干湿交替环境中黄土裂隙扩展多尺度研究

为探究在干湿环境中西安特殊黄土裂隙发展规律，对试样进行不同含水质量分数条件下的干湿循环试验，而后开展固结压缩试验，并结合CT扫描技术和核磁共振技术，观察西安特殊黄土的固结性质及其孔隙结构变化规律。研究结果表明：土体压缩性随含水质量分数的增加呈增长趋势，压缩系数增加，压缩模量减小。黄土压缩性受干湿环境影响较大，随着循环次数的增加压缩性明显增强。通过观察黄土表面裂缝可以发现，含水质量分数和循环次数对裂缝的扩展都起到积极作用。应用CT扫描技术对干湿环境下的黄土试样进行实时监测，发现循环次数越多，孔隙发育越快，最终导致土体结构发生破坏。通过核磁共振技术发现干湿循环对黄土内部孔隙裂隙扩展起到促进作用，小孔隙相对减少，中孔隙和大孔隙相对增多。通过宏-微-细观多尺度方向对黄土的干湿损伤机理进行分析，为季风性气候地区黄土裂隙发展的认知提供参考。     

优先流对土壤水文及滑坡触发的影响

强降雨条件下,岩土中的优先流可通过裂缝、裂隙、生物孔隙等多种大孔隙通道向下快速传播,造成深层土壤孔隙水压力增大和潜在滑动面上抗剪强度的减小。因此,优先流与滑坡触发有密切的关联。结合双重渗透模型与无限边坡稳定分析方法,以四川省都江堰市银洞子沟滑坡风险区的人工降雨滑坡实验为例,根据土壤含水量及孔隙水压力观测数据,模拟强降雨条件下滑坡体内土壤水动力过程,并分析优先流对滑坡触发的影响。结果表明,强降雨条件下的土壤含水量及孔隙水压力快速响应与优先流相关,将双重渗透模型与无限边坡稳定分析方法相耦合,可以量化优先流对边坡稳定性的影响,为滑坡泥石流灾害预警提供更可靠的结果。     

基于CT的黄土孔隙尺度优先流特性

摘要：CT扫描技术正被广泛应用于岩土多孔介质中孔隙的定量化表征,然而以往关于黄土孔隙定量化的相关研究存在CT扫描的分辨率不足问题,无法精准的识别出黄土中的全部大孔隙。基于高精度的微米CT,以陕西延安Q2黄土为例,在提取的黄土中真实孔隙结构的基础上,借助概化的孔隙网络模型研究了黄土的孔隙、孔喉和孔喉配位数分布特征,发现三者均呈对数正态分布;通过简化的Navier-Stokes方程及孔隙网络模型定量化地研究了在给定边界压差下管状通道、裂隙形成的优势通道中压力及流速的分布,与不含优势通道的代表性体积单元进行对比,发现裂隙对整体渗流特性的影响为均匀促进型,而管状通道为渗流集中型;在求得渗透系数后与原状黄土及重塑黄土的室内渗透实验结果进行对比验证了计算模型的可靠性。     

染色有机玻璃黄土结构薄片制作方法

黄土的结构研究是黄土研究中的一个重要组成部分,它和黄土的物理力学性质、化学性质、成岩过程等有着密切关系。因此研究黄土的结构,无论在岩石学方面或是在工程地质、水文地质以及农业方面都具有十分重要的意义。黄土结构的研究方法,有宏观的肉眼观察和微观的显微镜观察。在显微镜下最基本、最常规的方法是镜下薄片观察。但由于黄土疏松、结构复杂、颗粒细小、孔隙裂隙多,因而用     

面向黄土地质灾害的优势流研究

在分析以往优势流研究方法和存在问题的基础上,对拓展优势流研究与应用领域、深化优势入渗机理以及定量刻画优势入渗规律进行了探讨.研究表明,黄土斜坡地带包气带按优势通道发育特征可概化为优势通道不明显的均匀介质、以大孔隙和裂隙为通道的优势介质、以落水洞、宽大裂隙为通道的灌入介质,将包气带水分运移入渗概化为均匀入渗、优势入渗和直接灌入,均匀入渗模式可用非饱和达西流刻画,优势入渗模式亟待理论突破和软件开发,直接灌入模式可分解为均匀入渗和优势入渗来刻画.     

黄土洞穴危害及其形成演化机制

指出黄土地质灾害的发生主要与地表水的集中入渗有关,而黄土洞穴则往往是地表水在黄土地层中通过各种黄土节理、裂隙集中入渗最为直观的体现.通过野外调查,查明了黄土洞穴对公路工程的危害,并将其对公路工程的破坏归纳为以径流冲蚀作用为主的破坏类型、以渗流潜蚀作用为主的破坏类型、以湿陷潜蚀作用为主的破坏类型、复合作用破坏类型;对每种类型的破坏机理及其各自特点分别进行了概括,认为公路工程对原始地形地貌、汇水条件、土质条件和地层条件的改变是其发生洞穴破坏的根本原因;以黄土洞穴对公路工程的破坏机理为启迪,对黄土洞穴的发展演化机制进行了深入讨论.其成果不仅可深入揭示黄土洞穴的成因,而且对集中渗流作用下黄土地质体稳定性的研究亦具有重要的借鉴意义.     

灌溉条件下黑方台黄土湿陷特征及其内在机理

基于室内试验,系统分析了不同初始含水量、增湿-减湿循环交替、渗透溶滤等多个条件下黑方台黄土的湿陷特性.基于微观结构定性和定量分析,探讨了黑方台黄土湿陷的内在机理.研究发现,黑方台黄土湿陷终止于饱和度52%~65%的非饱和状态;增湿-减湿循环交替4次后,黄土湿陷变形微弱;易溶盐淋滤时黄土湿陷变形持续.湿陷变形后的微观结构变化揭示出黑方台黄土湿陷的本质是黄土内架空大孔隙和支架小孔隙塌落.毛细管作用、孔隙压密作用、盐分溶解作用均对黑方台黄土湿陷有所贡献.但是盐分溶解作用的贡献远小于前二者,并且盐分溶解作用以易溶盐溶解为主.毛细管作用和孔隙压密作用的贡献大小取决于黄土中孔隙的分布和湿陷变形的发展阶段.     

黏滞性对LNAPL 在非饱和多孔介质中优先流影响的试验研究

为探究轻非水相液体(LNAPL)在非饱和带通过裂隙快速通道产生的优先流对地下含水层造成污染的影响,选取大豆油和0号柴油2种不同黏滞性的LNAPL,通过室内试验,研究不同黏滞性的LNAPL在通过非饱和多孔介质中单裂隙快速通道产生的优先流迁移规律。试验结果表明:黏滞性小的LNAPL通过裂隙产生的优先流的运移速度快;LNAPL进入地下水毛细带后受毛细水的顶托力作用,垂向迁移速率减缓,横向扩散速度增大,LNAPL优先流锋面形态逐渐变缓;优先流不仅能通过裂隙非均质条件产生,而且可以在基质中以指流的形式存在,黏滞性大的LNAPL更容易产生多个狭长形的指流。     

黄土迁移入海后动力特性的试验研究

黄土研究在我国国民经济建设中具有重要的学术价值,但其入海后工程力学性质变化如何,是目前研究尚待解决的重要问题.在黄土入海堆积形成的现代黄河三角洲采集沉积物样品,在均等固结条件下,采用应变破坏标准,开展系列动荷载作用下的固结不排水循环三轴强度试验;获得不同动荷载下的动应变、动孔隙水压力发展曲线,建立孔隙水压力增长模型;并探讨了其孔压及动强度特性较陆地黄土的变化.研究结果表明:黄土迁移入海后,在动荷载作用下,沉积物样品的应变与孔隙水压力发展不同步,孔隙水压力最终稳定,应变则不断发展;土样发生破坏时孔压未完全达到围压,主应力也未完全减小为零;黄土迁移入海后孔隙水压力发展与陆上黄土类似,同样可用一个五级多项式表示;黄土在迁移入海后其动强度增强.研究成果对黄河三角洲动力地质灾害的预防具有指导意义.     

铜川烈-柴公路收费站滑坡机理研究

目的以铜川烈-柴公路收费站滑坡为例，研究黄土滑坡机理，为黄土滑坡预报和工程治理奠定基础。方法通过现场勘察及室内试验，对黄土滑坡的形成机理及运动学机理进行了深入地研究，分析了地下水对黄土滑坡形成的影响。结果在考虑孔隙水压力情况下，分别统计出了孔压系数与饱和度及孔隙比之间的关系，并对滑坡的滑距、滑速进行了计算分析。结论本滑坡符合黄土蠕滑动液化机理模型及滑坡运动学机理模型，提出的滑坡运动轨迹方程、滑体质心速度曲线方程、滑距公式在实际工程中具有应用价值。     

降雨条件下含大孔隙土柱水-气两相流试验

为揭示降雨条件下含大孔隙土中水—气两相流运移机制,基于室内人工降雨试验,通过自行设计试验装置并借助各类试验设备,对不同工况下大孔隙和基质域的含水率、孔隙水压力、孔隙气压力分别进行实时监测.结果表明：大孔隙的存在可明显加快水分入渗速率,使土柱湿润锋呈现漏斗状,大孔隙附近水分入渗速率明显较快(即产生优先流),但是降雨需持续一定时间才会产生优先流;模型箱底部边界开通有利于气体的排出,可降低孔隙气压力,从而更有利于水分的入渗;大孔隙存在情况下,增加降雨强度可加快优先流的产生,使水分更快地沿着大孔隙入渗至土壤深层,并沿着大孔隙壁向周围基质扩散.此外当降雨强度大于水分入渗速度时,会在土体表面形成积水,一定程度上增加孔隙气压力.     

增湿-冻融劣化原状黄土结构强度试验研究

黄土结构强度是由内部颗粒的空间构型而产生的一种胶结性的联结强度。该强度极易受外界环境的扰动,如增湿、冻融等,引起体积和孔隙变化,削弱黄土的结构强度,进而又会影响路堤、边坡、护栏等黄土构筑物的稳定性。本文选取陕西临潼Q_3原状黄土为研究对象。首先,通过室内模拟增湿和冻融循环作用,分析不同含水率和冻融循环次数下黄土的体积和孔隙的变化规律。其次,通过侧限压缩试验数据绘制出含水率和冻融循环次的关系曲线,并得出黄土在增湿和冻融情况下的压缩变形特征。最后,依据该关系曲线定义黄土结构强度、剩余结构强度,和劣化因子等概念,采用数理统计方法拟合出三者之间的数值表达式,并应用本试验数据计算出所有工程作业对黄土的扰动劣化值,从而得出在增湿和冻融作用下的原状黄土结构强度的劣化规律。     

秸秆覆盖对岩溶区稻田土壤优先路径特征的影响

为探究秸秆覆盖对桂北岩溶区水稻田土壤优先路径的影响,采用野外染色示踪方法,结合图像形态学解析技术与空间统计分析方法,研究桂北岩溶区秸秆覆盖与非覆盖条件下水稻田优先路径及其空间分布特征。结果表明：随土壤深度的增加,秸秆覆盖条件下的水稻田土壤染色形态呈表层整体分散分布向深层团块状零散分布形态转变,而非秸秆覆盖条件下的土壤染色形态以聚集枝状裂隙为主向两侧团块状分布形态转变,且秸秆覆盖的水稻田平均总染色面积比(18.23%)仅是非秸秆覆盖的0.75倍,二者之间差异显著(P＜0.05)。秸秆覆盖条件下水稻田的平均优先路径总数量(6323)仅是非秸秆覆盖条件下的0.81倍,二者优先路径数量均随土壤深度的增加而降低,但覆盖条件下水稻田的优先路径数量下降最快,以4.48倍速减小,其优先路径的平均复杂度为2.11,而非覆盖条件下水稻田优先路径平均复杂度为2.14,二者之间差异性显著(P＜0.05),即非秸秆覆盖下的水稻田优先路径扭曲程度更高,表现为路径较集中的空间分布状态,且秸秆覆盖措施影响水稻田优先路径。覆盖措施虽加快了土壤表层水流运动状态,但降低了深层土壤中优先流的发育程度,减少了田间水肥深层渗漏,在一定程度上可提高作物耕作层中的水肥利用率。     

注浆法应用于局部非饱和黄土地基中的适用性

为了探明注浆法应用于黄土地区某既有高层建筑地基加固产生负面作用的原因,用以指导该建筑物进一步的加固工作。本文依托某建筑物纠偏工程讨论了注浆法在局部非饱和黄土地基中的适用性。现场监测了建筑物的沉降、倾斜以及地基土孔隙水压力指标,结合地质条件以及前期加固方案,分析了注浆后地基土承载力不升反降、建筑物沉降速率增大的原因。结果表明：注浆开始后,建筑物沉降速明显增大,且南侧高于北侧,随着施工的暂停和恢复,沉降速率随之减小和增大。最大沉降速率达2.05 mm·d-1,南北两侧最大沉降差达40.78 mm。孔隙水压力变化趋势与沉降速率类似,最大孔隙水压力达990.21 kPa。停止注浆后,地基南侧各处孔隙水压力有所降低,降幅约8.85%~45.56%。注浆使建筑物产生不均沉降的原因为,未凝结浆液中的水在注浆压力和较高的孔隙水压力作用下逐渐渗透到本就排水条件不良的地基土中,且由于地基内初始孔隙水压力及初始排水条件的差异,对地基产生了不均匀的影响,最终体现在建筑物不均匀沉降上。可见对于类似的排水条件不良且孔隙水压力过大的局部非饱和黄土地基,注浆加固前应采取打入排水板、泄压孔等措施消散孔隙水压力,然后再进行注浆施工。     

基于优势流效应的填埋场渗沥液回灌过程预测

渗滤液回灌对于补充垃圾堆体水分及加速降解稳定化具有重要的促进作用,垃圾堆体的非均质性和大孔隙特征造成了渗沥液流动过程出现显著的优势流效应.以双渗透率模型为基础,开展典型回灌工艺条件下垃圾堆体中渗沥液的分布规律预测研究.预测结果表明:一定限度内增大回灌速率、回灌频率、回灌量、初始含水量等因素可提高渗滤液的影响深度、入渗量和贮水率;优势流模型较传统的单域模型,区分了具有高导水性的裂隙域和高持水性的基质域,渗滤液可以更快地通过裂隙入渗、流动和排出,更符合垃圾堆体内水分多域流动行为模式;裂隙域和基质域的水分质量交换项是动态平衡的,随深度而减小.     

冻融与静荷载双重作用下土体内部孔隙水压力、水分场变化规律研究

在季节冻土区,土体内部孔隙水压力和水分含量受冻融循环和外部荷载的影响.通过模型试验,利用孔隙水压力传感器和水分传感器对冻融与静荷载双重作用下黄土内部的孔隙水压力和水分含量进行监测,得到不同深度处孔隙水压力和水分含量的变化过程.结合静荷载的应力场,进一步分析孔隙水压力和水分含量的空间变化规律.试验结果表明:在冻融与静荷载双重作用的初期,土体内部孔隙水压力快速增大;之后,孔隙水压力开始随温度呈周期性变化.在一个冻融周期内,土体内部孔隙水压力和水分含量都随温度的升高而增大,随温度的降低而减小,而且孔隙水压力和水分都随温度的变化而表现出滞后性.随着冻融循环次数的增加,孔隙水压力在荷载下方和两侧形成三个集中区;水分则在荷载下方形成高含水量区,在荷载两侧形成低含水量区.通过对静荷载产生的应力场进行分析发现,土体内部孔隙水压力和水分场的空间分布与静荷载产生的应力场有密切关系.     

波致海床液化引发底边界高浓度悬浮体形成过程的试验研究

国内外众多现场原位观测的实测资料,其结果表明粉质土海床在波浪作用下,水体底边界会产生高浓度悬浮体。利用在黄河三角洲采集的粉质土制作试验土床开展室内水槽试验,旨在揭示波浪荷载持续作用下海床液化引发底边界产生高浓度悬浮体的过程及机制。根据试验现象及海床土体的孔隙水压力变化、水体悬浮泥沙浓度的时空分布,以及悬浮泥沙的粒度变化等特征,分析认为波浪导致的海床液化能够引发底边界高浓度悬浮体的形成。大量的土体细颗粒从液化土体的振荡边界与渗流通道中的析出,是导致高浓度悬浮体形成的重要原因。对进一步探讨黄河口区异重流现象的产生等科学问题具有一定的指导意义。     

川西松潘地区裂隙性黄土强度特性试验

节理裂隙破坏了黄土的结构完整性,影响其力学特性,一定程度上控制着黄土地区滑坡和崩塌等地质灾害的演化进程和破坏规模。为研究裂隙对黄土强度特性的影响,选取川西松潘地区黄土为研究对象,开展了不同切面倾角、含水率和含砂量等条件下的三轴试验,研究结果表明：（1）切面倾角对黄土抗剪强度影响明显,在倾角为0°时最大,在接近理论破裂角时最小;（2）只有切面倾角与理论破裂角相近时,剪切破裂面才会迁就已有切面发展,其他切面倾角时试样并不会沿着预设切面破坏,切面的存在改变了土体内局部应力从而影响其剪切强度;（3）含切面试样的粘聚力对含水率和含砂量的变化较敏感,当含水率和含砂量变化时,剪切强度的倾角效应依然存在,但不同切面倾角试样的剪切特性会有所变化。基于裂隙性黄土力学特性的研究,认为开展滑坡不同部位的滑带土切面三轴试验可以为深入分析古滑坡复活机制提供借鉴。