延安新区马兰、离石黄土饱和渗透特性的试验研究

饱和渗透系数是重要的水文地质参数,由于沉积环境的不同,不同地层黄土的饱和渗透性存在明显差异,研究黄土在天然状态下与室内不同压实情况下的渗透特性对揭示挖填混合区域的地下水流场有重要的理论意义。本次研究以延安新区的马兰黄土及上离石黄土为研究对象,通过室内常规渗透试验,测定原状样及不同干密度重塑样的饱和渗透系数,并进行对比研究。结果表明：原状马兰黄土的密实度相对略低,其饱和渗透系数高于原状离石黄土,约为原状离石黄土的2～4倍。重塑马兰黄土与重塑离石黄土的饱和渗透系数差异不大。在击实作用下,重塑黄土的饱和渗透系数明显降低,约为原状黄土的0.38倍。由于生物孔洞等的存在,原状马兰黄土的饱和渗透系数与孔隙度或干密度无显著的单调关系。而原状离石黄土及重塑黄土的饱和渗透系数随孔隙度的增大而增大,随干密度的增大而减小,且重塑黄土的饱和渗透系数与孔隙度和干密度呈半对数关系。     

重塑马兰黄土渗透性试验研究

为了研究干密度和初始含水率对重塑黄土渗透性的影响,对延安新区I期工程所取的重塑马兰黄土进行了饱和渗透试验。结果表明:在非饱和状态,干密度对饱和时间的影响最为显著,饱和时间随干密度的增大而增大,而初始含水率对饱和时间的影响不明显。重塑马兰黄土的渗透系数随着干密度的增大而减小,其关系可以拟合为幂函数关系。在一定干密度范围内,渗透系数随初始含水率的增大而减小,其关系可以用直线关系拟合。渗透系数与孔隙比之间可以用幂函数关系拟合,渗透系数随孔隙比的减小而减小。初始含水率、干密度以及孔隙比都是影响重塑黄土渗透性的重要因素,其主要是通过对试样微结构的影响而影响渗透系数。该研究对延安新区的工程建设具有一定的理论指导和实际应用价值。     

安哥拉Quelo砂场地渗透特性试验研究

安哥拉Quelo砂具有浸水后软化的特殊性质,研究其渗透特性具有重大工程价值。通过室内变水头渗透试验及现场双环注水试验测定了安哥拉Quelo砂天然土和击实土的渗透系数。基于试验结果,统计了Quelo砂渗透系数的范围,分析了渗透系数与孔隙比的关系,探讨了地表水的下渗浸润规律。试验研究结果显示,上部棕红色Quelo砂的渗透系数大,保水性差,地表水极易下渗,而下部杂色Quelo砂渗透系数小,具有形成上层滞水给工程带来危险的条件;棕红色Quelo砂渗透系数与孔隙比之间近似成对数函数关系,而下部杂色Quelo砂不具这种关系;压实后的棕红色Quelo砂渗透系数仍较大,防渗效果不佳。     

降雨作用下马兰黄土渗透规律实验研究

通过自主研制的非饱和土直渗仪,对高为15cm、直径为12.5cm的圆柱形黄土试样进行降雨强度分别为16mm/h、50mm/h、70mm/h的渗透模拟试验,分析降水入渗深度、径流、富集量等与时间的对应关系,探究降水-黄土间的作用模式。得到实验结果:①不同雨强作用下,降水入渗锋面均呈漏斗状,凹面向下,均匀推进;②试验后试样含水率均超过液限,但随雨强增大含水率相应减小;③雨强16mm/h时无径流产生,雨强50mm/h、70mm/h时径流分别在试验开始29min和14min时形成;④降水入渗具有阶段性,雨强16mm/h,可分为快速下渗、缓慢下渗和匀速下渗三个阶段;雨强50mm/h、70mm/h,水开始入渗速率与土自身吸水能力有关,待上覆土饱和,水不仅受重力还受水驱动力的作用,入渗速度加快,最后稳定。获得结论包括:(1)雨强越大,水受重力和水力梯度作用越大,水下渗速度越快,充填孔隙的水就越少;(2)在雨强大于土体吸水能力的一定范围内,雨水补给量、径流量、下渗量以及充填量之间随降雨历时、入渗深度、孔隙度变化等因素出现相互制约、相互促进的关系;(3)试样完成渗流后,土体内形成稳定流,富集量与时间呈线性关系。     

西安地区马兰黄土的结构强度研究

对西安地区马兰黄土进行了单轴和常规三轴压缩试验,研究了含水量及围压对其结构强度的影响。结果表明,单轴条件下黄土结构强度随含水量增加呈线性减少,常规三轴条件下含水量和围压对其结构强度有着明显的影响。运用莫尔-库仑理论进一步研究了强度参数C、随含水量的变化规律,为西安地区地质灾害防治及工程设计提供依据。     

延安地区压实马兰黄土高压固结变形特性

针对典型的Y型狭长沟谷型地貌中的黄土高填方工程做了大量的室内一维高压固结试验。试验结果表明,Gunary模型可较好地表征侧限压缩情况下压实马兰黄土的垂直压应力与垂直压应变的关系,其适用性优于既有且常用的双曲线模型及幂函数形式;基于Guanary模型,利用割线模量法构建的压实马兰黄土地基变形修正公式,可修正考虑上覆荷载变化、含水率变化及压实度变化的地基变形量;割线模量Esoi与含水率的倒数1/w符合二次多项式的关系形式,目前普遍使用的割线模量Esoi与压实度K的线性关系形式不符合实际情况。研究成果对沟谷型黄土高填方工程填筑方案的设计与施工具有重大的参考价值。     

宝鸡黄土塬区马兰黄土湿陷特性探讨

通过对宝鸡黄土塬区的马兰黄土岩土物理力学性质特征及湿陷特性的研究探讨，提出了马兰黄土的最佳基础方案和利用治理方法。     

赵家岸滑坡地区马兰黄土物理力学特性试验研究

浸水或增湿过程中,黄土特有的不稳定结构极易发生破坏,约束黄土的力学行为特征.通过粒度分析、扫描电镜和压汞实验对赵家岸滑坡地区黄土的微观结构进行分析,得到由上到下黏土的胶结作用升高,架空孔隙压缩明显,小孔隙几乎没有变化的特征.不同初始含水量条件下三轴压缩实验显示该区的顶部和底部黄土的强度均随初始含水量的增大而减小.由于底部黄土黏土胶结作用较高,黄土的强度减小速率大于顶部黄土.同时发现c值对于水的敏感性明显大于值,强度的降低主要是c值的减小导致.由于地下水位的升高,滑坡底部黄土的含水量增加,颗粒之间主要承担胶结作用的黏土矿物软化,导致附近的黄土微观结构持续破坏,导致赵家岸滑坡发生蠕动.     

马兰黄土渗气率与饱和渗透系数的关系研究

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和饱和渗透试验,确定稳定渗气率对应的稳定渗径,进而探讨渗气率ka和饱和渗透系数Kw的关系。研究结果表明: ka不仅能描述非饱和土孔隙和结构特征,也能用于预测Kw。气体渗气率随着渗径的增大而减小,最终趋于稳定,原状和重塑黄土的稳定渗径均约8 cm。ka和Kw间呈明显的双对数线性关系,不同深度的原状风干黄土和不同粒组的重塑土的lgka和lgKw间的相关性都比较明显,但原状风干黄土和重塑土之间的拟合公式有很大差异。另外,黏粒含量较高时,重塑土拟合直线的斜率β和截距α明显增大。不同含水率下,重塑土拟合公式有很大的差异,当含水率较大时,随着干密度的增大,ka的变化程度比Kw大,拟合直线的斜率β和截距α都有明显的减小。     

马兰黄土粒度与孔隙的空间变化规律分析

本文对黄土高原不同区域马兰黄土的孔隙和颗粒微细观结构特征进行了对比分析。分别选取陕西泾阳、甘肃正宁和甘肃黑方台地区的原状样,进行颗粒分析试验,并用光学显微镜和图像合成技术,获取了其微细结构图像,对孔隙面积、等效直径进行统计,得到黄土孔隙的定量参数。对比表明：平均粒径自西向东递减,甘肃黑方台马兰黄土最大,甘肃正宁居中,泾阳最小,而黄土孔隙平均直径甘肃正宁最小,泾阳与黑方台相近。黄土成分和结构与沉积环境有关,其孔隙分布特征与粒度组成间存在一定关系。     

兰州马兰黄土的物理力学特性

马兰黄土属水敏感性地质体,在水软化作用下,土体的物理力学与水理性质呈现出明显的规律性。采用不同的原位及室内试验方法,分别在兰州和荷兰尤怀特两地对兰州地区马兰黄土的工程地质性质进行了测试,系统研究了马兰黄土的物理力学特性。在大量黄土试验资料的基础上,对马兰黄土的工程地质特征进行了系统研究,重点论述了马兰黄土水敏感性和抗剪强度的变化规律,提出了马兰黄土的多项临界指标参数。     

青藏高原及邻区马兰黄土重矿物特征与黄土来源的研究

通过对青藏高原及邻区马兰黄土重矿物的研究表明，以昆仑山-布尔汗达山-西倾山-岷山为界，黄土重矿物特征表现为两大沉积区系，以北重矿物母岩特征以侵入岩和深变质岩为主的风化产物，主要来源于亚洲内陆干旱的沙漠、戈壁区；以南重矿物母岩特征，以侵入岩、火山岩和浅变质岩为主的风化物质，主要来源于青藏高原冰碛和寒冻风化物。高原隆起的特殊地形效应及其所产生的大气环流作用以及源区物质的区域性差别可能是马兰黄土重矿物组成及其来源差异的主要原因.     

马兰黄土和离石黄土的磁学性质

中国黄土-古土壤系列的磁学性质,如磁化率等被广泛用于古气候和古环境研究,这必须建立在对黄土-古土壤的剩磁的性质和获得剩磁的机制以及古土壤磁性增强的原因有深入了解的基础之上。作者通过对洛川和吉县剖面马兰黄土和离石黄土的磁学性质的深入研究,对黄土与古土壤磁学性质差异的各种表现,对它们剩磁的性质,对古土壤磁性增强的原因以及磁性变化对古气候、古环境研究的意义进行了讨论,并对利用某些磁学性质建立的黄土-古土壤形成的时间模式提出了质疑。     

马兰黄土动强度及其微结构变化实验

黄土斜坡灾害已经成为黄土地区农村城镇化及交通建设的瓶颈,是当前地质灾害领域的研究热点.因震(振)动影响而降低黄土强度、改变黄土自身结构形态的研究是揭示黄土斜坡灾变机理的基础.基于GDS试验系统,采用应变控制等效正弦波逐级加载方式,进行马兰黄土动三轴试验;利用扫描电镜,观察马兰黄土试验前后微结构变化.试验结果表明:马兰黄...     

甘肃黑方台黄土固结-渗透特性试验研究

室内渗透试验过程中由于土样经过了卸荷回弹,所测得的渗透系数并不是土体真实应力状态下的渗透系数,为此对传统渗透仪进行改装,并以黑方台黄土为研究对象,对不同深度的黄土试样进行不同压力下土的固结-渗透试验,对比分析了土的变形及渗透特征。结果表明,室内常规变水头渗透试验所得黄土渗透系数较固结-渗透试验所测得数据大25-40倍。将常规渗透试验和固结-渗透试验测得的渗透系数应用于SEEP/W软件进行灌溉入渗模拟,将两种模拟结果与实际调查情况进行对比,得到后者与实际情况较一致,可见进行固结-渗透试验得到的试验数据更具有实际应用价值。     

甘肃黑方台黄土固结-渗透特性试验研究

室内渗透试验过程中由于土样经过了卸荷回弹,所测得的渗透系数并不是土体真实应力状态下的渗透系数,为此对传统渗透仪进行改装,并以黑方台黄土为研究对象,对不同深度的黄土试样进行不同压力下土的固结-渗透试验,对比分析了土的变形及渗透特征。结果表明,室内常规变水头渗透试验所得黄土渗透系数较固结-渗透试验所测得数据大25-40倍。将常规渗透试验和固结-渗透试验测得的渗透系数应用于SEEP/W软件进行灌溉入渗模拟,将两种模拟结果与实际调查情况进行对比,得到后者与实际情况较一致,可见进行固结-渗透试验得到的试验数据更具有实际应用价值。     

马兰黄土的应力-应变本构方程

依据马兰黄土的室内CU试验,运用土力学的相关理论,建议性地提出了马兰黄土的应力-应变本构方程。通过对不同围压下的试验结果(应变小于15%)与理论模型的拟合发现,二者吻合较好。另外,与以往的模型相比,本文的模型参数a和b只需通过一次常规三轴试验即可全部求得,具有参数少、容易确定的优点。     

郑州邙山马兰黄土的光释光(OSL)测年初步研究

对郑州市西北邙山黄土塬赵下峪(34°58'N,113°22'E)剖面上部马兰黄土(厚约87m)不同层位的24个样品作了细颗粒(4-11μm)组分红外释光(IRSL)测年,其中8个样品同时进行了细颗粒组分绿光释光(GLSL)测年。样品的IRSL和GLSL信号强度都在Daybreak1100TL/OSL检测系统中测量。该系统的本底计数为70-80光子/秒。被检测的IRSL和GLSL波长分别为340-480nm和340±25nm;激发光束波长分别为880±80nm和514±14nm,功率为18mW和15-16mW。所有样品的等效剂量都用再生释光法测定;环境剂量率是通过测定样品的铀、钍和钾含量,按Aitken(1985)的转换系数确定的,考虑了含水量的影响及宇宙射线的贡献。从这批样品的光释光测年结果可得以下初步认识:
(1)8个样品细颗粒组分的IRSL和GLSL测定的等效剂量和年龄值,除1个样品外,都在1-2σ范围内一致。这可能提供了沉积物光释光测年可靠性的一种自检方法。(2)邙山剖面马兰黄土不同层位段的沉积速率变化十分显著,从0.4m/ka到5.6m/ka,并与剖面上质量磁化率测定值的变化大致相吻合。该剖面马兰黄土至少有4个快速堆积层(沉积速率>3m/ka),其磁化率低而变化小;3个缓慢堆积层(沉积速率<0.5m/ka),其磁化率大或变化显著,它们之间有一系列过渡层。(3)邙山马兰黄土大体可三分即上部(L_1-1)埋深2.7-27.5m,中部(L_1-2)埋深27.5-57.9m)和下部(L_1-3)埋深57.9-87.9m。它们的形成年代分别为10.8-36.2ka B P,36.2-70.3ka B P和70.3-80.2ka B P。较详细的黄土-古土壤序列年代表将在文中讨论      

马兰黄土与Cr(Ⅲ)水岩相互作用模型的建立与验证

使用SEM、EDS、IR、XRD等仪器,分析了马兰黄土的物化组成、表面结构及表面位浓度和阳离子交换容量等特征,并利用这些数据建立了马兰黄土-Cr(Ⅲ)的水岩相互作用模型及变初始浓度、去碳酸岩盐以及形态提取实验。通过对比模拟结果与实验结果,验证模型的可靠性,并初步获取了马兰黄土与水溶液中Cr(Ⅲ)作用过程中所发生的相关反应及其强度。结果显示,在实验浓度(1～100mg/L)范围内,该模型能够很好地描述马兰黄土与水中Cr(Ⅲ)的反应过程,其模型精度达90%。本成果将进一步丰富马兰黄土与Cr(Ⅲ)水岩相互作用的机理研究。     

马兰黄土的热释光年龄(Ⅳ)——斋堂剖面的研究

本文对北京斋堂马兰黄土剖面上的十三块标本进行了热释光年龄测定。采用了两种方法制备测量的样本,获得了两组热释光年龄数值,并对它们进行了分析和讨论。