陕西黄土的微结构的初步研究

黄土微结构的研究前人做过大量工作,近年来有相当地发展。本文从陕西黄土的堆积环境出发,根据扫描电子显微镜和X射线能量色散仪,着重对洛川和渭南剖面进行了初步研究。     

黄土-古土壤序列的典型微结构与1万年来的环境演化——以关中地区的全新世黄土剖面为例

通过对土壤微结构系统的研究,发现黄土高原南部全新世黄土-古土壤序列的微结构可分为基底式胶结结构、胶斑状结构、斑状-胶斑结构、粒状结构、似粒状结构和粒状-斑状结构.其中前3种总是出现在古土壤中,其形成在温暖湿润、植被茂盛的环境下;后3种总是出现在黄土或风化黄土中,形成在以干旱为特征的环境下.微结构沿黄土剖面垂直方向上的变化,实质上揭示了1万年来的环境变化.     

黄土—古土壤序列的典型同结构与1万年来的环境演化——以关中地区的全新世黄土剖面为例

通过对土壤微结构系统的研究，发现黄土高原南部全新世黄土－古土壤序列的微结构可分为基底式胶结结构，胶斑状结构，斑状－胶斑结构，粒状结构，似粒状结构和粒状－斑状结构，其中前3种总是出现在古土壤中，其形成在温暖湿润，植被茂盛的环境下；后3种总是出现在黄土或风化黄土中，形成在以干旱为特征的环境下。微结构沿黄土剖面垂直方向上的变化，实质上揭示了1万年来的环境变化。     

中国黄土的微结构与地理、地质环境的关系

中国黄土分布范围之广、厚度之大和地层之完整均为世界其它各地所罕见,因此早就为国内外学者所注意。特别是1949年之后,广泛地开展了黄土、黄土地质环境和黄土工程性质的研究。近几年来作者利用扫描电镜对中国各地黄土的微结构进行了研究,其目的是为了探索黄土湿陷的原因、微结构特征和区域性变化规律,从而进一步探讨中国黄土和黄土微结构的形成过程。     

陕北神府地区晚更新世黄土微结构特征分析

以陕北神府地区二郎山和清凉山晚更新世以来黄土剖面为例,应用粒度分析和扫描电子显微镜对陕北地区晚更新世黄土的微结构进行分析研究,探讨黄土微结构特征与其形成环境的关系。分析结果表明粒度小于0.005 mm的粘粒级含量在黄土与古土壤中差异最大,S1古土壤达30.4%,而L1黄土为24.7%;S1古土壤中大量出现铁质粘粒胶膜并呈流胶状,结构密实;L1黄土粘粒胶结物含量较少,土质疏松;陕北地区晚更新世S1古土壤形成于湿热的森林环境,L1黄土形成于凉偏湿的草原环境,S0黑垆土形成于暖湿的气候环境。     

18.7万年前的高速远程古滑坡:来自陕西华县莲花寺滑坡体上覆黄土光释光(OSL)测年的证据

在渭河盆地东南缘的华山山前断裂北侧,对分布于陕西华县莲花寺一带数平方千米的黄土之下松散堆积的角砾岩的成因存在多种不同的认识,笔者根据地貌和堆积物特征支持其为高速远程滑坡的观点,并确定滑坡分为早、晚两期,后期还叠加了崩塌.野外调查发现覆盖于滑坡体上的黄土最大厚度达9m,根据第四纪黄土平均堆积速率估算的年龄与前人认为的滑坡时代大相径庭.为了准确厘定陕西华县莲花寺滑坡的形成时代,对覆盖于滑坡体上的黄土进行了5个剖面的样品采集,应用光释光(OSL)方法开展了系统的测年,结果5个剖面角砾岩之上最底部的黄土年龄在130.2±5.6 ～ 187.3±7.7ka之间,显示角砾岩之上堆积的黄土并不是同时形成的,其堆积的先后可能与古地形有关,角砾岩之上最底部黄土的最老年龄(187.3±7.7ka)代表了陕西华县莲花寺第二次滑坡形成时代的上限,即陕西华县莲花寺高速远程滑坡至少形成于18.7万年前.这是首次准确获得陕西华县莲花寺古滑坡的时代上限,亦是目前国内报道最老的高速远程滑坡,对滑坡的研究具有重要意义.同时,讨论了华县莲花寺高速远程滑坡的诱因可能是华山山前断裂的地震活动.     

非饱和土增湿压缩的微结构研究

在非饱和黄土压缩特性研究中,需要对天然黄土进行扫描,以获得增湿压缩前黄土微结构形态;对增湿压缩后的土样进行电镜扫描,获得其微结构变化。从微观角度揭示黄土增湿压缩的形成和过程机理,开展控制变量的压缩实验,对实验后的留样开展扫描电镜实验。通过对比黄土在不同含水量、不同压力下受压前后的微观结构变化,分析影响黄土孔隙结构变化的因素,以及孔隙结构在力与水的联合作用下的变化特征及变化过程。得到非饱和土增湿压缩变形的主要因素是外荷超载迫使结构强度的丧失,完成高分维向低分维的转化,改变接触方式,从而由各向同性朝着各向异性发展。     

黄河中游新第三纪晚期红粘土的成因类型

地层结构、岩石组合、物质组成特点及化石埋藏状态等资料分析表明,新第三纪晚期红层成因类型多样,但以风积粉尘堆积为主,特殊的形成方式导致了红粘土组成的均一性。地层微结构研究显示红粘土沉积后经历了强烈的土壤化作用。地层所记录的成因信息和古气候信息与第四纪黄土—古土壤的类似,暗喻了二者间的继承性,红粘土成因的初步研究表明我国黄土高原区内的粉尘堆积有可能始于新第三纪中新世晚期。     

黄土微结构的试验研究

本文通过电镜扫描分析手段,对Q3黄土试验场地土样微结构特征的各项指标进行了比较和分析,旨在找出其规律性。同时,本文还介绍了黄土微结构的研究方法和要求。结合室内实验,对所获得的一系列黄土特性量化指标进行了分析对比,揭示了微结构与黄土液化之间的内在联系。研究结果表明,由统计值变异系数,能达到对黄土场地液化势起到相当程度确定性的目的,验证了利用微结构研究黄土结构变化的可行性。     

黄土压缩变形的微结构效应

通过微结构要素定量分析,研究了黄土在压力作用下的微结构要素变化规律,结构状态变化的阶段性和结构要素调整的差异性等问题,初步揭示了黄土宏观变形的微结构控制机理。     

风尘堆积常见的同沉积和沉积后改造特征及其环境意义

黄土堆积作为气下沉积,任何一个深度都曾经暴露于地表,因而必然受到相关地表过程的作用.由于这些过程均发生于特定的环境条件下,形成的特征多数具有明确的环境意义;而黄土在沉积后也可能受到各种地质过程的改造,从而对研究中常用的气候代用指标有一定影响.文章基于野外、微形态等分析,结合前人成果,对我国北方新近纪风尘堆积中常见的同沉积和沉积后改造特征、形成过程及环境意义进行研究.由于一些特征在黄土堆积中具有普遍性,可作为识别风成堆积的标志和环境事件研究的指标,并有助于全面理解常用的替代指标的环境意义.     

中国黄土中粘土矿物的古气候记录

中国黄土自早更新世便开始发育, 并且一直延续到全新世。我国北方的甘肃、陕西和山西都发育和保存有良好的黄土剖面, 它系由干冷气候环境下堆积的黄土和较温湿气候条件下发育的古土壤交替叠复而成, 堆积过程基本连续, 较完整地记录了黄土堆积以来的气候变化的历史。通过残留于地层中的生物遗迹来认识古气侯条件无疑是较有效的方法。     

扫描电子显微镜在黄土微结构研究上的初步应用

本文是我们借助扫描电子显微镜,对中国黄土石英颗粒表面特征、黄土微结构及黄土钙质结核结构等进行系统研究的同时,在工作方法上的初步总结。大量资料表明,扫描电子显微镜在黄土微结构研究中有重要作用,合理、有效地运用扫描电子显微镜是获取黄土微结构翔实资料的可靠保证。文章重点介绍扫描电子显微镜下进行黄土微结构等研究的主要方法和步骤,包括样品的制备、观察方法及图象解译及结果等内容。     

中国黄土地球化学的若干河题

黄土地球化学是研究黄土中元素的分布、分配和迁移、富集的规律。它的研究不仅有助于进一步了解黄土物质成分的特征,而且对探索黄土堆积的地球化学环境,以及黄土形成过程的地球化学实质有重要意义。这些年来,我们继续以黄河中游黄土为重点,结合有关地区,进行了黄土地球化学的研究。     

黄土微结构区域变化规律及与湿陷性相关性研究

黄土中的微结构是影响黄土湿陷的重要因素。本文运用扫描电子显微镜对黄土微结构进行观察并对统计数据进行了分析，结果表明黄土微结构在区域上存在一定的变化规律。即，由西北的粒状、支架接触式结构，逐渐过渡到东南的凝块、镶嵌胶结式结构。通过对黄土矿物颗粒接触关系和孔隙与湿陷性的关系的分析，并根据非饱和土粒间吸力理论分析，认为支架结构孔隙为黄土湿陷变形提供了空间条件，而黄土微结构吸力空间分布的不均匀性是引起黄土湿陷的根本原因。     

渭北黄土台塬全新世地层高分辨率研究

在野外观测研究的基础上 ,对陕西扶风新店村全新世黄土剖面作了详细的地层划分。通过磁化率、粒度、TOC、全铁和碳酸盐含量测定分析 ,进一步揭示渭北黄土台塬全新世季风气候变化的规律。同时 ,阐明了“全新世大暖期”的气候有明显的波动变化 ,尤其是在 6 0 0 0— 5 0 0 0 a B.P.发生了一个干旱气候事件 ,形成黄土堆积 ,使得全新世古土壤分裂成为两层 ,表现为多周期土壤。从 3 10 0 a B.P.开始至今气候变得干旱 ,风尘堆积旺盛 ,形成了现代黄土和表土层     

湿陷性黄土变形的微结构突变模型研究

根据湿陷性黄土的湿陷特点,分析了其主要影响因素,包括外部因素：水、荷载与内部因素微结构及其力学性质。从湿陷性黄土的湿陷性影响出发,建立了湿陷性黄土结构失稳突变模型,并从模型基本假定、微结构模型应力特性和湿化于微结构失稳的突变关系3个方面进行了理论分析研究,在一定程度上揭示出湿陷性黄土变形机制和规律。通过微结构突变失稳理论发现：当应力状态满足孔隙微结构失稳判别式时,微结构元的变形状态将诱发微结构失稳崩塌。微结构的稳定性与结构刚度 和受力状态 密切相关。地下水不仅改变了颗粒的受力情况,更重要的是使颗粒间连接刚度降低,从而导致微结构失稳。     

黄土沉积过程及微结构模型的非连续变形分析

黄土是一种具有特殊结构的多孔隙、弱胶结的松散沉积物,存在典型的微观架空结构,其力学行为是微观结构变形与破坏的宏观体现。从本质上揭示黄土的力学行为,需从黄土微结构出发,而黄土的物质组成和微结构特征受其特殊的风积成因所控制,基于此本文提出了一种模拟黄土沉积过程并构建其初始结构模型的方法。为了生成黄土沉积后所形成的微结构模型,并对其进行变形模拟,首先在确定黄土颗粒形态的基础上利用Monte Carlo法生成沉积前的黄土颗粒群,然后引入非连续变形分析方法(DDA)模拟颗粒的下落,该方法能够模拟颗粒下落过程中的相互碰撞及摩擦,由此建立与实际比较接近的黄土初始结构模型。从模型中可以识别出大、中、小3类孔隙结构和台阶(staircase)、重叠(stack)、点接触(point contact)、T型4种接触形式。对所生成的黄土结构模型进行不同压力下的压缩试验,选择不同部位的颗粒作出了径向分布函数,从微观角度说明了黄土在压缩过程中大孔隙和架空结构会首先被破坏。设计了与数值模拟相同条件下的物理模型试验,将两者试验结果进行对比,结果表明数值模拟与物理模型试验的e-lgp压缩曲线的趋势大致相同,表明所提出方法是可行的。该方法为进一步开展黄土力学行为的微观分析提供了基础。     

灌溉作用下黄土宏观力学响应及微观结构特性研究

从黄土特有的水敏性和微结构角度出发,开展灌溉作用下,水体入渗过程中黄土宏观力学响应与微观结构特性之间变化规律的研究。设定了不同含水量下的黄土宏观力学与微观结构试验,旨在得到水对黄土的应力应变响应规律及试验前后剪裂面上黄土微观结构的变化特征。结果表明:研究区Q3黄土的应力-应变曲线随着围压的增大呈现出由应变软化型向应变硬化型转变,随着含水量的增大呈现出由应变硬化型向应变软化型转变的规律;并以此确定了研究区黄土结构屈服应力σk所对应的应变值一般小于2%;结合饱和Q3黄土三轴固结不排水剪切试验获得了研究区黄土的稳态线参数及状态边界面参数,并在假设不同围压条件下稳定状态收敛的前提下,得到近似状态临界面公式;分析了Q3黄土在不同围压和含水量下的破坏模式,其特征表现在黄土试样剪切前后的微观结构变化主要表现在微结构类型的转变、孔隙含量减小及微裂隙的发育程度上。     

基底形态对黄土斜坡的形成及稳定性的影响

黄土堆积地形对基底形态有良好的继承性。在一定的环境条件下，基底形态不仅控制着黄土斜坡的形成，而且会影响到它的变形破坏特征。本文以铜川市为例，简要地分析讨论了基底表面形态与黄土斜坡的形成及稳定性的关系。它对研究黄土斜坡的形成与发展演化规律有一定的理论意义。