ISSN 1000-3665 CN 11-2202/P
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拓宽方式对软土路基工程特性影响的离心模型试验
叶观宝, 葛敬文, 许言, 张振, 饶烽瑞, 戚得健
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202201027
摘要(4) HTML(11) PDF (3470KB)(2)
摘要:
如何保持新旧路基间的变形协调是拓宽工程中普遍关注的问题,目前尚缺乏对于拓宽方式对软土路基工程特性影响的直接对比分析。本文开展离心模型试验,采用普通填料或气泡轻质土进行放坡或挡墙拓宽,分析了新旧路基变形、地基土中孔压和土压力在路基拓宽后的变化规律。试验结果表明,气泡轻质土显著减小拓宽过程中产生的孔隙水压力增量和附加应力增量。相较于边坡拓宽,挡墙拓宽方式对地基影响更小。轻质土路堤采用挡墙拓宽方式引起的挡墙倾角和墙背土压力均较小。采用Boussinesq公式计算得到的拓宽路堤引起的地基中附加应力分布与实测值基本吻合,且偏于保守。本文的研究成果对指导路基拓宽工程具有借鉴意义。
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(110) HTML(75) PDF (3818KB)(29)
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。
黑河流域地表水与地下水转化机制与水平衡研究
李文鹏
当前状态:
摘要(0) HTML(0) PDF (2903KB)(0)
摘要:
精细地形下的尾矿坝稳定性及溃坝模拟分析
孙鸿昌, 郝喆, 杨青潮
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202108008
摘要(0) HTML(0) PDF (6997KB)(0)
摘要:
目前在尾矿坝稳定性和溃坝模拟分析方面,对溃口位置及水砂的流动状态难以做出准确判断。将尾矿坝稳定性和溃坝模拟有机结合,采用FLAC3D计算正常水位、洪水位、漫顶水位三种工况下尾矿坝稳定性,并利用Rhino与Fluent建立尾矿库及下游精细地形,开展尾矿库溃坝水砂在不同时刻及不同地形下的流动状态研究分析。结果表明:(1)浸润线的埋深随尾矿库水位的升高而变小,由正常水位升高至洪水位时浸润线埋深下降5~8 m,漫顶水位时坝顶浸润线沿坡面向下运移约8 m;(2)库水位对剪切带及尾矿坝稳定性有显著影响,从正常水位到洪水位时,剪切带纵向上不断向坝体内部延伸,横向上不断向坝脚延伸,剪切应变率增大为5.78×10−5,尾矿坝稳定系数由1.80下降至1.32;(3)达到坝顶时剪切带急剧缩短,而剪切应变率进一步增大为3.32×10−4,尾矿坝稳定系数由1.32下降到1.18。溃坝水砂的流动状态受地形影响明显,在山谷中表现为范围减小、流速增大的汇聚流动,在平坦农田处表现为范围增大、流速减小的发散流动特点。
动态载荷下大理岩断口形貌特征试验研究
王伟祥, 王志亮, 贾帅龙, 卢志堂
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202108027
摘要(0) HTML(0) PDF (4821KB)(0)
摘要:
为了探究动态载荷下大理岩的断口形貌特征,本文先利用分离式霍普金森压杆对岩样进行不同弹速下的冲击压缩和动态劈裂试验。接着,采用钨丝灯扫描电镜对岩样断口形貌进行细观观察,对比分析了不同试验条件下岩样的断裂模式。最后,引入分形维数定量表征了岩样断口细观形貌及其粗糙程度与冲击弹速间的内在关系。结果表明:在动态载荷下大理岩断口呈脆性特性,其基本断裂模式为沿晶断裂或穿晶断裂;高弹速冲击下,岩样断裂花样变小变密,表面附着岩粉趋多;相对于动态劈裂试验,动态压缩后岩样的破碎程度要高,断口花样中穿晶断裂形式所占的比重较大;随着弹速的增加,动态劈裂和动态压缩断裂模式均由耗能较低的沿晶断裂向耗能较高的穿晶断裂转变,分形维数值相应增大,但动态劈裂试验中分形维数值比动态压缩试验的应变率敏感性更加明显。
高强大变形屈服锚索承载特性室内试验研究
杨栋, 王全成, 姜昭群
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202107035
摘要(0) HTML(0) PDF (5189KB)(0)
摘要:
传统锚索形变量有限,在边坡大变形加固中容易出现超限破坏,而高强大变形屈服锚索兼顾高吨位、大变形的要求,能适应地质条件复杂多变的边坡加固。首先基于单根屈服套室内试验,获得3种可稳定输出恒阻的屈服套,其起始屈服力分别为120,135,145 kN,屈服行程大于200 mm。试验表明,单根屈服套起始屈服力总是大于直线平稳段恒力;输出恒力与屈服界面长度呈线性关系。高强大变形锚索的屈服装置由数个挤压摩擦型屈服套组成,其起始屈服力及行程可依据设计调节。目前已自主研发了 400,500,1 000,1 500 kN级系列屈服锚索,室内张拉试验结果表明,锚索屈服行程可达200 mm,各屈服套受力均匀、位移同步。屈服锚索采用P锚作为限位装置以充分发挥钢绞线的抗拉能力。室内极限承载力试验结果表明,400,500 kN级屈服锚索极限承载力可达1 050 kN。高强大变形屈服锚索的吨位及行程具有较好的拓展性,性能优于已有屈服锚杆,可为边坡大变形加固提供一种新的解决方案。
含折线型裂隙砂岩试件翼型裂纹起裂与扩展机制研究
张科, 潘哲, 刘享华
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202107058
摘要(1) HTML(0) PDF (5395KB)(0)
摘要:
岩体内部赋存的裂隙很多表现为折线型,为探究这类岩体的断裂机制,制备含折线型裂隙砂岩试件并对其进行单轴压缩试验。采用数字图像相关(DIC)方法计算加载过程中的变形场演化,根据新生裂纹两侧的位移差异识别裂纹类型;运用扩展有限元法(XFEM)模拟断裂过程,根据应力分布特征解释翼型裂纹起裂与扩展机制。DIC计算结果表明,新生裂纹处出现应变局部化带,裂纹两侧发生相对分离;含直线型和折线型裂隙砂岩试件的翼型裂纹分别萌生于预制裂隙端部以及折角处,这是因为裂隙几何形态会改变拉应力集中位置;含折线型裂隙砂岩试件的起裂应力小于含直线型裂隙砂岩试件,这是因为相同加载条件下前者的最大拉应力值更大;这2类试件的裂纹扩展均是由于裂纹尖端集中的拉应力引起的,裂纹依然呈张开状态;裂隙几何形态未改变试件的最终破坏模式,均表现为对角剪切破坏。
以色列依靠科技创新走出缺水困境的经验
秦同春
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202202005
摘要(11) HTML(2) PDF (3594KB)(3)
摘要:
以色列地处中东,降雨稀少且分布不均,天然淡水资源短缺。为解决这一困境,以色列自1948年建国后就一直致力于发展水资源高效利用技术,在水资源生产、运输、回收等领域研发出诸多领先全球的新技术。经过多年努力,该国从一个缺水的国家成为高效用水的农业大国,甚至被誉为“欧洲国家的菜篮子”。文章首先介绍了以色列的地理气候情况和水资源类型,然后介绍了水资源利用结构,最后列举了以色列在解决水资源危机时发展的6项创新技术。文章可为我国水资源高效利用与管理提供借鉴,同时也可为今后我国与以色列开展水资源方面的相关合作及学术研究提供基础资料。
基于GSFLOW的镜湖湿地地表水与地下水耦合数值模拟
郜会彩, 肖玉福, 胡云进, 陈柳安, 周如杰
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202109002
摘要(5) HTML(0) PDF (4365KB)(3)
摘要:
湿地地表径流包括明渠流和片流等多种形式,且存在海绵状土壤层,其地表水-地下水耦合模拟困难。针对目前湿地地表水-地下水耦合数值模拟的不足,通过研究解决湿地片流和海绵层模拟不准确的问题。以绍兴镜湖国家城市湿地公园为研究对象,考虑湿地多年植物生长沉积形成的独特海绵层,基于GSFLOW模型构建湿地地表水与地下水耦合数值模型,通过二维扩散方程模拟湿地片流、一维圣维南方程模拟湿地明渠流,使用竖管法测量湿地海绵层渗透系数,利用模拟区水文站的监测数据率定模型参数并对模拟结果进行验证,应用校正后模型模拟湿地地表水与地下水的水量交互过程,并对研究区进行水均衡分析。研究结果表明:考虑湿地海绵层的湿地地表水与地下水耦合模型能较为真实地反映湿地水文特性,湿地以地表水补给地下水为主,补给量随降雨量变化。本文建立的湿地地表水与地下水耦合模型合理可靠,对湿地水文分析有良好的应用价值。
黑河流域中游盆地地表水与地下水转化机制研究
祁晓凡, 李文鹏, 崔虎群, 康卫东, 刘振英, 邵新民
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202202003
摘要(6) HTML(0) PDF (5740KB)(7)
摘要:
地表水与地下水相互转化是中国西北干旱内流盆地水循环的显著特征,转化机制研究是盆地水循环规律认知和水资源可持续管理的重要基础。以我国西北干旱内流河黑河流域中游的张掖盆地和盐池盆地为研究区,建立了黑河主干河道时变水平衡模型和地表水地下水耦合数值模型,研究了长周期水文变化和人类活动双重影响下地表水与地下水转化机制,得到如下认识:(1)补给条件由以天然条件下河流渗漏为主的线状补给演变为以河流与引水渠道渗漏的线状补给和灌区田间入渗面状补给,排泄条件由以泉水溢出和天然湿地排泄演变为以泉水溢出与地下水开采为主的排泄。(2)张掖盆地黑河干流河道入渗段和溢出段大致以G312大桥为界,亦称为地表水与地下水转化的转折点。莺落峡—G312大桥段为悬河渗漏段,河道入渗补给主要受控于进入河道的实际过水量。其中,莺落峡—草滩庄段河道入渗补给率为43.34 %;草滩庄—G312大桥段河道入渗补给量与河道过水量可用分段函数表达,河道过水量大于或等于0.37×108 m3/mon时呈幂函数关系,小于则呈线性函数关系。G312大桥—正义峡段为地下水溢出段,其中G312大桥—平川大桥段地下水溢出量约占全部溢出量的70%,溢出峰值出现在高崖水文站下游约6 km处,其单长溢出量可达0.46 m3/(s·km)。(3)研究区是一个相对完整的河流—含水层系统,近31年来经历了连枯和连丰水文变化,地下水补给和排泄条件及与地表水转化机制均发生了相应的变化。地表水与地下水转换最强烈的地区为张掖盆地中部的黑河—梨园河倾斜平原。1990—2001年连枯期,灌区引水量总体逐年减少,以河道入渗和渠系渗漏为主的补给量以0.06×108 m3/a速率减少,农田灌溉面积增加导致灌溉用水增加,地下水开采量显著增加,地下水水位逐年下降,储存量累计减少5.80×108 m3,地下水溢出量年均减少0.16×108 m3/a;而2002—2020年连丰期,灌区引水量总体逐年减少,河道入渗量呈增加趋势,地下水总补给量年均增加0.15×108 m3/a,灌溉面积继续扩大,农灌开采量随之增加,以河道入渗量增加为主导,地下水水位持续上升,储存量累计增加5.42×108 m3,地下水溢出量年均增加0.08×108 m3/a。总之,补给和排泄条件变化较大,地下水储存量先减后增,地下水溢出总量变化较为平缓,这反映了该区巨厚含水层系统的巨大调蓄功能。(4)位于张掖盆地东部的诸河倾斜平原地下水水位长期处于持续下降状态,这是由于地表水开发过度补给量锐减。黑河侵蚀堆积平原地下水水位基本稳定。30多年来盐池盆地倾斜平原地下水水位长期处于持续下降状态,这是由于移民开垦导致地下水过量开采。(5)内流盆地天然悬河入渗段是珍贵的地下水补给通道,无论连枯期还是连丰期,河道实际过水量是河道渗漏补给量的关键,保护上游天然河道和一定的河道实际过水量是内流盆地水资源可持续管理的关键。
黑河中游不同灌溉方式下地下水入渗补给特征研究
崔虎群, 李文鹏, 康卫东, 刘振英, 尹德超, 吴玺, 安永会, 耿红杰
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202111019
摘要(0) HTML(1) PDF (3185KB)(5)
摘要:
降水和人工灌溉是黑河中游浅层地下水重要的补给来源。长期以来入渗补给量评价采用经验参数法,但没有成熟的监测方法和实证数据。采用人工溴示踪法研究黑河中游不同灌溉条件和不同深度条件下的地下水入渗补给规律。结果表明,研究区大气降水条件下包气带溴离子含量峰值年均运移距离为21.25 cm,年平均入渗补给量为11.93 mm,入渗补给系数为0.1;大水漫灌条件下包气带溴离子含量峰值年均运移距离为86.51 cm,年平均入渗补给量为148.7 mm,入渗补给系数为0.16;小水漫灌条件下包气带溴离子含量峰值年均运移距离为46.35 cm,年平均入渗补给量为 53.81 mm,入渗补给系数为0.07;滴灌条件下年包气带溴离子含量峰值年均运移距离为41.72 cm,年平均入渗补给量为52.6 mm,入渗补给系数为0.11。人工溴示踪剂应投放在包气带水分单向入渗下行区,一般西北内陆盆地在地表3 m以下为宜。此研究成果可为黑河流域地下水资源评价提供实证参数,对西北内流盆地地下水水资源量与合理开发利用的科学认识具有重要意义。
抽水试验中不同位置自动水位计响应数据应用分析
王晓燕, 李文鹏, 安永会, 刘振英, 邵新民, 解伟, 吴玺, 尹德超
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202202015
摘要(5) HTML(0) PDF (3438KB)(3)
摘要:
抽水试验中,动水位数据采集记录及处理分析对水文地质参数计算具有重要意义。近年来自动水位计被广泛用于抽水试验,通过传感器压强水头变化值获取水位降深。因井管内水流动会产生水头损失,自动水位计安放位置不同会导致获取的井水位降深不同,不同于传统方法测得的井水面降深,对水文地质参数计算将产生一定影响,因此如何合理放置自动水位计以及在参数计算中如何应用其获取的水位降深都亟待开展试验研究。在黑河流域第四系大厚度含水层地区,选择典型单层试验孔和利用分层封隔技术实现的一孔同径多层抽水孔开展试验研究,在动水位以下抽水试验层段上部、中部、下部以及潜水泵上部和下部分别放置自动水位计进行了系统的数据采集分析。结果表明:抽水试验中因井管内水流沿程水头损失及速度水头差异导致不同位置自动水位计获得压强水头变化值不同,本次试验实测到井筒内不同部位井损值;井损值在潜水泵进水口处最大,随距潜水泵距离的增大而减小,为避开井筒内较大水头损失对参数计算的影响,自动水位计宜优选安放在潜水泵上部接近动水位位置;在单孔抽水试验中利用稳定流公式计算水文地质参数时,自动水位计获取水位降深(含井损)不可忽略,需通过多落程抽水试验数据分析扣除后使用。同时,抽水试验中自动水位计不同位置获取数据的处理分析方法为更好地理解井中水头损失提供了依据。
井筒自循环技术开采干热岩地热的试验研究
亓兆伟, 闫方平, 傅大庆, 邱建强
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202107057
摘要(0) HTML(0) PDF (4274KB)(2)
摘要:
井筒自循环技术是开发干热岩地热的一种新技术,它采用油管和套管组成的U形通道作为换热器,目前对该项技术的现场和室内试验研究尚不够。文章建立了一个实验室规模的模拟装置来模拟干热岩局部井筒自循环的热交换过程,以水作为换热介质,进行一系列室内试验,对换热的影响因素及换热参数进行研究。试验结果表明:具有较大采热能力和热容量的花岗岩在高温下具有较高的采热速率;较高的注水速率会产生较高的采热速率,但出口温度会降低,因此,应慎重选择较高出口温度和较高采热量之间的平衡。相似性分析表明,876 m长的垂直井在602.8 m3/d的注入速率下,可从150 ℃的干热岩中获取的采热量高达565 kW,该结果与现场实测数据很接近,可以证明相似性分析结果的合理性。建立的模拟装置及试验原理也同样适用于“取热不取水”的中深层同轴套管式地埋管换热技术,可以为中深层地热开发研究和实际应用提供一定的参考。
玄武岩封存CO2相关技术问题探讨
李万伦, 徐佳佳, 贾凌霄, 马冰, 陈晶
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202107049
摘要(7) HTML(0) PDF (3646KB)(3)
摘要:
玄武岩封存CO2为碳捕集与封存(CCS)提供了一种新的具有潜在意义的选择。当今世界上已有三个示范工程案例,即日本Nagaoka、美国Wallula和冰岛Carbfix,这些实例初步证实了CO2玄武岩封存的技术和经济可行性。玄武岩封存CO2相关技术研究进展包括:(1)Carbfix项目采用水溶液替代胺溶剂来捕集烟气中的CO2气体,以便同时对CO2和其他可溶于水的气体进行捕获,而在排放点源只需简单加装水洗塔等设备作为气体分离装置;(2)冰岛提出了适用于CO2饱和溶液注入与封存的Carbfix方法,设计出能分别注入气体和水溶液的专用系统;(3)Carbfix在注入与封存CO2过程中首次采用示踪元素监测方法,并通过质量平衡方法定量估算注入CO2发生碳酸盐化的百分比,发现往玄武岩里注入CO2不到2年就有95%被完全矿化。今后仍需进一步研究的技术问题包括:(1)CO2饱和溶液与超临界CO2两种注入形式如何选择;(2)能否用海水替代淡水溶解CO2;(3)如何提高地球化学模拟的准确性;(4)如何降低碳捕集、分离和运输环节成本。相关探讨对我国利用基性岩超基性岩进行CO2封存具有一定借鉴意义。
黑河中游盆地南部山区地下水对平原区侧向径流补给量的估算
李文鹏, 邵新民, 祁晓凡, 吴玺, 王文祥, 安永会, 孙银行
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202202001
摘要(0) HTML(0) PDF (10599KB)(3)
摘要:
山区地下水对平原区的侧向径流补给量是一个长期争议且悬而未决的难题,这个量在西北内陆干旱盆地,被估算得或很小或很大。在总结前人研究的基础上,采用地质水文地质调查、物探、钻探、抽水试验、地下水动态观测、水化学测试、盆地地下水水位统测和综合研究等技术方法,查明了黑河中游盆地南部山盆交接带的地质构造接触关系、地层岩性接触关系及梨园河口白垩系风化壳含水层结构和水文地质参数。通过山区不同流域等级的地表水与地下水转化关系分析,将山区地下水对平原区侧向径流补给带划分为大中型河流河谷补给段和小微型河流、冲沟群流域构成的浅山带补给段。河谷补给段勘探资料较为丰富,多用达西断面流方法计算;针对浅山带补给段极为缺乏勘探资料的实际,以梨园河口断面径流量为参照,构建了浅山带岩性、汇水区面积、降水量等3个变量的山区地下水对平原区侧向径流补给量的估算方法。估算出黑河中游盆地南部山区浅山带地下水对平原的侧向径流补给量为0.40×108 m3/a,河谷段基岩侧向补给量为0.07×108 m3/a;推算出河谷段第四系地下水补给量为0.30×108 m3/a;3项补给量之和为0.77×108 m3/a,占盆地地下水资源量的3.0%。该研究为西北内陆干旱盆地山区地下水对平原区侧向径流补给量的估算提供了一个可供借鉴的实例。
基于地表水循环遥感观测的黑河流域水平衡分析
闫柏琨, 李文鹏, 甘甫平, 郑跃军, 祁晓凡, 白娟, 郭艺, 吴艳红, 王龙凤, 马燕妮, 邢乃琛, 刘琪
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202112029
摘要(1) HTML(0) PDF (6443KB)(2)
摘要:
流域内水循环各环节的水量及其时空分布是不断变化的,掌握流域水循环与水平衡状况是进行流域水资源合理开发利用的重要基础。以2000—2019年黑河流域水文显著变化期为研究时段,综合应用TRMM与GPM卫星观测的降水量、遥感估算的蒸散发量等数据并结合气象站点、水文站点等观测数据,对流域降水、蒸散发与径流等水循环要素的水平衡进行了分析。结果表明,祁连山区是主要产流区,年均向中游下泄水量约45.11×108 m3。其中,消耗于中游的年均量约为29.92×108 m3,约占66%;补充下游的年均量约为15.19×108 m3,约占34%。民乐—张掖盆地是黑河中游水资源消耗的主要区域,年均消耗的上游来水和当地降水量达43.97×108 m3,约占中游消耗量的75%;中游农田蒸散发消年均耗水量约20.3×108 m3,占总消耗量的35%;上游区降水量增加是黑河干流出山口径流量增加的主因,对径流量增加的贡献率为96%,导致年均径流增加0.35×108 m3,潜在蒸散发对径流增加几乎没有贡献。根据目前黑河干流上游径流量变化与中游水资源消耗现状,如果未来由于水文周期变化导致上游径流减少,中下游用水矛盾凸显的风险较大。地表水循环遥感观测可作为流域水平衡分析的方法之一,分析流域地表水水资源的空间分布状况、揭示水资源变化趋势与原因,支撑水资源合理配置,陆面实际蒸散发是水平衡分析不确定性的主要来源,准确估测不同类型下垫面实际蒸散发量是提升分析可靠性的关键。基于互补相关的陆面实际蒸散发估算方法相对简单,但其中用于计算湿环境蒸散发量的Priestley-Taylor公式中乘性经验系数受地形影响空间变异很大,区域上采用统一数值会对结果造成不可忽视的影响。
岩体结构对岩质滑坡运动过程和堆积特征的影响研究
张恩铭, 程谦恭, 林棋文, 谢宇, 王玉峰, 姚志勇, 孙先锋
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202107001
摘要(6) HTML(0) PDF (6003KB)(1)
摘要:
我国西南高山峡谷地区,常发生高位岩质斜坡失稳,形成碎屑流,造成巨大人员伤亡与经济财产损失。目前存在着许多关于岩质滑坡的研究理论和物理模型,但这些理论与模型都忽略了岩体结构这一属性,然而对岩质滑坡而言,岩体的结构特征不仅控制着斜坡变形失稳模式,同样影响失稳后滑体碎屑化运动过程,甚至最终的危害范围。因此,文章使用离散元数值模拟方法,通过模拟不同结构面强度、结构面密度、结构面方向和岩块强度下岩质滑坡碎屑化运动过程,研究了不同源区岩体结构对岩质滑坡破碎特征、运动形式和运动距离的影响规律及影响机制。研究结果如下:(1)质心运动距离随结构面强度增大而增大,结构面抗拉强度提升10倍,质心运动距离增加3%;(2)结构面密度的增加使得块体破碎率随之增加,但运动距离和分布面积都呈下降趋势;(3)水平向结构面岩体的前缘运动距离和质心运动距离与其他方向结构面工况相比均降低10%左右,分布面积则缩减接近30%,破碎率最大;(4)随着岩块强度增加,破碎率降低,分布面积最终缩减40%,完整块体工况运动距离最终增大15%左右。结果有助于进一步理解岩质滑坡动力学过程,指导山区防灾减灾工作。
基于红外热成像技术的石窟壁面凝结水形成规律研究
马策, 蒋小伟, 闫宏彬, 周鹏宇, 任建光, 樊尧, 范潇, 万力
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202011006
摘要(6) HTML(5) PDF (3485KB)(1)
摘要:
凝结水会加剧石质文物的风化,以往确定凝结水量的实验设备布置复杂、监测范围有限,并且无法实时反映凝结状态,从而制约了对凝结水形成过程的认识以及对石质文物凝结水的有效防治。文章利用红外热成像技术开展凝结水形成规律研究,实现了对石窟壁面凝结水的大范围无损连续观测,并利用微波水分测试技术进行验证。针对一次降雨事件,对云冈石窟第19窟壁面进行了连续100 h的红外热成像监测,揭示了降雨前和降雨期间的壁面温度昼夜变化规律,通过对比空气露点温度识别出两个具备凝结水形成条件的时期:降温前凝结期,从降雨前16 h开始到降雨期间气温发生骤降为止;降温后凝结期,从气温骤降开始到降雨结束后12 h。同时,利用微波水分仪进行了连续56 h的浅表层岩石含水率动态监测,发现尽管壁面上无法用肉眼直接观察到凝结水,但岩石内部含水率增大,表明岩石内部已经优先凝结。降雨过程中气温在1 h内从18.5℃骤降到15.6℃引起大气中的水汽凝结,导致露点温度下降,使得壁面不再具备凝结水形成条件,这一现象对石质文物的凝结水防治具有重要的指导意义。
基于底摩擦试验的硬岩岩质边坡变形过程及破坏机制研究
李任杰, 胡富杭, 石豫川, 王磊, 吕可伟
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202105009
摘要(4) HTML(0) PDF (4920KB)(2)
摘要:
针对不同倾向、不同倾角条件下,边坡变形破坏特征不同但缺乏相互对比分析研究的现状,在充分考虑硬岩岩质边坡变形破坏特征的基础上,配制硬岩相似材料,采用底摩擦试验方法,分析不同倾向、不同倾角边坡变形破坏模式,并借助PIVlab技术进行分析。结果表明:顺倾和反倾边坡变形破坏模式和破坏范围有明显区别。在45°坡度条件下,当顺倾边坡倾角由30°→45°→60°→80°转换时,变形破坏模式由滑移-拉裂→轻微滑移-弯曲(或滑移-剪切)→未有明显变形(整体稳定)→浅表部倾倒-拉裂逐渐演化。在45°坡度、反倾边坡条件下,变形破坏模式由岩层倾角30°和45°条件下无明显变形,逐渐向60°和80°条件下的倾倒-拉裂演化。当岩层倾角较陡时,反倾边坡破坏范围相对顺倾边坡更大,倾倒弯曲转折端更深。PIVlab结果反映出不同结构边坡条件下,不同位置的速度和位移矢量特征不同,且与宏观观察结果相吻合。研究成果能够为同类边坡的稳定性评价和治理设计提供一定参考。
地下水氮循环与砷迁移转化耦合的研究现状和趋势
郭华明, 高志鹏, 修伟
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202202052
摘要(15) HTML(0) PDF (3455KB)(5)
摘要:
地下水中铵根、砷、溶解铁的共存是一个普遍现象。它们之间发生强烈的相互作用,并影响地下水系统的氮循环和砷迁移转化。文章在系统总结地下水氮循环过程及影响因素、地下水氮循环功能微生物及特征、地下水砷富集的水文地球化学过程等国内外研究现状的基础上,深入分析了地下水系统中的氮循环过程(硝化、反硝化、铁铵氧化、厌氧铵氧化、硝酸根异化还原产铵等)对地下水砷迁移转化的影响,总结出含水层中铁氧化物和溶解态Fe(II)的动态转化是氮循环影响地下水中砷迁移转化的重要桥梁。据此提出不同氧化还原环境的含水层中氮循环过程、地下水氮循环与砷迁移转化耦合机理、Fe(III)-Fe(II)的循环-地下水氮循环-砷迁移转化之间的相互作用过程、地表水-地下水相互作用带氮-铁-砷的循环过程及其对人类活动的响应等是今后该领域需要关注的重要科学问题和主要发展趋势。这些科学问题的解决不仅有利于识别地下水中氮的来源和迁移转化,而且有利于提高对高砷地下水富集机理的整体认识。
黑河流域中游盆地地下水动态特征及其调蓄能力分析
凤蔚, 李文鹏, 邵新民, 祁晓凡, 黎涛
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202201013
摘要(7) HTML(15) PDF (4011KB)(7)
摘要:
40多年来,我国西北地区大规模的地下水开发利用造成了部分地区地下水水位持续下降甚至泉水干涸,部分地区地下水仍能维持动态稳定,判断其水资源开发利用是否具有可持续性是面临且必须回答的重大科学问题。选择黑河流域中游盆地为研究对象,采用MK检验和连续小波分析等方法,分析长时间序列地下水水位监测数据变化特点,研究区域地下水动态特征;结合区域水文地质条件,综合划分黑河流域中游盆地地下水补排平衡区与非平衡区;利用克里金插值法估算了1990—2020年期间盆地含水层对水资源的调节水量,并评价不同动态平衡区的调蓄能力。结果显示,黑河流域中游盆地地下水水位动态类型有:水文型、水文-开采型、开采型和蒸发-开采型4种长周期动态稳定型。过量开采或上游过度引用地表水引起的2种长周期持续下降型。黑河流域中游盆地以大厚度含水层地下水补排平衡区为主,主要分布在张掖盆地、酒泉盆地和黑河中游下段侵蚀堆积平原。含水层在1990—2001年期间共疏出地下水12.06×108m3,2001—2020年期间储存地下水9.06×108m3。大厚度含水层为地下水的长周期调蓄提供了充足的空间,在合理控制开采量的前提下,该类含水层的天然调蓄能力可满足生产生活和下游生态用水需要。盆地地下水补排非平衡区,如山丹河盆地、盐池盆地和榆木山山前诸小河流域等地区,目前的地下水开发利用方式和强度是不可持续的,应适当减少地下水开采量,调节盆地上游的引水量和开采量,以抑制地下水资源的枯竭。本研究成果可为西北干旱内陆地区水资源管理和持续开发利用提供建议。
红层泥岩三轴膨胀力的实验研究
郭永春, 赵峰先, 闫圣龙, 刘家志
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202108009
摘要(5) HTML(9) PDF (3344KB)(1)
摘要:
针对现有规范中红层泥岩膨胀力测试结果偏小问题,自主研制了膨胀性岩石三轴膨胀力测试装置。采用先放试样后加约束的方式克服了岩石与容器壁有释放变形空隙的局限性,解决了膨胀力测试结果偏小的问题。通过膨胀土和红层泥岩三轴膨胀力的测试研究,检验了三轴膨胀力测试装置的合理性和有效性,初步总结了红层泥岩三轴膨胀力的变化规律。论文研究结果表明:三轴膨胀力测试装置及其测试方法能够克服传统固结仪实验方法的局限性,具有较好的实用性,可以适用于膨胀土和膨胀岩三轴膨胀力的测试;红层泥岩三轴膨胀力多数是在MPa的量级,传统固结仪测试的膨胀力多数是kPa量级,更新了现有红层泥岩膨胀力较小的认识;通过对实验结果的分析和膨胀后试样的观察,发现红层泥岩的膨胀机制与膨胀土的膨胀机制是不同的;红层泥岩主要是新鲜岩石表层吸水膨胀、泥化崩解,泥化层剥蚀后,新鲜面再次吸水膨胀、泥化崩解,这是一个逐层循环膨胀的过程。
贵州省鸡场滑坡地下水化学特征反映的水-岩(土)作用规律
刘建强, 许强, 郑光, 陈达, 王卓, 蒋金晶
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202103009
摘要(39) HTML(3) PDF (4866KB)(11)
摘要:
滑坡体水-岩(土)作用是一种复杂的物理化学综合作用,影响坡体的稳定性,但目前水-岩(土)相互作用对于地质灾害的发生方面的影响研究仍较为薄弱。以贵州省鸡场滑坡为研究对象,分析滑坡区岩土体矿物组成和化学成分特征,结合区域内基岩裂隙水、大气降水的成分变化规律,利用主成分分析方法,研究鸡场滑坡水-岩(土)作用过程,并分析水岩演化作用对滑坡稳定性的影响。结果表明:(1)滑体内玄武岩的风化过程是一种机械破碎-矿物蚀变耦合的水-(岩)相互作用,发生在“微观-细观-宏观”三种尺度上;(2)选取前三个因子Z1Z2Z3(分别占总方差的49.365%、27.135%、15.092%)分析地下水的化学特征,主因子Z1反映了玄武岩原生矿物的溶蚀作用对地下水化学成分的控制作用,Z2反映了地下水的蒸发作用与SiO2溶解度随pH变化的矿物沉淀作用,主因子Z3反映了地下水与岩(土)体间存在离子交换作用且主参与离子为Mg2+和K+。(3)水岩作用产物主要为伊利石、蒙皂石、绿泥石等黏土矿物,使得岩体结构面内黏土矿物含量增加,岩体劣化损伤,对滑带的形成及滑坡的解体产生重要影响。滑坡地下水与岩土体相互作用的主要过程能被主成分分析结果充分反映。
考虑孔隙水微观赋存形态的非饱和粉土有效应力方程及其验证
曾立峰, 邵龙潭, 牛庚, 郭晓霞
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202110023
摘要(14) HTML(19) PDF (3649KB)(8)
摘要:
有效应力参数的合理确定是非饱和土有效应力研究的重要内容。然而,现有的有效应力参数未能较好地考虑孔隙水的微观赋存形态对有效应力的影响。为此,分析了孔隙水的微观赋存形态,明确了孔隙水可分为收缩膜、吸附水和毛细水,建立了非饱和粉土的扩展三相孔隙介质模型,即孔隙气、毛细水和广义土骨架。基于该模型,采用分相平衡分析法,推导了非饱和粉土的有效应力方程,该方程通过采用毛细水有效饱和度合理地考虑了毛细水对有效应力的影响。依据推导的有效应力方程,提出了非饱和粉土的抗剪强度公式。采用5种不同围压下重塑非饱和粉质黏土试验数据验证了提出的公式。结果表明:与现有的抗剪强度公式相比,本次提出的公式更好地预测了重塑非饱和粉质黏土的抗剪强度随基质吸力的变化规律。因此,运用提出的抗剪强度公式评价非饱和土边坡稳定性、地基承载力和挡土墙稳定性将会取得更好的效果。
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(85) HTML(6) PDF (4543KB)(8)
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。
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(72) HTML(108) PDF (4133KB)(3)
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。
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(100) HTML(131) PDF (3520KB)(6)
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。
地质调查进展
“水文地质与水资源调查计划”进展
李文鹏
2022, 49(2): 1-6.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202202057
摘要(146) HTML(29) PDF (3024KB)(77)
摘要:
为服务生态文明建设和自然资源管理,促进山水林田湖草沙生命共同体健康协调,中国地质调查局组织开展以流域为单元的全国水文地质与水资源调查,重点部署了国家地下水监测工程运行维护、全国地下水位统测、全国地下水资源评价、重点地区水平衡研究、水文地质与水资源智慧服务系统建设、服务脱贫攻坚与乡村振兴等工作任务。2019年以来主要取得七方面进展,包括研究编制了基于生态优先理念涵盖大气水、地表水、地下水、海洋水的《地质调查支撑服务水资源管理总体设计》,引领了地质调查转型发展;高效运行国家地下水监测工程,数据对外实现全面共享服务,有力支撑了自然资源、水利、生态环境和科研等领域地下水管理与研究研究;建立了较完善的全国地下水位统测网络,统测点达5.6万个,准确掌握区域地下水流场年度变化;建立了全国地下水年度调查监测评价工作机制,实现地下水资源量、储存量及变化量年度出数;探索开展海河流域等重点地区水平衡研究,掌握了区域水平衡状况、人类活动影响下的水资源变化过程及其互馈机制;搭建全国水文地质与水资源智慧服务平台,初步建立多要素的全国水文地质与水资源数据库,研发了地下水资源在线评价系统;高质量完成扶贫找水任务,有力支撑服务了脱贫攻坚与乡村振兴。
水文地质与水资源
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
2022, 49(2): 7-16.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202107042
摘要(222) HTML(75) PDF (3815KB)(136)
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。
基于广义径向流模型的非均质孔隙含水层井流试验分析
邓祺文, 陈刚, 郑可, 施雯, 胡成
2022, 49(2): 17-23.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202106029
摘要(60) HTML(20) PDF (3528KB)(41)
摘要:
Theis模型、Dupuit模型等经典井流模型分析非均质含水层井流试验数据有一定的局限性,获取的参数不适合表征非均质含水层特性。而GRF模型可以获取含水层流动特性的数据。相比于Theis模型、Dupuit模型,GRF模型更能表征非均质含水层特性。以黄石东湖新村棋盘洲长江大桥的抽水试验数据为例,采用Theis模型和GRF模型计算含水层渗透系数,结合实际水文地质条件,对比分析不同方法计算的水文地质参数,并计算含水层水流维数和表观压力传导系数(Kf /Ssf)。结果表明:研究区含水层为细砂夹条带状黏土透镜体的非均质含水层,采用GRF模型计算结果更符合实际情况,渗透系数为 4.09×10−3cm/s;含水层水流维数为1.61,地下水为双线性流动状态,含水层对抽水试验的响应主要受黏土条带控制;观测井和抽水主井的Kf /Ssf呈非线性相关,进一步验证了含水层的非均质性。在非均质孔隙含水层中,应用多孔联合非稳定GRF井流试验方法不仅能确定水文地质参数,并且能丰富对含水层特性的认知。
层状非均质结构包气带入渗过程单相流与两相流数值模拟对比研究
高靖勋, 冯洪川, 祝晓彬, 吴吉春, 吴剑锋, 卫云波, 王水
2022, 49(2): 24-32.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202109011
摘要(71) HTML(1) PDF (3837KB)(35)
摘要:
包气带水分入渗过程受多种因素的影响。定量研究层状非均质岩性结构和入渗速率对其影响,有助于解决根据不同条件选择单相流模型或水气二相流模型模拟包气带水分入渗过程的问题。结合填埋场等场地地层条件及污废水入渗特征,分别建立了“上细下粗”和“上粗下细”包气带层状非均质岩性结构水分入渗单相流和水气二相流模型,探讨不同层状非均质岩性结构条件下模型的适用性。在“上粗下细”岩性结构模型基础上,进一步探究入渗速率对水气两相运移结果的影响。基于论文模型研究表明:(1)在包气带岩性结构为“上细下粗”的条件下,气相的影响基本可以忽略,可直接采用单相流模型对包气带水分运移进行模拟;在“上粗下细”岩性结构和本次模型设定的底部压力保持不变及污废水泄漏前场地未接受降水入渗补给等条件下,当包气带上下层介质渗透率比值大于16倍时,气相会对水相运移产生明显影响,且下层介质渗透率越小、上下层介质渗透率比值越大,单相流与两相流的运移结果差别越大,需要采用水气二相流模型模拟包气带水分运移。(2)在包气带“上粗下细”岩性结构条件下,入渗速率越大,气相对水流入渗的阻滞作用越明显,此时包气带水分运移模拟应采用水气二相流模型。
基于四参数随机生长法重构土体的格子玻尔兹曼细观渗流研究
蔡沛辰, 阙云, 蒋振梁, 杨鹏飞
2022, 49(2): 33-42.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202106036
摘要(29) HTML(24) PDF (4883KB)(14)
摘要:
多孔介质模型的重构问题是土体细观渗流机理研究的基础和关键。由四参数随机生长法(QSGS)构建土体模型,采用格子玻尔兹曼方法(LBM),通过MATLAB自编程序研究重构土在不同条件下的细观渗流机理。结果表明:随模型尺寸增大,孔隙连通程度显著提高,300×300格点大小的模型连通孔隙率增长幅度(34.38%)最大,继续扩大模型尺寸发现增加不明显;流体粒子在孔隙连通性好、孔径大的区域,会形成主渗流通道,且存在指进效应,孔道中间流速最大,可达0.0324,越靠近孔壁流速越小;大孔隙率土的流速比小孔隙率土大,而低孔隙率土中的流速相比大孔隙土更稳定;LBM模拟渗透率与经典K-C公式计算结果对比发现,孔隙率越高计算渗透率越准确(n=0.78,误差为10.22%);土颗粒越小,渗流孔道越细窄、分布越密集,对应的速度场分布更为均匀,同时流速也更小。该研究成果能较好地揭示重构土的细观渗流机理,也可为现有细观土体孔隙流研究提供一定借鉴。
高放废物深地质处置地下水数值模拟应用综述
李露露, 张秋兰, 李星宇, 张璜, 崔亚莉, 邵景力
2022, 49(2): 43-53.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202107037
摘要(53) HTML(6) PDF (3104KB)(28)
摘要:
开展地下水数值模拟研究是高放废物处置场地安全评价的重要组成部分,然而深地质处置介质类型的复杂性、基岩深部资料的相对匮乏性导致模拟结果存在不确定性,如何刻画深部地下水动力场并评估可能引起的风险已成为高放废物处置安全评价中重点关注的问题。在大量文献调研的基础上,综述了世界典型国家高放废物深地质处置场地的地下水数值模拟与不确定性分析应用,并归纳总结该领域研究经验,得到以下认识:(1)深地质处置场深部构造、裂隙的发育与展布决定了地下水循环条件,探究适用于基岩裂隙地区新的水文地质试验方法是提高地下水数值模型仿真性的基础;(2)不同尺度模型融合是解决深地质处置地下水模拟的有效技术方法,区域尺度多采用等效连续介质法,场地尺度使用等效连续多孔介质和离散裂隙网络耦合模型,处置库尺度使用离散裂隙网络方法,其次需重点关注未来大时间尺度下放射性核素在地质体中的迁移转化规律,模拟预测场址区域地下水环境长期循环演变对核素迁移的潜在影响;(3)考虑到不同的处置层主岩岩性以及在多介质中发生的THMC(温度场—渗流场—应力场—化学场)过程,目前国内外常用的地下水模拟软件有:Porflow、Modflow、GMS及MT3DMS等用于模拟孔隙或等效连续介质,Connectflow、Feflow及FracMan等用于模拟地下水和核素在结晶岩、花岗岩等裂隙中的迁移,TOUGH系列软件主要应用于双重介质的水流、溶质及热运移模拟;(4)指导开展有针对性的模型和参数的不确定性分析工作,减少投入工作量,提高模型精度,并可针对处置库长期演变、废物罐失效、极端降雨等多情景预测模拟,为处置库安全评价及设计提供基础数据支撑;(5)针对我国深地质处置地下水数值模拟研究现状,下一步应加强区域地质、水文地质、裂隙测量以及现场试验等相关的调查及监测工作,多介质耦合、多场耦合模拟及不确定性分析研究将会是未来的研究重点。
工程地质与地质灾害
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
2022, 49(2): 54-63.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202107008
摘要(94) HTML(152) PDF (4069KB)(23)
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。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4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、概率熵等3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。4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%,其中排列接触结构的结构强度占比最高,为36.62%,其次为镶嵌结构36.61%,悬浮密实结构35.99%,叠置结构的结构强度占比最低,为35.87%。
珠江口地区岩土层工程地质特征及物理力学性质研究
么玉鹏, 姚坚毅, 唐世雄
2022, 49(2): 64-70.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202106046
摘要(39) HTML(31) PDF (4100KB)(38)
摘要:
基于港珠澳大桥、深中通道、虎门大桥等工程的精细化勘察成果,分析了珠江口地区岩土层地质特性,区内岩土层可划分为淤泥质软土层、黏土粉质黏土层、中粗砂层、残积土层、不同程度风化基岩共5大层,结合区内水动力环境、沉积物类型、钻孔对比及地质剖面,将研究区划分为河口砂质沉积区、潮流型泥质沉积区、泥砂混合沉积区、浅海泥砂混合沉积区等4类。珠江口地区岩土层的物性参数特征研究表明,随着深度增大,岩土层含水率降低,快剪黏聚力增大,压缩系数减小,压缩模量增大;原状土十字板抗剪强度Cu与软土含水率w呈幂函数相关,与压缩模量Es、快剪黏聚力c呈线性正相关;孔压静力触探试验比贯入阻力ps与含水率w呈对数相关,与压缩系数a1−2呈幂函数相关,与黏性土、砂类土的快剪黏聚力c呈线性正相关,得到的经验公式可为珠江口地区类似场地工程建设提供参考。
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
2022, 49(2): 71-76.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202106037
摘要(87) HTML(36) PDF (3543KB)(10)
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。
有机质含量及组分对泥炭土物理力学性质影响
裴利华, 杨醒宇, 桂跃, 王兆昌, 张毅
2022, 49(2): 77-85.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202106009
摘要(47) HTML(6) PDF (4257KB)(15)
摘要:
富含有机物质是泥炭土工程性质不良的主要原因。不同有机质含量及组分的泥炭土,其物理力学性质差异很大。为明确有机质含量的影响,对数十组不同有机质含量无定形泥炭土试样进行一系列室内试验,系统分析了物理、变形、强度及渗透性随有机质含量的变化规律;为比较有机质组分不同导致的工程性质差异,将以上无定形泥炭土物理力学指标与纤维泥炭土试验数据进行系统分析。结果表明:无定形泥炭土基本物理力学指标与有机质含量间有一定的线性关系,其中,初始孔隙比(e0)、天然含水率(w0)、液塑限(wLwp)、黏聚力(c)随有机质含量增加线性增大,比重(Gs)、固结系数(Cv)和内摩擦角(φ)随有机质含量增大而减小。相较无定形泥炭土,纤维泥炭土比重小、含水率大、孔隙比大。抗剪强度方面,无定形泥炭土黏聚力随有机质含量增大而增大,较纤维泥炭土略高;内摩擦角随有机质含量增大而有下降趋势,约为纤维泥炭土的1/5~1/14。渗透性方面,无定形泥炭土的初始渗透系数(kv0)及渗透指数(Ck)随有机质含量增大而减小,且普遍小于纤维泥炭土。
海水腐蚀环境下纳米SiO2改良水泥土动应力及微观分析
庄心善, 寇强
2022, 49(2): 86-93.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202106016
摘要(44) HTML(2) PDF (4514KB)(8)
摘要:
为研究纳米SiO2改良水泥土抵抗动力荷载-海水腐蚀耦合作用效果,通过动三轴、扫描电镜(SEM)、核磁共振试验(NMR),获取不同海盐溶液浓度和时间下动应力参数及NMR曲线图、SEM图,探究海盐溶液浓度和腐蚀天数对改良前后水泥土的影响。试验结果表明:改良土内部孔隙减少,土颗粒间胶结度提高,土体抵抗动力荷载-海水腐蚀耦合作用能力增强,清水环境下,养护7,14,28 d改良水泥土动强度分别提高了4.8%、6.6%、7.3%;经海水腐蚀后,土体内部结构遭到破坏,土颗粒松动且孔隙增多,水泥土动强度明显下降,腐蚀28 d、清水、1倍、2倍、3倍海水浓度溶液环境下,纳米水泥土相对于普通水泥土动强度分别提高了9.4%、7.3%、6.6%、6.3%。
稻壳灰-地聚物固化土力学特性及机理分析
易富, 管茂成, 李军, 杜常博
2022, 49(2): 94-101.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202107021
摘要(59) HTML(13) PDF (3841KB)(9)
摘要:
为了研究绿色环保新型流态固化土在狭窄肥槽回填等工程问题中的应用,提出稻壳灰联合地聚物固化工程渣土形成流态稻壳灰-地聚物固化土。采用无侧限抗压强度(UCS)试验、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱分析(EDS)等测试方法,研究稻壳灰的掺量与粒径对稻壳灰-地聚物固化土的无侧限抗压强度(UCS)的影响规律,并探讨了稻壳灰掺量与粒径对其微观结构影响规律。结果表明:稻壳灰-地聚物固化土的净浆流动度与稻壳灰的掺量、粒径呈负相关关系,其凝结时间与稻壳灰掺量呈正相关关系,但与稻壳灰的粒径呈负相关关系;稻壳灰-地聚物固化土UCS值随着稻壳灰的掺量增加、粒径降低而显著提高,当稻壳灰的掺量增加到10%后,强度提升效能降低,初步判定稻壳灰的最优掺量为10%;固化过程中产生水化硅铝酸钠(N-A-S-H)和水化硅酸钙(C-S-H)2种凝胶,起到填充内部孔隙和胶结土颗粒的作用,使整体结构趋于完整,是稻壳灰-地聚物固化土强度提升的根本原因。研究成果可为稻壳灰在流态固化土的工程应用提供理论依据。
基于流固耦合的强震大型滑坡水力激发效应研究
时幸幸, 崔圣华, 裴向军, 朱凌, 杨晴雯
2022, 49(2): 102-114.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202104052
摘要(27) HTML(5) PDF (8041KB)(12)
摘要:
2008年汶川Ms8.0级强震触发了体积近12×108 m3的大光包滑坡。该滑坡发生于古生代碳酸盐岩地层,滑带地质背景为斜坡内部深埋400 m、最大厚度达5 m的先期层间构造错动带。最新调查表明,该错动带是斜坡内部地下水通道,错动带岩体处于饱和状态。为揭示强震过程与地下水相关的大光包滑坡启动机制,提出了一种具有软弱层带的硬质碳酸盐岩边坡简化模型,将层间构造错动带概化为碳酸盐岩硬层内部软弱层带,采用FLAC3D程序中的流固耦合算法模拟了模型的响应特性。研究结果表明:强震过程中软弱层带上下碳酸盐岩硬层的变形响应时间、波型、大小出现明显差异,上硬层相对于下硬层产生了张离、压缩和剪切3种非协调变形模式,由此对软弱层带产生了振动冲压-张拉和振动剪切动力学行为,饱水软弱层带形成了具有瞬间放大和累积增涨特征的超孔隙水压力。这里将上下硬层差异性变形称为非协调变形,认为非协调变形是软弱层带应力放大成因,推测软弱层带应力瞬间放大以及放大应力长持时作用下的岩体致损是超孔隙水压力激发和累积的成因;强震过程软弱层带超孔隙水压力导致其内有效应力快速降低,使得斜坡前部锁固段应力快速集中,而后被突然剪断,滑坡骤然启动,揭示了强震过程中超孔隙水压力是大光包滑坡启动的主要原因。
水库滑坡地下水动态响应规律及浸润线计算模型—以石榴树包滑坡为例
汤明高, 吴川, 吴辉隆, 杨何
2022, 49(2): 115-125.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202105041
摘要(42) HTML(4) PDF (4212KB)(30)
摘要:
库水和降雨直接导致水库滑坡地下水变动,是诱发滑坡的主要因素。已有研究大多是基于监测数据探讨库水与降雨对滑坡变形的影响,未能揭示水库滑坡地下水响应规律,地下水浸润线计算模型没有同时考虑降雨和库水的影响,且模型边界条件与水库滑坡实际情况差别较大。为了揭示大型水库滑坡地下水动态响应规律,需要构建更接近实际情况的地下水位浸润线计算模型。通过三峡水库石榴树包滑坡地下水动态监测,揭示了库水水位变化和降雨条件下滑坡地下水水位动态响应规律,其地下水渗流场近似层流,滑坡前缘和中部的地下水水位与库水位几乎同步,滑坡后部的地下水水位主要受降雨影响,日降雨30 mm会引发地下水水位明显变动。在周期性库水位变化和随机降雨耦合条件下,建立了滑坡地下水非稳定渗流微分方程,解算出水库滑坡地下水位浸润线计算模型,并采用实际监测结果进行了验证。应用计算模型分析了不同工况条件下的滑坡渗流场,并得出滑坡内距前缘水平距离145 m内,库水对地下水有影响;引发地下水变动的降雨和库水位变化阈值分别为0.03,0.1 m/d,且不同的条件组合下降雨和库水位对地下水水位影响存在一定差异。
基于动态残余强度的不同含水率条件下滑坡稳定性研究
魏占玺, 谢东武, 毋远召, 马文礼, 李元, 李万花
2022, 49(2): 126-136.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202104055
摘要(26) HTML(4) PDF (5658KB)(21)
摘要:
长时降雨会引起斜坡发生累进性破坏,在此过程中,滑带土将随含水率的变化达到不同含水状态下的残余强度。传统应变软化模型不能准确表达这一变化过程中滑带土残余强度的动态特征, 而引入动态残余强度的应变软化模型能更加真实地模拟含水率变化时滑坡稳定性的发展。基于此,文章对四川中江县垮梁子滑坡开展了野外调查工作,通过现场竖井获取滑带土,采用环剪试验研究了滑带土力学参数与含水率的关系,在此基础上建立了基于动态残余强度的应变软化模型,模拟了垮梁子滑坡在滑带土处于不同含水率阶段的发展情况。结果表明:含水率的增加使得滑带土抗剪性能显著衰减,峰值及残余抗剪强度呈近乎线性降低,残余强度参数则表现出三次函数型衰减特征。应用基于残余强度参数衰减规律建立的应变软化模型模拟了垮梁子滑坡的变形破坏过程,结果表明在滑带土含水率低于20%时,斜坡仅在前缘局部产生塑性区;当含水率达到22%时,斜坡中上部开始产生塑性区及未贯通滑动面;当含水率达到24%时,塑性区趋于贯通,滑坡进入加速变形状态,并于坡表产生张拉裂缝;当含水率达到26%时,滑坡处于失稳状态,坡表张拉塑性区及破坏面的发展与滑坡现状破坏特征高度吻合。该成果可为相关滑坡的稳定性研究提供一定的理论依据。
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
2022, 49(2): 137-147.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202104068
摘要(42) HTML(51) PDF (4186KB)(20)
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的影响规律。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。
黄土−三趾马红土滑坡滑带土的长期强度影响因素研究
祝艳波, 刘振谦, 李文杰, 苗帅升, 李红飞, 兰恒星
2022, 49(2): 148-156.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202104012
摘要(20) HTML(1) PDF (4004KB)(27)
摘要:
西北地区三趾马红土广泛分布,其蠕变特性强、变形后强度衰减明显,为典型的易滑地层。以往研究较少关注三趾马红土的长期强度衰减规律,为探讨三趾马红土强度时间效应,文章开展三趾马红土蠕变试验研究,获取其蠕变全过程曲线;利用等时曲线法求取其长期强度,并分析影响因素对长期强度影响的敏感性。结果表明:三趾马红土蠕变性强,蠕变特性受初始条件影响显著,试样干密度越小、含水率越高、试验围压越小,其蠕变变形量越大;三趾马红土蠕变变形后强度衰减明显,强度损失率为6.67%~34.58%,干密度越小、含水率越高、围压越小其长期强度越低;三趾马红土长期强度衰减随影响因素变化敏感性不同,随含水率变化最为敏感,随围压变化敏感性次之,随干密度变化敏感性最低;三趾马红土强度损失率变化则呈现不同规律,干密度越小、含水率越高、围压越低,其强度损失率越大,且其变化幅度随围压变化最为敏感,随含水率变化次之,随干密度变化敏感性最低。
强震作用下崩塌滚石冲击耗能损伤演化分析
李娟, 何亮, 荀晓慧
2022, 49(2): 157-163.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202104002
摘要(42) HTML(2) PDF (3414KB)(28)
摘要:
强震触发崩塌滚石冲击耗能损伤是防护工程设计的重要指标。为探索冲击过程中滚石耗能损伤演化过程,采用热力学定律分析了冲击过程中能量的传递与耗散,通过定义冲击耗能损伤因子DDmax,建立了滚石冲击耗能损伤理论模型与适用模型。结合工程实例,反算极限冲击力对模型进行论证与分析,提出模型的推广应用。结果表明:滚石冲击耗能损伤过程满足热力学第一定律,能量主要贡献于防护工程弹塑性势能的积聚,Dmax受滚石质量、弹性模量、抛射初速度、最大冲击力、有效作用面积等的影响;最大冲击力持续增加,极限冲击耗能损伤因子增大,达到线性函数与抛物线函数图像交点C(1031 kN,0.9965)时曲线出现拐点。模型推广得到广义范围下的冲击耗能损伤演化函数曲线,冲击耗能损伤全过程在损伤响应、损伤线性、损伤渐进三个阶段的临界位置出现2次损伤拐点;随滚石质量增加,最大冲击力增大,极限冲击耗能损伤因子曲线先呈抛物线减小,再呈线性增加,最后呈抛物线逐渐增加直到无限趋近于1。从能量角度定量分析其损伤本质,对探究滚石运动过程能量耗散机制及防护工程的设计具有重要意义。
落石法向恢复系数的多因素联合影响研究
姬中民, 张晟, 伍法权, 牛庆合, 王可意
2022, 49(2): 164-173.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202105050
摘要(41) HTML(15) PDF (4146KB)(13)
摘要:
法向恢复系数(Rn)作为落石灾害预测及分析中最为关键的输入参数,由于其受控因素较多,如何确定准确合理的Rn值仍然是一个难题。为探究多因素对Rn的联合影响规律及机理,首次采用响应曲面−中心复合试验设计方法对Rn的7因素联合影响展开测试。通过对试验结果进行回归和方差分析,遴选的7个因素对Rn影响均较显著,显著程度依次为碰撞角(θ)>试块硬度(H1)>转速(ω)>形状因子(η)>入射速度(V)>坡面硬度(H2)>尺寸(d)。许多交互参数对Rn亦表现出了显著影响,依次为d−θ > H1d > V−η > H1−ω > d−η > η−ω > H1−η。对于单因素参数,Rnd、V、η、θ减小和H1、H2ω增大,呈增大趋势;对于交互参数,dωRn影响较弱仅表现在H1较小时,随H1增大,影响逐渐增强;ηH1较小时对Rn影响较显著,随H1增大,影响明显减弱;η较小时,RnVd减小显著增大,η较大时,这种影响不显著;θ较小时,Rnθ增大减小较快,θ较大时,减小趋势放缓;相比较小η值试块,较大η值试块的ωRn影响更为显著。这些获得的结论可为落石Rn计算模型的构建提供重要参考,进而为落石灾害的精准预测及防护提供依据。
缓倾层状结构高陡采动斜坡变形特征研究
赵建军, 王子贤, 严浩元, 赖琪毅, 余建乐, 李清淼, 朱要强, 董建辉
2022, 49(2): 174-183.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202105029
摘要(53) HTML(117) PDF (9617KB)(25)
摘要:
采空区深度、平面位置等控制缓倾层状结构采动斜坡的变形特征,直接影响采动斜坡整体稳定性。近年来,国内外学者针对地下采煤引起上覆岩体变形开展了大量研究,但目前采空区特征对斜坡关键位置的影响作用揭示还不够深入。贵州省发耳煤矿尖山营变形体是典型的缓倾层状结构采动斜坡,具有上陡下缓、上硬下软的特征。文章以发耳尖山营变形体为例,采用地质过程机制定性分析和数值模拟方法研究了多层开采与不同深度单层开采对斜坡变形的影响,揭示采空区宽度、深度及深厚比等参数对斜坡变形特征的影响。结果表明:多层开采导致斜坡坡脚破坏和整体塌陷,引起斜坡产生显著向坡外的水平位移,导致竖向位移远大于煤层开采总厚度;采空区跨越坡脚致使开采深厚比急剧减小,采动裂隙更易扩展至地表,是坡脚附近岩体产生破坏的重要因素;采空区宽度增大、多层采动会显著加剧斜坡变形,采空区深度增加可减小斜坡变形量值,但显著增加变形范围。在地形起伏强烈地区采煤,通过优化工作面布置,防止开采深厚比急剧减小、控制采空区宽度、避免重复采动以及开采更深部煤层对斜坡稳定性有利。
生态地质与环境地质
海水入侵模拟方法VFT3D及应用
王佳琪, 郭芷琳, 田勇, 范林峰, 曾文科, 王晓丽, 苏皝, MicheleLancia, 郑春苗
2022, 49(2): 184-194.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202105037
摘要(65) HTML(17) PDF (3881KB)(30)
摘要:
海水入侵是困扰沿海地区经济社会发展的重大资源、环境问题,严重影响沿海地区地下水资源。定量模拟、预测和可视化管理是对海水入侵进行有效监测和机理分析的重要手段。基于前期海水入侵模拟的理论研究及方法,提出了海水入侵模拟及预测模型VFT3D,该模型综合考虑地表水-地下水对海水入侵的协同控制作用,能够模拟变密度地下水流及复杂反应性迁移,实现模拟海水入侵的完整水文循环过程。文章介绍了VFT3D模型,利用VFT3D模型模拟了一个海水入侵案例,并与SEAWAT模型模拟结果进行了对比分析。结果表明VFT3D 模型模拟水头与SEAWAT模型模拟结果相差不大,但SEAWAT模型无法模拟海水入侵中复杂的化学反应过程。VFT3D 模型模拟发现,水文地球化学过程(阳离子吸附交换作用)对阳离子(Na+、K+、Mg2+和Ca2+)运移产生明显影响,同时引起过渡带中离子组分浓度发生变化,对海水入侵过程产生较大影响。因此,考虑变密度和复杂反应过程,才能更加准确地描述海水入侵,从而有利于地下咸水治理工程的科学实施。
水动力因素对砷在河砂中迁移影响的柱试验与模拟
黄健, 单慧媚, 彭三曦, 杜海玲, 陈辉, 曾春芽
2022, 49(2): 195-206.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202105016
摘要(40) HTML(2) PDF (3607KB)(21)
摘要:
河岸带作为一种典型的地下水-地表水相互作用带,不同水动力学条件下砷在该作用带中的行为较少有研究报道。基于此,采集河岸带河砂开展室内柱试验,分析不同水动力因素(包括流速和粒径)对砷在河砂中迁移的影响并建立相关模型。结果表明:(1) 0.5 mL/min流速下,河砂对As(V)的吸附速度和达到平衡所需的时间均比As(III)快,且粒径越小,该现象越明显;1.0 mL/min流速下,不同粒径的河砂对As(V)的吸附速度随粒径的增大而增大,对As(III)的吸附则没有明显差异;(2) 相同粒径的填充柱中,河砂对As(III)和As(V)的吸附能力均随流速的增加而降低;(3)不同流速和粒径条件下,As(III)和As(V)在砂柱中的迁移过程均更符合Thomas模型,拟合R2高于相同条件下Yoon-Nelson和Adams-Bohart模型。其中,低流速下,Thomas模型对0.15~0.25 mm粒径中As(III)和As(V)迁移过程拟合的R2(≥0.94)显著优于1.00~2.00 mm的较大粒径;高流速下,该模型对不同粒径中砷迁移过程的拟合R2差异不大。研究有助于加深对地下水-地表水相互作用下水动力因素对砷迁移转化规律影响的认识,并丰富和完善高砷地下水形成的机制理论。
退化高寒草原人工恢复植被根系及根-土复合体力学特性研究
何伟鹏, 刘昌义, 周国英, 胡夏嵩, 付江涛, 卢海静, 闫聪, 杨馥铖, 李国荣
2022, 49(2): 207-218.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202108052
摘要(37) HTML(2) PDF (3398KB)(22)
摘要:
为研究人工恢复草本植物对青藏铁路沿线退化高寒草原土体抗剪强度增强作用,以青藏铁路沱沱河段人工草地建植区为研究区,通过对区内生长期为1 a的3种组合种植草本植物开展单根拉伸和根-土复合体直剪试验,评价了3种草本组合单根、根-土复合体力学强度特性。研究结果表明:组合类型I即扁穗冰草(Agropyron cristatum)+碱茅(Puccinellia distans)+冷地早熟禾(Poa crymophila),其3种草本平均根径(0.06~0.34 mm)、平均抗拉力(0.58~3.09 N)、平均抗拉强度(36.87~221.70 MPa)相对最大;3种草本组合其单根抗拉力与根径呈幂函数正相关关系,而抗拉强度与根径呈幂函数负相关关系;直剪试验结果表明,3种草本组合其根-土复合体黏聚力均随深度增加而降低,其中组合类型I其根-土复合体黏聚力相对最大为32.62 kPa,且较组合类型II、组合类型III根-土复合体黏聚力的增加幅度分别为15.3 %、57.7 %,表现出草本组合类型I具有相对更为显著的增强土体抗剪强度作用。研究结果可为青藏铁路沿线高寒草地退化、水土流失、浅层滑坡等灾害防治提供理论依据,同时对采用种植植被开展沿线生态恢复具有实际指导意义。