庆阳黄土区芡子沟水库蓄水前后的塌岸评价

芡子沟水库工程位于鄂尔多斯盆地南部的陇东黄土塬区,属董志塬的东北部边缘。地貌属黄土塬及塬边残塬梁峁沟壑区。工程区内总体以黄土塬为主,黄土塬面平坦开阔,塬边沟壑纵横,地形破碎,黄土残塬之间多为梁、峁、崾岘等地貌形态。根据地貌的成因类型及形态特征分为黄土塬区、残塬梁峁沟壑区及河谷区等地貌单元,本水库修建于残塬沟壑区。芡子沟黄土水库蓄水2 a后,对蓄水前后的库岸塌岸进行了对比分析研究,总结确定出可靠的黄土地区水库塌岸计算参数,Q2离石黄土水上稳定坡角72°～87°,水下稳定坡角23°～33°;(Q_4)滑坡重力堆积体及坡积岸坡水上稳定坡角60°～85°,水下稳定坡角19°～25°。地形地貌、地层岩性对塌岸的发展起着决定性作用。     

黄土潜水补给周期的探讨

西北黄土高原,由黄土塬、梁、峁及黄土台塬组成。黄土分布面积二十七万余平方公里。第四系黄土最大厚度近300米,一般80—150米左右。黄土潜水主要分布于六万余平方公里的黄土塬和台塬区。 黄土潜水埋藏深度5—120米,一般30—80米,大气降水通过包气带予以补给的周期是以日、月、年来     

黄土高原城市工程地质分区——以铜川地区为例

城市新区的科学选址及规划需要以明确的工程地质条件为基础,因此开展城市周边工程地质分区研究已成为当前城镇发展工作中的关键环节。本文以铜川地区为例,根据地质构造及地貌演化确定了地貌类型,依据第四纪沉积物组合差异将地层沉积结构划分为风成沉积型、冲洪积型及风成-冲洪积复合沉积型。根据湿陷性试验结果,研究区内黄土埋深超过22m不具自重湿陷性,埋深超过24 m不具湿陷性;根据湿陷量计算值将研究区划分为非湿陷区、2级、3级和4级湿陷区。在此基础上将研究区划分为4个区(低中山区、黄土台塬区、黄土丘陵区和河谷阶地区)及8个亚区,并总结了各工程地质区的工程特性,其中:低中山区及黄土丘陵区不适宜建筑;黄土台塬区的2级湿陷高台塬亚区和2级湿陷低台塬亚区为适宜建筑;河谷阶地区部分适宜建筑;黄土台塬区的3级、4级湿陷高台塬亚区及3级、4级湿陷低台塬亚区进行地基处理后适宜建筑。研究成果可为黄土高原地区相似地质条件下的未来城市选址及工程建设规划提供指导和借鉴。     

黄土塬区包气带水分运移特征研究

在我国西北黄土高原的黄土塬、黄土台塬区赋存有较丰富的黄土潜水,大气降水垂直入渗是其主要补给来源,但对水分赋存和运移的空间通道认识尚有不足。文章基于董志塬、渭北黄土台塬的地貌、地层结构等水文地质条件、地下水利用动态和相关试验资料,结合黄土扫描电镜图像处理与统计分析,对黄土塬区黄土潜水和包气带水分运移的孔隙特征、过程进行了探讨并分带。研究认为孔隙是黄土地下水的主要赋存、运移的空间通道,其最小渗透等效孔径约为12μm。由孔隙发育的马兰黄土构成的黄土包气带垂向结构组合有利于大气降水的入渗,包气带孔隙中的水分运移非常微弱缓慢,但较为连续均匀。黄土包气带可划分为气候影响带、储存调节带、缓慢运移带和毛细接收带4个带,除上部气候影响带外,其余三带处于基本稳定的水分运移动平衡状态。研究成果可为全面系统地认识黄土塬区包气带水分运移特征提供参考和借鉴。     

高陡边坡滑坡体黄土的强度特性研究

黄土台塬是黄土地区典型的地貌特征,塬边多为高陡边坡,极易发生崩塌和滑坡地质灾害。位于陕西境内泾河以南的黄土塬－泾阳南塬为典型的高陡黄土边坡,其崩塌、滑坡地质灾害频繁发生,自东南向西北的大小滑坡形成了延绵约30 km的滑坡群。对泾阳南塬滑坡群进行分析,以其中一规模较大的近年滑坡--东风滑坡为例进行了实地考察、现场测量,对滑坡体后缘和前缘的黄土进行了一系列的室内物理和力学性质试验。分析了高陡黄土边坡滑坡的发生过程和破坏机制,由颗粒分析和湿陷性试验得出滑坡体前后缘土体的湿陷液化特征。分析了不同含水率对强度参数的影响,并对比分析了原状黄土和重塑黄土的强度参数和结构性,验证了重塑饱和黄土的应力-应变关系和体应变-轴应变关系与邓肯-张模型符合较好,为高陡黄土边坡稳定性分析强度参数的合理选取提供了参考     

应力路径试验前后不同黄土的孔隙分形特征

为了解不同黄土孔隙形状复杂程度的差异和应力路径对孔隙形状复杂程度的影响,对两种黄土应力路径前后孔隙分形特征进行了研究。首先比较了3种分维模型所得孔隙分形维数的可靠性,然后选用热力学关系模型,由进汞、退汞试验得到地裂缝区黄土、充填黄土初始样和三轴应力路径试验后的孔隙分布,据此分析了两种土体进汞孔隙和退汞孔隙分形维数的差异和受载后的分形维数变化,根据退汞过程仅管形孔内的汞流出及孔隙由管形孔和球形孔组成的假定,得到了应力路径试验前后孔隙形状的改变。结果表明,热力学关系模型得到的孔隙分形维数合理、可靠。初始状态,原状和重塑充填黄土的孔隙形状比原状和重塑黄土复杂;常规三轴试验后试样孔隙比减少,孔隙分形维数增加,球形孔向管形孔转变;相对于常规三轴压缩试验,减围压三轴压缩试验后试样的孔隙分形维数较小,管形孔占总孔隙的体积比例较少;总体上管形孔的分形维数比球形孔大,且基本不受应力路径的影响,其占总孔隙的体积比例随着试样宏观孔隙比的减少而增加。     

黄土台塬地下水资源评价方法

本文以陕西省乾(县)礼(泉)黄土台塬区地下水资源评价为实例,说明黄土台塬区大面积地下水资源评价的一般方法、原则和数学模拟法的实践效果。该区属于渭河断陷盆地的北部斜坡带,是渭北台塬的一部分。其南以渭河冲积平原为界,北以黄土丘陵为界,东、西分别以迳河、漆水河深切河谷为界,面积1688.9Km~2。它包括山前洪积平原和黄土台塬两大地貌单元,台塬区占68％。两耆构成同一含水系统,故统一进行评价。一、水文地质条件简述区内地势西北高、东南低,海拔430—700m,地面坡度平缓。塬区有东西向展布的宽浅洼地。山前地带有漠西河、泔河两条季节性河流。全区渠系密布,主要为地表水灌区(分属     

泾河下游黄土台塬区滑崩灾害空间分异研究

近年来,泾河下游黄土台塬区滑坡、崩塌灾害频繁发生,严重威胁当地居民的人身安全和正常的生产生活秩序。通过现场调查发现,这些黄土地质灾害在空间上表现出"东滑西崩"的分布特征,与区内二级地貌单元具有极高的空间相关。已有研究表明,农业灌溉造成塬区东段斜坡带水文地质条件变化是诱发黄土滑坡的主要原因,但同为灌溉区的塬区西段却未能形成相同类型的地质灾害。为此,以东、西段地貌单元差异为线索,利用Modlfow水文地质数值模拟软件,分析2种地貌单元在灌溉条件下的水文地质响应。在此基础上,探讨了二级地貌单元差异对斜坡孕灾环境的影响,并利用CSD和RTC应力路径试验模拟了农业灌溉和工程挖方工况下斜坡土体的力学行为,探讨了斜坡的2种破坏模式及"东滑西崩"空间分布的成因。结果表明,研究区东段塬面完整,在长期农业灌溉条件下,斜坡带水位涨幅显著、水力坡度大、潜蚀作用强,斜坡土体中超孔隙水压力的不断增大,将导致土体在不完全排水条件下发生剪切破坏,甚至静态液化,从而诱发黄土滑坡灾害;研究区西段塬面破碎、冲沟发育、有效灌溉面积小,斜坡带径流排泄边界广、蒸发作用强、地下水位涨幅小,受工程挖方影响,干燥的斜坡土体在围向压力不断降低的条件下,将导致脆性破坏的发育和贯通,使得斜坡在节理裂隙面控制下发生突然垮塌,形成黄土崩塌灾害。     

《渭北黄土台塬黄土地下水赋存条件和运移特征研究报告》评审会

于六月三日至六日在西安召开。这项专题研究,选择了渭北黄土台塬区典型地段—孔泉西庄头建立了黄土包气带水分运移与地下水渗流试验场,投入了较多的勘探和试验研究工作。对台塬区地下水的形成条件与运动     

黑方台马兰黄土固结条件下孔隙变化特征

甘肃临夏地区的黑方台由于长期的农业灌溉导致台缘滑坡频发,整个台面普遍下沉3m以上。文章通过原状黄土的增湿固结实验、压汞试验和环境扫描电镜等对黑方台顶部和底部的原状黄土进行孔隙特征的分析。黑方台顶部黄土颗粒排列极为疏松、孔隙较大、黏土含量较低。底部黄土排列较为紧密,具有一定的孔隙,黏土含量较高。顶部黄土在固结实验中,21%含水量的黄土发生孔隙比突降,黄土的微观结构强度此时迅速减小或丧失。然而底部黄土没有发生明显的突变,水敏性不强。利用压汞试验确定了黑方台顶部黄土的孔隙主要压缩区间为孔径大于100m、孔径5～20m之间; 底部黄土的孔隙主要压缩区间为孔径大于100m、孔径1～10m之间。而且孔径小于0.1m的孔隙随含水量的升高具有增加的趋势。     

基于不同分形模型的冻融黄土孔隙特征研究

为了得到冻融作用对黄土孔径分布的影响规律, 以重塑黄土为研究对象, 利用压汞法测试经历不同冻融循环次数后黄土样品的孔隙特征, 采用3种分形模型对冻融作用后的黄土微观孔隙结构进行定量表征和对比研究。结果表明： 未经冻融作用的黄土孔隙分布曲线呈单峰分布, 经历冻融作用的黄土孔隙分布曲线呈双峰甚至多峰分布。冻融作用对黄土中孔径分布在0.1 ~ 10 μm范围内的孔隙影响较大。前10次冻融作用使黄土孔隙率增加, 特别是经历6次冻融作用后, 与未经历冻融作用的黄土相比孔隙率增大约18.8％。随着冻融作用的继续, 黄土孔隙率减小且趋于稳定。经历不同冻融循环次数后的黄土孔隙分布均具有良好的统计分形特性。基于热力学模型和毛细管压力曲线法表征黄土孔隙结构时, 黄土孔隙呈现显著的分形特性, 可在整个孔径尺度范围内给出唯一且合理的分形维数。基于Menger海绵模型表征的经历冻融作用后黄土孔隙分形特征呈现多尺度分形, 在不同的尺度范围内, 有不同的分形维数。结合分形理论可知冻融作用改变了黄土孔隙均匀性及复杂程度。     

西峰塬黄土的湿陷性研究

采用双线法对西峰塬原状Q3黄土进行增湿、减湿情况下的压缩试验。分析了黄土的湿陷变形随湿度及压力的变化规律。利用SEM技术测试了黄土湿陷前后的微结构变化,采用微结构定量化分析方法和分形分维集合方法分析了黄土试样微观孔隙的变化规律。结果表明:(1)黄土湿陷性的产生是构成黄土架空孔隙的刚性结点变异导致。(2)同级压力下超越湿陷率随初始含水量的增加而变大; 初始含水量在同一水平下,随压力的增加超越湿陷率逐渐变大。(3)黄土湿陷过程伴随孔隙数量大幅增加,平均孔径减小,孔隙面积缩小,大中孔隙数量骤降; 孔隙结构变得更加复杂。本文提出了黄土超越湿陷率的概念及受外界因素的影响规律,分析了非饱和黄土的湿陷机理,即水分和外力不同组合情况的湿陷性。     

辽西黄土湿陷变形特性及湿陷后微观结构变化

初始含水率对黄土湿陷性具有重要的影响。利用人工制备不同含水率的试样对辽西黄土的湿陷变形特性进行了试验研究,并采用SEM技术测试了黄土湿陷前后的微观结构变化,采用微结构定量化分析方法和分形几何方法分析了黄土试样微观孔隙的变化特征。结果表明：1)初始含水率对辽西黄土的湿陷变形具有显著的影响,随着试样初始含水率的增大,同一压力下的湿陷变形量越来越小;2)不同初始含水率试样的压力-变形关系曲线可以统一用双曲线形式表达;3)湿陷后黄土试样的结构变得较为致密,孔隙总数显著增加,而孔隙面积减小。湿陷过程主要是小孔隙数量增加、孔隙形状分维数减小、孔隙复杂程度显著增加的过程。     

碳封存砂岩储层的孔隙迂曲度分形特征研究

目前“双碳”减排的背景下,砂岩咸水层是最具潜力的二氧化碳封存介质,其孔隙结构特征决定了流体的运移及封存效率,对其进行研究具有重要的科学意义。分形维数常用于定量表征砂岩孔隙结构在三维空间中的分布规律,但以往对砂岩孔隙迂曲度分形特征进行研究时,多依赖于孔隙率、平均孔隙半径、平均迂曲度等特征值计算分形维数,并不能很好的反映岩石孔隙排列分布及孔隙连接的非均质性。文章将砂岩孔隙结构概化为具有迂曲度的毛细管,首先通过核磁共振成像（MRI）技术获取岩石片层图像,以盒维数法获得孔径分布分形维数;随后以孔径分布分形维数为目标值,结合不同迂曲度下的毛细管数量与孔径的分形标量关系,迭代计算迂曲度分形维数。与传统的分形维数计算方法相比,该研究确定的迂曲度分形维数更能体现岩石内部不同孔隙排列方式引起的迂曲度差异。     

循环应力比和振动频率对盐渍土微观结构影响分析

以青海省察尔汗地区盐渍土为研究对象, 借助扫描电子显微镜（SEM）设备和颗粒孔隙及裂隙图像识别与分析系统（PCAS）, 应用图像分割原理和分形理论, 对交通循环荷载作用下的盐渍土微观结构进行研究, 探讨不同循环应力比和不同振动频率下孔隙分布特征及其微观机制。结果表明： 循环应力比R由0.375增加到0.75, 临界破坏动应变由2.32%增高到3.17%, 动载循环次数相应减少; 振动频率f由0.5 Hz增加到2.0 Hz, 临界破坏动应变由2.82%减小到2.48%, 动载循环次数相应增多; 盐渍土孔隙参数随循环应力比的增大, 孔隙尺度分维值D_v 增长了0.12, 概率熵H_m 减小了0.017, 孔隙的形态分形维数D减小了0.27, 平均形状系数F增加了0.14, 变化规律较明显; 随振动频率的增大, D_v 增长了0.014, H_m 减小了0.002, D变化了0.06, F变化了0.003, 变化规律不明显; 在动荷载作用下, 试样的孔隙空间排列与宏观上的褶皱鼓状变形具有一致性。通过未加载试样与加载后试样的微观结构参数变化对比, 从循环应力比和振动频率对盐渍土微观孔隙特征的影响到宏观变形的相互作用机制进行了系统分析。     

Analysis of microscopic pore structures of the silty clay before and after freezing–thawing under the subway vibration loading

With the rapid development of the subway rail transit, the effect of the cyclic loading on the surrounding foundations and buildings has drawn wide attention. In addition to the in situ tests and the laboratory triaxial tests, microscopic tests also provide an effective way to clarify the physical and mechanical characteristics of soils. On the other hand, the characteristics of the soft silty clay before and after freezing–thawing has been less studied. In this paper, the scanning electron microscope (SEM) tests following the cyclic triaxial tests of silty clay layer were performed to investigate the variations of the microscopic pore structures of the layer before and after freezing–thawing. The corrected Otsu method was used to obtain the binary SEM images of silty clay. The porosity results demonstrate that the magnifications from 1000× up to 5000× were suitable for observation of the silty clay microstructures. The binary SEM images of soil pore structures were quantitatively analyzed, including the porosity, the size distribution, the pore shape coefficient, the pore orientation distribution and the fractal dimension. The pore orientation of samples without loading is arranged in the horizontal direction, while the pores of samples under cyclic loadings are arranged in the vertical. After freezing–thawing, the mean anisotropy value of the microscopic pore structures increased about 12% and the porosity of samples without loadings increases about 11.24%. The lower the freezing temperature is, the larger the porosity within the samples becomes. However, the freezing–thawing has little effect on the pore shape coefficient of the silty clay. The porosity of the silty clay increases with an increase in pore diameter, but it decreases with the increase in excess pore pressure. In addition, the microscopic pore structures of the silty clay exhibit fractal characteristics. The fractal dimension is reduced by the disturbance from the effect of freezing–thawing, coupled with the effect of cyclic loading.     

基于支持向量机的Q_3黄土孔隙微观结构研究

为了解决利用黄土SEM图像提取孔隙参数的问题,将孔隙区域的提取问题转化为孔隙像素点的分类问题,通过把整个图像的像素点分为孔隙点和骨架点,从而实现孔隙的提取。利用这种方法,对潼关Q3黄土震陷试验前后的微结构图像进行处理,得到了动力作用前后的孔隙分布图,并计算了孔隙面积、面孔隙度、孔隙分形维数等参数,结果表明:震陷试验后大孔隙数量减小,中、小孔隙数量有所增加,震陷主要是由大孔隙破坏所致。     

石碑塬滑坡黄土液化特征及其影响因素研究

石碑塬滑坡是1920年海原地震触发的大型黄土流滑,认识其破坏特征与发生机制对于黄土边坡长距离液化失稳机制的研究非常重要。对石碑塬黄土滑坡的调查和研究表明,饱和黄土或高含水率黄土具有很高的液化势和流态破坏势,在强震作用下,饱和黄土易发生液化或流滑。对石碑塬滑坡的7组原状黄土样品进行振动三轴剪切试验,并结合其微观特征分析,探讨了循环振动荷载作用下的饱和黄土孔隙水压力-应变增长模型,分析了振动液化过程中液化应力比与黄土粒度组成、土体微观结构参数及饱和度之间的关系。结果表明：黏粒含量越低,振动作用下饱和黄土孔隙水压力响应越快,液化应力比越低;黄土孔隙比越大,孔隙结构分形维数越大,液化应力比越低,振动液化后黄土孔隙分形维数降低,结构较液化之前更为致密;饱和度对黄土粒间胶结物质的赋存状态及黄土结构强度影响很大,同一土体饱和度越高,溶滤于孔隙水中的离子浓度越高,土体粒间接触点（或胶结点）越容易发生断裂,使得黄土结构强度降低,液化应力比降低。     

马兰黄土孔隙结构参数与渗透性关系研究

利用改进的ZC-2015型渗气仪和TST-55型渗透仪进行马兰黄土渗气及饱和渗透试验,得到两个渗透性参数渗气率k_a和饱和渗透系数K_w,通过室内常规试验得到的孔隙比e,并利用图像处理软件（IPP）处理扫描电镜（SEM）照片得到的平面孔隙比e₀,结合试验结果并利用数学模型建立宏-微观孔隙参数与渗透参数之间的关系。结果表明:重塑土干密度增大,单位体积内颗粒数量增多,孔隙面积减少。原状风干土样埋深增大,大孔和中孔的孔隙面积、孔隙数量、孔隙平均直径明显减小;半对数线性模型可以消除K_w和k_a与孔隙结构参数在量级上的差异,拟合效果更好。lgK_w、lgk_a与e、e₀之间都呈现较好的线性关系;含水率变化时,渗气率拟合直线的斜率和截距的变化规律更明显。重塑土由于制样均匀,曲线的拟合度更高,而不同深度的原状黄土试样由于沉积过程造成的结构性的差异,致使其拟合度较重塑土偏低。