用自组织人工神经网络研究黄土孔隙性分类判别

本文运用Ｔ．Ｋｏｈｏｎｅｎ自组织人工神经网络，对洛川黄土孔隙性的实测数据进行了分析，建立了洛川黄土孔隙性预测的计算机智能专家系统。结果表明，神经网络方法性能良好，可望成为黄土孔隙性分类、判别的有效辅助手段。     

洛川黄土国家地质公园SWOT分析与深度开发

针对洛川黄土国家地质公园旅游市场疲软, 与黄土地质遗迹极高的科学、科普价值不匹配等问题, 运用SWOT态势分析法, 对洛川黄土国家地质公园进行系统诊断, 提出了加快现代化地质博物馆建设、加强专业人才培养、提高科普效应、整合资源、联合申报世界地质公园、产权分离、广泛融资等发展战略, 以期为洛川黄土国家地质公园深度开发和区域可持续发展提供科学依据。     

膨润土改性黄土衬里防渗性能室内测试与预测

试验测定了膨润土改性黄土试样的渗透系数,研究膨润土改性黄土用作废弃物填埋场衬里的可行性,为天然黏土匮乏地区防渗材料本土化提供依据。选取两种代表性黄土,即黏性较大的兰州黄土(LH)和砂性较大的榆林黄土(YH),分别向其中添加不同比例的两种膨润土后击实成样,利用柔性壁渗透仪测定改性黄土的渗透系数,分析了改性黄土渗透系数随膨润土添加率增大的变化规律,确定了满足衬里防渗要求的膨润土添加率。利用扫描电镜照片统计了改性黄土的孔隙特征参数,发现添加膨润土后黄土中原有的大孔隙被充填或分隔成更多的中、小孔隙,有效阻滞了渗流液体通过,从微观结构的角度揭示了改性黄土渗透性降低的实质。依据实测数据建立了膨润土改性黄土的渗透回归模型,据此可以预测不同添加量的膨润土改性黄土的渗透系数。     

“巫山黄土”元素地球化学特征及成因和物源意义

为了探讨"巫山黄土"的成因及物源,对剖面73个样品进行了常量元素测试和分析,并与已知典型的黄土剖面的元素地球化学特征进行了比较.结果表明:(1)"巫山黄土"主要化学成分以SiO2、Al2O3和TFe2O3(TFe2O3=Fe2O3+FeO)为主,三者的平均含量之和为84.84%,与上部陆壳(UCC)(86.2%)、洛川黄土(85.34%)、镇江下蜀土(86.76%)均非常接近。(2)"巫山黄土"常量元素质量百分含量与洛川、甘孜黄土和西风红黏土的均比较接近,显示了具有相同或相近的沉积环境和类型。(3)"巫山黄土"的TiO2/Al2O3—K2O/Al2O3的数据点主要分布区域与镇江下蜀土与川西的甘孜黄土大致相同,经UCC标准化后的"巫山黄土"分布曲线与其它风成黄土也显示了较好的相似性,从而说明"巫山黄土"具有风积成因的特点。(4)元素比值分析显示"巫山黄土"与甘孜黄土、洛川黄土均十分相近,在Mg/Mn、Al/Mg、Fe/K方面与甘孜黄土更为接近,而在Mg/Ca、Si/Al方面与洛川黄土更为一致,可能与两处黄土同源。     

陕西洛川黄土中碳酸盐的某些地球化学特征

本文对陕西洛川黄土中的碳酸盐从矿物成分、化学成分和同位素组成进行了系统研究，建立了确定黄土中原生方解石和次生方解石含量的方法，并提出了黄土气候地层研究的两个地球化学指标。研究表明，洛川黄土中的碳酸盐主要是次生方解石，是由原生方解石在成土过程中溶解转变而成的。     

陕西洛川L_1～S_4黄土-古土壤湿陷性及其成因研究

利用工程压缩实验方法,对陕西洛川坡头黄土剖面L_1黄土至S_4古土壤进行了湿陷性的测定。结果表明,2kg压力下L_1~S_4湿陷系数变化在0.002~0.091之间,S_2古土壤及其以上层位都具有湿陷性,湿陷性土层分布深度为20m。L_1和L_2黄土分别为强湿陷性和中等湿陷,湿陷系数分别为0.071和O.056;S_1古土壤上部和S_2古土壤分别为弱湿陷和中等湿陷,湿陷系数平均分别为0.018和O.031。3kg压力下L_4黄土及其以上层位都具有湿陷性,分布深度达到了28.6m。在L_4黄土和其之上的层位都具有不同程度的自重湿陷性。在洛川坡头剖面L_3黄土之下的土层已不具有湿陷性,表明导致黄土湿陷的不稳定的土壤结构性孔隙在该层黄土及其以下已经受到了重力作用的破坏。洛川剖面在0~20m左右深度范围黄土湿陷系数、孔隙度和饱和度在垂向上随黄土与古土壤的交替呈波动变化规律,黄土层的湿陷性比古土壤湿陷性强,经受成壤作用弱的s:古土壤比经受成壤强的s。古土壤湿陷强,这是当时的冰期与间冰期成壤作用强弱不同造成的,也表明第四纪气候变化是导致黄土剖面湿陷性强弱变化、饱和度及孔隙度变化的主要原因,同时表明第四纪气候变化理论研究成果在黄土工程性质、工程性质产生原因和垂向变化规律研究方面具有重要应用价值。孔隙度与湿陷系数之间呈指数函数正相关关系,饱和度与湿陷系数之间呈指数函数负相关关系。孔隙度与饱和度具有指示黄土湿陷性强弱的作用。     

改性黄土渗透性与孔隙结构的依存关系

利用扫描电子显微镜和ImageJ图像处理软件对不同膨润土掺量黄土试样的微结构和孔隙特征进行了统计分析,并与柔性壁渗透仪渗透试验结果进行了对比。电镜观察及孔隙统计结果表明,随着膨润土掺量不断增加,附着在黄土骨架颗粒上的蒙脱石等粘土矿物持续增多,黄土的孔隙数量急剧增多,相反,孔隙平均面积和平均直径呈下降趋势。将膨润土改性黄土的渗透系数与不同大小孔隙的面积比进行统计回归,发现大中孔隙对渗透系数有决定意义。以此为依据,建立渗透系数与有效孔隙隙比之间的关系,提高了传统回归关系的可靠程度。     

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。     

典型地貌区原状黄土孔隙细观特征研究

以黄土高原典型地貌区14个场地的原状黄土为研究对象,通过扫描电子显微镜获取图像,借助PCAS孔隙图像识别与分析系统,得到了原状黄土在孔隙尺度、排列、形态和类型等方面的细观结构特征;并依据分形理论,对黄土梁峁区、塬区和台塬区三类典型地貌区的孔隙细观特征进行了统计分析。结果表明:不同地貌区的原状黄土孔隙结构有显著差异,黄土梁峁区表观孔隙比明显大于黄土塬区与台塬区;平均孔隙面积与孔隙数呈负相关关系,孔隙数在黄土梁峁区自西向东递减,在黄土塬区递增,在黄土台塬区差异较大;孔隙度分维值在黄土梁峁区相差不大,在黄土塬区自西向东递增,在黄土台塬区差异较大;孔隙概率熵多大于0.98,孔隙排列较为混乱,缺乏明显定向性;黄土塬区的孔隙平均形状系数最大且分维数最低,其孔隙形状较为圆滑,孔隙复杂程度较低。     

冻融循环作用对黄土微结构和强度的影响

通过对洛川黄土在反复冻融作用下的电镜扫描观测、单轴压缩试验和三轴剪切试验,研究了冻融循环作用对黄土微结构和强度的影响. 结果表明：随着冻融循环次数的增加,黄土的原始胶结结构逐渐被破坏,颗粒重新排列,土的结构越来越疏松,同级压力下土体的孔隙比不断增大;冻融循环50次后土样的原始胶结已完全破坏,当压力超过自重应力时会产生很大的附加变形. 反复冻融作用使黄土颗粒之间原始固有胶结逐渐减弱,造成黏聚力不断降低. 同时,较大的团粒破碎,颗粒均一化,颗粒与颗粒之间的接触点增多,表现为内摩擦角不断增大. 多次冻融循环后,原状黄土的抗剪强度与重塑黄土的强度接近.     

冻融循环对黄土渗透系数各向异性影响的试验研究

为了反映冻融循环作用对原状黄土渗透各向异性及原状、 重塑黄土渗透差异的影响， 以西安Q₃黄土为研究对象， 通过三轴固结渗透试验对比分析了冻融前后水平、 竖直向原状黄土及重塑黄土的渗透系数随初始含水率、 围压、 冻融循环次数变化的规律。结果表明： 未冻融时各级围压下竖直向原状黄土的渗透系数为2×10^-6 ~ 18×10^-6 cm?s^-1， 水平向原状黄土和重塑黄土的渗透系数为0 ~ 4×10^-6 cm?s^-1； 经历冻融循环后， 水平、 竖直向原状黄土及重塑黄土的渗透系数与初始含水率的关系曲线分别呈现逐渐上升、 抛物线形式与变化平缓的不同特征， 而三者的渗透系数均随冻融循环次数的增加呈现数量级增大的趋势； 原状黄土的竖直 - 水平渗透系数比（k_v /k_h ）由冻融前的4.38逐渐减小到0.90， 可见冻融循环作用在显著提高黄土渗透性能的同时， 可以强烈弱化其各向异性特征。通过建立围压、 渗透系数与土体孔隙率的相关关系可知， 原状、 重塑黄土的孔隙率与围压存在极强的负线性相关性， 渗透系数随围压的增大呈典型指数衰减特征， 渗透系数与孔隙率具有相似的变化趋势， 因此冻融循环过程中土体孔隙率的改变是导致其渗透性质变化的主要原因。     

冻融循环作用下黄土孔隙率变化规律

冻融循环作用通过破坏黄土颗粒的大小和土体的骨架及组构影响黄土的孔隙率. 通过颗粒分析实验发现冻融循环后土体颗粒有变小趋势,且集中分布在0.01～0.05 mm,在冻融10次后颗粒大小趋于稳定. 对经历冻融循环后的黄土进行压汞实验,发现随着冻融次数的增加,土体孔隙中的大孔径先减少,后增多;小孔径先增多,后减少,最后向5～10 μm范围内集中. 土的孔隙率也随冻融次数的增加而发生变化. 原状黄土的孔隙率在冻融5次时达到最小值,在冻融10次时达到最大值,冻融10次之后原状黄土的孔隙率在40%上下波动,达到稳定状态. 重塑黄土在冻融3次时孔隙率减少了6%并达到最小值,在冻融5次时孔隙率增加3%并达到最大值,最后在40%上下波动,达到稳定状态. 渗透系数的变化曲线与通过压汞实验获得的孔隙率变化曲线相似,印证了随着冻融次数的增加黄土的孔隙率呈先减小,后增大,然后趋于稳定的变化规律.     

陕西洛川黄土剖面上部土层水分入渗规律与含水条件研究

采用双环入渗法研究了洛川L1—S4各层土壤水分入渗特点,并利用各层孔隙度、磁化率、CaCO3含量资料研究了各层土壤含水空间发育特征及其成因。结果表明:洛川城西剖面黄土层稳定入渗率大于红褐色古土壤层,水分入渗达到稳定状态所需的时间比红褐色古土壤层长。黄土层孔隙度高,含水空间较大,利于形成含水层;红褐色古土壤层孔隙度低,含水空间较小,利于形成隔水层。土层含水空间的大小是由气候条件控制的成壤作用强弱造成的。黄土层含水性较好是冷干气候决定的成壤作用较弱造成的,红褐色古土壤层隔水性较好是温湿气候决定的成壤作用较强造成的。对剖面渗水实验数据用3个入渗公式进行拟合,发现通常采用的3个经验公式均适用于描述L1—S4土壤入渗规律。     

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。     

干湿循环作用下原状黄土力学性质及细观损伤研究

增湿-减湿循环作用是黄土地区工程发生病害的主要原因之一，探究增湿-减湿循环对黄土体结构损伤机理有重要的理论和工程意义。本文以延安地区的黄土为研究对象，开展不同含水率、不同次数的原状黄土增湿-减湿循环试验，分析干湿循环诱发黄土孔隙率、抗剪强度及其参数的变化规律，同时使用核磁共振技术获取黄土内部裂隙发展的损伤演化。结果表明:随着干湿循环次数的增多，土体呈现出孔隙率逐渐增大、液限和塑性指数相继减小、塑限基本不变的规律，究其原因是内部颗粒的集、散动态变化引发了黄土损伤；干湿循环次数和含水率的增加弱化了土体颗粒的胶结作用，使得抗剪强度、黏聚力和内摩擦角降低，当试样含水率超过塑限后下降趋势更加明显；黄土历经核磁共振表明，试样内部小于0.025 μm的微孔隙随着干湿循环次数的增加逐渐向0.025~0.63 μm的小孔隙组过渡，同时新生孔隙开始产生。     

冻结温度对原状黄土物理力学性质的影响

在陕西省黄土地区典型地点取土样,开展不同含水率、不同干密度土样在不同温度下的冻结试验,探讨冻结温度下黄土的冻胀规律。研究表明,在干燥状态下陕西黄土样不发生冻胀或冻胀量很小。黄土的冻胀性随含水率的增加而显著。随着冻结温度的降低,黄土冻胀量变化率逐渐减小,最终冻胀趋于恒定。含水率较低时,冻结温度对土样的干密度影响不明显,随着含水率的增大,在高含水率条件下,孔隙率越小,影响越显著。低含水率条件下,冻结黄土呈现收缩现象,中等含水率略有增大,高含水率增大明显。在冻结过程中,冻胀力的作用使得土颗粒间的接触点增多,大孔隙所占的比例下降,导致土体内摩擦角增大;冻结温度越低,土样含水率越高,黄土内摩擦角的增加量也越大;冰晶的生长破坏了土颗粒间联结,引起结构弱化,黏聚力减小;含水率越高,孔隙率越小,冻结作用对黄土黏聚力影响越明显。      

毛细管渗流模型在黄土渗透性中的应用探讨

黄土作为一种典型的多孔介质,多孔性是其重要特性之一。多孔性不仅影响着黄土的物理力学及化学特征,也严重影响着黄土的水理性质,特别是黄土的渗透特性。然而,作为多孔介质渗流理论的经典模型——毛细管模型,已经广泛应用于油气田开采、煤成气开采以及岩土工程等领域,但将多孔介质渗流理论模型引入表征黄土的多孔构造,这方面的资料尚欠缺。因此,本文以黄土的渗透性作为研究示例,在总结分析目前相对较为成功的多孔介质毛细管渗流模型的基础上,选取适于定量表征黄土渗透性的渗流模型,结合计算结果和渗透试验结果的对比,探讨将多孔介质毛细管渗流模型引入描述黄土渗透性这一方法的适用性。并提出孔隙的“香肠”构造（或称为“莲藕”构造）,为黄土的渗透性研究提供可借鉴的理论依据。     

黄土湿陷起始压力判断探讨

本文结合扫描电镜照片(SEM)分析黄土湿陷过程中各组成单元微观结构的变化,引入方向性孔隙度函数,得出黄土的湿陷变形过程就是土体孔隙结构系数Jf值由小到大、再变小的变化过程。提出用孔隙结构系数Jf的值代替规范中黄土湿陷起始压力的判断标准。