天然沉积中间土的力学特性研究

长江口北岸天然沉积土主要由粉粒和细砂粒组成,其渗透系数介于10-7～10-3 cm/s之间,既不属于完全排水的砂性土,也不属于完全不排水的粘性土,针对这样的天然沉积中间土的我国研究并不多见。通过大量的物理力学试验,探讨了天然沉积中间土的物理力学性状,结果表明天然沉积中间土具有类似于软粘土的物理性质,但原位静力触探试验显示其天然沉积中间土的原位强度却与天然含水量分布在塑限附近的硬粘土差不多。研究结果亦表明颗粒分布对天然沉积中间土的原位强度有较大的影响。同时采用灰理论中的关联度分析,对这类中间土物理状态指标与力学特征指标间相关性进行了分析,认为孔隙比用于亚砂土稠度划分,含水比用于亚粘土、粘土稠度划分更加合理     

膨胀土判别与分类方法探讨

膨胀土的胀缩等级评判是进行膨胀土处治的首要任务,开展膨胀土的判别与分类方法探讨具有重要意义。对现有膨胀土判别与分类方法进行了评价,对反映和表征膨胀土胀缩机理和特性的指标进行了深入探讨,提出了以能充分反映和表征膨胀土胀缩机理和特性的液限、塑性指数、自由膨胀率、小于0.005 mm颗粒含量、胀缩总率等5个指标作为膨胀土的判别指标,建立了一种新的膨胀土判别与分类方法,并通过试验进行了验证。新的膨胀土判别与分类方法具有准确度高、易操作的优点。     

非饱和土入渗的数值模拟

入渗引起土中孔隙水压力的变化,是影响非饱和土性状的最重要的原因之一。因此,正确地分析和模拟非饱和土入渗过程具有重要意义。通过对一维和二维降雨入渗问题的研究,展示了湿润锋面、地下水位面及孔隙水压力分布随时间的变化,使得对入渗问题的认识更加直观和清楚。     

三峡泄滩滑坡体滑动带土的蠕变试验研究

三峡古滑坡的变形和长期稳定的控制性因素,在于滑动带土力学特性的强度损伤积累和时间效应。为了滑坡建模和稳定数值分析的需要,进行了泄滩滑坡体滑动带土的三轴排水蠕变试验研究。并在此基础上,给出了排水条件下粘性土的Mesri蠕变模型,即剪应力-应变关系采用双曲线模型,应变-时间关系采用幂函数来描述土体的弹粘塑性。     

冬春季青藏高原北麓河多年冻土活动层中气体CO2浓度分布特征

2005年1~5月在青藏高原北麓河附近的高寒干草原、高寒草甸和高寒草原3种典型草地上进行了不同深度土壤气体采样和CO₂浓度分析.结果表明:土壤剖面的土壤气体CO₂浓度呈现出上低下高的分布特征.在动态变化上,土壤中CO₂浓度在多年冻土活动层春季升温过程中出现一个峰值,经过短暂的降低后随夏季融化过程开始而升高.土壤剖面CO₂浓度与土壤有机碳、重组有机碳、轻组有机碳、水溶性有机碳、植物残体有机碳、微生物碳贮量和土壤温度呈明显的相关关系,在100 cm以上深度与土壤水分呈负相关关系.在整个观测期间,高寒干草原、高寒草原和高寒草甸植被下3种土壤剖面土壤气体CO₂浓度变化范围分别为1 052~3 050 mL·m^-3、3 425~39 144 mL·m^-3和984~12250 mL·m^-3,高于我国塿土CO₂浓度变化范围,也远远高于青藏高原五道梁地区高寒草原土壤气体CO₂浓度变化范围.石灰简育寒冻雏形土和石灰寒冻砂质新成土CO₂浓度变化范围低于国外报道的草地和农田CO₂浓度变化范围;石灰草毡寒冻雏形土CO₂浓度变化范围明显高于国外报道的草地和农田CO₂浓度变化范围.活动层冻结期,土壤CO₂的闭蓄作蓄作用比较明显.由于微地形导致土壤水分条件的差异,夏季融化过程各观测点土壤CO₂浓度开始升高时间存在差异.     

低饱和度非饱和土的抗剪强度理论及其应用

从非饱和土的微观结构入手,提出并推导了土颗粒间毛细吸力引起的基质吸力与附加有效应力关系的近似解,并进一步得到了低饱和度非饱和土的抗剪强度公式。通过试验资料和理论分析验证了所推公式的合理性、正确性。最后分析了土颗粒半径差异、土体平均粒径大小对非饱和土强度的影响。     

非饱和土固结理论新进展

总结了国内外多年来在非饱和土固结理论领域研究的主要理论成果,内容包括国内外非饱和土固结理论研究的概况,涉及线性、非线性、弹塑性和结构性等方面,非饱和土固结理论的研究具有非常好的应用前景。但非饱和土固结理论还很不成熟,有待广大科研工作者的进一步研究。     

黄河大堤非饱和土土-水特性试验研究

模拟工程中非饱和土体的实际受力状态,利用改进的非饱和土三轴仪对黄河大堤非饱和土在不同围压条件下的土-水特性进行了试验研究。根据试验结果,分析了黄河大堤非饱和土体在外荷作用下土-水特征曲线及其变化规律。并对相应的土-水特征曲线模型进行了拟合,得出其拟合函数。根据土-水特征曲线可知,非饱和土的基质吸力随着土体所受周围压力的增大而减小,随着含水量的增大而减小;对于某一类土而言,在高含水量(含水量＞20 %) 时,土的基质吸力随含水量的变化较小,而在低含水量 (含水量≤20 %)时,土的基质吸力随含水量的变化较大。随着含水量的增加,非饱和土的工程性质向弱性变化。     

降雨和蒸发对土质边坡稳定性的影响

降雨入渗降低边坡的稳定性,蒸发增加边坡的稳定性,降雨和蒸发对边坡稳定性的定量研究是很有意义的。采用蒸发和降雨模型对边坡进行非饱和-非稳定渗流分析,用总凝聚力表示的Bishop极限平衡法计算边坡安全系数。采用数值方法对算例土质边坡进行了研究,得到了孔隙水压力随时间变化的关系、边坡安全系数随时间变化的关系。结果显示：土体中孔隙水压力与天气条件、边坡安全系数与天气条件之间存在滞后关系;降雨和蒸发对边坡的表层滑动稳定性影响非常大,对深层滑动稳定性影响相对较小;降雨过程中边坡的临界滑动面由较深位置向较浅位置转变,蒸发过程则相反。     

Nitrate subsurface transport and losses in response to its initial distributions in sloped soils: An experimental and modelling study

Transport and losses of nitrate from sloped soils are closely linked to nitrogen fertilizer management. Previous studies have always focused on different types of fertilizer applications and rarely analysed various initial nitrate distributions as a result of nitrogen fertilizer applications. Under certain conditions, both subsurface lateral saturated flow and vertical leaching dominate nitrate losses. Soil tank experiments and HYDRUS‐2D modelling were used to better understand the subsurface nitrate transport and losses through lateral saturated flow and vertical leaching under various initial nitrate distributions. Low (L: 180 mg L^?1), normal (N: 350 mg L^?1), and high (H: 500 mg L^?1) nitrate concentrations were used in five different distributions (NNNN, NLLN, LHHL, LNLN, and HNHN) along the slope of the tank. The first two treatments (NNNN and NLLN) were analysed both experimentally and numerically. Experiments were conducted under 12 rainfall events at intervals of 3 days. The HYDRUS‐2D model was calibrated and validated against the experimental data and demonstrated good model performance. The other three treatments (LHHL, LNLN, and HNHN) were investigated using the calibrated model. Nitrate concentrations in purple sloped soils declined exponentially with time under intermittent rainfalls, predominantly in the upper soil layers. Non‐uniform initial nitrate distributions contributed to larger differences between four locations along the slope in deeper soil layers. The non‐uniform nitrate distribution either enhanced or reduced decreases in nitrate concentrations in areas with higher or lower initial nitrate concentrations, respectively. Higher nitrate concentrations at the slope foot and along the slope were reduced mainly by lateral flow and vertical leaching, respectively. Increasing nitrogen application rates increased subsurface nitrate losses. Mean subsurface lateral nitrate fluxes were twice as large as mean vertical leaching nitrate fluxes. However, due to longer leaching durations, total nitrate losses due to vertical leaching were comparable with those due to lateral flow, which indicated comparable environmental risks to surface waters and groundwater.