石生藻类,地衣,苔藓与碳酸盐岩持水性及生态意义

对藻类,地衣,芭藓生物财溶校样品及相应岩石样品进行了室内蒸发失水,主动吸水试验,结果表明：与无生物覆盖的岩石相比,有藻类生物覆盖的岩石表面失水量,吸水量分别提高１８．８,１．６倍,蒸发失水,主动吸水的时间分别延长４８％,５７％,持水量提高１６．６倍,有地衣生物覆盖的岩石表面失水量,吸水量分别提高２．９,１９．１倍,蒸发失水,主动吸水的时间分别延长３１％,１１９％,持水量提高２．９倍;有苔藓生物覆盖     

土壤斥水性及其生态水文效应研究进展

土壤斥水性是指水分不能或很难湿润土壤颗粒表面的物理现象。土壤斥水性是一个全球性现象,可以出现在各种气候背景、土壤类型和植被覆盖条件下,并且影响到地表水文过程的诸多重要环节,因此受到广泛关注。有关土壤斥水性的研究是表面科学、生物学、土壤学以及物理学等学科交叉的前沿研究领域,已成为国际生态水文学研究的重要核心科学问题。复杂...     

岩质边坡生态防护客土持水性与渗透性耦合作用试验研究

对于岩质边坡而言,生态边坡防护技术的关键在于植被的形成。为保证植物的生长,客土应同时具备良好的持水性 与渗透性。文章通过室内渗透实验以及蒸发实验研究了不同黄土、硅藻土、秸秆配比条件下渗透性及持水性的耦合关系。 结果表明硅藻土与秸秆的添加能有效降低混合土密度,有利于减小混合物的自重应力、提高边坡稳定性。硅藻土和秸秆单 独掺入时混合土的渗透系数呈指数形式增加,在同等材料用量时,硅藻土对于渗透系数的提高更有效,但当硅藻土和秸秆 以相近的比例掺入时,彼此之间没有形成相互增益,而是此消彼长。硅藻土及秸秆的添加均能增加混合土的持水性,但总 体上使用硅藻土的效果优于秸秆。添加硅藻土、秸秆能够延长土壤的定常蒸发阶段,极大提高了黄土的抗旱能力。     

生态酯类材料砂土改良及工程护坡应用

为提高砂土边坡的稳定性并实现生态护坡,采用生态酯类材料——纳米水性黏合剂对砂土进行改良,通过凝胶渗透色谱法和热重法分别对纳米水性黏合剂的相对分子质量及分布、热稳定性等进行了测试与分析;通过设计并开展不同纳米水性黏合剂掺入量条件下砂土的无侧限抗压强度试验和直接剪切试验,研究了砂土的强度改良效果与规律;通过崩解试验和边坡冲刷模型试验,研究了砂土的遇水稳定性和坡面抗冲刷能力的改良效果与规律,并进一步分析了砂土改良及生态护坡机制。结果表明,纳米水性黏合剂能提高砂土的强度、水稳定性及坡面抗冲刷能力。随黏合剂掺入量的增加,砂土的无侧限抗压强度和黏聚力增大,黏聚力的增加幅度可达46%～77%,而内摩擦角变化较小;砂土的崩解系数和峰值崩解速率减小,最大崩解速率出现的时间越发滞后;坡面冲刷率降低约68%～86%。边坡防护工程实际应用效果表明,纳米水性黏合剂的固土效果好,作用时间长,促进植被生长,实现了边坡的长效生态防护。     

平原区区域Cd地球化学异常成因及其生态效应

区域Cd地球化学异常成因机理及其生态效应研究是目前多目标地球化学调查工作中的一个热点问题,但是许多问题仍不明确。本次研究结果表明,区域Cd地球化学异常由自然地质作用形成,主要受土壤机械(粒级)组成的控制,Cd的累积过程遵循吸附沉淀机理,由此决定了土壤中Cd的活性组分含量比较高,并导致部分异常区某些作物中Cd的含量超标。进一步研究发现,Cd异常的生态效应还具有区域分异特征,并因土地耕作方式不同而异,这一发现为农作物合理布局提供了依据。     

SH材料加固夯筑遗址土耐久性试验及机理研究

以添加SH材料加固的明长城古浪段夯筑遗址土为研究对象,对其重塑样进行紫外老化试验、冻融循环试验及耐盐、耐碱试验,研究其力学强度特征及耐久性能,并采用扫描电镜（SEM）、EDS能谱分析以及粒度分析研究SH材料加固夯筑遗址土的机理。试验结果表明,经紫外老化的SH固化后试样的无侧限抗压强度随老化时间增长呈先增后降,SH含量高的试样强度呈一直增长的趋势;随着冻融循环次数的增加,试样的无侧限抗压强度逐渐降低,质量损失率逐渐增加,其中SH固含量为0.8%的试样表现出极好的耐冻性能;相比素土,加固后的试样耐盐、耐碱性能明显有所提高。由机理分析得出,SH材料主要通过团聚、氢键、架桥和包裹等作用使土颗粒排列紧密、增强连接性,提高了遗址土的各种性能;SH材料加固夯筑遗址土具有良好的耐久性能。     

沪昆客专姚家隧道板岩宏观崩解特性及微观机理研究

针对板岩遇水软化、崩解的特点,以沪昆客运专线长昆湖南段CKTJ-IX标段姚家隧道DK384+080附近的板岩岩样为研究对象,进行成分、微观结构测试和浸水崩解试验,分析板岩的宏观崩解特性和微观机理。试验结果表明:随着干湿循环次数的增加,粒径大于2 mm的崩解物颗粒逐步向小于2 mm粒径区间过渡;对于不同风化程度的板岩,粒径大于2 mm的崩解物向其它粒径区间过渡的程度不同;风化程度越高,板岩的耐崩解性指数越低,其抵挡软化、崩解的能力越差;板岩的矿物成分、结构构造和充填胶结特征等内部因素对其崩解性起着控制作用,地理气候条件等外部因素是引起板岩崩解的诱发条件,各因素的作用效力和作用时间的不同使板岩的崩解强弱程度不尽相同。     

平原区多目标地球化学调查异常查证及生态效应评价方法

针对平原区多目标地球化学调查工作中亟待解决的技术问题，在试验研究资料基础上，本文提出了平原区多目标地球化学调查异常查证及生态效应评价方法。异常查证阶段，首先应用相关关系法确定异常组分的地球化学基准值，而后进行异常分类，确定异常的成因和形成机理，为异常生态效应评价提供理论基础。在异常生态效应评价中，首先要弄清土壤中异常组分全量与其活性组分间的关系，进而探讨土壤和农作物中异常组分的含量关系，最终依据相关标准，评估农作物中重金属元素的含量水平，及其通过食物链对人体健康可能造成的危害。     

桂林会仙岩溶湿地水位动态特征及水文生态效应

会仙湿地是我国最大的岩溶湿地,具有重要的生态环境功能。近年来湿地面积萎缩、退化趋势显著,生态环境逐步恶化。从湿地水文过程的角度,基于野外定点监测数据,运用统计学方法研究了会仙湿地年季水位分布特征及其对降水的响应过程,分析了湿地内地下水与地表水的转换关系,并进一步讨论了湿地水位波动对生态环境的影响。结果表明：会仙湿地地表、地下水位存在显著的空间差异性,两者均对降水响应迅速,多峰多谷特征显著。湿地中部地表水位较边缘区稳定,各区地表水域相互贯通;地下水位变化受地势、降水、岩溶发育及第四系厚度等因素影响,表现出与地表水相似的变化特征,但其水位变幅自补给到排泄区逐渐降低。区内地表、地下水转换频繁、水力联系紧密,湿地地下水常年以一稳定强度补给地表水,是会仙湿地重要的补给水源。Pearson相关性分析表明,湿地地表水位与水体电导率呈显著负相关（R=-0.780 8）,水位下降期间水体营养盐浓度增高,可能诱发水体富营养化;而湿地地下水位与浅层土壤含水量的相关性不显著,对湿地生境的扰动较小。     

黄淮海地区湿地水生态过程、水环境效应及生态安全调控

围绕国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“黄淮海地区湿地水生态过程、水环境效应及生态安全调控”,介绍了湿地水生态过程、水环境效应和生态安全调控研究对我国社会与科技发展的意义、研究现状和发展趋势、拟解决的关键科学问题、主要研究内容和研究总体方案。该项研究的最终目标是发展一套集河流、湖沼、河口等湿地系统组分于一体的湿地系统层面上的湿地学理论,解决我国湿地研究面临的一系列基础科学问题,有效协调区域社会经济发展与湿地保护之间的矛盾,为建立不同目标下湿地系统整体调控模式,构建生态、社会和经济相互协调及环境友好型社会体系提供理论和技术支撑。     

Experimental study on the water retention behavior of intact loess under mechanical wetting and hydraulic wetting

Acta Geotechnica - Natural loess usually experiences mechanical wetting and hydraulic wetting in situ conditions. In this paper, the difference of soil water retention curves of natural loess along...     

黄土丘陵小流域生态用水试验研究--气候和土地利用变化的影响

为探讨黄土高原地区的生态恢复,以半干旱黄土丘陵区安家沟小流域的气象、土壤水分、地形图和土地利用图(1982年和2002年)为源信息,分析了不同植被类型的蒸散量和生态用水量、流域生态用水量及其与气候和土地利用变化的关系。研究结果表明:(1)流域土地利用结构从1982-2002年间变化较大,农地(特别是梯田)增加较快,乔木林地急剧减少,主要表现为毁林、开荒和造田;(2)研究区内各种植被/土地利用类型的蒸散量和生态用水都极大地受控于气候(特别是降雨量)的影响,其年际差异较大;(3)不同植被/土地利用类型间的蒸散量和生态用水差异明显,在各个年份乔灌林的生态用水量均大于农作物和自然草地的蒸散量和生态用水量,但生态用水的差异程度小于蒸散量的差异程度;(4)以自然草地(即荒草地)为标准,农作物的蒸散量和自然草地接近,但乔灌林地的蒸散量和生态用水量均远高于自然草地,难于实现土壤水分平衡;(5)流域土地利用结构的变化(主要是强耗水植被的减少)减小了流域生态用水量,增强了流域的水分平衡能力。     

原状黄土土水特征滞后性研究

现有的土水特征曲线(SWCC)滞后性的研究多针对重塑土,原状黄土土水特征曲线滞后性特征的研究较少。为研究全吸力范围内原状黄土的滞后特征,以泾阳马兰黄土(L1)和离石黄土(L5)为研究对象,采用压力板仪和滤纸法测定增湿和减湿SWCC,采用压汞法测定孔隙分布特征,X衍射分析矿物成分。结果表明,在压力板仪测试基质吸力范围内(0~600 kPa),滤纸法和压力板仪测定的SWCC具有一致性,且在减湿过程中两种方法的测试结果更为一致。滤纸法测得的全吸力范围(0~30 000 kPa)内,黄土SWCC滞后性存在三段性特征。即在天然含水率(L1 14.2%、L5 17.3%)附近,黄土SWCC几乎无滞后性;含水率高于天然含水率一定范围(L1大于19.2%、L5大于18.3%),存在极为明显的滞后性;低于天然含水率一定范围(L1小于11.2%、L5小于15.4%),存在弱滞后性。天然状态下反复干湿循环,导致黄土SWCC在天然含水率附近无滞后性;黄土限制孔隙对墨水瓶效应的增益作用,导致高含水率下黄土SWCC呈强滞后性;黏土矿物的水合作用,导致低含水率下SWCC呈弱滞后性。     

A water retention model accounting for void ratio changes in double porosity clays

This paper presents a constitutive model that predicts the water retention behaviour of compacted clays with evolving bimodal pore size distributions. In line with previous research, the model differentiates between the water present inside the saturated pores of the clay aggregates (the microstructure) and the water present inside the pores between clay aggregates (the macrostructure). A new formulation is then introduced to account for the effect of the macrostructural porosity changes on the retention behaviour of the soil, which results in a consistent evolution of the air-entry value of suction with volumetric deformations. Data from wetting tests on three different active clays (i.e. MX-80 bentonite, FEBEX bentonite, and Boom clay), subjected to distinct mechanical restraints, were used to formulate, calibrate, and validate the proposed model. Results from free swelling tests were also modelled by using both the proposed double porosity model and a published single porosity model, which confirmed the improvement in the predictions of degree of saturation by the present approach. The proposed retention model might be applied, for example, to the simulation of the hydromechanical behaviour of engineered bentonite barriers in underground nuclear waste repositories, where compacted active clays are subjected to changes of both suction and porosity structure under restrained volume conditions.

     

A study of the water retention curve of lime-treated London Clay

This paper investigates the drying and wetting soil water retention curves (SWRCs) of statically compacted lime-stabilised London Clay specimens. A series of tests were performed using the contact filter paper method, pressure plate apparatus and a suction-controlled triaxial system incorporating the axis translation technique. These investigated the water retention of the soil under different boundary and stress-state conditions and simultaneously determined the volume change in the soil during drying and wetting. Factors relevant to the lime treatment of soils, such as curing period and method (air vs. water curing), were also considered. Finally, the hysteresis of the SWRC of the chemically treated soil (for which there appears to be a lack of information in the international literature) was investigated. The results showed that the treatment with lime increased the volumetric stability but reduced the water retention ability due to a more open structure enabled by the flocculation and chemical bonding effects. Curing period and method effect appears to be small. Hysteresis was noted to some degree in all instances.     

长龄期改良黄土抗剪强度与渗透性试验研究

为满足黄土地区建设工程对岩土材料的要求,针对长龄期条件下石灰和粉煤灰对黄土的改良作用,开展室内试验研究原土料类型、掺合材料、掺合量等因素对改良黄土抗剪强度和渗透性的影响及长龄期效应,并从微观结构和反应机理上进行了解释。研究结果表明,灰土、二灰土的强度发展和强度稳定龄期因石灰和粉煤灰发挥作用的时间不同而不同;水化反应速率变化使掺量对灰土改良土的影响表现出龄期效应;原土料的粒度成分对抗剪强度和渗透性的影响更为重要;同一改良土的强度与渗透性发展并不同步,标准龄期也宜不同,实践中应给与区分。综合各因素对改良土强度和渗透性质的影响规律,工程岩土材料设计应先区分原土料类型,后根据性质需求选择改良方式和掺量并保证龄期。     

湿陷性黄土地基处理新途径的探讨

在化学材料加固黄土试验与查阅相关资料的基础上,分析了湿陷性黄土地基处理技术的研究进展,探讨了强夯法和化学加固法在湿陷性黄土地基处理中存在的优势及问题。强夯法相对较为成熟,造价低廉,但强夯后的黄土地基不抗水;高分子材料固化处理强度高,价格昂贵,其最大的优点是固化后黄土地基的水稳性好。以系统科学思维为指导,借鉴全寿命成本设计理念,提出了强夯法与高分子材料固化组合处理,以发挥两者优点的湿陷性黄土地基处理新途径;建议以创建这一组合加固湿陷性黄土的新方法为研究目标,进一步开展相关的探索研究。     

Derivation of soil water retention curve incorporating electrochemical effects

Water retention of clayey soils with wide particle size distributions involves a combination of capillary and adsorbed layers effects that result into suction–saturation relations spanning over multiple decades of matric suction values. The present study provides a physics-based analysis to reproduce the water retention curve of such soils based solely on particle size distribution and porosity. The distribution of inter-particle pore sizes is inferred through a probabilistic treatment of the particle size distribution, which is then used, together with an assigned pore entry pressure, to estimate the inter-particle water volume at a given suction. The contribution to water content from adsorbed layers is also taken into account by considering the balance of electrochemical forces between water and clay material. The total water content is therefore found by summing up the contribution of inter-particle water, as well as adsorbed layers that form around clay particles and around the individual clay platelets. Comparisons with experimental results on nine different soil samples verify the capability of the model in accurately predicting the wide water retention curves without any prior calibration. Additional to capturing the essential features of the water retention curve with remarkable detail, the analytical model also provides insights into the relative contributions of capillary and adsorbed waters to the overall saturation at different suction regimes. Being based upon easily accessible information such as particle size distribution and void ratio, the model can therefore be considered as a substitute for costly and lengthy laboratory and in situ measurements of water retention curve.

     

西北地区沙丘凝结水形成机制及对生态环境影响初步探讨

西北地区沙漠及荒漠化地区，包气带的水分来源除来自大气降水外，还来自凝结水，凝结水对包气带中水分的保存、运移及荒漠植被生态起到至关重要的作用。作者在甘肃省河西走廊高台县西的流动沙漠边缘的半固定沙丘上，采用TSCⅡ智能化土壤水分快速测试仪，SN2202数字温度计、CENTER1300相对湿度仪进行了凝结水观测试验。对沙丘表层0～30cm范围内的气温、地表温度、地温和含水量进行连续观测，每2h观测一次，试验历时5d。试验结果表明，在西北沙漠、荒漠化地区有凝结水存在，它的形成不仅对包气带中水分的保存及分布起着重要的作用，并且对维系荒漠化地区的植被生态系统的稳定至关重要。并对凝结水形成机制进行了初步探索；初步确定，日气候变化造成的地表温度与地温温差是凝结水形成的主控因素，包气带中的含水量分布则控制着凝结水的多寡，凝结水主要出现在干沙层与湿润砂层界面上。     

生石灰改良黄土的微观机制试验研究

为探究石灰掺量对黄土强度的影响规律及其微观机制,采用不同比例的生石灰对黄土进行改良。开展了直剪试验、压汞试验及扫描电镜测试,定性和定量分析素黄土及不同石灰掺量改良黄土的强度特性和微观结构变化规律,并对石灰改良黄土的微观机理进行较为深入的分析。结果表明:石灰改良黄土的抗剪强度参数随着石灰掺量的增大出现先增大再减小的变化规律,在石灰掺量约为8%时,其黏聚力和内摩擦角达到最大值;石灰的掺入使黄土骨架颗粒之间及其表面附着的胶结物逐渐增多,孔隙被胶结物质填充,土体中的不稳定孔隙逐渐减少,整体性增强;但当石灰掺量过大时,多余的石灰会堆积于团粒之间,影响团粒之间的胶结。石灰改良黄土强度提高的原因是石灰水化反应生成的胶结物质增强了土颗粒之间的胶结程度,增大颗粒间的相互摩擦,使土体结构更加稳定,提高土体强度;石灰掺量过高时,改良黄土抗剪强度降低是因为过量的石灰影响了土颗粒之间的胶结作用。研究成果既是对黄土强度特性及微观结构理论研究的丰富与充实,又可以为改良黄土工程设计的相关参数选取提供参考依据。