降雨入渗时土坡中水土化学作用浅析

提出了土坡在降雨入渗过程中水土化学作用理论,简要分析其作用类型,阐述其作用主控因素,系统研究其溶解与沉淀作用、交换与吸附作用、氧化还原作用、以及水解与络合作用等水土化学作用机理,同时分析水土化学作用对土的强度与变形特性起到强化或弱化作用。     

不同pH水环境下土变形特性的试验研究

涉及水土化学作用的研究,以往更多观注水土作用的极限状态—污染土等方面的研究,而忽略处在常态即常温、常压、缓变异的水化学环境中的城市区域土体稳定性研究,在这种环境中,影响土体稳定的要素—土体细观结构扮演着重要的角色,而其对诸如宏观现象—地面沉降、土洞的产生都有重要影响。理论与实践分析表明,在常态水环境下,土结构的破裂面并不是通过颗粒本身,而是通过颗粒、颗粒集合体与集合体之间粒间连接结。本文从易被忽略的化学作用角度、侧重分析水土作用中的化学作用、通过土细观结构这个桥梁进行水土化学相互作用分析,针对不同pH水环境下土的宏观变形过程进行试验,展示了土体宏观变形特性,试验证实土的细观结构是水土化学作用发生与发展的“平台”和主要场所。     

滑坡水土作用体系中Ca2+的地球化学行为的反向模拟

定量准确地描述滑坡水土作用体系中的复杂地球化学反应对于水化反应微观尺度的研究尤为重要。本文针对三峡库区石榴树包滑坡水土作用体系,选取Ca2+为特征作用离子,设计去离子水及pH=4、7、10的钙离子水溶液在土水质体比为1:5,水流速度20mL/min,室内温度17±2℃的条件下对滑坡土体进行30d室内循环饱水土柱试验。通过对实验测试数据的分析,利用PHREEQCE对试验中的水土化学作用进行反向地球化学模拟,探讨在Ca2+影响下发生的主要地球化学反应特征。结果表明溶液中Ca2+的存在抑制了对水土作用体系反应进程起着控制性作用的钙质胶结物的溶解及粘土矿物的生成,增强了土体表面的离子交换作用,胶结物的生成和胶结作用及离子交换作用使得土体孔隙变小,颗粒间变紧密,使得滑坡体更加趋于稳定。研究成果对研究三峡库区滑坡这一典型而特殊的水土作用体系的水土化学作用机理及过程具有重要的理论意义和实际应用价值。     

动应力对粉质土变形、强度的影响

研山铁矿设计采用露天开采,最终最大边坡高达600m。边坡上部为粉土和粉砂、中砂、卵石、粉质粘土,下部为砂质粘性土和砾质粘性土。由于边坡高,受环境动应力影响因素大,因此分析粉土和粉质粘土层在动应力作用下对变形和强度的影响,对边坡稳定分析具有重要意义。     

土工袋加固膨胀土边坡降雨−日晒循环试验研究

为了解复杂气候条件下土工袋加固膨胀土边坡的效果与机制,开展袋装膨胀土边坡降雨−日晒循环试验,观察并分析边坡位移变形、坡面冲刷、降雨入渗等情况,并与素膨胀土边坡进行对比。试验结果表明：素膨胀土边坡在降雨−日晒循环作用下,边坡表面产生的裂隙较多,容易出现土体流失,土工袋则具有良好的反滤和抗冲刷作用,可以减少袋内和下卧层土体的流失,保持边坡的稳定性;土工袋对膨胀土有较好的约束作用,可以有效地抑制其膨胀变形,减小因变形引发边坡失稳的可能性;土工袋有良好的排水效果,雨水能通过土工袋袋间间隙快速地排出,边坡内含水率的增加幅度较小。     

红土中含铁离子物质的化学行为与力学效应

首先从地球化学理论上分析了铁离子的化学行为力学效应及其方向性,然后通过试验,研究了不同环境水溶液化学作用后的红层黏性土和冲积黏性土中铁离子的化学行为对土体的力学效应及其特性。试验结果表明:(1)含铁离子物质与水作用后的化学行为确实存在正反两方面的双向性力学效应;(2)含铁离子物质的双向性力学效应受环境水溶液的pH值和化学成分的控制;(3)酸性水溶液使含铁离子物质的胶结作用增强,使红土强度提高,形成正方向的力学效应;而碱性水溶液使含铁离子物质的胶结作用降低,形成负方向的力学效应。     

水土作用中铝对土体结构性的影响

简述了水土作用实验的方法和水土作用中铝发生的一系列物理化学反应。在对实验数据进行计算、回归后，详细分析了铝的含量、存在状态对土的颗粒性质、可塑性质和结构强度的影响机理。     

挡土结构上的土压力和水压力

总结和分析了在静水压力、稳定渗流和超静水压力作用下,挡土结构上水土压力的计算方法,通过实例说明了水土分算与水土合算结果的差异及考虑水的渗流作用和超静孔压力作用对挡土结构上总压力计算的影响,并强调应进行控制挡土结构稳定的临界状态分析。     

膨胀土边坡稳定分析方法研究

Bishop法等边坡稳定分析的经典方法用于分析膨胀土边坡时本身并无问题,只是由于计算条件的考虑不足,使得计算结果不能反映出膨胀土上的滑坡特点。在Bishop法的基础上,通过完善其计算条件,考虑了裂缝开展导致的土体强度降低、裂缝开展的深度、降雨时裂缝群中形成的渗流,以及可能的裂缝侧壁静水压力的作用等影响因素,完成了对膨胀土边坡稳定分析方法的改进。改进后的方法反映出裂缝对膨胀土边坡稳定性的影响,计算结果真实再现了浅层性、牵引性、长期性、平缓性和季节性等膨胀土边坡的滑坡特点。     

岩石变形中的压溶作用及相伴的构造分异作用

压溶作用是低级变质环境中最常见的一种岩石变形作用机制。本文讨论了这种构造化学作用的渲化发展以及相伴的构造分异作用。探讨了诸如岩石的初始各向异性、应力状态、矿物的溶解度、流体的性质,以及物质扩散迁移的迁移系数、迁移通道等因素,对溶解作用带和沉淀作用带的生成与发展的影响,以及它们对在递进变形过程中由于分异作用形成的构造分异层的发展和几何特征的影响。     

紫红色松散土体在不同饱水环境中的化学反应特征试验研究

以特殊的紫红色土为研究对象,采取三峡地区黄腊石滑坡临江松散土进行室内饱水试验,根据能量最低原则建立热力学反应模型,通过线性规划求解,分析不同饱水环境下随时间积累过程中紫红色松散土矿物反应特征及规律。研究表明:松散土在不同溶液浸泡条件下化学反应类型不同,江水和弱碱性溶液中主要发生白云石矿物的溶解,自来水、纯水和弱酸性溶液中主要发生方解石矿物的溶解和Ca2+与K+的交换吸附。另外,不同浸泡环境中不同时间的水-土化学作用活跃程度明显差异,弱酸性溶液与松散土的化学反应在饱水1~7 d最为强烈,其他四种溶液与松散土的化学反应在饱水7~16 d最为强烈。饱水后期,不同溶液浸泡条件下的水-土化学作用都减弱并最终趋向于平衡。     

贵州七星洞滴水的水文水化学特征及其意义

本文对贵州都匀七星洞9个滴水点进行厂为期1年的动态临测，结果显示滴水的物质组成直接源自于洞穴环境，即土壤和岩石。而大气降雨携带的物质成分较少。洞穴滴水的化学组成中元素含量变化主要由水运移过程中水-土、水-岩作用导致的岩石溶解-方解石沉淀过程所控制。QXD-1#、QXD-2#、QXD-6#、QXD-7#、QXD-8#由于水运移过程中经过的土壤较薄。水-岩作用对滴水化学特性的贡献略大。稀释作用发生在干旱条件下的QXD-2#滴水点，活塞作用在雨季对QXD-7#、QXD-9#滴水产生影响，在不同的季节，QXD-1#、QXD-3#、QXD-8#滴水点的滴率产生跳跃式变化。这些作用均受控于水的来源差异。所有这些过程对滴水点水化学产生影响但其效果较弱。滴水的Mg／Ca指示了大气降雨的变化，其值受控于洞穴顶板内水运移过程中水-土、水-岩作用下的水文地球化学过程即岩石的溶解、方解石沉淀过程及土壤物理、化学、生物学过程等。     

不同雨强下黄土边坡降雨入渗测试与分析

黄土边坡的失稳问题是岩土工程中迫切需要解决的工程难题之一。首先,选取陕北黄土边坡为研究对象,开展4种雨强条件下的野外人工模拟降雨试验,通过测试边坡两侧开挖隔离槽并埋设隔离布从而改进测试边坡两侧的边界条件,实测不同雨强条件下边坡浸水深度以及土体含水率变化;然后分析不同雨强条件下降雨入渗过程和边坡应力变化特征,并比较不同雨强条件下入渗规律之间的差异。试验结果表明,不同雨强条件下的黄土边坡入渗深度均呈现坡脚最深、坡顶次之、坡中最浅的规律,入渗速率则是坡顶最快,其次是坡脚,最后是坡中;且随着深度的增加,雨水入渗能力逐渐减弱。随着雨强的增大,同一埋深处测点的体积含水率及土压力变化幅值变大,且含水率及土压力突变时间相应缩短,边坡的冲刷效果愈加明显。最后基于Geo-studio软件进行渗流分析,验证了现场试验结果的正确性,明晰了雨强对黄土边坡降雨入渗的影响。     

Study of shaking table test of seismic subsidence loess landslides induced by the coupling effect of earthquakes and rainfall

Light rain or moderate rain is the most common meteorological event in the rainy season in the loess area of China, so the probability of landslide hazards induced by the coupling effect of earthquakes and rainfall under the condition of light rain or moderate rain is relatively higher than that under heavy rain. To study the dynamic response characteristics and instability mechanism of loess slopes by the coupling effect of earthquakes and rainfall under the conditions of moderate rain and light rain, a low-angle slope model test of a large-scale shaking table after 10 mm of rainfall was carried out. By gradually increasing the dynamic loading, the evolution of the macroscopic deformation and the instability failure mode of the slope model are observed; the temporal and spatial trends of the amplification effect, acceleration spectrum, pore pressure and soil pressure are analyzed; and the failure mechanism of the slope is determined. The results showed that the amplification effect increased along the slope surface upward, and a strong amplification effect appeared at the front of the top of the slope. Because of the stronger dynamic stress action on the upper part of the slope, the immersed soil in the upper part of the slope experienced seismic subsidence deformation, the saturation in the seismic subsidence soil increased, and the water content temporarily increased locally. With the further increase in the loading intensity, a large number of tension cracks were generated in the seismic subsidence area, and water infiltrated down along the cracks and the wetting range expanded under dynamic action. The range of seismic subsidence and cracks further extended to the deep part of the slope. Under the reciprocating action of the subsequent ground motion, the swing amplitude of the soil mass in the seismic subsidence area, which is divided by a large number of cracks in the upper part of the slope, increased further, resulting in the further reduction in the residual strength of the seismic subsidence soil mass located at the crack tip due to the pull and shear action. Finally, under the combined action of gravity and dynamic force, the upper soil mass in the seismic subsidence area dragged the lower soil mass in the seismic subsidence area downward because the sliding force is greater than the residual strength of the soil mass, which induced a seismic subsidence-type loess landslide. Under the coupling effect of earthquakes and rainfall, the instability mode and mechanism of this landslide are significantly different from those of liquefaction-type landslides.

     

Advances in Researches of the Effects of Grassland Vegetation on Soil Erosion in Loess Plateau

Soil erosion is a serious global environmental problem which limits the survival and development of human beings. In our country, due to the special physical geography and socio-economic conditions, soil erosion intensity is great, which is particularly prominent in Loess Plateau region. Therefore, preventing and controlling soil erosion, as well as reducing soil erosion in Loess Plateau have become the key to solving environmental problems in the region. Soil erosion on Loess Plateau is serious, and grassland vegetation has good effects on soil and water conservation, which can improve ecological environment well. After the implementation of the project about returning farmland to grassland on Loess Plateau, the ecological benefits mainly focused on soil and water conservation benefits, soil improvement benefits, water conservation benefits and species diversity benefits, etc. Grassland vegetation has an irreplaceable role in the construction of the ecological environment on Loess Plateau. Therefore, the role of grassland in preventing soil erosion has received more and more attention. Scholars have done lots of research involved in the relationship between grassland coverage and soil erosion, impacts of grassland on hydrodynamic parameters, effects of grassland on soil properties, reduction effects of grassland on runoff and sediment, and soil erosion process on grassland slope. However, there is little research on erosion effect induced by grassland cover. This paper mainly pointed out the following questions: First, grassland cover is influenced by many factors, but the relationship with soil erosion from the dynamic mechanism is rarely discussed; Second, there is no well-developed theory of overland flow erosion at present, which limits the study of hydrodynamic parameters on grassland slope; Third, establishment of mathematical model between grassland cover and soil resistance can accelerate the quantitative analysis of grassland influence on erosion; Fourth, comprehensive analysis of influencing factors on water reduction and sediment reduction effect on grassland are insufficient; Fifth, there are not many mechanisms to analyze the erosion process of grassland slope by using the hydrodynamic characteristics of slope; sixth, research results on grassland-induced erosion are mainly focused on leading to soil dry layer and we should continue to strengthen in the future. This paper summarized the previous results, and supplemented some studies about erosion caused by grassland, then pointed out the existing problems in current research and the areas that need to be strengthened in the future, aiming at reducing soil erosion on the Loess Plateau.     

岩溶生物地球化学研究的进展与问题

在CO2-水-碳酸盐岩活跃的代谢体系中,由于参与岩溶作用过程的二氧化碳来源复杂,因而研究碳酸盐岩环境中二氧化碳在生物介导下所耦联的物质循环过程及其与全球变化的关系成为岩溶生物地球化学学科的主要内容,并使其成为现代岩溶学的重要分支。在分析国内外岩溶学、地球化学、生物学等交叉学科研究成果的基础上,本文简要评述了基于岩溶生物地球化学特性的水土流失与石漠化过程,碳酸盐岩矿物在生物作用下的化学风化、元素释放规律以及控制元素循环的界面过程,碳酸盐岩区土壤－大气界面下的气体循环及其控制因素和过程,碳酸盐岩区有机污染物在环境中的来源、分布规律与降解,微型生物在岩溶水体碳循环过程中的作用等主题的主要研究进展和存在的科学问题。因此,需要以CO2为核心把岩溶环境中不同尺度上生物有机体参与的地球化学过程联系起来,但人们对生物有机体是如何通过协同作用而改变岩溶环境的,还了解得很少。如果能查明碳酸盐岩一土壤一水一生物相互作用产生的功能,岩溶生物地球化学将进一步拓展CO2-水-碳酸盐岩相耦合的岩溶作用过程,并在岩溶资源领域和全球变化领域有广阔的应用前景。因此,岩溶生物地球化学需要多学科的协同研究,特别是加强生物过程与岩溶过程的耦合研究,方能解决岩溶领域存在的生态环境问题。      

前游子庄地面塌陷特征及防治措施

濮阳市清丰县马庄桥镇前游子庄村在雨季特别是暴雨期间陆续发生规模不等的地面塌陷地质灾害,给人民的生命财产安全带来了严重的威胁.在通过对地面塌陷地质灾害的地表特征、积水环境及其时空变化特征、地球物理特征和岩土体特征的分析,对地面塌陷的形成原因和形成机制进行了探讨,并提出了防治措施.