,易出现计算误差,因此将土壤和地下水作为整体系统研究具有重要意义。为精确刻画实际场地土壤-地下水系统中污染物迁移规律,揭示变饱和反应溶质迁移模型的参数敏感性,以某铬污染场地为研究对象,基于现场试验及前人研究所获数据,采用Galerkin有限元法建立三维土壤-地下水模型,定量描述六价铬在土壤-地下水中的迁移规律。在此基础上,通过改变补给条件,研究潜水面在土壤-地下水系统中的波动。并讨论阻滞系数和反应常数对溶质运移的影响。结果表明:在土壤中,污染物最大水平迁移距离为场地东南侧300 m;地下水中污染晕最大分布面积约为1.632 km2;垂向上土壤中的六价铬仅需15.6 h即可下渗至潜水面,第6天贯穿含水层。当潜水面随着补给量变化而波动时,地下水中六价铬会随水流进入土壤,影响土壤中污染分布。对溶质运移参数的讨论显示,当反应常数由0增大至10−6 s-1时,迁移出场区边界时地下水中污染物浓度约减少2000 mg/L,较难迁移至涟水河。基于FEFLOW的数值模型,能够解决各系统之间交互性差的问题,提供较为精确的模拟结果。
内蒙古西辽河平原植被指数时空变化及其影响因素研究
高萌萌, 刘琼, 王轶, 李小磊, 石鹏
2022, 49(1): 175-182.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202104046
摘要(12) HTML(11) PDF (4387KB)(3)
摘要:
西辽河平原位于我国北方农牧交错带,属半干旱气候,发育科尔沁沙地,生态环境极其脆弱,开展植被指数时空变化及其影响因素研究,对于预测土地退化风险意义重大,可为该流域生态环境保护治理及水资源合理开发利用提供技术支撑。利用2000—2019年MODIS NDVI数据,采用一元线性回归趋势法和Mann-Kendall检验分析了近20年来该地区的植被生长变化趋势及突变情况。从影响植被生长的水热条件出发,分析了NDVI值与气象因素(降水、气温)、土壤湿度、地下水埋深等因子的相关关系;结合人类活动,分析了土地利用类型变化对NDVI值的影响。结果表明:(1)2000—2019年生长季NDVI值整体呈上升趋势,不存在显著突变点,最高值0.56,最低值0.41。(2)NDVI值在空间上呈现“东高西低”的分布特征,不同用地类型的NDVI值由大到小依次为耕地>林地>沼泽地>滩地>草地>盐碱地>沙地。(3)92.5%的区域植被呈增长趋势,7.5%的区域植被呈减少趋势。(4)NDVI值与降水、气温、土壤湿度呈正相关关系,相关系数分别为0.86,0.78,0.81,降水对植被影响最大。(5)最适宜天然植被生长的地下水埋深约为3 m,当地下水埋深大于10 m时,NDVI值会随着埋深的增加剧烈减小。(6)人类活动如土地开垦、植树造林是近20年来NDVI值呈增加趋势的主要原因之一,在一定程度上改善了当地生态环境。
长江经济带江苏段废弃露天矿山分布与生态修复遥感调查研究
李丽, 杨金中, 陈栋, 于航, 邢宇, 汪洁
2022, 49(1): 183-190.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202101048
摘要(4) HTML(0) PDF (3512KB)(0)
摘要:
江苏省长江沿岸废弃矿山修复治理是长江经济带生态修复的关键节点区域,如何快速、直观地获得区域内废弃矿山的分布和修复工程进展,成为长江经济带废弃矿山生态修复工程的重要工作之一。以江苏长江干流两岸10 km范围为研究区,以2017—2020 年4 期高分辨率遥感影像为数据源,采用ArcGIS平台人机交互解译和野外验证的方式,获取了研究区内露天废弃矿山分布情况、地质环境问题和生态修复情况等信息。结果表明:镇江市和南京市需修复面积较大,区内露天废弃矿山主要表现为矿山的采场和中转场地两类占地,涉及矿种以建筑石料用灰岩和建筑用砂矿为主;存在的主要矿山环境问题有地形地貌破坏、矿山地质灾害、矿区生态环境破坏和水土污染等;2018—2020 年研究区已修复面积和正在修复面积均呈上升趋势,截至2020 年10 月,研究区废弃矿山修复效果良好,修复面积占67.08%;主要生态修复措施有自然恢复、客土回填、土地平整、削坡、土地综合治理等。建议在进行修复治理工程时,最大限度地保护矿区原有地貌,充分利用土地资源。调查结果和建议可为同类型地区露天废弃矿山生态修复治理提供技术参考。
地热地质
共和盆地干热岩体人工裂隙带结构的控热机理与产能优化
陈炫沂, 姜振蛟, 徐含英, 冯波
2022, 49(1): 191-199.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202104058
摘要(20) HTML(25) PDF (3805KB)(8)
摘要:
人工压裂是获取干热岩型地热资源的关键环节,压裂后的人工裂隙带结构对开采条件下水热传递过程具有重要控制作用。结合我国共和盆地干热岩储层地质条件,采用数值模拟方法着重分析干热岩不同产状人工裂隙带的渗透率与宽度对热储中水热传递过程的影响机理,明确不同人工裂隙结构条件下水热产出能力,进而优化井间距。结果表明:当人工裂隙带渗透率较小时(小于5 D),裂隙带规模越大,开采井温度越高;当渗透率较大时(大于10 D),在水平裂隙带中,随着裂隙带规模的增加,由于注入冷水的快速扩散导致整体低温区域增加,开采井温度反而降低。在水平裂隙带中注入冷水主要为水平向流动,随着渗透率的增加,开采井温度更易受注入冷水的影响而降低;但在垂直裂隙带及倾斜裂隙带中,随着渗透率的增加,垂向自由对流增强,注入冷水更易于向储层底部高温区域流动,经加热后到达开采井,使得开采温度提升。综合比较,同一井间距条件下,低渗水平裂隙带以及高渗垂直裂隙带的产热能力较其他裂隙带更强。
安阳市地下水源热泵系统建设水资源管理区划研究
朱文举, 平建华, 侯俊山, 宁艺武, 耿文斌
2022, 49(1): 200-208.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202011003
摘要(54) HTML(28) PDF (3339KB)(10)
摘要:
为从赋存条件和水资源管理两个层面进行地下水源热泵系统建设的区划研究,实施技术与管理的结合,通过分析水文地质条件、水动力条件和水化学条件,结合水资源管理分区,建立了安阳市地下水源热泵系统水资源管理区划评价体系。采用云模型改进的层次分析法进行了一级评价,在此基础上结合水资源管理分区利用GIS空间分析功能完成二级评价,将研究区地下水源热泵系统划分了3个等级。结果表明:研究区范围内地下水源热泵系统适宜发展区面积为117.45 km2,主要分布在安阳河冲洪积扇扇体中心强富水区,部分分布在扇缘的外围区域;限制发展区面积为459.26 km2,分布在扇缘的西南和北部丘陵弱富水区以及扇体中心的地下水降落漏斗区;禁止发展区面积为24.02 km2,分布在水源地和南水北调保护区以及铁路和高速公路两旁,在研究区交错分布。在适宜性分区的基础上结合水资源管理的区划研究更全面合理,可为地下水源热泵系统科学布局及合理的开发利用提供参考。