黄河断流对河道垂向异常发育及演化的影响

近年来黄河严重断流，形成了一些异常的沉积构造和沉积体，使河道的垂向发育及演化出现异常。黄河断流使部分河道干涸，河道受到风的作用，形成了一系列风蚀及风积，风蚀作用使河道发育一系列风蚀构造(如风蚀沟槽、风蚀蘑菇等)；与此同时，风又将大量的风改造沙搬运到河道中沉积下来，形成特有的风成砂体(砂锥、砂链、砂席等)。再者，黄河断流使某些河道积水成“湖”，“湖”心沉积的低能软泥直接覆盖在河床高能相上。黄河断流后覆水非常浅，在冬季便有可能冻结成冰，并且使其下的河床被冻结，冰融化后便产生塌陷变形，使其中的原生沉积构造被深刻改造，形成特有的冰作用层，使河道发育演化出现异常。此外，黄河断流后河床干涸，如遇黄河下游降水便有可能在河道内形成径流，这种径流一方面冲蚀边、心滩，另一方面又将其冲蚀产物搬运到河床中沉积下来，形成一种非正常河水形成的沉积体，叠加在正常的河床沉积之上，使河床的垂向演化发育出现异常。河道的弱沼泽化也会使河道的演化出现异常。     

黄河三角洲平原上的气胀构造特征、成因及意义

气胀构造(Air heave structure)是一种相对不多见的沉积构造,但在黄河现代三角洲上却非常发育.它们可以发育在多种微相中,甚至在水上平原的分流河道的河床上也可以广泛发育.由于它们别致的形貌、精巧的结构而非常引人注目.在某些河段气胀构造密集成片、蔚为大观.黄河三角洲分流河道上的气胀构造一般呈圆形穹隆状,少数呈面状;直径多在数十厘米至1～2 m,面状者长宽最大可达数十米;高数厘米到二、三十厘米.气胀构造可以分为气盖、气室和基底三个部分.气盖厚十余厘米到二十余厘米,气盖表面光滑或有拱裂缝、爆裂缝、同心圈环、侵蚀坑槽、波痕、喷气泥沙火山、滑皱鳞片(或滑褶环脊)、泄气孔(坑、缝)及流痕等伴生或次生构造.黄河三角洲分流河道上的气胀构造的成因非常复杂,与黄河断流形成的独特水文、水动力条件及由此形成的河床的特殊结构和黄河沉积物的细粒(粘土、细粉砂)特性有关.     

藕节辫状河发育和演变过程的试验研究

利用室内概化模型试验,研究了"藕节"辫状河的发育和演变过程。从初始顺直小河开始,以黄河花园口水文站枯水期和洪水期流量为背景,概化试验入口水沙条件,成功塑造了具有典型藕节的辫状小河。模型小河的试验发现:① 原顺直河道交错边滩的发育对辫状河道"藕节"的形成起到关键作用;② 结合自然河流和试验小河,"藕节"河段形态特征系数I与河道稳定性参数θ呈较好的非线性关联性,说明辫状河道除了沙粒阻力和床面形态阻力,也可以采取断面形态一收一放的"河势形态阻力"方式消耗,制衡部分水流能量;③ 流量过程是控制河段形态特征的决定因素之一,大洪水不仅破坏了原交错边滩的特点,也使"藕节"形态遭到破坏;但在中小流量下,河段保持了较好的"藕节"驻点、"藕身"收放的特点。本研究对黄河下游收放相间的"藕节"河段防洪起到借鉴作用。     

黄河下游冰成滑塌与塌陷构造的研究

黄河是一条有着特殊水文、水动力、沉积环境及沉积物的河流。因此，它盛产特殊的沉积现象---冰成滑塌与塌陷构造便是其中之一。冰成滑塌与塌陷构造在黄河下游非常发育，它们主要发育在边、心滩上，有时天然堤上也有发育。它们的发育深刻地影响和改造了边、心滩的沉积景观。冰成滑塌构造是一种在沉积物从冰冻状态转向冰成状态发育的一种特殊构造，其运动学特点是以滑，即以水平运动为主，冰成滑塌构造多呈鳞片状或皱褶状。鳞片状者直径多在数十厘米；“鳞片”厚度多在十厘米左右，多由数个到十余个鳞片组成。其底界是冰冻界面；皱褶状者规模甚小，每一皱褶的宽度一般宽在一厘米以内，长十到二、三十厘 米，厚二、三厘米。多由数十个微型滑塌组合成一褶皱片。在天然堤内缘有一种特殊的冰成滑塌，它们使天然堤边缘呈阶步状或沟渠状，非常引人注目。冰成塌陷构造也是一种由冰层融化所形成的特殊构造，其运动学特点是“塌”，即以垂直运动为主。冰成塌陷构造多呈多角形坑洞状。直径多在数十厘米到一、二米，大者可达十余米，深度多在十余厘米。一般成群发育。     

黄河济南以下河段某些异常地质作用及几种典型沉积构造研究

黄河自 1972年发生首次断流以来,以后 2 6年间,发生断流年数就有 19年,近年则愈演愈裂。由此引发了一系列特殊的地质作用,我们称之为异常地质作用,如汛期高含沙河水骤涨骤落,致使下游河床淤积严重,且不断抬高、展宽,并向二级悬河发育;床底不稳、河道迁移频繁,心滩、边滩上水道发育;而断流期则风的作用明显,风蚀地貌发育。水风地质作用混合,相克相伴,构成了黄河三角洲极为复杂的地质景观。又因黄河以沉积细粒物质为主,在多种因素的综合控制下,其沉积物层面或层内发育的沉积构造具有独特性,如变形层理、泥沙钟乳、液化 (泄水 )构造、气胀构造、植物划痕构造、特殊波痕及特殊流痕等,是典型的沉积构造。正确识别和分析黄河断流后的异常地质作用及由其形成的沉积构造对古河流相分析有重要参考意义.     

黄河三角洲上的冰成隆丘的研究

黄河三角洲上发育了大量的冰成构造,非常引人注目,冰成隆丘便是其中的一种。冰成隆丘外观上呈丘状,以圆丘状者多见,少数呈长丘状、不规则台状、塔柱状、土堆状及火山状;规模不等,小者高数厘米,大者数十厘米,最大长度可达 1m以上;表面平滑或具有裂缝或有火山口状坑穴,或有大量豆状瘤状或根状构造。有的内部具有穹隆状层理,有的具有复杂的变形层理。冰成隆丘一般产在边、心滩上或河床上,共成因有三种:一是冰融水滴积;二是冰融陷拱隆;三是冰洞滴积。黄河特殊的水文、水动力及气侯条件使得冰层中有时含有 (大量 )泥砂或冰层之上被泥砂覆盖,当这些冰层融化时,其中或其上的泥砂便会随冰融水一道滴向地表,在地表的相应部位形成冰成隆丘;当冰层中有孔洞时,且其上又沉积了一层泥砂,那么当冰层溶化后,在孔洞的部位便会因拱隆而开成隆丘;如果边、心滩上的侵蚀坑穴中的冰层中心或其它部位有融化形成的孔洞或裂缝,那么冰层之中或之上的泥砂便会随冰融水一道沿孔洞或裂缝滴落到坑穴中,形成冰洞漏积隆丘冰成隆丘是一种暴露和低温 (± 0℃ )条件下的产物。其成因与黄河复杂的冰-水-泥砂作用有关。     

黄河三角洲冰携泥现象及其产出的冰成沉积构造

通过野外实地考察、实验模拟，在黄河三角洲发现了一种非常特殊的、冰-（水-）泥共同作用而形成的冰携泥现象。冬末春初，冰雪融化，位于冰层底部的细粒碎屑沉积物质（粉砂或粘土）常被冰向上携起。研究认为，冰携泥的发育过程可以分为三个阶段：沉积物的破碎、冰层底部融化-泥沙被冰垂向搬运及泥沙下落-冰成球粒等的形成。在冰携泥的整个过程中可产出冰劈裂缝、冰成球粒和冰成泥沙片等特殊的沉积现象（构造），它们是冰携泥现象留下的重要的地质记录，对于恢复这一特殊现象及其形成的环境条件具有重要的指示意义。另外，初步探讨了冰携泥现象形成的两种可能机制：毛细作用和冰融水对流作用，并认为在冰融水能及时渗漏或排出的开放系统中，只有毛细作用机制发生作用；在冰融水不能被渗漏或排出的密闭系统中，两种机制共同发生作用。     

山东菏泽古沉船地区沉积地层和地貌研究

赵王河古沉船河道沉积层具有明显的阶段性.早期沉积以中细砂、粉砂为主,河水游荡性沉积韵律明显;晚期沉积物以粉细沙、粉砂为主.自船底部垂向上,自下而上分为两大段,即黄泛期沉积和河道沉积,其粒径呈愈向上愈细的趋势.剖面分析表明,河道沉积有横向摆动迹象.沉船撞击边滩沉没后,辫状河道逐渐消失,沉船处接受较稳定的河道沉积.     

末次冰期晚期半干旱环境下黄河阶地上的河流与风沙沉积交互过程

风沙与河流地貌过程的交互作用是半干旱环境典型的地表过程。位于半干旱区的黄河兰州至银川段,现代风沙与河流沉积过程相互影响剧烈,而该区域地质历史时期风沙与河流交互过程的沉积记录还鲜有报道。文章对该区域黄河二级河流阶地堆积序列(河道砾石-具水平层理砂层-沙丘砂-条带状粉砂)进行了详细的沉积学分析。结果表明,流水作用形成的水平砂层之上覆盖的厚2~3.8 m的沙丘,由成分均匀的极细砂和粗粉砂组成;发育块状结构,而未见流水沉积结构;为典型风成沙丘。其上覆盖的粉砂层,粒度组成与该地区砂质黄土有相似性,以粗粉砂颗粒为主;但其还含有少量的粘土和极细砂组分,分选差,且发育薄层条带状纹层(层厚约5~10 cm);为河漫滩环境下主要为风尘输入的颗粒在静水条件下沉降形成的河漫滩相沉积。风成沙丘的众数粒度值略小于下伏水平状河流砂众数粒度,而粗颗粒组分和细颗粒组分含量都略小于下伏河流砂,表明风成沙丘可能是由风力分选、搬运下伏河流砂,就地堆积形成。风成沙丘与下伏河流砂的主量元素组成基本一致,而与该区域物质来源于较大范围的风成砂黄土主量元素的组成相差较远,也表明该阶地堆积序列中发育的风成沙丘物质来源于局地下伏的河流砂层。光释光年代测试的结果表明,风成沙丘堆积于距今约21~16 ka期间,而上覆河漫滩堆积于距今约14~13 ka期间。末次盛冰期,干旱气候和强劲的冬季风导致早期河漫滩上发育风成沙丘,而随后的冰消期夏季风的加强和相对暖湿的气候,使得末次盛冰期形成的沙丘被河漫滩沉积覆盖。该区域黄河二级阶地由辫状河砾石(夹砂透镜体)-河漫滩砂-风成沙丘-河漫滩粉砂构成的沉积序列是该区域末次盛冰期以来风沙与河流交互作用形成的良好记录,反应了半干旱地区地表过程(风沙和河流交互)对气候环境变化的响应。     

黄河下游主要环境地质问题及其对策研究

黄河是我国第二大河流,干流全长5464km,流域面积75.2万km~2,流域人口8959万人.从郑州的桃花峪至入海口为黄河下游,黄河下游流域面积2.3万km~2,河段长786km.黄河下游地势平坦,河道宽阔,纵比降小,仅万分之一点二.区内环境地质条件复杂,河情特殊,尽管下游堤防先后4次加高,但远滞后于淤     

干湿循环条件下重塑膨胀土的裂隙发育特征及量化研究

裂隙性是膨胀土的典型工程地质特性之一,对其工程性质有重要影响,直接或间接地导致各种工程问题。通过对重塑膨胀土开展室内干湿循环试验,对获得的裂隙数字图像采用图像处理技术进行一系列预处理操作,提出了表面裂隙率、裂隙条数、裂隙总长度、裂隙平均宽度和绝对收缩率等量化指标,定量描述裂隙的形态特征,分析干湿循环过程中压实膨胀土的裂隙发育规律。结果表明:含水率和干湿循环次数是影响膨胀土裂隙发育的重要因素。随着含水率的减小,重塑膨胀土的裂隙发育程度总体上有增加的趋势。表面裂隙率、裂隙条数和总长度随含水率的减小逐渐增加,绝对收缩率随含水率减小而增大,而裂隙宽度与含水率之间没有明显的规律;随干湿循环次数的增加,裂隙进一步发育,裂隙条数、裂隙总长度、表面裂隙率增加,绝对收缩率总体增大,但裂隙平均宽度存在减小的现象,这与后期发育的大量微裂隙有关。     

冰煤断裂韧度的测试研究

通过对冰煤在-30℃低温状态下的断裂韧度K_IC的测试试验, 得出了在不同预制裂纹长度条件下冻结煤体的断裂韧度变化情况. 试验中制备了三点弯曲试样并制作了低温环境下的三点弯曲实验装置, 对冰煤的试样制备、试验装置、 K_IC计算公式以及裂纹尖端塑性区的大小等断裂力学问题进行探讨, 并且对试样尺寸的有效性进行了验证. 结果表明, 断裂韧度K_IC与裂纹深度a/W的变化方向相反, a/W越大, K_IC越小, 此时裂纹越易开裂.     

Influencing factors of geometrical structure of surface shrinkage cracks in clayey soils

In order to investigate the effects of temperature, thickness of soil layer, wetting and drying cycles and soil types on geometrical structure of surface shrinkage cracks in clayey soils, special software Crack Image Analysis System (CIAS) for analyzing shrinkage crack patterns was developed. Eight groups of soil samples were prepared and subjected to drying to crack in laboratory. The number of crack segments and intersections, average crack length, width and aggregate area, crack intensity factor (CIF), and the corresponding probability density functions (PDF) of these parameters were determined by analyzing several crack patterns derived from different experimental conditions. The results show that the soil cracking behavior and the geometrical structure of crack patterns are significantly influenced by these considered factors. There is a tendency of crack length, width, aggregate area and their most probable value (MPV) related to the PDF increases with temperature increase. With thicker soil layers, the average crack length, width, aggregate area and CIF are increased, and the main distribution ranges of crack length, width and aggregate area are increased also. When the soil is subjected to multiple wetting–drying cycles, the soil surface generates more irregular and coarse cracks. The number of short and narrow crack segments increases significantly, and the CIF decreases with an increase in wetting–drying cycles. It is also observed that the extent of cracking is directly related to the soil fines fraction and its plasticity index (I_P). The greatest CIF and crack width are observed in the soils with the largest fines fraction and highest I_P. In addition, the ratio of numbers of crack segments to intersections ranges from 1.5 to 2, and cracking mainly takes place in three stages: main-cracks initiation stage; sub-cracks initiation stage; terminal stable stage.     

基于探地雷达检测的岩溶岸坡内部宏观裂隙响应规律研究

岩体内部宏观裂隙的发育程度对水库区岩溶岸坡稳定性有着重要影响。为了有效地探测和识别岩体内部宏观裂隙的几何形态和分布特征,对三峡库区巫峡典型岩溶岸坡中岩体内部的垂直裂隙进行模型简化。基于无损伤的探地雷达物探技术,通过理论分析、数值模拟,研究了岩体内部垂直裂隙的宽度、长度、倾角等发生变化时,雷达回波剖面中裂隙对应的时距曲线形态和振幅特征的变化规律。研究表明:裂隙顶端和底端对应的雷达回波响应为双曲线形态,可作为裂隙识别的标志;裂隙的宽度与雷达回波最大振幅和能量团的关系密切;裂隙倾角大小会影响到雷达回波能量团的形态。现场测试结果表明,900MHz天线频率的探地雷达可以较好地用来探测岩溶岸坡内部约1.5m深度范围内厘米级宽度垂直宏观裂隙的分布,并可作为调查库水区岸坡岩体内部宏观裂隙扩展的一种监测手段。     

低温岩体裂隙冻胀力与冻胀扩展试验初探

低温裂隙岩体冻融损伤与断裂破坏一直是寒区岩体工程建设中的关键科学问题。低温下含水裂隙的冻胀扩展演化过程受冻胀力量值的控制,然而裂隙中冻胀力的大小及其演化机制一直存在争议,尚缺乏有效的试验测试方法。通过在类岩石材料中预制不同长度和宽度的宏观裂隙,进行了低温下饱和裂隙的冻胀力测试试验;利用薄膜压力传感器和温度传感器分别对饱和裂隙在低温冻结过程中的冻胀力和冻结温度进行了实时连续的监测,获取了其时空演化曲线。试验结果表明：（1）在冻结过程中,岩体裂隙中冻胀力的萌生是一个突发的过程,其演化过程可分为孕育阶段、爆发阶段、跌落阶段以及平衡阶段;（2）冻结完成后,裂隙冰发生了明显的挤出且裂隙尖端产生了可见的冻胀裂纹;（3）融化过程中,冻胀力跌落较快,但存在滞后现象;（4）对于宽度在2～5 mm范围内的半开口裂隙,从裂隙开口端冻结时,最大冻胀力与裂隙宽度线性正相关;在宽度为5 mm的饱和裂隙中最大冻胀力达到了7.2 MPa。研究成果可为认识裂隙中冻胀力的萌生演化机制以及进行裂隙冻胀扩展计算与分析提供借鉴。     

水工隧洞围岩裂纹扩展的临界水压解析解

通过把断裂力学扩展判据引入水工隧洞解析解中,使宏观的水工隧洞受力分析与细观的围岩裂纹扩展研究相结合;将隧洞围岩裂纹分为拉剪型裂纹和压剪型裂纹,并针对不同类型裂纹的开展机制,分别推导了水工隧洞围岩拉剪型和压剪型裂纹扩展时的临界内水压力表达式。在此基础上,分析了裂纹的走向、长度、埋深等参数对临界水压的影响规律。算例显示,在高内水压力作用下,或者由于地应力释放的影响,裂纹既可能发生拉剪型扩展,也可能发生压剪型扩展,但后者发生的几率更大。在内水压力控制工况下,当裂纹走向垂直于洞壁法线方向时最不容易发生扩展;裂纹长度越长,埋深越浅,围岩孔隙水的作用面积越大,裂纹发生扩展的可能性越大。     

黄河断流后三角洲(水上平原)的滑塌构造研究

黄河断流后三角洲 (水上平原 )上的滑塌构造非常发育,在分流河道中几乎随处可见,它们主要发育在边滩、心滩外缘、周缘或内部的水道中,还可以发育在河床上。滑塌作用形成了三种产物:滑塌壁或滑塌缝 滑塌体和滑塌碎块及滑塌变形基底。滑塌壁或滑塌缝按力学机制可能分为两种类型 一种是张性 另一种是剪性。滑塌壁或滑塌缝的规模不一,大者长度可超过十余米,甚至二十余米,小者长度只有 3～ 5cm 滑塌体规模差别也较大,大者高度可超过 1m,长度可达 3～ 4m 小者高度和长度仅数cm。通过观察发现,滑塌构造的产生与波浪的掏洗和流水冲蚀有关,与地震和斜坡滑动关系不大。黄河断流后在某些低洼河道积水成“湖”,“湖”水在风的作用下形成波浪。波浪不断拍击导致边滩、心滩产生滑塌,形成一系列相应的滑塌构造 再者,黄河断流后边滩、心滩广泛暴露,黄河三角洲地区降雨后使边滩、心滩和河床上汇集成径流,径流的冲蚀也可以形成一系列滑塌构造。有的滑塌构造被风成砂埋藏后很容易被何存下来,而充填滑塌缝之间的风成砂经成岩作用之后则有可能转变成砂岩岩墙。     

Dilation and linkage of echelon cracks

We investigate arrays of echelon cracks in rock (veins, joints, and dikes) formed by dilation. Individual cracks are interpreted as cross-sections of blade-like cracks at the leading edges of a parent fracture. Two morphological end members are distinguished as having straight or highly curved propagation paths as seen in such cross-sections. Bridges of rock between overlapping straight crack paths bend to accommodate crack dilation. Sigmoidal curvature of the bridges is achieved in a phase of increased dilation as the aspect ratio of bridges increases and their resistance to bending drops. Large bending strains within bridges may lead to cross fractures that link adjacent cracks. Good estimates of the dilation and shear displacement over arrays may be obtained directly from measurements of bridges. In contrast, the sigmoidal form of cracks of the other end member is caused by their curving propagation paths. These cracks may link as one crack tip intersects the adjacent crack wall. Some arrays of sigmoidal echelon cracks are associated with shear zones, but those analyzed here are not.